DE102014205244A1 - Method and device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren 300 zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt umfasst ein Bestimmen 310 einer Stellgröße des Regelkreises unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe für die Drehstrommaschine für den aktuellen Samplezeitpunkt. Die Stellgröße korrespondiert zu einem Betriebszustand der Drehstrommaschine an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt. Das Verfahren 300 umfasst zudem ein Bestimmen 320 eines integrativen Anteils des Regelkreises, der zu einer Bestimmung der Stellgröße durch den Regelkreis beiträgt. Außerdem umfasst das Verfahren 300 ein Initialisieren 330 eines Integrators des Regelkreises mit dem bestimmten integrativen Anteil.A method 300 for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time comprises determining 310 a control variable taking into account a target current specification for the three-phase machine for the current sample time. The manipulated variable corresponds to an operating state of the three-phase machine at a previous sampling time. The method 300 further comprises determining 320 an integrative portion of the control loop, which contributes to a determination of the manipulated variable by the control loop. In addition, the method 300 includes initializing 330 an integrator of the loop with the particular integrative fraction.
Description
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Initialisierens eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine, insbesondere bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand (AK der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine.The present invention is in the field of initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine, in particular at a transition from an active short-circuit state (AK of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine.
Zur Umwandlung elektrischer in kinetische Energie werden nebst anderen Bauformen von Elektromotoren sogenannte Drehfeld- oder Drehstrommaschinen verwendet. Drehfeldmaschinen umfassen einen Stator mit einer ringförmigen Anordnung sogenannter Phasen, die zeitlich variable Magnetfelder erzeugen können, und dadurch einen magnetischen Rotor, beispielsweise einen Läufer mit einem Permanentmagneten, in Rotation versetzen können. Drehfeldmaschinen, beispielsweise permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) oder Asynchronmaschinen (ASM), werden in unterschiedlichen Anwendungen, z. B. Hybridauto, Elektroauto, Servoantriebe, Werkzeugmaschinen, etc. eingesetzt.For the conversion of electrical into kinetic energy, so-called three-phase or three-phase machines are used, among other types of electric motors. Rotary field machines comprise a stator with an annular arrangement of so-called phases, which can generate time-variable magnetic fields, and thereby enable a magnetic rotor, for example a rotor with a permanent magnet, to rotate. Rotary field machines, such as permanent magnet synchronous machines (PSM) or asynchronous machines (ASM), are used in different applications, eg. As hybrid car, electric car, servo drives, machine tools, etc. are used.
Bei einer feldorientierten Regelung (FOR) werden die Zustandsgrößen des elektrischen Motors in ein Koordinatensystem transformiert, in dem sich die differenziellen Gleichungen, die ein dynamisches Verhalten des elektrischen Motors beschreiben, vereinfachen. In diesen Koordinaten kann die Maschine ähnlich einer Gleichstrommaschine geregelt werden. Für die Durchführung der FOR können neben der Drehzahl, Rotorposition oder der Zwischenkreisspannung Informationen über die Phasenströme erforderlich sein, um die Rückkupplung des Regelkreises zu gewährleisten. Dies kann bedeuten, dass Strommesssensoren zur Messung der Ströme benötigt werden.In a field-oriented control (FOR), the state variables of the electric motor are transformed into a coordinate system in which the differential equations describing a dynamic behavior of the electric motor are simplified. In these coordinates, the machine can be controlled similar to a DC machine. In addition to the speed, rotor position or the intermediate circuit voltage, information about the phase currents may be required to carry out the FOR in order to ensure the feedback of the control loop. This may mean that current measuring sensors are needed to measure the currents.
In vielen Fällen wird die Maschine in einem gesamten technisch möglichen Drehzahlbereich in Betrieb genommen. In manchen Fällen kann die Maschine abgebremst werden, und dadurch ungewünschte Betriebszustände vermieden werden, z. B. wenn die Drehzahl durch äußere Einflüsse (z. B. Belastung) die maximale Drehzahl übersteigt, oder wenn die Batteriespannung zur Versorgung der Maschine sinkt, was ein Absenken der Drehzahl der Maschine auf einen kleineren Wert zur Folge haben kann. In diesem Fall kann es erforderlich sein, dass die Maschine schnell abgebremst wird. Dies kann durch einen aktiven Kurzschluss der Maschine (AKS) geschehen. Dabei wird eine Spannung gleich Null am Maschineneingang angelegt.In many cases, the machine is put into operation in a whole technically possible speed range. In some cases, the machine can be braked, thereby avoiding unwanted operating conditions, eg. For example, when the speed exceeds the maximum speed due to external influences (eg, load), or when the battery voltage to supply the machine decreases, which may result in lowering the speed of the machine to a lower value. In this case, it may be necessary for the machine to decelerate quickly. This can be done by an active short circuit of the machine (AKS). A voltage equal to zero is applied at the machine input.
In vielen Fällen kann es wünschenswert sein, die Maschine nicht bis zum Stillstand, sondern lediglich so weit abzubremsen, bis der ungewünschte Betriebszustand verlassen wird, und anschließend wieder mit der FOR zu regeln. Dabei können möglicherweise Probleme bei einem Wiedereinschalten der Maschine auftreten. Während des AKS der Maschine können beispielsweise die Regler von Strömen Werte annehmen, die nicht mehr zu einem aktuellen Zustand bei dem Wiedereinschalten passen. Das Ergebnis können hohe Phasenströme sein, die möglicherweise zu einer Belastung der Batterie, einer Zerstörung der Endstufe bzw. Versorgungsspannungsquelle oder einer Teilentmagnetisierung eines Permanentmagneten der Maschine führen können.In many cases it may be desirable not to decelerate the machine to a standstill, but only so far, until the undesired operating state is left, and then again with the FOR to regulate. This may cause problems when the machine is restarted. For example, during the AKS of the machine, the regulators of currents may take on values that no longer match a current state at power up. The result can be high phase currents, which can possibly lead to a load on the battery, destruction of the output stage or supply voltage source or partial demagnetization of a permanent magnet of the machine.
Nach einer konventionellen Vorgehensweise werden Integratoren von PI-Reglern in beiden Achsen des verwendeten Koordinatensystems beim AKS auf null zurückgesetzt, wenn die FOR nicht aktiv (bzw. die AKS aktiv) ist. Die Wahrscheinlichkeit eines Aufbaus der Integratorwerte nach Unendlich oder eines Abbaus kann dadurch vermindert werden. Dies kann bei Einschalten der FOR jedoch die Gefahr von hohen Strömen trotzdem nicht vollständig verhindern. Schäden an der Maschine, beispielsweise an in einem Wechselrichter befindlichen, zu einer Regelung der Phasen dienenden Halbleiterbauteile, können eine mögliche Folge sein. Ferner kann ein erhöhter Verschleiß, beispielsweise an der Endstufe oder der Batterie auftreten, was deren Lebensdauer verringern kann.According to a conventional procedure, integrators of PI controllers in both axes of the used coordinate system are reset to zero at the AKS if the FOR is not active (or the AKS active). The probability of building up the integrator values after infinity or degradation can thereby be reduced. However, this can not completely prevent the risk of high currents when the FOR is switched on. Damage to the machine, for example semiconductor devices located in an inverter and used to control the phases, may be a possible consequence. Furthermore, increased wear, for example, on the output stage or the battery may occur, which can reduce their life.
Es ist daher wünschenswert, ein verbessertes Konzept für die Ansteuerung einer Drehfeldmaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine zu schaffen.It is therefore desirable to provide an improved concept for driving a rotating field machine in a transition from an active short circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine.
Diesem Bedarf tragen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen Rechnung.This need is taken into account by a method and apparatus for initializing a control circuit for a current to operate a three-phase machine in a transition from an active short circuit condition at a previous sample time of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sample time according to the independent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf ein Verfahren zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem Aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen einer Stellgröße des Regelkreises unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe für die Drehstrommaschine für den aktuellen Samplezeitpunkt. Die Stellgröße korrespondiert zu einem Betriebszustand der Drehstrommaschine an einem vorangegangenen Samplezeitpunkt. Das Verfahren umfasst zudem ein Bestimmen eines integrativen Anteils des Regelkreises, der zu einer Bestimmung der Stellgröße durch den Regelkreis beiträgt. Außerdem umfasst das Verfahren ein Initialisieren eines Integrators des Regelkreises mit dem bestimmten integrativen Anteil. Ein Auftreten von Strompeaks kann somit reduziert oder sogar vermieden werden. Mögliche Folgeschäden durch Strompeaks, beispielsweise an Endstufe, Batterie, Halbleiterelementen oder Magneten, ungewollte Geräuschentwicklung oder ein ungewolltes Abschalten der Endstufe der Maschine lassen sich dadurch möglicherweise verhindern.According to a first aspect, embodiments relate to a method for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time. The method comprises determining a manipulated variable of the control loop taking into account a target current specification for the three-phase machine for the current sampling time. The manipulated variable corresponds to an operating state of the three-phase machine at a previous sampling time. The method also comprises determining an integrative portion of the control loop, which contributes to a determination of the manipulated variable by the control loop. In addition, the method comprises initializing an integrator of the control loop with the determined integrative component. An occurrence of current peaks can thus be reduced or even avoided. Potential consequential damage from current peaks, such as power amplifier, battery, semiconductor elements or magnets, unwanted noise or unintentional shutdown of the power amplifier of the machine may possibly be prevented.
Bei einigen Ausführungsbeispielen dient der Regelkreis zu einer feldorientierten Regelung der Drehstrommaschine. Die FOR kann ein Regeln der Maschine ähnlich einer Gleichstrommaschine erlauben.In some embodiments, the control loop is used for field-oriented control of the three-phase machine. The FOR can allow a controlling of the machine similar to a DC machine.
Bei manchen Ausführungsbeispielen wird der integrative Anteil YI unter Berücksichtigung einer Sollstromvorgabe IsSoll(k) zu dem aktuellen Samplezeitpunkt (k), der Stellgröße Y, welche zu dem Betriebszustand der Synchronmaschine an dem vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) korrespondiert und eines Proportionalkoeffizienten für einen Proportionalanteil Kp einer Proportional-Integral-Regelung wie folgt bestimmt:
Dadurch kann bewirkt werden, dass sich die FOR so verhält, als sei diese bereits zu dem vorangegangenen Samplezeitpunkt aktiv gewesen. Auch können Unstetigkeiten in den neu berechneten Spannungen der FOR vermindert werden.This can cause the FOR to behave as if it had already been active at the previous sample time. Also, discontinuities in the newly calculated tensions of the FOR can be reduced.
Bei einigen Ausführungsbeispielen verwendet der Regelkreis ausschließlich eine Proportional-Integral-Regelung. Durch das Integral-Glied (I-Glied) kann in einem stationären Zustand bei konstantem Sollwert die Regelabweichung zu Null werden. Ein Proportional-Integral-Regler (PI-Regler) kann bereits mit zwei Einstellparametern betrieben werden.In some embodiments, the control loop uses only proportional-integral control. Due to the integral element (I element), the control deviation can become zero in a stationary state with a constant setpoint value. A proportional-integral controller (PI controller) can already be operated with two setting parameters.
Bei manchen Ausführungsbeispielen ist der Betriebszustand der Drehstrommaschine an dem vorangegangenen Samplezeitpunkt wenigstens teilweise dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Kurzschlussspannung für eine Mehrzahl von Phasen der Drehstrommaschine einen Wert von Null aufweist. Somit kann unter Umständen die Maschine geschützt werden, oder mit anderen Worten Schäden beim Auftreten von zu hohen elektrischen Spannungen vermieden werden.In some embodiments, the operating state of the three-phase machine at the preceding sample time is at least partially characterized in that a common short-circuit voltage for a plurality of phases of the three-phase machine has a value of zero. Thus, under certain circumstances, the machine can be protected, or in other words, damage in the occurrence of excessive electrical voltages can be avoided.
Bei einigen Ausführungsbeispielen geht der vorangegangene Samplezeitpunkt dem aktuellen Samplezeitpunkt unmittelbar voraus. Eine Bestimmung eines integrativen Anteils YI einer Stellgröße Y kann hierdurch erleichtert werden.In some embodiments, the previous sample time immediately precedes the current sample time. A determination of an integrative component Y I of a manipulated variable Y can hereby be facilitated.
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren ferner ein Aufheben des aktiven Kurzschlusszustandes. Dadurch kann eine Wiederaufnahme eines Normalbetriebs der Drehstrommaschine mittels der FOR ermöglicht werden.In some embodiments, the method further includes overriding the active short-circuit condition. Thereby, a resumption of normal operation of the three-phase machine by means of the FOR can be made possible.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Drehstrommaschine eine Permanenterregte Synchronmaschine (PSM). Eine PSM kann im Vergleich zu einigen anderen Drehstrommaschinen z. B. einen höheren Wirkungsgrad oder einen geringeren Wartungsbedarf aufweisen.In some embodiments, the three-phase machine is a permanent magnet synchronous machine (PSM). A PSM can be compared to some other three-phase machines z. B. have a higher efficiency or lower maintenance requirements.
Bei manchen Ausführungsbeispielen regelt der Regelkreis einen Stromvektor I in einem statorfesten Koordinatensystem für eine d-Komponente Id und für eine q-Komponente Iq des Stromvektors getrennt. Dabei wird für jede der Komponenten getrennt ein integrativer Anteil bestimmt. Ferner wird ein zu jeder der beiden Komponenten korrespondierender Integrator mit dem jeweiligen integrativen Anteil initialisiert.In some embodiments, the control circuit regulates a current vector I in a stator-fixed coordinate system for a d-component I d and separated for a q-component I q of the current vector. In this case, an integrative component is determined separately for each of the components. Furthermore, an integrator corresponding to each of the two components is initialized with the respective integrative component.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Stellgröße Y eine Komponente Yd und eine Komponente Yq in einem statorfesten Koordinatensystem. Dabei werden die Komponente Yd oder die Komponente Yq wenigstens teilweise durch eine d-Komponente und eine q-Komponente einer Induktivität einer Statorwicklung Ls bestimmt.In some embodiments, the manipulated variable Y comprises a component Y d and a component Y q in a stator-fixed coordinate system. The component Y d or the component Y q is at least partially determined by a d-component and a q-component of an inductance of a stator winding L s .
Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die Komponente Yd und die Komponente Yq der Stellgröße Y basierend auf den Gleichungen: bestimmbar. Dabei sind Rs ein Statorwiderstand und ωs eine Winkelgeschwindigkeit.In some embodiments, the component Y d and the component Y q are the manipulated variable Y based on the equations: determinable. Where R s is a stator resistance and ω s is an angular velocity.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die Drehstrommaschine eine Asynchronmaschine (ASM). Eine ASM kann im Vergleich zu einigen anderen Drehstrommaschinen z. B. eine längere Lebensdauer, einen breiteren Anwendungsbereich oder geringere Herstellungskosten aufweisen.In some embodiments, the three-phase machine is an asynchronous machine (ASM). An ASM can be compared to some other three-phase machines z. B. have a longer life, a wider range of applications or lower production costs.
Bei manchen Ausführungsbeispielen regelt der Regelkreis einen Stromvektor I in einem Bezugskoordinatensystem für eine A-Komponente IA und für eine B-Komponente IB des Stromvektors getrennt. Dabei wird für jede der Komponenten getrennt ein integrativer Anteil bestimmt. Ferner wird ein zu jeder der beiden Komponenten korrespondierender Integrator mit dem jeweiligen integrativen Anteil initialisiert.In some embodiments, the control circuit regulates a current vector I in a reference coordinate system for an A component I A and separated for a B component I B of the current vector. In this case, an integrative component is determined separately for each of the components. Furthermore, an integrator corresponding to each of the two components is initialized with the respective integrative component.
Bei einigen Ausführungsbeispielen umfasst die Stellgröße Y eine Komponente YA und eine Komponente YB eines mit einem Statorfeld mitbewegten Koordinatensystems. Dabei werden die Komponente YA oder die Komponente YB wenigstens teilweise durch eine Stator-Selbstinduktivität L1 und eine Rotor-Selbstinduktivität L2 bestimmt.In some embodiments, the manipulated variable Y comprises a component Y A and a component Y B of a co-ordinated with a stator field coordinate system. The component Y A or the component Y B are determined at least partially by a stator self-inductance L 1 and a rotor self-inductance L 2 .
Bei manchen Ausführungsbeispielen sind die Komponente YA und die Komponente YB der Stellgröße Y basierend auf den Gleichungen: bestimmbar. Dabei sind:
- R1 ein Statorwiderstand,
- R2 ein Rotorwiderstand,
- M eine Hauptinduktivität,
- L1σ = σL1,
- ωm eine elektrische Winkelgeschwindigkeit eines Rotors,
- ωK eine Winkelgeschwindigkeit einer Ständergröße, und
- Ψ2A eine Rotorflusskomponente in A-Achse eines mit einem Statorfeld mitbewegten Koordinatensystems.
- R 1 is a stator resistance,
- R 2 is a rotor resistance,
- M is a main inductance,
- L 1σ = σL 1 ,
- ω m is an electrical angular velocity of a rotor,
- ω K is an angular velocity of a stator size, and
- 2A is a rotor flux component in the A-axis of a coordinate system moving with a stator field.
Gemäß einem weiteren Aspekt beziehen sich Ausführungsbeispiele auf eine Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine bei einem Übergang von einem aktiven Kurzschlusszustand der Drehstrommaschine zu einem geregelten Betrieb der Drehstrommaschine an einem aktuellen Samplezeitpunkt. Die Vorrichtung umfasst eine Regelungseinrichtung und einen Prozessor. Der Prozessor ist dazu ausgebildet, zu einem aktuellen Samplezeitpunkt (k) ein Signal zum Aufheben des aktiven Kurzschlusszustandes an die Regelungseinrichtung bereitzustellen. Der Prozessor ist ferner dazu ausgebildet, zu dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) eine Berechnung einer Stellgröße zu einem dem aktuellen Samplezeitpunkt (k) vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) zu initialisieren. Es kann so möglicherweise ein verbesserter Schutz der Maschine erreicht werden, und dabei unter Umständen ein Ausschalten oder eine Abbremsung der Maschine bis zu einem Stillstand vermieden werden.According to another aspect, embodiments relate to a device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine at a transition from an active short-circuit state of the three-phase machine to a controlled operation of the three-phase machine at a current sampling time. The device comprises a control device and a processor. The processor is designed to provide a signal for canceling the active short-circuit state to the control device at a current sample time (k). The processor is further configured to initialize at the current sample time point (k) a calculation of a manipulated variable to a sample instant (k-1) preceding the current sample instant (k). This may result in improved protection of the machine, possibly avoiding shutdown or deceleration of the machine to a standstill.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein System mit einer Vorrichtung zum Initialisieren eines Regelkreises für einen Strom zum Betrieb einer Drehstrommaschine und einer Versorgungsspannungsquelle. Die Versorgungsspannungsquelle ist dazu ausgebildet, in Reaktion auf das Signal eine Spannung für eine Phase der Drehstrommaschine zu verändern. Eine auftretende Belastung der Versorgungsspannungsquelle durch Spannungsspitzen kann dadurch ggf. verringert oder sogar vermieden werden.Some embodiments relate to a system having a device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine and a supply voltage source. The supply voltage source is configured to change a voltage for one phase of the three-phase machine in response to the signal. An occurring load on the supply voltage source due to voltage spikes can possibly be reduced or even avoided.
Ausführungsbeispiele beziehen sich außerdem auf ein Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer, einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente ausgeführt wird.Embodiments also relate to a program having a program code for carrying out the method when the program code is executed on a computer, a processor or a programmable hardware component.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgenden anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen, auf welche Ausführungsbeispiele jedoch nicht beschränkt sind, näher beschrieben. Es zeigen:Further advantageous embodiments will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawings, to which exemplary embodiments are not restricted. Show it:
Verschiedene Ausführungsbeispiele werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind. In den Figuren können die Dickenabmessungen von Linien, Schichten und/oder Regionen um der Deutlichkeit Willen übertrieben dargestellt sein.Various embodiments will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which some embodiments are illustrated. In the figures, the thickness dimensions of lines, layers and / or regions may be exaggerated for the sake of clarity.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die lediglich einige exemplarische Ausführungsbeispiele zeigen, können gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten bezeichnen. Ferner können zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet werden, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Zeichnung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.In the following description of the attached figures, which show only some exemplary embodiments, like reference characters may designate the same or similar components. Further, summary reference numerals may be used for components and objects that occur multiple times in one embodiment or in a drawing but are described together in terms of one or more features. Components or objects which are described by the same or by the same reference numerals may be the same, but possibly also different, in terms of individual, several or all features, for example their dimensions, unless otherwise explicitly or implicitly stated in the description.
Obwohl Ausführungsbeispiele auf verschiedene Weise modifiziert und abgeändert werden können, sind Ausführungsbeispiele in den Figuren als Beispiele dargestellt und werden hier-in ausführlich beschrieben. Es sei jedoch klargestellt, dass nicht beabsichtigt ist, Ausführungsbeispiele auf die jeweils offenbarten Formen zu beschränken, sondern dass Ausführungsbeispiele vielmehr sämtliche funktionale und/oder strukturelle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die im Bereich der Erfindung liegen, abdecken sollen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in der gesamten Figurenbeschreibung gleiche oder ähnliche Elemente.Although embodiments may be modified and modified in various ways, exemplary embodiments are illustrated in the figures as examples and will be described in detail herein. It should be understood, however, that it is not intended to limit embodiments to the particular forms disclosed, but that embodiments are intended to cover all functional and / or structural modifications, equivalents and alternatives that are within the scope of the invention. Like reference numerals designate like or similar elements throughout the description of the figures.
Man beachte, dass ein Element, das als mit einem anderen Element „verbunden” oder „verkoppelt” bezeichnet wird, mit dem anderen Element direkt verbunden oder verkoppelt sein kann oder dass dazwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Wenn ein Element dagegen als „direkt verbunden” oder „direkt verkoppelt” mit einem anderen Element bezeichnet wird, sind keine dazwischenliegenden Elemente vorhanden. Andere Begriffe, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten auf ähnliche Weise interpretiert werden (z. B., „zwischen” gegenüber „direkt dazwischen”, „angrenzend” gegenüber „direkt angrenzend” usw.). Note that an element referred to as being "connected" or "coupled" to another element may be directly connected or coupled to the other element, or intervening elements may be present. Conversely, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly coupled" to another element, there are no intervening elements. Other terms used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (eg, "between" versus "directly in between,""adjacent" versus "directly adjacent," etc.).
Die Terminologie, die hierin verwendet wird, dient nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die Ausführungsbeispiele nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer”, „eine”, „eines” und „der, die, das” auch die Plural-formen beinhalten, solange der Kontext nicht eindeutig etwas anderes angibt. Ferner sei klargestellt, dass die Ausdrücke wie z. B. „beinhaltet”, „beinhaltend”, aufweist” und/oder „aufweisend”, wie hierin verwendet, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen und/oder Komponenten angeben, aber das Vorhandensein oder die Hinzufügung von einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsabläufen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon nicht ausschließen.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the embodiments. As used herein, the singular forms "a," "an," "an," and "the," are also meant to include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. It should also be made clear that the terms such. "Including," "including," "and / or having," as used herein, indicates the presence of said features, integers, steps, operations, elements, and / or components, but the presence or addition of one or more features, integers, steps, operations, elements, components and / or groups thereof.
Solange nichts anderes definiert ist, haben sämtliche hierin verwendeten Begriffe (einschließlich von technischen und wissenschaftlichen Begriffen) die gleiche Bedeutung, die ihnen ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem die Ausführungsbeispiele gehören, beimisst. Ferner sei klargestellt, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in allgemein verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so zu interpretieren sind, als hätten sie die Bedeutung, die mit ihrer Bedeutung im Kontext der einschlägigen Technik konsistent ist, und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formalen Sinn zu interpretieren sind, solange dies hierin nicht ausdrücklich definiert ist.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein have the same meaning as commonly assigned to one of ordinary skill in the art to which the embodiments pertain. Furthermore, it should be clarified that expressions, e.g. For example, those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having the meaning consistent with their meaning in the context of the relevant art and not to be interpreted in an idealized or overly formal sense, as long as this is so not expressly defined herein.
Eine Drehfeldmaschine kann als PSM ausgeführt sein. Die PSM umfasst einen Stator, der aus einer ringförmigen Anordnung z. B. von um 120° zueinander versetzten Spulen (auch als Phasen bezeichnet) aufgebaut sein kann, wenn es sich um eine dreiphasige Maschine handelt. Die Phasen können zeitlich variable Magnetfelder erzeugen, und dadurch einen magnetischen Rotor, beispielsweise einen Läufer mit einem auf oder im Läufer montierten Permanentmagneten, in Rotation versetzen.An induction machine can be designed as a PSM. The PSM comprises a stator consisting of an annular arrangement z. B. from each other by 120 ° offset coils (also referred to as phases) may be constructed, if it is a three-phase machine. The phases may generate time-varying magnetic fields, thereby causing a magnetic rotor, for example a rotor with a permanent magnet mounted on or in the rotor, to rotate.
Ferner können die Größen auch in einem kartesischen zweidimensionalen Koordinatensystem, dem α,β-Koordinatensystem beschrieben werden. Dabei ist in der in
Bei der im weiteren Verlauf genauer beschriebenen feldorientierten Regelung (FOR) werden die Zustandsgrößen des elektrischen Motors in das d,q-Koordinatensystem transformiert, da sich in diesen Koordinaten die differenziellen Gleichungen, die das dynamische Verhalten des elektrischen Motors beschreiben, vereinfachen können. In diesen Koordinaten kann die Maschine ähnlich einer Gleichstrommaschine geregelt werden.In the case of the field-oriented control (FOR) described in more detail below, the state variables of the electric motor are transformed into the d, q coordinate system, since the differential equations describing the dynamic behavior of the electric motor can be simplified in these coordinates. In these coordinates, the machine can be controlled similar to a DC machine.
Eine ASM kann beispielsweise eine Drehfeldwicklung mit drei Strängen aufweisen. Die Spannungen und Ströme der einzelnen Stränge können bei der FOR in Form von Raumzeigern
Mit einer jeweils komplementären Flussverkettung kann das Drehmoment derart verstellt werden, dass dessen Zeitkonstante eine momentane Regelzeit begrenzt. Die Betriebsweise mit konstanter Statorflussverkettung kann mit geringem Aufwand realisierbar sein, da für die Regelung erforderliche Zustandsgrößen für eine direkte Messung zugänglich sein können.With a respective complementary Flußverkettung the torque can be adjusted so that its time constant limits a current control time. The operation with constant Statorflussverkettung can be implemented with little effort, since required for the control state variables for direct measurement can be accessible.
Im Gegensatz hierzu kann bei einem Betrieb mit konstanter Rotorflussverkettung eine Transformation auf einen Magnetisierungsstromvektor vorgenommen werden, der nicht direkt messbar sein, sondern z. B. aus einem Maschinenmodell (Flussmodell) über eine Online-Datenbank ermittelt werden kann. Die transformierten Ströme können dann aber wie bei der fremderregten Gleichstrommaschine in ihre feld-. bzw. momentbildenden Komponenten zerlegt und einzeln geregelt werden. Das Konzept kann ein Halten des Rotorflusses auf einem konstanten Wert und ein Einstellen der Ständerdurchflutung senkrecht dazu umfassen. Eine Regelung der ASM kann ähnlich der Regelung einer Gleichstrommaschine erfolgen. Bei Drehfeldmaschinen spricht man in diesem Fall von feldorientierter Regelung.In contrast, in a constant rotor flux linkage operation, a transformation to a magnetization current vector can be made, which can not be directly measured, but z. B. from a machine model (flow model) can be determined via an online database. The transformed currents can then but as in the foreign-excited DC machine in their field-. or moment-forming components are decomposed and regulated individually. The concept may include maintaining the rotor flux at a constant value and adjusting the stator flooding perpendicular thereto. A regulation of the ASM can be similar to the regulation of a DC machine. For induction machines, in this case one speaks of field-oriented regulation.
Die Regelabweichung einer jeden Komponente des Stromes wird von einem Proportional-Integral(PI)-Regler
Ein PWM-Generator
Am Ausgang des Wechselrichters
Um bei
Ausführungsbeispiele schaffen ein Konzept zur Berechnung der Integratoren der Stromregler beim Umschalten von AKS auf die FOR nach
Bei manchen Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren
Gemäß Ausführungsbeispielen wird im Folgenden ein Konzept zum besseren Umschalten zwischen dem AKS der Maschine und der FOR der Maschine dargestellt, wodurch ein sanfter Übergang erreicht werden kann. Der AKS kann bei Verwendung einen besseren Schutz der Maschine bewirken. According to embodiments, a concept for better switching between the AKS of the machine and the FOR of the machine is presented below, whereby a smooth transition can be achieved. The AKS can provide better protection of the machine when used.
Bei der FOR ist jeweils ein PI-Regler
Im Folgenden wird die Berechnung der Integratorwerte bei Verwendung einer PSM, und nochmals gesondert bei Verwendung einer ASM beschrieben. Den hierin verwendeten Koordinatenbezeichnungen liegen die jeweiligen, in
Bei der PSM gilt für den Regler in d-Achse an seinem Ausgang:
Für den Regler in q-Achse gilt:
Hierbei gilt:
- Ydk:
- aktueller Ausgang des PI-Reglers in d-Achse
- YVdk:
- aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in d-Achse
- Ypdk:
- aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in d-Achse
- YIdk:
- aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in d-Achse
- YIdk-1:
- I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in d-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
- ΔIsdk:
- aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in d-Achse
- Isdref:
- aktueller Sollwert des Stromes in d-Achse
- T:
- Abtastzeit des Reglers
- Yqk:
- aktueller Ausgang des PI-Reglers in q-Achse
- YVqk:
- aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in q-Achse
- Ypqk:
- aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in q-Achse
- YIqk:
- aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in q-Achse
- YIqk-1:
- I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in q-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
- ΔIsqk:
- aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in q-Achse
- Isqref:
- aktueller Sollwert des Stromes in q-Achse.
- Y dk :
- Current output of the PI controller in d-axis
- Y Vdk :
- Current pilot control component of the output of the PI controller in the d-axis
- Y pdk :
- current P-component of the output of the PI controller in the d-axis
- Y Idk :
- current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in the d-axis
- Y Idk-1 :
- I-component of the PI-controller output in d-axis from the previous sampling step
- ΔIsdk :
- actual difference between setpoint and actual value of the current in d-axis
- I sdref :
- Current setpoint of the current in d-axis
- T:
- Sampling time of the controller
- Y qk :
- Current output of the PI controller in q-axis
- Y Vqk :
- Actual pilot control component of the output of the PI controller in q-axis
- Y pqk :
- current P-component of the output of the PI controller in q-axis
- Y Iqk :
- current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in q-axis
- Y Iqk-1 :
- I-component of the PI-controller output in q-axis from the previous sampling step
- ΔIsqk :
- actual difference between setpoint and actual value of the current in q-axis
- I sqref :
- Current setpoint of the current in q-axis.
Die Ausgänge der PI-Regler Yd und Yq werden einem Entkopplungsnetzwerk übergeben, um die gewünschten Spannungen Usd_FOR und Usq_FOR zu berechnen. Das Entkopplungsnetzwerk kompensiert die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Achsen d und q und kann unterschiedliche Ausführungen in der Literatur haben. Im Allgemeinen kann der Zusammenhang zwischen der gestellten Spannung, des Stromes (Ist- oder Sollwert), der elektrischen Winkelgeschwindigkeit und dem Ausgang des Reglers in dem Entkopplungsnetzwerk als Funktion dargestellt werden:
Bei solchen Ausführungsbeispielen, bei denen das Entkopplungsnetzwerk-Konzept keine Ströme (Isd, Isq) berücksichtigt, wird nur der Ausgang der PI-Regler und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωs für die Berechnungen der Spannungen Usd und Usq verwendet.In those embodiments where the decoupling network concept does not take into account currents (I sd , I sq ), only the output of the PI controllers and the electrical angular velocity ω s are used for the calculations of the voltages U sd and U sq .
Es kann durch die Umrechnung der Integratorwerte YIdk und YIqk ein glatter Übergang von AKS zu FOR erreicht werden. Zum Zeitpunkt des Umschaltens AKS zu FOR werden die Integratoren zurückberechnet, so dass die berechneten Spannungen Usd und Usq der FOR bei gegebenem Entkopplungsnetzwerk gleich der Spannungen wie beim AKS zu einem vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) sind. Die Spannungen beim AKS zu dem vorangegangenen Zeitpunkt (k – 1) können somit den Wert Null für mehrere Phasen annehmen. Der Zeitpunkt (k – 1) geht bei einigen Ausführungsbeispielen dem Samplezeitpunkt (k) unmittelbar voraus; mit anderen Worten kann der Zeitpunkt (k – 1) den vorherigen Abtastschritt bezeichnen.A smooth transition from AKS to FOR can be achieved by converting the integrator values Y Idk and Y Iqk . At the time of switching AKS to FOR, the integrators are back-calculated, so that the calculated voltages U sd and U sq of the FOR given decoupling network are equal to the voltages as in the AKS at a previous sample time (k-1). The voltages at the AKS at the previous time (k-1) can thus assume the value zero for several phases. Timing (k-1) in some embodiments immediately precedes sample time (k); in other words, time (k-1) may designate the previous sampling step.
Zuerst werden die Maschinengleichungen in dem d,q-Koordinatensystem betrachtet: First, consider the machine equations in the d, q coordinate system:
Hierbei gilt:
- Rs:
- Statorwiderstand der Maschine
- Lsd:
- die Maschineninduktivität in d-Achse
- Lsq:
- die Maschineninduktivität in q-Achse
- Isd:
- die Maschinen-Stromkomponente in d-Achse
- Isq:
- die Maschinen-Stromkomponente in q-Achse
- Usd:
- die Maschinen-Spannungskomponente in d-Achse
- Usq:
- die Maschinen-Spannungskomponente in q-Achse
- ωs:
- die elektrische Winkelgeschwindigkeit der Maschine (= n·Zp·2·π/60)
- n:
- die Drehzahl der Maschine
- Zp:
- die Polpaarzahl der Maschine
- Ψ:
- der Fluss des Permanentmagnetes der Maschine.
- R s:
- Stator resistance of the machine
- L sd :
- the machine inductance in d-axis
- L sq :
- the machine inductance in q-axis
- I sd :
- the machine current component in d-axis
- I sq :
- the machine current component in q-axis
- U sd :
- the machine-voltage component in d-axis
- U sq :
- the machine voltage component in q-axis
- ω s :
- the electrical angular velocity of the machine (= n · Zp · 2 · π / 60)
- n:
- the speed of the machine
- Zp:
- the pole pair number of the machine
- Ψ:
- the flux of the permanent magnet of the machine.
Im stationären Zustand sind die Ableitungen gleich Null, es folgt:
Um die Integratoren zurück zu berechnen, werden zuerst die PI-Ausgänge berechnet. Es werden GL. 9a und GL. 10a im stationären Zustand verwendet. Dabei ersetzen die Ausgänge der PI-Regler (Yd und Yq) die Ströme Isd und Isq.
Durch Auflösung der Gleichungen 11a und 12a nach Yd und Yq ergeben sich die neu berechneten Ausgänge der PI-Regler: By solving the equations 11a and 12a for Y d and Y q , the newly calculated outputs of the PI controllers are obtained:
Dabei sind die Spannungen Usd und Usq aufgrund des aktiven Kurzschlusses der Maschine gleich 0. Aus den neu berechneten Ausgängen der beiden Regler Yd(k) und Yp(k) (GL. 13a und GL. 14a) werden die Integratorwerte YId(k-1) und YIq(k-1) zurückberechnet. Für die q-Achse gilt:
Für die d-Achse gilt:
Hierbei gilt:
- IsdRef(k):
- Sollwert des Stromes in d-Achse zum Zeitpunkt (k)
- IsqRef(k):
- Sollwert des Stromes in q-Achse zum Zeitpunkt (k).
- I sdRef (k) :
- Setpoint of the current in d-axis at the time (k)
- I sqRef (k) :
- Setpoint of the current in q-axis at time (k).
Werden die Integratorwerte aus GL. 15a und GL. 16a als Startwerte zum Zeitpunkt der Umschaltung von der AKS in die FOR eingesetzt, so verhält sich die FOR, als ob sie ein Abtastschritt zuvor aktiv war. Die neu berechneten Spannungen von der FOR zeigen lediglich geringfügige oder keine Unstetigkeiten. Damit können ggf. die Strompeaks im Übergang AKS/FOR verhindert werden.If the integrator values are from GL. 15a and GL. 16a is used as start values at the time of switching from the AKS to the FOR, the FOR behaves as if it had been active one sampling step before. The newly calculated voltages from the FOR show only minor or no discontinuities. Thus, if necessary, the current peaks in the transition AKS / FOR can be prevented.
Bei der ASM gilt für den Regler in A-Achse an seinem Ausgang:
Für den Regler in B-Achse gilt:
In diskreter Form ergeben sich aus GL. 1b und GL. 2b die GL. 3b und GL. 4b nach Euler-Diskretisierungsansatz:
Dabei gilt:
- YAk:
- aktueller Ausgang des PI-Reglers in A-Achse
- YVAk:
- aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in A-Achse
- YpAk:
- aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in A-Achse
- YIAk:
- aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in a-Achse
- YIAk-1:
- I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in A-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
- ΔI1Ak:
- aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in A-Achse
- I1ARef:
- aktueller Sollwert des Stromes in A-Achse
- T:
- Abtastzeit des Reglers
- YBk:
- aktueller Ausgang des PI-Reglers in B-Achse
- YvBk:
- aktueller Vorsteuerungsanteil des Ausganges des PI-Reglers in B-Achse
- YpBk:
- aktueller P-Anteil des Ausganges des PI-Reglers in B-Achse
- YIBk:
- aktueller I-Anteil (Integratorwert) des Ausganges des PI-Reglers in B-Achse
- YIBk-1:
- I-Anteil des PI-Regler-Ausganges in B-Achse von dem vorherigen Abtastschritt
- ΔI1Bk:
- aktuelle Differenz zwischen Soll- und Istwert des Stromes in B-Achse
- I1BRef:
- aktueller Sollwert des Stromes in B-Achse.
- Y Ak :
- Current output of the PI controller in A-axis
- Y VAk :
- Current pilot control component of the output of the PI controller in A-axis
- Y pAk :
- current P-component of the output of the PI controller in A-axis
- Y IAk :
- current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in a-axis
- Y IAk-1 :
- I-part of the PI-controller output in A-axis from the previous sampling step
- ΔI 1Ak :
- Actual difference between setpoint and actual value of the current in A-axis
- I 1ARef :
- Current setpoint of the current in A-axis
- T:
- Sampling time of the controller
- Y Bk :
- Current output of the PI controller in B axis
- Y vBk :
- Current pilot control component of the output of the PI controller in B axis
- Y pBk :
- current P-component of the output of the PI controller in B axis
- Y IBk :
- current I-component (integrator value) of the output of the PI controller in B-axis
- Y IBk-1 :
- I component of the PI controller output in B axis from the previous sampling step
- ΔI 1Bk :
- Actual difference between setpoint and actual value of the current in B axis
- I 1BRef :
- current setpoint of the current in B-axis.
Die Ausgänge der PI-Regler YA und YB werden einem Entkopplungsnetzwerk übergeben, um die gewünschten Spannungen U1A_FOR und U1B_FOR zu berechnen. Das Entkopplungsnetzwerk kompensiert die gegenseitige Abhängigkeit der beiden Achsen A und B und kann unterschiedliche Ausführungen in der Literatur haben. Im Allgemeinen kann der Zusammenhang zwischen der gestellten Spannung, des Stromes (Ist- oder Sollwert), der elektrischen Winkelgeschwindigkeit und dem Ausgang des Reglers in dem Entkopplungsnetzwerk als Funktion dargestellt werden:
Bei solchen Ausführungsbeispielen, bei denen das Entkopplungsnetzwerk-Konzept keine Ströme (I1A, I1B) umfasst, wird nur der Ausgang der PI-Regler und die Winkelgeschwindigkeiten ωm und ωk für die Berechnungen der Spannungen U1A und U1B verwendet.In those embodiments where the decoupling network concept does not include currents (I 1A , I 1B ), only the output of the PI controllers and the angular velocities ω m and ω k are used for the calculations of the voltages U 1A and U 1B .
Es kann durch die Umrechnung der Integratorwerte YIAk und YIBk ein glatter Übergang von AKS zu FOR erreicht werden. Zum Zeitpunkt des Umschaltens AKS zu FOR werden die Integratoren zurückberechnet, so dass die berechneten Spannungen U1A und U1B der FOR gleich der Spannungen wie beim AKS zu einem vorangegangenen Samplezeitpunkt (k – 1) sind. Die Spannungen beim AKS zu dem vorangegangenen Zeitpunkt (k – 1) können somit den Wert Null für mehrere Phasen annehmen. Die Gleichungen der Maschine im Rotorflusskoordinatensystem (A,B-Koordinatensystem) lassen sich folgendermaßen schreiben: A smooth transition from AKS to FOR can be achieved by converting the integrator values Y IAk and Y IBk . At the time of switching AKS to FOR, the integrators are back-calculated so that the calculated voltages U 1A and U 1B of the FOR are equal to the voltages as in the AKS at a previous sample time (k-1). The voltages at the AKS at the previous time (k-1) can thus assume the value zero for several phases. The equations of the machine in the rotor flux coordinate system (A, B coordinate system) can be written as follows:
Dabei gilt:
- σ: Streuziffer
- M: Hauptinduktivität [H] (gemeinsame Induktivität von Rotor und Stator)
- L1: Stator-Selbstinduktivität [H]
- L2: Rotor-Selbstinduktivität [H]
- R1 Stator-Widerstand [Ω]
- R2: Rotor-Widerstand [Ω]
- U1A, U1B: Maschinenspannungen in dem A,B-Koordinatensystem (Rotorflusskoordinatensystem)
- I1A, I1B: Maschinenströme in dem A,B-Koordinatensystem (Rotorflusskoordinatensystem)
- ωm: elektrische Winkelgeschwindigkeit des Rotors
- ωk: Winkelgeschwindigkeit der Ständergrößen
- Ψ2A: Rotorflusskomponente in A-Achse in dem A,B-Koordinatensystem (entspricht dem Rotorflussbetrag).
- σ: scattering factor
- M: main inductance [H] (common inductance of rotor and stator)
- L 1 : stator self-inductance [H]
- L 2 : rotor self-inductance [H]
- R 1 stator resistance [Ω]
- R 2 : rotor resistance [Ω]
- U 1A , U 1B : machine voltages in the A, B coordinate system (rotor flux coordinate system)
- I 1A , I 1B : machine flows in the A, B coordinate system (rotor flux coordinate system)
- ω m : electrical angular velocity of the rotor
- ω k : angular velocity of the stator sizes
- Ψ 2A : A-axis rotor flux component in the A, B coordinate system (corresponds to the rotor flux amount).
Eine vereinfachte Darstellung der beiden Gleichungen GL. 1b und GL. 2b ergibt: A simplified representation of the two equations GL. 1b and GL. 2b gives:
Hierbei gilt: Where:
Im stationären Zustand werden die Ableitungen gleich Null sein, es folgt: In steady state, the derivatives will be zero, it follows:
Um die Integratoren zurück zu berechnen, werden zuerst die PI-Ausgänge berechnet. Es werden GL. 9b und GL. 10b im stationären Zustand verwendet. Dabei ersetzen die Ausgänge der PI-Regler (YA und YB) die Ströme I1A und I1B.To calculate back the integrators, first calculate the PI outputs. It will be GL. 9b and GL. 10b used in the stationary state. The outputs of the PI controllers (Y A and Y B ) replace the currents I 1A and I 1B .
Durch Auflösung der Gleichungen 14 und 15 nach YA und YB ergeben sich die neu berechneten Ausgänge der PI-Regler: By solving
Dabei sind die Spannungen U1A und U1B aufgrund des aktiven Kurzschlusses der Maschine gleich 0. Aus den neu berechneten Ausgängen der beiden Regler YA(k) und YB(k) (GL. 16b und GL. 17b) werden die Integratorwerte YIA(k-1) und YIA(k-1) zurückberechnet. Für die B-Achse gilt:
Für die A-Achse gilt:
Hierbei gilt:
- I1ARef(k):
- Sollwert des Stromes in A-Achse zum Zeitpunkt (k)
- I1BRef(k):
- Sollwert des Stromes in B-Achse zum Zeitpunkt (k)
- I 1ARef (k) :
- Setpoint of current in A-axis at time (k)
- I 1BRef (k) :
- Setpoint of the current in B-axis at time (k)
Werden die Integratorwerte aus GL. 18b und GL. 19b als Startwerte zum Zeitpunkt der Umschaltung von der AKS in die FOR eingesetzt, so verhält sich die FOR, als ob sie ein Abtastschritt zuvor aktiv war. Die neu berechneten Spannungen von der FOR zeigen lediglich geringfügige oder keine Unstetigkeiten. Damit können ggf. die Strompeaks im Übergang AKS/FOR verhindert werden.If the integrator values are from GL. 18b and GL. 19b is used as start values at the time of the changeover from the AKS to the FOR, the FOR behaves as if it had been active one sample step before. The newly calculated voltages from the FOR show only minor or no discontinuities. Thus, if necessary, the current peaks in the transition AKS / FOR can be prevented.
Analog zu
Bei Ausführungsbeispielen kann die Maschine durch das aktive Kurzschließen gut geschützt werden. Mit anderen Worten kann die Maschine geschützt werden, und dabei möglicherweise ein Ausschalten bzw. Abbremsen bis zum Stillstand vermieden werden. Ferner können unter Umständen hohe Drehzahlen (und daraus ggf. resultierende Zerstörungen der Maschinenlager) oder ungewünschte Belastungen der Batterie (Spitzenleistungen) vermieden werden. Zusätzlich kann es möglich sein, eventuell auftretende Konsequenzen von Strompeaks beim Übergang AKS zu FOR durch das Umschalten von AKS zu FOR gemäß Ausführungsbeispielen (und dadurch die Möglichkeit des Vermeidens von Strompeaks) zu verhindern. Diese Konsequenzen können ein Verursachen akustischer Probleme, ein Ausschalten der Endstufe, ein Verringern der Lebensdauer der Endstufe oder Batterie, ein Zerstören von Halbleiterbauteilen oder ein zumindest teilweises Entmagnetisieren der Magnete einer PSM umfassen. Mögliche Einsatzgebiete von Ausführungsbeispielen umfassen z. B. Stellantriebe (z. B. Servolenkung, ERC.) oder Traktionsantriebe (Hybridfahrzeug, Elektromobilität, Servo-Antriebe in der Industrie).In embodiments, the machine can be well protected by the active shorting. In other words, the machine can be protected, possibly avoiding stopping or decelerating to a stop. Furthermore, under certain circumstances, high rotational speeds (and any resulting destruction of the machine bearings resulting therefrom) or undesired loads on the battery (peak powers) can be avoided. In addition, it may be possible to prevent any consequences of current peaks in the transition AKS to FOR by switching from AKS to FOR according to embodiments (and thereby the possibility of avoiding current peaks). These consequences may include causing acoustic problems, turning off the final stage, reducing the endurance or battery life, destroying semiconductor devices, or at least partially de-magnetizing the magnets of a PSM. Possible applications of embodiments include z. As actuators (eg., Power steering, ERC.) Or traction drives (hybrid vehicle, electric mobility, servo drives in the industry).
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.The features disclosed in the foregoing description, the appended claims and the appended figures may be taken to be and effect both individually and in any combination for the realization of an embodiment in its various forms.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens-schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it will be understood that these aspects also constitute a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also represent a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-Ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird.Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-Ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory, on the electronically readable control signals are stored, which can cooperate with a programmable hardware component or cooperate such that the respective method is performed.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, einen Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-Specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System an Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.A programmable hardware component may be integrated by a processor, a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a computer, a computer system, an application-specific integrated circuit (ASIC) Circuit (IC), a system on chip (SOC), a programmable logic element or a field programmable gate array with a microprocessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) may be formed.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.The digital storage medium may therefore be machine or computer readable. Thus, some embodiments include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system or programmable hardware component such that one of the methods described herein is performed. One embodiment is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer readable medium) on which the program is recorded for performing any of the methods described herein.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a program, firmware, computer program, or computer program product having program code or data, the program code or data operative to perform one of the methods when the program resides on a processor or a computer programmable hardware component expires. The program code or the data can also be stored, for example, on a machine-readable carrier or data carrier. The program code or the data may be present, inter alia, as source code, machine code or bytecode as well as other intermediate code.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, um über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.Another embodiment is further a data stream, a signal sequence, or a sequence of signals that represents the program for performing any of the methods described herein. The data stream, the signal sequence or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet or another network. Embodiments are also data representing signal sequences that are suitable for transmission over a network or a data communication connection, the data representing the program.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch ein Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.For example, a program according to one embodiment may implement one of the methods during its execution by, for example, reading or writing one or more data into memory locations, optionally switching operations or other operations in transistor structures, amplifier structures, or other electrical, optical, magnetic or caused by another operating principle working components. Accordingly, by reading a memory location, data, values, sensor values or other information can be detected, determined or measured by a program. A program can therefore acquire, determine or measure quantities, values, measured variables and other information by reading from one or more storage locations, as well as effect, initiate or execute an action by writing to one or more storage locations and control other devices, machines and components ,
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- PhasenstromvektorPhase current vector
- 110-1; 110-2; 110-3110-1; 110-2; 110-3
- U,V,W-KoordinatenU, V, W-coordinate
- 120-1; 120-2120-1; 120-2
- d,q-Koordinatend, q-coordinate
- 130-1; 130-2130-1; 130-2
- α,β-Koordinatenα, β coordinates
- 140140
- Raumzeigerspace vector
- 150-1; 150-2150-1; 150-2
- α,β-Koordinatenα, β coordinates
- 160-1; 160-2160-1; 160-2
- d,q-Koordinatend, q-coordinate
- 170-1; 170-2 170-1; 170-2
- a,b-Koordinatena, b coordinates
- 200200
- FOR-ReglerFOR controller
- 202-1; 202-2202-1; 202-2
- Führungsgrößenreference variables
- 204-1; 204-2204-1; 204-2
- SollstromvorgabenTarget current requirements
- 205205
- FeedbacksignalFeedback signal
- 206-1; 206-2206-1; 206-2
- PI-ReglerPI controller
- 207-1; 207-2207-1; 207-2
- Stellgrößenmanipulated variables
- 208-1; 208-2208-1; 208-2
- Spannungskomponentenvoltage components
- 210210
- d,q/1,2,3-Wandlerd, q / 1,2,3-converter
- 212-1; 212-2; 212-3212-1; 212-2; 212-3
- Spannungsvorgabenvoltage requirements
- 214214
- Vektormodulatorvector modulator
- 216216
- Wechselrichterinverter
- 218-1; 218-2; 218-3218-1; 218-2; 218-3
- PWM-SignalePWM signals
- 220-1; 220-2; 220-3220-1; 220-2; 220-3
- Betriebsspannungoperating voltage
- 224224
- Umwandlerconverter
- 230230
- Positionssensorposition sensor
- 232232
- Mechanischer WinkelMechanical angle
- 234234
- Elektrischer WinkelElectric angle
- 236236
- Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
- 238238
- Entkopplerdecoupler
- 240240
- Permanenterregte SynchronmaschinePermanent magnet synchronous machine
- 250250
- FOR-ReglerFOR controller
- 252-1; 252-2252-1; 252-2
- Führungsgrößenreference variables
- 254-1; 254-2254-1; 254-2
- SollstromvorgabenTarget current requirements
- 255255
- FeedbacksignalFeedback signal
- 256-1; 256-2256-1; 256-2
- PI-ReglerPI controller
- 257-1; 257-2257-1; 257-2
- Stellgrößenmanipulated variables
- 258-1; 258-2258-1; 258-2
- Spannungskomponentenvoltage components
- 260260
- A,B/α,β-WandlerA, B / α, β-converter
- 262-1; 262-2; 262-3262-1; 262-2; 262-3
- Spannungsvorgabenvoltage requirements
- 264264
- PWM GeneratorPWM generator
- 266266
- Wechselrichterinverter
- 268-1; 268-2; 268-3268-1; 268-2; 268-3
- PWM-SignalePWM signals
- 270-1; 270-2; 270-3270-1; 270-2; 270-3
- Betriebsspannungoperating voltage
- 274274
- Umwandlerconverter
- 276276
- Weiterer UmwandlerAnother converter
- 278278
- Elektrischer FlussElectric river
- 280280
- Winkelgeberangle encoder
- 282282
- Elektrische LäuferkreisfrequenzElectrical rotor circuit frequency
- 284284
- Mechanische WinkelgeschwindigkeitMechanical angular velocity
- 286286
- Flussmodellflow model
- 288288
- Entkopplerdecoupler
- 290290
- Asynchronmaschineasynchronous
- 300300
- Verfahrenmethod
- 310310
- BestimmenDetermine
- 320320
- BestimmenDetermine
- 330330
- InitialisierenInitialize
- 340340
- AufhebenCancel
- 400-1; 400-2400-1; 400-2
- PI-ReglerPI controller
- 402-1; 402-2402-1; 402-2
- Aktuelle DifferenzCurrent difference
- 404-1; 404-2404-1; 404-2
- Stellgrößemanipulated variable
- 406-1; 406-2406-1; 406-2
- VorsteuerungsanteilPilot Share
- 408-1; 408-2408-1; 408-2
- Integrativer AnteilIntegrative share
- 410-1; 410-2410-1; 410-2
- Integratorintegrator
- 412-1; 412-2412-1; 412-2
- Spannungsvorgabenvoltage requirements
- 414414
- EntkopplungsnetzwerkDecoupling network
- 416416
- Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
- 500500
- Vorrichtungcontraption
- 510510
- Regelungseinrichtungcontrol device
- 520520
- Prozessorprocessor
- 530 530
- Signalsignal
- 540540
- Integratorwertintegrator value
- 600600
- Systemsystem
- 602-1; 602-2602-1; 602-2
- Führungsgrößenreference variables
- 604-1; 604-2604-1; 604-2
- SollstromvorgabenTarget current requirements
- 605605
- FeedbacksignalFeedback signal
- 606-1; 606-2606-1; 606-2
- PI-ReglerPI controller
- 607-1; 607-2607-1; 607-2
- Stellgrößenmanipulated variables
- 608-1; 608-2608-1; 608-2
- Spannungskomponentenvoltage components
- 610610
- d,q/1,2,3-Wandlerd, q / 1,2,3-converter
- 612-1; 612-2; 612-3612-1; 612-2; 612-3
- Spannungsvorgabenvoltage requirements
- 614614
- Vektormodulatorvector modulator
- 616616
- Wechselrichterinverter
- 618-1; 618-2; 618-3618-1; 618-2; 618-3
- PWM-SignalePWM signals
- 620-1; 620-2; 620-3620-1; 620-2; 620-3
- Betriebsspannungoperating voltage
- 624624
- Umwandlerconverter
- 630630
- Positionssensorposition sensor
- 632632
- Mechanischer WinkelMechanical angle
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- Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
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- Entkopplerdecoupler
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- Permanenterregte SynchronmaschinePermanent magnet synchronous machine
- 641641
- Prozessorprocessor
- 642642
- Drehzahlrotation speed
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- Batteriestrombattery power
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- 645645
- Signalsignal
- 646-1; 646-2646-1; 646-2
- Integratorwerteintegrator values
- 650650
- Systemsystem
- 652-1; 652-2652-1; 652-2
- Führungsgrößenreference variables
- 654-1; 654-2654-1; 654-2
- SollstromvorgabenTarget current requirements
- 655655
- FeedbacksignalFeedback signal
- 656-1; 656-2656-1; 656-2
- PI-ReglerPI controller
- 657-1; 657-2657-1; 657-2
- Stellgrößenmanipulated variables
- 658-1; 658-2658-1; 658-2
- Spannungskomponentenvoltage components
- 660660
- A,B/α,β-WandlerA, B / α, β-converter
- 662-1; 662-2; 662-3662-1; 662-2; 662-3
- Spannungsvorgabenvoltage requirements
- 664664
- PWM GeneratorPWM generator
- 666666
- Wechselrichterinverter
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- PWM-SignalePWM signals
- 670-1; 670-2; 670-3670-1; 670-2; 670-3
- Betriebsspannungoperating voltage
- 674674
- Umwandlerconverter
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- Weiterer UmwandlerAnother converter
- 678678
- Elektrischer FlussElectric river
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- Winkelgeberangle encoder
- 682682
- Elektrische LäuferkreisfrequenzElectrical rotor circuit frequency
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- Mechanische WinkelgeschwindigkeitMechanical angular velocity
- 686686
- Flussmodellflow model
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- Elektrische WinkelgeschwindigkeitElectric angular velocity
- 688688
- Entkopplerdecoupler
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- Asynchronmaschineasynchronous
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- Prozessorprocessor
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- Drehzahlrotation speed
- 693693
- Batteriestrombattery power
- 694694
- Batteriespannungbattery voltage
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- Signalsignal
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- Integratorwerteintegrator values
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- Algorithmusalgorithm
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- Startbegin
- 704704
- konventionelle FORconventional FOR
- 706706
- ÜberwachenMonitor
- 708708
- Gleichsetzenequate
- 710710
- ÜberprüfenTo verify
- 712712
- RückberechnungClaw-back
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- Berechnungcalculation
- 716-1; 716-2716-1; 716-2
- Berechnungcalculation
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- Berechnungcalculation
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- Berechnungcalculation
- 722-1; 722-2722-1; 722-2
- FORFOR
- 724724
- BereitstellenProvide
- 726726
- EndeThe End
- 800-1; 800-2800-1; 800-2
- Verlauf der PWM-SignaleCourse of the PWM signals
- 810-1; 810-2810-1; 810-2
- Verlauf des PhasenstromvektorsCourse of the phase current vector
- 820-1; 820-2820-1; 820-2
- Verlauf der Phasenstrom-d-KomponenteCourse of the phase current d component
- 830-1; 830-2830-1; 830-2
- Verlauf der Phasenstrom-q-KomponenteCourse of the phase current q-component
- 840-1; 840-2840-1; 840-2
- Verlauf des DrehmomentsCourse of the torque
- 850-1; 850-2850-1; 850-2
- Verlauf der DrehzahlCourse of the speed
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- Verlauf des AKS-SignalsHistory of the AKS signal
Claims (17)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102014205244.0A DE102014205244A1 (en) | 2014-03-20 | 2014-03-20 | Method and device for initializing a control circuit for a current for operating a three-phase machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2014
- 2014-03-20 DE DE102014205244.0A patent/DE102014205244A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
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