DE102015224586A1

DE102015224586A1 - Operating point determination of a synchronous machine

Info

Publication number: DE102015224586A1
Application number: DE102015224586.1A
Authority: DE
Inventors: Oussama Jabloun
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2015-12-08
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Drehfeldmaschine (100) an einem Energiespeicher (218) mittels einer Vektorregelung umfasst Schritte des Abtastens einer Drehzahl der Drehfeldmaschine (100), des Bestimmens, bezüglich der abgetasteten Drehzahl, eines vorbestimmten maximalen Stroms durch den Energiespeicher (218) und eines vorbestimmten maximalen Stroms durch die Drehfeldmaschine (100), eines Zusammenhangs zwischen einer Isd-Komponente und einer Isq-Komponente des Stroms durch die Drehfeldmaschine (100), und des Bestimmens eines maximalen Drehmoments auf der Basis des Zusammenhangs und einer vorbestimmten Kennlinie (425) im Phasenraum (300) der Arbeitspunkte (305), wobei ein Arbeitspunkt (305) eine d-Komponente und eine q-Komponente des durch die Drehfeldmaschine (100) fließenden Stroms umfasst.A method for controlling an induction motor (100) at an energy store (218) by means of vector control comprises steps of sampling a speed of the induction machine (100), determining, with respect to the sensed speed, a predetermined maximum current through the energy store (218) and a predetermined maximum current through the rotating field machine (100), a relationship between an Isd component and an Isq component of the current through the rotating field machine (100), and determining a maximum torque based on the relationship and a predetermined characteristic (425) in Phase space (300) of the operating points (305), wherein an operating point (305) comprises a d-component and a q-component of the current flowing through the induction machine (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Drehmomentbegrenzung an einer Synchronmaschine, die mittels Vektorregelung gesteuert wird. The invention relates to a synchronous machine. In particular, the invention relates to a torque limiter on a synchronous machine which is controlled by means of vector control.

Eine Synchronmaschine kann mittels einer Vektorregelung bezüglich eines abzugebenden Drehmoments gesteuert werden. Beispielsweise kann eine elektrische Servolenkung oder Lenkkraftunterstützung mittels eines Elektromotors realisiert sein, dessen abzugebendes Drehmoment gesteuert wird. A synchronous machine can be controlled by means of a vector control with respect to a torque to be delivered. For example, an electric power steering or power steering can be realized by means of an electric motor, whose torque is controlled to be controlled.

Die Synchronmaschine ist permanenterregt und umfasst einen Rotor mit mehreren Permanentmagneten und einen Stator mit Spulen. Im Betrieb der Synchronmaschine werden die Spulen mittels sinusförmigen Strömen angesteuert, wobei eine Frequenz der Ströme von einer Drehzahl und eine Amplitude vom Drehmoment abhängig sind. Die Vektorregelung bestimmt die Ströme bezüglich eines Koordinatensystems, das sich mit dem Stator mit dreht, sodass die Ströme als Gleichgrößen bestimmt werden können, sodass übliche Verfahren der Regelungstechnik verbessert anwendbar sind. Ein Vektorregler setzt die Vektorregelung physisch um und steuert die Synchronmaschine. The synchronous machine is permanently energized and comprises a rotor with several permanent magnets and a stator with coils. During operation of the synchronous machine, the coils are driven by means of sinusoidal currents, wherein a frequency of the currents of a rotational speed and an amplitude of the torque are dependent. The vector control determines the currents with respect to a coordinate system that rotates with the stator, so that the currents can be determined as DC variables, so that conventional methods of control technology can be used in an improved manner. A vector controller physically implements the vector control and controls the synchronous machine.

Die Regelung erfolgt auf einen Arbeitspunkt, der im rotierenden Koordinatensystem als Kombination aus einer q-Komponente und einer d-Komponente des durch die Synchronmaschine fließenden Stroms ergibt. Der Arbeitspunkt wird bezüglich des angeforderten Drehmoments bestimmt, wobei bestimmte Grenzen eingehalten werden müssen, die beispielsweise die maximale Strombelastbarkeit der Synchronmaschine betreffen. The control is performed on an operating point, which results in the rotating coordinate system as a combination of a q-component and a d-component of the current flowing through the synchronous machine. The operating point is determined with respect to the requested torque, while certain limits must be met, for example, concern the maximum current carrying capacity of the synchronous machine.

Ist eine maximale Leistung der Synchronmaschine begrenzt, kann zu einem angeforderten Drehmoment unter Umständen kein Arbeitspunkt bestimmt werden. Zur Arbeitspunktbestimmung muss daher eine Begrenzung des Drehmoments durchgeführt werden. Die Begrenzung kann zwar analytisch durchgeführt werden, dies erfordert aber einen großen Aufwand, der mittels einer kostengünstigen Verarbeitungseinrichtung oft nicht durchgeführt werden kann. If a maximum power of the synchronous machine is limited, under certain circumstances no operating point can be determined for a requested torque. For operating point determination, therefore, a limitation of the torque must be performed. Although the limitation can be carried out analytically, but this requires a lot of effort, which can often not be performed by means of a cost-effective processing device.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zur Steuerung einer Synchronmaschine anzugeben, die eine Drehmomentbegrenzung umfasst, die einfach durchzuführen ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder. The invention has for its object to provide an improved technique for controlling a synchronous machine, which includes a torque limiter that is easy to perform. The invention solves this problem by means of the subject matters of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.

Ein Verfahren zum Steuern einer Drehfeldmaschine an einem Energiespeicher mittels einer Vektorregelung umfasst Schritte des Abtastens einer Drehzahl der Drehfeldmaschine, des Bestimmens, bezüglich der abgetasteten Drehzahl, eines vorbestimmten maximalen Stroms durch den Energiespeicher und eines vorbestimmten maximalen Stroms durch die Drehfeldmaschine, eines Zusammenhangs zwischen einer Isd-Komponente und einer Isq-Komponente des Stroms durch die Drehfeldmaschine, und des Bestimmens eines maximalen Drehmoments auf der Basis des Zusammenhangs und einer vorbestimmten Kennlinie im Phasenraum der Arbeitspunkte, wobei ein Arbeitspunkt eine d-Komponente und eine q-Komponente des durch die Drehfeldmaschine fließenden Stroms umfasst. A method of controlling a rotating field machine on an energy storage by means of a vector control comprises steps of sampling a rotational speed of the induction machine, determining with respect to the sensed speed, a predetermined maximum current through the energy storage and a predetermined maximum current through the induction machine, an association between an Isd Component and an Isq component of the current through the rotating field machine, and determining a maximum torque based on the relationship and a predetermined characteristic in the phase space of the operating points, wherein an operating point a d-component and a q-component of flowing through the rotating field machine Electricity includes.

Vorteilhafterweise kann ein Teil der ansonsten aufwändigen analytischen Bestimmung eines maximalen Drehmoments der Drehfeldmaschine bereits vor der eigentlichen Durchführung des Verfahrens bestimmt werden, sodass die während des Steuerns der Drehfeldmaschine nötigen Verarbeitungsschritte vereinfacht sein können. Dadurch kann insbesondere eine kostengünstige Verarbeitungseinrichtung mit begrenzter Verarbeitungs- oder Speicherkapazität zur Steuerung der Drehfeldmaschine verwendet werden. Das bestimmte Drehmoment kann verwendet werden, um die Drehfeldmaschine derart anzusteuern, dass das von ihr abgegebene Drehmoment maximal ist, ohne dabei die vorgegebenen Randbedingungen, insbesondere die maximal zulässigen Ströme, zu überschreiten. Die Kennlinie liegt bevorzugterweise in abgespeicherter Form vor, beispielsweise als Suchtabelle. Advantageously, a part of the otherwise complex analytical determination of a maximum torque of the induction machine can be determined before the actual implementation of the method, so that the processing steps required during the control of the induction machine can be simplified. As a result, in particular a cost-effective processing device with limited processing or storage capacity can be used to control the induction machine. The specific torque can be used to control the induction machine so that the torque output by it is maximum, without exceeding the predetermined boundary conditions, in particular the maximum permissible currents. The characteristic is preferably in stored form, for example as a search table.

Der Zusammenhang kann als weitere Kennlinie bestimmt werden, wobei ein Schnittpunkt zwischen der Kennlinie und der weiteren Kennlinie auf geometrische Weise bestimmt wird. Die Bedingungen der Kennlinie und des Zusammenhangs können leicht graphisch visualisiert werden, was eine Entwicklung einer Umsetzung des Verfahrens erleichtern kann. Das maximale Drehmoment kann gefunden werden, indem die Kennlinie mit der weiteren Kennlinie im Phasenraum der Arbeitspunkte geschnitten wird. Am Schnittpunkt können das zugehörige Drehmoment oder auch ein zugehöriger Phasenstrom, also ein durch die Phasen (Spulen) der Drehfeldmaschine fließender Strom, einfach bestimmt werden. Die Kennlinien können einfach als Sammlung von Stützstellen in Suchtabellen (lookup tables) abgelegt werden. Übliche Verfahren zur Verarbeitung von Kennlinien oder Kennfeldern, wie die Abspeicherung von Stützstellen und die Interpolation zwischen den Stützstellen, können vorteilhaft angewandt werden. The relationship can be determined as a further characteristic, wherein an intersection between the characteristic curve and the further characteristic curve is determined in a geometrical manner. The conditions of the characteristic and the relationship can be easily visualized graphically, which can facilitate development of an implementation of the method. The maximum torque can be found by cutting the characteristic with the other characteristic in the phase space of the operating points. At the intersection, the associated torque or an associated phase current, that is, a current flowing through the phases (coils) of the induction machine, can be easily determined. The curves can easily be stored as a collection of nodes in lookup tables. Usual methods of processing Characteristic curves or characteristic diagrams, such as the storage of interpolation points and the interpolation between the interpolation points, can be advantageously used.

Es sind aber auch andere Vorgehensweisen möglich, um die Bedingungen des Zusammenhangs und der Kennlinie miteinander in Einklang zu bringen. In einer weiteren Ausführungsform wird die Drehfeldmaschine mittels eines Arbeitspunkts auf der Kennlinie derart angesteuert, dass ein Phasenstrom verringert wird, bis der maximale Strom durch den Energiespeicher eingehalten ist. Dazu kann beispielsweise ein PI-Regler verwendet werden, der zur Minimierung des Phasenstroms eingesetzt wird. Der Arbeitspunkt der Drehfeldmaschine wird also auf der Kennlinie gesucht, indem der Phasenstrom so weit verringert wird, bis die Vorgabe des maximalen Stroms eingehalten ist. Andere Suchstrategien sind ebenfalls denkbar. However, other approaches are also possible to reconcile the conditions of the relationship and the characteristic. In another embodiment, the induction machine is controlled by means of a working point on the characteristic such that a phase current is reduced until the maximum current is maintained by the energy storage. For this purpose, for example, a PI controller can be used, which is used to minimize the phase current. The working point of the induction machine is thus searched for on the characteristic curve by reducing the phase current until the specification of the maximum current is maintained. Other search strategies are also conceivable.

Der Zusammenhang kann in bevorzugten Ausführungsformen eine MTPA-Kennlinie, eine MTPV-Kennlinie, eine Kennlinie maximaler Phasenströme oder eine Spannungsellipse umfassen. Die MTPA-Kennlinie (MTPA: Maximum Torque per Ampère, maximales Drehmoment pro Ampère) umfasst Arbeitspunkte, an denen bei maximiertem Drehmoment der durch die Drehfeldmaschine fließende Strom minimiert ist. Diese Kennlinie kann beispielsweise analytisch oder experimentell bezüglich einer vorbestimmten Drehfeldmaschine bestimmt werden. Die MTPV-Kennlinie (MTPV: Maximum Torque per Volt, maximales Drehmoment pro Volt) umfasst Arbeitspunkte, bei denen die Spannung an den Spulen der Drehfeldmaschine maximal ist. Soll eine Drehzahl der Drehfeldmaschine über einen Arbeitspunkt auf der MTPA-Kennlinie angehoben werden, so kann die negative d-Komponente des Stroms erhöht werden, sodass eine zusätzliche Feldschwächung eintritt. Dabei darf die MTPV-Kennlinie aber nicht überschritten werden. Auf der MTPV-Kennlinie liegen daher Arbeitspunkte mit maximaler Drehzahl. Die maximalen Phasenströme geben eine Belastbarkeit der Spulen mit Strom wieder. Die Spannungsellipse kann Grenzen bestimmen, die durch einen maximalen magnetischen Fluss in der Drehfeldmaschine vorgegeben sind. The relationship in preferred embodiments may include an MTPA characteristic, an MTPV characteristic, a maximum phase current characteristic, or a voltage ellipse. The MTPA (Maximum Torque Per Amp, Maximum Torque per Amp) characteristic includes operating points at which, with torque maximized, the current flowing through the induction machine is minimized. This characteristic can be determined, for example, analytically or experimentally with respect to a predetermined induction machine. The MTPV characteristic (MTPV: maximum torque per volt, maximum torque per volt) includes operating points at which the voltage across the coils of the induction machine is maximum. If a rotational speed of the induction machine is to be increased above an operating point on the MTPA characteristic, then the negative d component of the current can be increased, so that an additional field weakening occurs. However, the MTPV characteristic curve must not be exceeded. On the MTPV characteristic are therefore operating points with maximum speed. The maximum phase currents give a resilience of the coils with power again. The stress ellipse can determine limits that are predetermined by a maximum magnetic flux in the induction machine.

Bevorzugterweise wird gleichzeitig mit der Begrenzung des Drehmoments bzw. der Bestimmung des maximalen Drehmoments der Arbeitspunkt der Drehfeldmaschine bestimmt. Unter den oben genannten Suchverfahren ist also eines zu bevorzugen, das den Arbeitspunkt mitbestimmt, beispielsweise die geometrische Suche. Der Aufwand für die Arbeitspunktbestimmung ist dann bereits erfolgt, sodass eine Belastung einer Verarbeitungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens signifikant verringert sein kann. Preferably, the operating point of the induction machine is determined simultaneously with the limitation of the torque or the determination of the maximum torque. Among the above-mentioned search methods, therefore, one that has a certain influence on the operating point, for example the geometric search, is to be preferred. The effort for determining the operating point has then already been made, so that a load on a processing device for carrying out the method can be significantly reduced.

Ein Zusammenhang zwischen einem Drehmoment und einem Punkt auf der Kennlinie kann in abgespeicherter Form vorliegen. So kann das Drehmoment leicht bestimmt werden, wenn der Punkt auf der Kennlinie bekannt ist. A relationship between a torque and a point on the characteristic curve can be stored in a stored form. Thus, the torque can be easily determined if the point on the characteristic is known.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Arbeitspunkt der Drehfeldmaschine auf der Basis eines angeforderten Drehmoments bestimmt, wobei gleichzeitigt das angesteuerte Drehmoment derart begrenzt wird, dass ein durch den Energiespeicher fließender Strom einen vorbestimmten maximalen Strom nicht überschreitet. Die Bestimmung des maximalen Drehmoments kann dabei auch entfallen. In another embodiment, the operating point of the induction machine is determined on the basis of a requested torque, wherein at the same time the controlled torque is limited such that a current flowing through the energy storage current does not exceed a predetermined maximum current. The determination of the maximum torque can also be omitted.

Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem programmierbaren Mikrocomputer ausgeführt wird oder auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist. A computer program product comprises program code means for performing a method according to any preceding claim when the computer program product is run on a programmable microcomputer or stored on a computer readable medium.

Eine Vektorregelung zur Steuerung einer Drehfeldmaschine an einem Energiespeicher umfasst eine Abtasteinrichtung zur Abtastung einer Drehzahl der Drehfeldmaschine, und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Zusammenhang zwischen einer Isd-Komponente und einer Isq-Komponente des durch die Drehfeldmaschine fließenden Stroms bezüglich eines maximalen Stroms durch den Energiespeicher, eines maximalen Stroms durch die Drehfeldmaschine und der abgetasteten Drehzahl zu bestimmen, und ein maximales Drehmoment auf der Basis des Zusammenhangs und einer vorbestimmten Kennlinie im Phasenraum der Arbeitspunkte zu bestimmen. Dabei umfasst der Arbeitspunkt eine d-Komponente und eine q-Komponente des durch die Drehfeldmaschine fließenden Stroms und die Kennlinie liegt in abgespeicherter Form vor. A vector controller for controlling a rotating field machine on an energy storage device comprises a sampling device for sampling a rotational speed of the induction machine, and a processing device which is set up, a relationship between an Isd component and an Isq component of the current flowing through the induction motor with respect to a maximum current determined by the energy storage, a maximum current through the rotary field machine and the sampled speed, and to determine a maximum torque on the basis of the relationship and a predetermined characteristic in the phase space of the operating points. In this case, the operating point comprises a d-component and a q-component of the current flowing through the rotary field machine current and the characteristic is in stored form.

In einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich oder alternativ zum maximalen Drehmoment ein Arbeitspunkt bestimmt. Die Vektorregelung kann insbesondere eines der oben beschriebenen Verfahren realisieren. In a further embodiment, an operating point is determined in addition to or as an alternative to the maximum torque. In particular, the vector control can realize one of the methods described above.

Bevorzugterweise ist die Verarbeitungseinrichtung der Vektorregelung dazu eingerichtet, den Arbeitspunkt bezüglich eines angeforderten Drehmoments und des bestimmten maximalen Drehmoments derart zu bestimmen, dass die vorbestimmten Ströme eingehalten sind und das durch die Drehfeldmaschine abgegebene Drehmoment möglichst dem angeforderten Drehmoment entspricht, ohne dabei das bestimmte maximale Drehmoment zu überschreiten. Wird ein geringeres als das angeforderte Drehmoment angesteuert, kann ein Signal bereitgestellt werden, das auf die Begrenzung hinweist. Preferably, the processing means of the vector control is adapted to the operating point with respect to a requested torque and the determined maximum torque so determine that the predetermined currents are complied with and the torque output by the induction machine as possible corresponds to the requested torque, without exceeding the certain maximum torque. If less than the requested torque is driven, a signal indicative of the limitation may be provided.

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen: The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:

1 eine Drehfeldmaschine mit unterschiedlichen Koordinatensystemen; 1 an induction machine with different coordinate systems;

2 die Drehfeldmaschine von 1 an einer Steuervorrichtung und 2 the induction machine of 1 at a control device and

3 bis 5 beispielhafte Kennfelder von Arbeitspunkten einer Drehfeldmaschine darstellen. 3 to 5 represent exemplary maps of operating points of a rotary field machine.

1 zeigt eine Drehfeldmaschine 100, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine. Die Drehfeldmaschine 100 umfasst einen Stator 105 und einen Rotor 110, die bezüglich einer Drehachse 115 drehbar gegeneinander gelagert sind. Am Stator 105 sind wenigstens drei Spulen 120 gleichmäßig versetzt auf einem Umfang um die Drehachse 115 angebracht. Es sind drei Phasen U, V und W vorgesehen, wobei jede Phase U, V, W mit gleich vielen Spulen 120 verbunden ist und die Spulen 120 äquidistant auf dem Umfang verteilt sind. In der dargestellten Ausführungsform beträgt eine Polpaarzahl eins, sodass drei Spulen 120 vorgesehen sind, die paarweise Winkel von 120° miteinander einschließen, in anderen Ausführungsformen ist die Polpaarzahl größer und es sind entsprechend mehr Spulen 120 mit kleineren Winkeln zu Nachbarspulen vorgesehen. Die Spulen 120 können in Stern- oder Dreiecksschaltung miteinander verbunden sein, sodass üblicherweise nur drei Anschlüsse aus der Drehfeldmaschine 100 nach außen zugänglich sind. Der Rotor 110 trägt bevorzugterweise einen oder mehrere Permanentmagneten 125, sodass von einer permanenterregten Synchronmaschine (PSM) gesprochen wird. Werden die Phasen U, V, W mit phasenverschobenen Wechselströmen angesteuert, so wird ein Drehmoment generiert, das den Rotor 110 um die Drehachse 115 bezüglich des Stators 105 dreht. 1 shows a rotating field machine 100 , in particular a permanent magnet synchronous machine. The induction machine 100 includes a stator 105 and a rotor 110 related to a rotation axis 115 are rotatably mounted against each other. At the stator 105 are at least three coils 120 evenly offset on a circumference about the axis of rotation 115 appropriate. There are three phases U, V and W provided, each phase U, V, W with the same number of coils 120 connected and the coils 120 equidistantly distributed on the circumference. In the illustrated embodiment, a pole pair number is one, so that three coils 120 are provided, the pairwise angle of 120 ° with each other include, in other embodiments, the number of pole pairs is larger and there are correspondingly more coils 120 provided with smaller angles to neighboring coils. The spools 120 can be connected to each other in star or delta, so usually only three connections from the induction machine 100 are accessible to the outside. The rotor 110 preferably carries one or more permanent magnets 125 , so that by a permanent-magnet synchronous machine (PSM) is spoken. If the phases U, V, W are driven with phase-shifted alternating currents, then a torque is generated, which is the rotor 110 around the axis of rotation 115 with respect to the stator 105 rotates.

Die phasenverschobene Ansteuerung der Phasen U, V, W kann in unterschiedlichen Koordinatensystemen dargestellt werden. Im statorfesten U/V/W-Koordinatensystem sind die Koordinatenachsen um 120° gegeneinander verdreht. Da die Ströme der Phasen U, V, W in Summe Null ergeben, kann ein Stromzeiger bzw. Stromvektor 130 auch in einem statorfesten, zweidimensionalen α/β-Koordinatensystem dargestellt werden. Ferner ist ein rotorfestes d/q-Koordinatensystem eingetragen, dessen d-Komponente gleichgerichtet mit dem magnetischen Fluss Ψ_PM des Permanentmagneten 125 verläuft. Ein Winkel zwischen der d-Achse und der α- bzw. U-Achse entspricht einem mechanischen Drehwinkel zwischen dem Rotor 110 und dem Stator 105. Ein elektrischer Drehwinkel entspricht dem mechanischen Drehwinkel multipliziert mit der Polpaarzahl. Der d-Strom beeinflusst den magnetischen Fluss der Drehfeldmaschine 100 und wird auch Blindstrom genannt, der q-Strom bewirkt die Drehmomentbildung und wird Wirkstrom genannt. The phase-shifted control of the phases U, V, W can be represented in different coordinate systems. In the stator-fixed U / V / W coordinate system, the coordinate axes are rotated by 120 ° to each other. Since the currents of the phases U, V, W sum to zero, a current vector or current vector can be used 130 can also be represented in a stator-fixed, two-dimensional α / β coordinate system. Furthermore, a rotor-fixed d / q coordinate system is entered whose d-component is rectified with the magnetic flux Ψ _{PM of} the permanent magnet 125 runs. An angle between the d-axis and the α- or U-axis corresponds to a mechanical angle of rotation between the rotor 110 and the stator 105 , An electrical rotation angle corresponds to the mechanical rotation angle multiplied by the number of pole pairs. The d-current influences the magnetic flux of the induction machine 100 and is also called reactive current, the q-current causes the torque and is called active current.

Durch das Betrachten bzw. Steuern von durch die Phasen U, V, W fließenden Strömen im rotorfesten d/q-Koordinatensystem können sich verarbeitungstechnische und rechnerische Vorteile ergeben, um die Drehfeldmaschine 100 zu betreiben. Viewing or controlling currents flowing through the phases U, V, W in the rotor-fixed d / q coordinate system can result in processing and computational advantages for the induction machine 100 to operate.

2 zeigt eine beispielhafte Steuervorrichtung 200 zur Feldorientierten Steuerung (FOS) der Drehfeldmaschine 100 aus 1 in einer beispielhaften Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass die dargestellte Steuervorrichtung 200 lediglich stellvertretend für eine praktisch beliebige Steuerung oder Regelung steht, die das d-q-Koordinatensystem von 1 verwendet. Die Drehfeldmaschine 100 ist bevorzugterweise als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführt. 2 shows an exemplary control device 200 for field-oriented control (FOS) of the induction machine 100 out 1 in an exemplary embodiment. It should be noted that the illustrated control device 200 is merely representative of a virtually any control or regulation that the dq coordinate system of 1 used. The induction machine 100 is preferably designed as a permanent magnet synchronous machine.

In der dargestellten Ausführungsform ist eine Steuerkomponente 205 dazu vorgesehen, auf der Basis von vorgegebenen d- und q-Komponenten eines Soll-Stroms (IsdRef, IsqRef) durch die Drehfeldmaschine 100 d- und q-Komponenten einer Spannung (Usd, Usq) zu generieren, die im Folgenden an der Drehfeldmaschine 100 eingestellt werden sollen. Die beiden Komponenten werden mittels eines Umsetzers 210 vom d/q-Koordinatensystem in ein dreidimensionales Koordinatensystem (insbesondere das U/V/W-Koordinatensystem) umgesetzt. Dabei ergeben sich drei Spannungen, die üblicherweise mittels eines Vektormodulators 215 in drei korrespondierende Pulsweitenmodulationssignale (PWM) umgesetzt werden, wobei insbesondere Tastverhältnisse der PWM-Signale gesteuert werden können. In the illustrated embodiment, a control component 205 provided on the basis of predetermined d and q components of a desired current (IsdRef, IsqRef) by the induction machine 100 d and q components of a voltage (Usd, Usq) to generate the following on the induction machine 100 should be set. The two components are made by means of a converter 210 converted from the d / q coordinate system in a three-dimensional coordinate system (in particular the U / V / W coordinate system). This results in three voltages, usually by means of a vector modulator 215 be converted into three corresponding pulse width modulation signals (PWM), in particular duty cycles of the PWM signals can be controlled.

Ein Pulswechselrichter 220 ist dazu eingerichtet, jede der Phasen U, V, W getaktet mit einem hohen oder einem niedrigen Potential einer Zwischenkreisspannung zu verbinden, sodass sich an der Phase U, V, W eine gewünschte Spannung einstellt. Die Zwischenkreisspannung kann bei Einsatz der Steuervorrichtung 200 in einem Kraftfahrzeug einer Bordspannung entsprechen. Die Bordspannung kann mittels eines Energiespeichers 218, insbesondere einer Batterie, bereitgestellt sein. In diesem Fall kann die Energie zum Antrieb der Drehfeldmaschine 100 der Batterie entnommen oder im Generatorbetrieb auch in diese zurück gespeist werden. A pulse inverter 220 is adapted to connect each of the phases U, V, W clocked with a high or a low potential of a DC link voltage, so that at the phase U, V, W sets a desired voltage. The DC link voltage can when using the control device 200 in a motor vehicle correspond to an on-board voltage. The on-board voltage can be achieved by means of an energy store 218 , in particular a battery, be provided. In this case, the energy to drive the induction machine 100 taken from the battery or fed in generator operation in this back.

Ein Pulswechselrichter 220 ist dazu eingerichtet, jede der Phasen U, V, W getaktet mit einem hohen oder einem niedrigen Potential der Zwischenkreisspannung zu verbinden, sodass sich an der Phase U, V, W eine gewünschte Spannung einstellt. Dazu umfasst der Pulswechselrichter üblicherweise Stromventile, die mittels pulsweitenmodulierten (PWM) Signalen angesteuert werden, deren Tastverhältnisse die Spannungen steuern. Die Spannungen werden an die Spulen 110 angelegt und bewirken Ist-Phasenströme durch die Phasen U, V und W. Mindestens ein Phasenstrom wird mittels einer Abtasteinrichtung 225 abgetastet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind wenigstens zwei Abtasteinrichtungen 225 für verschiedene Ist-Phasenströme vorgesehen, wobei der Ist-Phasenstrom der nicht abgetasteten Phase U, V, W als Linearkombination aus den anderen beiden Ist-Phasenströmen bestimmt werden kann, sodass die Summe der drei Ist-Phasenströme Null ist. A pulse inverter 220 is configured to connect each of the phases U, V, W clocked with a high or a low potential of the intermediate circuit voltage, so that sets a desired voltage at the phase U, V, W. For this purpose, the pulse inverter usually comprises current valves, which are controlled by means of pulse width modulated (PWM) signals whose duty cycles control the voltages. The voltages are applied to the coils 110 applied and cause actual phase currents through the phases U, V and W. At least one phase current is detected by means of a scanning device 225 sampled. In a preferred embodiment, at least two scanning devices 225 provided for different actual phase currents, wherein the actual phase current of the non-sampled phase U, V, W can be determined as a linear combination of the other two actual phase currents, so that the sum of the three actual phase currents is zero.

Eine Rückkopplung der Steuervorrichtung 200 erfolgt bevorzugterweise mittels eines Positionssensors 230, der einen Drehwinkel zwischen dem Rotor 110 und dem Stator 105 bestimmt. Das Ausgangssignal des Positionssensors 230 wird, falls erforderlich, mit der Polpaarzahl multipliziert, um den mechanischen Drehwinkel in einen elektrischen Stromwinkel umzuwandeln. Das Positionssignal kann nach der Zeit abgeleitet werden, um eine mechanische Winkelgeschwindigkeit ωmech des Rotors 110 zu bestimmen. Die mechanische Winkelgeschwindigkeit ωmech kann auf der Basis der Polpaarzahl in eine elektrische Winkelgeschwindigkeit umgewandelt werden, die der Steuerkomponente 205 als Rückkopplung bereitgestellt werden kann. A feedback of the control device 200 is preferably carried out by means of a position sensor 230 , which is a rotation angle between the rotor 110 and the stator 105 certainly. The output signal of the position sensor 230 is multiplied, if necessary, with the number of pole pairs to convert the mechanical rotation angle to an electric current angle. The position signal may be derived in time to a mechanical angular velocity ωmech of the rotor 110 to determine. The mechanical angular velocity ωmech can be converted on the basis of the number of pole pairs into an electrical angular velocity, that of the control component 205 can be provided as feedback.

Insbesondere für einen Einsatz als Servomotor kann die Drehfeldmaschine 100 drehmomentgeregelt betrieben werden, wobei ein gewünschtes Drehmoment M_soll vorgegeben wird, aus dem eine Arbeitspunktbestimmung 240 die gewünschten Ströme IsdRef und IsqRef bereitstellt. Eine Kombination von Strömen IsdRef und IsqRef (oder Isd und Isq) wird Arbeitspunkt genannt. In particular for use as a servomotor, the induction machine can 100 be operated torque-controlled, wherein a desired torque M_soll is specified, from which a working point determination 240 provides the desired streams IsdRef and IsqRef. A combination of streams IsdRef and IsqRef (or Isd and Isq) is called the operating point.

Abgesehen von der Drehfeldmaschine 100, dem Pulswechselrichter 220, der Abtasteinrichtung 225 und dem Positionssensor 230 sind die dargestellten Elemente bzw. Blöcke üblicherweise als Verfahrensschritte eines Verfahrens ausgeführt, das auf einer Verarbeitungseinrichtung abläuft, die bevorzugterweise einen programmierbaren Mikrocomputer umfasst. Eingehende analoge Signale werden üblicherweise mittels Analog-Digital-Wandlern abgetastet und bereitzustellende Signale werden entweder digital mittels eines Treiberbausteins oder analog mittels eines Digital-Analog-Wandlers ausgegeben. Insofern kann die Steuervorrichtung 200 auch als Flussdiagramm eines Verfahrens begriffen werden. Apart from the induction machine 100 , the pulse inverter 220 , the scanning device 225 and the position sensor 230 For example, the illustrated elements or blocks are typically implemented as method steps of a method that operates on a processing device, which preferably includes a programmable microcomputer. Incoming analog signals are usually sampled by means of analog-to-digital converters and signals to be provided are output either digitally by means of a driver module or analogue by means of a digital-to-analogue converter. In this respect, the control device 200 also be understood as a flowchart of a method.

3 zeigt ein Kennfeld 300 von Arbeitspunkten einer Drehfeldmaschine 100. In horizontaler Richtung ist ein erster Strom IsdRef und in vertikaler Richtung ein zweiter Strom IsqRef angetragen. Diese Ströme beziehen sich auf das rotorfeste dq-Koordinatensystem der Drehfeldmaschine 100. Dargestellte numerische Werte sind rein beispielhaft für eine gegebene Drehfeldmaschine 100 mit einer gegebenen Steuervorrichtung 200. 3 shows a map 300 of operating points of a rotary field machine 100 , In the horizontal direction, a first current IsdRef and in the vertical direction a second current IsqRef is plotted. These currents relate to the rotor-fixed dq coordinate system of the induction machine 100 , Illustrated numerical values are purely exemplary of a given induction machine 100 with a given controller 200 ,

Unter einem Kennfeld wird allgemein eine Abbildung von einer oder mehreren Eingangsgrößen auf eine Ausgangsgröße verstanden. Ist nur eine Eingangsgröße vorgesehen, spricht man auch von einer Kennlinie. Bei zwei Eingangsgrößen lässt sich das Kennfeld als dreidimensionale Fläche visualisieren. Es sind auch mehrdimensionale Kennfelder möglich, wobei praktisch beliebig viele Eingangsgrößen auf beliebig viele Ausgangsgrößen abgebildet werden können. Das Kennfeld wird üblicherweise abgespeichert, indem an vorbestimmten Stützstellen Eingangs- und Ausgangswerte bestimmt und in einer Datenstruktur, z.B. einer Suchtabelle (lookup table), abgelegt werden. Um mithilfe des abgespeicherten Kennfelds zu einer Kombination von Eingangswerten den Ausgangswert zu bestimmen, kann der bekannte Ausgangswert an der Stützstelle verwendet werden, die am nächsten an der Kombination der Eingangswerte liegt. Alternativ kann ein Wert zwischen mehreren Stützstellen interpoliert werden. Die Interpolation kann insbesondere linear, polynomial oder per Bézier-Kurven erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform können Ausgangswerte einer Kennlinie oder eines Kennfelds auch durch eine mathematische Formel oder ein entsprechendes Bestimmungsverfahren bereitgestellt werden. Der Zusammenhang zwischen Eingangswerten und Ausgangswerten ist jedoch unabhängig von der Art ihrer Bestimmung immer der gleiche. Das Bestimmen von Ausgangswerten auf der Basis von Eingangswerten führt üblicherweise die Steuerkomponente 205 in 2 durch, die bevorzugt als Mikrocomputer ausgeführt ist. A map is generally understood to mean an image of one or more input variables to an output variable. If only one input variable is provided, this is also called a characteristic curve. With two input quantities, the characteristic field can be visualized as a three-dimensional surface. There are also multi-dimensional maps possible, with virtually any number of input variables can be mapped to any number of output variables. The map is usually stored by determined at predetermined nodes input and output values and stored in a data structure, such as a lookup table. In order to determine the output value by means of the stored characteristic map for a combination of input values, the known output value at the interpolation point which is closest to the combination of the input values can be used. Alternatively, a value between several nodes can be interpolated. In particular, the interpolation can be linear, polynomial or Bézier curves. In a further embodiment, output values of a characteristic curve or a characteristic field can also be provided by a mathematical formula or a corresponding determination method. However, the relationship between input values and output values is always the same regardless of the way in which they are determined. Determining output values based on input values usually results in the control component 205 in 2 by, which is preferably designed as a microcomputer.

Ein Arbeitspunkt 305 ist eine Kombination von Strömen Isd und Isq, die für die Steuerung mittels der Steuervorrichtung 200 verwendet werden. Wird die Drehfeldmaschine 100 als Motor verwendet, liegt der Arbeitspunkt im zweiten Quadrant, bei einer Nutzung als Generator im dritten. Der Arbeitspunkt 305 ist im Allgemeinen durch mehrere Bedingungen beschränkt. Beispielsweise definiert der maximal zulässige, durch die Drehfeldmaschine 100 fließende Strom einen Kreis 310, in dem der Arbeitspunkt 305 liegen muss. Auf der Trajektorie 315 liegen Arbeitspunkte 305, bei denen für einen eingesetzten Strom durch die Drehfeldmaschine 305 ein maximales Drehmoment erzielt werden kann (MTPA, Maximum Torque per Ampère). Eine weitere Trajektorie 325 gibt Arbeitspunkte 305 an, bei denen eine maximale Ausbeute von Drehmoment für eine eingesetzte Spannung erzielt werden kann (MTPV, Maximum Torque per Volt). Eine Bestimmung der MTPA- und MTPV-Kennlinien und die Bestimmung des maximalen Drehmoments ist allgemein bekannt und kann beispielsweise dem Kapitel 16: Synchronmaschine, des Buchs „Elektrische Antriebe – Regelung von Antriebssystemen“ von Dierk Schröder, Springerverlag, entnommen werden. An operating point 305 is a combination of currents Isd and Isq necessary for the control by means of the control device 200 be used. Will the induction machine 100 used as motor, the operating point is in the second quadrant, when used as a generator in the third. The working point 305 is generally limited by several conditions. For example, the maximum permissible defined by the induction machine 100 flowing stream a circle 310 in which the operating point 305 must lie. On the trajectory 315 lie operating points 305 in which for a current used by the induction machine 305 a maximum torque can be achieved (MTPA, maximum torque per ampere). Another trajectory 325 gives work points 305 at which a maximum yield of torque for a voltage used can be achieved (MTPV, maximum torque per volt). A determination of the MTPA and MTPV characteristics and the determination of the maximum torque is well known and can be found, for example, in Chapter 16: Synchronous Machine, the book "Electric Drives - Regulation of Drive Systems" by Dierk Schröder, Springerverlag.

Die an der Drehfeldmaschine 100 maximal zulässige Spannung, die sich aus den Spannungen an ihren Spulen 120 bestimmt, begrenzt den Arbeitspunkt 305 weiter auf den Innenbereich einer zugeordneten Ellipse 325. Ferner ist das durch die Drehfeldmaschine 100 lieferbare Drehmoment M in Abhängigkeit des magnetischen Flusses Ψ beschränkt, der durch die d-Komponente des Stroms hervorgerufen wird. Eine Bestimmung eines Arbeitspunkts 305 umfasst daher üblicherweise auch eine Begrenzung des angesteuerten Drehmoments M gegenüber dem gewünschten Drehmoment M_soll. Andererseits kann das maximal mögliche Drehmoment Mmax auch bestimmt werden, ohne gleichzeitig den Arbeitspunkt 305 zu bestimmen. The at the induction machine 100 maximum allowable voltage resulting from the voltages on their coils 120 determines, limits the working point 305 continue to the interior of an associated ellipse 325 , Furthermore, this is due to the induction machine 100 available torque M limited depending on the magnetic flux Ψ, which is caused by the d-component of the current. A determination of a working point 305 therefore usually also includes a limitation of the controlled torque M with respect to the desired torque M_soll. On the other hand, the maximum possible torque Mmax can also be determined without simultaneously the operating point 305 to determine.

In der Darstellung von 3 wird zur Ansteuerung der Drehfeldmaschine 100 bevorzugterweise ein Arbeitspunkt 305 gewählt, der auf einer Linie 330 liegt, die ein erstes Segment der Trajektorie 320 und ein zweites Segment des Kreises 310 umfasst. In the presentation of 3 is used to control the induction machine 100 preferably an operating point 305 chosen on a line 330 which is a first segment of the trajectory 320 and a second segment of the circle 310 includes.

Zusätzliche Einschränkungen für die Wahl des Arbeitspunkts 305 können gelten, wenn die elektrische Leistung, die die Drehfeldmaschine 100 mit dem Energiespeicher 218 austauschen kann, beschränkt ist. Da die maximale elektrische Batterieleistung das Produkt aus der Batteriespannung und dem maximalen Batteriestrom ist und die Batteriespannung als Messwert bekannt (oder durch die Bauart der Batterie vorbestimmt) ist, betrifft die Beschränkung praktisch auch den maximalen Batteriestrom. In der Praxis ist hierzu häufig der Begriff Batteriestromgrenze zu finden. Der maximale durch den Energiespeicher fließende Strom ist üblicherweise eine konstante Größe, die durch die Bauart der Batterie vorgegeben ist. Dieser Strom kann aber auch von einem weiteren Parameter, etwa einer Batterietemperatur abhängig sein. In diesem Fall kann der einzuhaltende durch den Energiespeicher 218 Strom auch beispielsweise der Steuerkomponente 205 von einer anderen Einrichtung mittels einer Schnittstelle bekannt gemacht sein. Ähnliches gilt für den maximalen durch die Drehfeldmaschine 100 fließenden Strom: üblicherweise ist er durch die Bauart der Drehfeldmaschine 100 vorbestimmt, kann aber auch von einem Parameter wie einer Temperatur abhängig sein. Auch dieser Strom kann für weitere Bestimmungen als Festwert abgelegt bzw. angenommen oder von einer anderen Komponente beispielsweise über eine Schnittstelle beziehbar sein. Additional restrictions on the choice of working point 305 can apply if the electric power that the induction machine 100 with the energy storage 218 can exchange, is limited. Since the maximum electric battery power is the product of the battery voltage and the maximum battery current, and the battery voltage is known as the measured value (or predetermined by the type of the battery), the limitation is also practically related to the maximum battery current. In practice, this is often the term battery power limit to find. The maximum current flowing through the energy store is usually a constant quantity, which is predetermined by the design of the battery. However, this current can also be dependent on a further parameter, for example a battery temperature. In this case, the one to be followed by the energy storage 218 Electricity also, for example, the control component 205 be made known by another device by means of an interface. The same applies to the maximum through the induction machine 100 flowing electricity: usually it is due to the design of the induction machine 100 predetermined, but may also be dependent on a parameter such as a temperature. This stream can also be stored or accepted as a fixed value for further determinations or be obtainable from another component, for example via an interface.

Unter Vernachlässigung von Umsetzungsverlusten im Pulswechselrichter 220 kann die Wirkleistung am Energiespeicher 218 mit der Wirkleistung an der Drehfeldmaschine 100 gleichgesetzt werden: P_dc = U_dcI_dc = Mω_mech + 3 / 2R_sI s / 2 (Gleichung 1) Neglecting conversion losses in the pulse inverter 220 can the active power at the energy storage 218 with the active power at the induction machine 100 be equated: P _dc = U _dc I _dc = Mω _mech + 3 / 2R _s I s / 2 (Equation 1)

In dieser Gleichung sind nur das Drehmoment M und der Phasenstrom I_s unbekannt, die restlichen Größen sind entweder als vorgegebene Größen, als Messwerte oder aus der Bauart der Drehfeldmaschine 100 oder des Energiespeichers 218 bekannt. In einer weiteren Ausführungsform können zusätzlich Einflussfaktoren wie etwa Verluste im Pulswechselrichter 220 berücksichtigt werden. M und I_s hängen auf folgende Weise voneinander ab: M = 3 / 2p_z(Y_pI_sq + I_sqI_sd(L_sd – L_sq)) (Gleichung 2)

In this equation, only the torque M and the phase current I _{s are} unknown, the remaining quantities are either as given quantities, as measured values or from the design of the induction machine 100 or the energy storage 218 known. In a further embodiment, influencing factors, such as losses in the pulse-controlled inverter, may additionally be used 220 be taken into account. M and I _s depend on each other as follows:

M = 3 / 2p _z (Y _p I _sq + I _sq I _sd (L _{sd -L} _sq )) (Equation 2)

In den Gleichungen bedeuten:

pz: Polpaarzahl
Is: Strom durch die Drehfeldmaschine
Isd: d-Komponente von Is
Isq: q-Komponente von Is
M: Drehmoment
Ψp: magnetischer Fluss
Lsd: d-Komponente der Induktivität der Drehfeldmaschine
Lsq: q-Komponente der Induktivität der Drehfeldmaschine
Rs: elektrischer (ohmscher) Widerstand der Drehfeldmaschine
ωmech: mechanische Winkelgeschwindigkeit der Drehfeldmaschine
Pdc: elektrische Wirkleistung

In the equations mean:

pz: number of pole pairs
is: Electricity through the induction machine
isd: d component of Is
Isq: q component of Is
M: torque
Ψp: magnetic river
lsd: d component of the inductance of the induction machine
Lsq: q-component of the inductance of the induction machine
Rs: electrical (ohmic) resistance of the rotary field machine
ωmech: mechanical angular velocity of the induction machine
pdc: electrical active power

Eine analytische Bestimmung von Isd und Isq oder des maximalen Drehmoments M auf der Basis eines vorgegebenen Drehmoments M_soll ist damit relativ aufwändig und kann mittels eines programmierbaren Mikrocomputers, der die Steuerkomponente 205 realisiert, aus Leistungsgründen häufig nicht durchgeführt werden. An analytical determination of Isd and Isq or of the maximum torque M on the basis of a predetermined torque M_soll is therefore relatively complicated and can by means of a programmable microcomputer, the control component 205 realized, for performance reasons are often not performed.

Es wird daher vorgeschlagen, eine Kennlinie vorzubestimmen, die Arbeitspunkte 305 umfasst, mit denen die Drehfeldmaschine 100 – unter Einhaltung einer ersten Optimierungsbedingung – betrieben werden soll, und den Suchbereich für einen Arbeitspunkt 305, bei dem alle Rahmenbedingungen, insbesondere die der Einhaltung eines maximalen Stroms Idc durch den Energiespeicher 218, eingehalten sind, auf die Kennlinie zu beschränken. It is therefore proposed to predetermine a characteristic curve, the operating points 305 includes, with which the induction machine 100 - is to be operated under observance of a first optimization condition - and the search range for an operating point 305 , in which all the framework conditions, in particular the maintenance of a maximum current Idc by the energy storage 218 , are observed to be limited to the characteristic curve.

4 zeigt eine Darstellung ähnlich der von 3 bezüglich einer anderen Drehfeldmaschine 100 bei einer ersten beispielhaften Drehzahl von N = 1000 1/min an einer Steuervorrichtung 200 von 2. Eine entsprechende Darstellung für die gleiche Drehfeldmaschine 100 bei einer zweiten beispielhaften Drehzahl von N = 2000 1/min ist in 5 dargestellt. Beide Figuren unterscheiden sich in erster Linie durch die eingetragenen Idc-Kennlinien und werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. 4 shows a representation similar to that of 3 with respect to another induction machine 100 at a first exemplary speed of N = 1000 rpm at a control device 200 from 2 , A corresponding representation for the same induction machine 100 at a second exemplary speed of N = 2000 1 / min is in 5 shown. Both figures differ primarily by the registered Idc characteristics and will be described together below.

Entsprechend der Darstellung von 3 kennzeichnet eine MPTA-Kennlinie 405 diejenigen Arbeitspunkte 305, auf denen das Drehmoment M bezüglich eines durch die Drehfeldmaschine 100 fließenden Stroms Is maximiert ist. Auf dieser Kennlinie 405 liegt am allgemeinen ein optimaler Betriebsbereich für die Drehfeldmaschine 100. Eine MPTV-Kennlinie 410 bezeichnet Arbeitspunkte 305 mit maximaler Feldschwächung für erhöhte Drehzahlen. Eine Is-Kennlinie 415 begrenzt das Kennfeld 300 auf Arbeitspunkte 305, bei denen der maximale Strom Is durch die Drehfeldmaschine 100 insgesamt einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt. According to the presentation of 3 indicates an MPTA characteristic 405 those working points 305 in which the torque M with respect to one by the induction machine 100 flowing current is maximized. On this characteristic 405 is generally an optimal operating range for the induction machine 100 , An MPTV characteristic 410 denotes operating points 305 with maximum field weakening for increased speeds. An Is characteristic 415 limits the map 300 on working points 305 in which the maximum current Is through the induction machine 100 does not exceed a predetermined value in total.

Zur Bestimmung eines Arbeitspunkts 305 für die Drehfeldmaschine 100 im Grunddrehzahlbereich, also wenn keine Feldschwächung nötig ist, um die Drehzahl über einen Wert anzuheben, der sich mittels eines Arbeitspunkts 305 auf der MTPA-Kennlinie 405 ansteuern lässt, soll nun mit Bezug auf 4 beschrieben werden. Im Grunddrehzahlbereich steht der gesamte Bereich zwischen der MTPA-Kennlinie 405, der Is-Kennlinie 415, der MTPV-Kennlinie 410 und den Koordinatenachsen Id und Iq zur Verfügung, das entspricht dem Bereich, der zwischen den Punkten A, B, C und D aufgespannt ist. To determine a working point 305 for the induction machine 100 in the base speed range, that is, when no field weakening is needed to raise the speed above a value that is determined by means of a working point 305 on the MTPA characteristic 405 should now be with reference to 4 to be discribed. In the base speed range, the entire range is between the MTPA characteristic 405 , the Is-characteristic 415 , the MTPV characteristic 410 and the coordinate axes Id and Iq, which corresponds to the area spanned between points A, B, C and D.

In einem ersten Schritt wird zu einer aktuellen Drehzahl N und einem maximalen durch den Energiespeicher 218 fließenden Strom Idc ein Zusammenhang bestimmt, der als Idc-Kennlinie 425 eingezeichnet ist. Die Idc-Kennlinie 425 ist sowohl vom maximalen Strom als auch von der Drehzahl abhängig, sodass dieser Schritt üblicherweise nicht vorab sondern im Rahmen des Verfahrens erfolgt. Allerdings kann eine Anzahl Idc-Kennlinien wie in der Darstellung von 4 vorab bestimmt werden und die Idc-Kennlinie 425, die für die vorliegende Drehzahl N und den vorgegebenen maximalen Strom Idc passt, kann interpoliert werden. Dazu können übliche Methoden der Verarbeitung von Kennlinien und Kennfeldern verwendet werden. In a first step, a current speed N and a maximum through the energy storage 218 flowing current Idc determines a relationship, called Idc characteristic 425 is drawn. The Idc characteristic 425 is dependent on both the maximum current and the speed, so this step is usually not done in advance but in the context of the process. However, a number of Idc characteristics as in the representation of 4 be determined in advance and the idc characteristic 425 that matches the present rotational speed N and the predetermined maximum current Idc can be interpolated. For this purpose, customary methods of processing characteristic curves and characteristic diagrams can be used.

In einem zweiten Schritt wird ein Schnittpunkt zwischen der Idc-Kennlinie 425 und der MTPA-Kennlinie 405 gesucht. An diesem Schnittpunkt kann der Arbeitspunkt 305 bestimmt werden, indem die d- und q-Komponenten des durch die Drehfeldmaschine 100 fließenden Stroms abgelesen werden. Die Bestimmung des Schnittpunkts kann im Id/Iq-Koordinatensystem auf graphische bzw. geometrische Weise, durch eine entsprechende Regelbedingung der Steuereinrichtung 200 von 2 oder auch auf eine andere Weise erfolgen. In a second step, an intersection between the Idc characteristic curve 425 and the MTPA characteristic 405 searched. At this intersection, the working point 305 be determined by the d and q components of the rotating field machine 100 be read flowing current. The determination of the point of intersection can in the Id / Iq coordinate system in a graphical or geometric manner, by a corresponding control condition of the control device 200 from 2 or in another way.

Dem Schnittpunkt ist auch ein Drehmoment M zugeordnet, das durch eine Drehmoment-Kennlinie 430 gegeben ist, die durch den Schnittpunkt verläuft. Dieses Drehmoment ist das maximale Drehmoment der Drehfeldmaschine 100 unter den vorgegebenen Bedingungen. Für eine gegebene Drehzahl N und eine gegebene DC-Spannung des Energiespeichers 218 kann nach Gleichung 1 ein maximaler Fluss ψsmax bestimmt werden. Ähnlich wie die Begrenzung des Drehmoments M kann auch hier in Abhängigkeit von ψsmax das maximale Drehmoment Mmax bestimmt werden. Im zweiten Schritt können also alternativ der Arbeitspunkt 305, das maximale Drehmoment oder beide Werte bestimmt werden. Mehrere Drehmoment-Kennlinien können auf die gleiche Weise wie oben bezüglich der Idc-Kennlinien beschrieben ist vorbestimmt werden oder das Drehmoment M kann im Rahmen des Verfahrens einzeln bestimmt werden. The point of intersection is also a torque M assigned by a torque curve 430 is given, which passes through the intersection. This torque is the maximum torque of the induction machine 100 under the given conditions. For a given speed N and a given DC voltage of the energy storage 218 can be determined according to equation 1, a maximum flux ψsmax. Similar to the limitation of the torque M, the maximum torque Mmax can also be determined here as a function of ψsmax. In the second step, alternatively, the operating point 305 , the maximum torque or both values are determined. Several torque characteristics may be predetermined in the same manner as described above with respect to the Idc characteristics, or the torque M may be individually determined in the process.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einem dritten Schritt die Drehfeldmaschine 100 auf den bestimmten Arbeitspunkt 305 gesteuert, oder das bestimmte maximale Drehmoment wird ausgegeben, um auf dessen Basis mittels einer anderen Vorgehensweise einen zugeordneten Arbeitspunkt 305 bestimmen zu können. Das Verfahren kann in entsprechender Weise durchgeführt werden, wenn eine andere als die MTPA-Kennlinie 405 zugrunde gelegt wird, beispielsweise die MTPV-Kennlinie 410 oder eine zusammengesetzte Kennlinie (vgl. 3). In a preferred embodiment, in a third step, the induction machine 100 to the specific operating point 305 or the determined maximum torque is output to, based thereon, an associated operating point by a different procedure 305 to be able to determine. The method can be carried out in a similar manner if other than the MTPA characteristic 405 is based, for example, the MTPV characteristic 410 or a composite characteristic (cf. 3 ).

Die Drehfeldmaschine 305 kann auch außerhalb ihres Grunddrehzahlbereichs mit Feldschwächung betrieben werden, um ihre Drehzahl N anzuheben. Dazu wird von einem gegebenen Arbeitspunkt 305, beispielsweise auf der MTPA-Kennlinie 405, der negative Id-Strom vergrößert, sodass der Arbeitspunkt 305 in der Darstellung nach links verschoben wird. Die Feldschwächung ist durch die MTPV-Kennlinie 410 und die kreisförmige Is-Kennlinie 415 beschränkt. Zusätzlich ist für die Bestimmung des Arbeitspunkts 305 die Spannungs-Kennlinie 435 zu beachten, die in 3 als Ellipse 325 dargestellt ist. Der Verlauf der Spannungs-Kennlinie 435 kann wie folgt beschrieben werden: Ψ 2 / smax =(L_sdI_sd + Y_PM)² + (L_sqI_sq)² (Gleichung 4) The induction machine 305 can also be operated outside its base speed range with field weakening to raise its speed N. This is done from a given operating point 305 , for example on the MTPA characteristic 405 , which increases negative id current, so the operating point 305 in the presentation is moved to the left. The field weakening is due to the MTPV characteristic 410 and the circular Is characteristic 415 limited. In addition, for the determination of the working point 305 the voltage characteristic 435 to pay attention to in 3 as an ellipse 325 is shown. The course of the voltage characteristic 435 can be described as follows: Ψ 2 / smax = (L _sd I _sd + Y _PM ) ² + (L _sq I _sq ) ² (Equation 4)

Diese Darstellung ergibt sich auch aus Gleichung 3. Als initiale Kennlinie, auf der nach dem Arbeitspunkt 305 gesucht wird, kann also entweder die Kennlinie benutzt werden, die sich aus der Spannungs-Kennlinie 435 und der MTPA-Kennlinie 405 zusammensetzt (über die Punkte C, B und A), oder die Kennlinie, die sich aus der Strom-Kennlinie 415 und er MTPV-Kennlinie 410 zusammensetzt (über die Punkte C, D und E). Je nach Anwendungsfall kann von der einen oder der anderen Kennlinie ausgegangen werden. Die Bestimmung des maximalen Drehmoments und/oder der Soll-Ströme Isd und Isq erfolgt bevorzugterweise so wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben ist. This representation also results from Equation 3. As the initial characteristic on the basis of the operating point 305 is sought, so either the characteristic can be used, which is based on the voltage characteristic 435 and the MTPA characteristic 405 composed (via the points C, B and A), or the characteristic resulting from the current characteristic 415 and he MTPV characteristic 410 composed (on the points C, D and E). Depending on the application, one or the other characteristic can be assumed. The determination of the maximum torque and / or the desired currents Isd and Isq preferably takes place as described above with reference to FIG 4 is described.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100 100: Drehfeldmaschine Induction machine
105 105: Stator stator
110 110: Rotor rotor
115 115: Drehachse axis of rotation
120 120: Spule Kitchen sink
125 125: Permanentmagnet permanent magnet
130 130: Stromzeiger bzw. Stromvektor Current vector or current vector
U, V, W AND MANY MORE: Phasen phases
200 200: Steuervorrichtung control device
205 205: Steuerkomponente control component
210 210: Umsetzer converter
215 215: Vektormodulator vector modulator
218 218: Energiespeicher energy storage
220 220: Pulswechselrichter Pulse inverter
225 225: Abtasteinrichtung scanning
230 230: Positionssensor position sensor
235 235: Arbeitspunktbestimmung Operating point determination
300 300: Kennfeld map
305 305: Arbeitspunkt working
310 310: Kreis circle
315 315: Trajektorie trajectory
320 320: Trajektorie trajectory
325 325: Ellipse ellipse
330 330: Linie line
405 405: MTPA-Kennlinie MTPA curve
410 410: MTPV-Kennlinie MTPV characteristic
415 415: Is-Kennlinie Is characteristic
420 420: N-Kennlinie N characteristic
425 425: Idc-Kennlinie Idc characteristic
430 430: Drehmoment-Kennlinie Torque characteristic
435 435: Spannungs-Kennlinie Voltage characteristic

Claims

Method for controlling an induction machine ( 100 ) on an energy store ( 218 ) by means of a vector control, the method comprising the following steps: scanning a rotational speed of the induction machine ( 100 ); Energy storage ( 218 Determining, with respect to the sampled speed, a predetermined maximum current through the energy store ( 218 ) and a predetermined maximum current through the induction machine ( 100 ), a relationship between an Isd component and an Isq component of the current through the rotary field machine ( 100 ); and determining a maximum torque on the basis of the relationship and a predetermined characteristic ( 425 ) in phase space ( 300 ) of the operating points ( 305 ), one operating point ( 305 ) a d-component and a q-component of the by the rotary field machine ( 100 ) flowing current.

The method of claim 1, wherein the relationship is determined as a further characteristic and an intersection between the characteristic ( 425 ) and the further characteristic is determined in a geometrical manner.

Method according to claim 1, wherein the rotary field machine ( 100 ) by means of an operating point ( 305 ) on the characteristic curve ( 425 ) is controlled such that a phase current is reduced until the maximum current through the energy storage ( 218 ) is complied with.

Method according to one of the preceding claims, wherein the context is an MTPA characteristic ( 405 ), an MTPV characteristic ( 410 ), a characteristic curve of maximum phase currents ( 310 ) or a voltage ellipse ( 325 ).

Method according to one of the preceding claims, wherein at the same time the operating point ( 305 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims, wherein a relationship between a torque and a point on the characteristic ( 425 ) is stored in stored form.

Method for controlling an induction machine ( 100 ) on an energy store ( 218 ) by means of a vector control ( 200 ), the method comprising the steps of: sensing a rotational speed of the induction machine ( 100 ); Energy storage ( 218 Determining, with respect to the sampled speed, a predetermined maximum current through the energy store ( 218 ) and a predetermined maximum current through the induction machine ( 100 ), a relationship between an Isd component and an Isq component of the current through the rotary field machine ( 100 ); and determining an operating point on the basis of the relationship and a predetermined characteristic in the phase space of the operating points, wherein an operating point has a d-component and a q-component of the (through the rotating field machine ( 100 ) flowing current.

Computer program product with program code means for carrying out a method according to one of the preceding claims, when the computer program product is executed on a programmable microcomputer or stored on a computer-readable data carrier.

Vector control ( 200 ) for controlling an induction machine ( 100 ) on an energy store ( 218 ), wherein the vector control ( 200 ) comprises: a scanning device ( 230 ) for scanning a rotational speed of the induction machine ( 100 ) Energy storage ( 218 ); and a processing device ( 205 ), which is adapted to a relationship between an Isd component and an Isq component of the by the rotary field machine ( 100 ) flowing current with respect to a maximum current through the energy storage ( 218 ), a maximum current through the induction machine ( 100 ) and the sampled speed and a maximum torque based on the relationship and a predetermined characteristic ( 425 ) in phase space ( 300 ) of the operating points ( 305 ), where an operating point ( 305 ) a d-component and a q-component of the by the rotary field machine ( 100 ) flowing current.