DE102016112815A1

DE102016112815A1 - Control of a three-phase motor with a characteristic field and method for determining the same

Info

Publication number: DE102016112815A1
Application number: DE102016112815.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Glaeske; Rachid Jandi
Original assignee: Jungheinrich AG
Current assignee: Jungheinrich AG
Priority date: 2016-07-13
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2018-01-18

Abstract

Steuerung eines Drehstrommotors, die ein Kennlinienfeld mit zwei Eingangsgrößen und zwei Ausgangsgrößen aufweist, wobei die Eingangsgrößen von einem Drehzahl-Istwert und einer Sollwertvorgabe für den Drehstrommotor gebildet werden und die Ausgangsgrößen zwei elektrische Stellgrößen für den Drehstrommotor darstellen, aus denen in einer nachgeordneten Steuereinheit Phasenspannungen für eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Drehstrommotors gebildet werden.Control of a three-phase motor having a characteristic field with two input variables and two output variables, wherein the input variables of an actual speed and a setpoint input for the three-phase motor are formed and the outputs are two electrical control variables for the three-phase motor, from which in a downstream control unit phase voltages for a pulse width modulated control of the three-phase motor can be formed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerung eines Drehstrommotors mit einem Kennlinienfeld sowie ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennlinienfeldes für eine solche Steuerung. The present invention relates to a control of a three-phase motor with a characteristic field and a method for determining a characteristic field for such a control.

Aus DE 199 10 327 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Drehstromumrichters bekannt geworden, bei dem zur Erzeugung beliebiger Spannungswerte die Leistungstransistoren nach einer Raumzeigermodulation mit hoher Trägerfrequenz nach Art der symmetrischen Pulsweitenmodulation innerhalb der Trägerperiodendauer zwischen zwei benachbarten Basisvektoren und einem Nullvektor eines Sektors umgeschaltet werden, wobei in den ungeradzahligen Sektoren die Basisvektoren in einer ersten Drehrichtung und in den geradzahligen Sektoren in der entgegengesetzten Drehrichtung angelegt werden, derart, dass der Nullvektor nur durch Einschalten der am Minuspotential liegenden Transistoren erzeugt wird. Out DE 199 10 327 A1 a method for operating a three-phase converter is known, in which the power transistors are switched to a space carrier modulation with high carrier frequency in the manner of symmetric pulse width modulation within the carrier period between two adjacent basis vectors and a zero vector of a sector, wherein in the odd-numbered sectors Basis vectors are applied in a first direction of rotation and in the even-numbered sectors in the opposite direction of rotation, such that the zero vector is generated only by turning on the negative potential transistors.

Bei der Ansteuerung von Frequenzumrichtern über die ein Drehstrommotor versorgt wird, existieren zwei grundlegende Betriebsarten. Bei der einfacheren Betriebsart regelt der Umrichter die Motorspannung und die Frequenz in einem konstanten Verhältnis zueinander. Frequenz und Spannung sind zueinander proportional. Aufgrund des induktiven Verhaltens des Motors führt das zu einem über weite Bereiche konstanten Moment ohne den Motor zu überlasten. Bei sehr geringen Drehzahlen führt diese Betriebsart aufgrund des Ohm‘schen Widerstands der Windungen jedoch zu einem geringeren Drehmoment. Nachteilig an der U/f-Steuerung ist, dass sie einen schlechten Wirkungsgrad besitzt und eine hohe Regelabweichung zwischen Soll- und Ist-Drehzahl erzeugen kann. Eine Momentenregelung ist nicht möglich. When driving frequency inverters that supply a three-phase motor, there are two basic operating modes. In the simpler operating mode, the inverter controls the motor voltage and the frequency in a constant relationship to each other. Frequency and voltage are proportional to each other. Due to the inductive behavior of the motor, this leads to a constant torque over a wide range without overloading the motor. At very low speeds, however, this mode results in lower torque due to the ohmic resistance of the windings. A disadvantage of the U / f control is that it has a poor efficiency and can produce a high control deviation between the target and actual speed. A torque control is not possible.

Einen zweiten grundlegenden Ansatz bietet eine feldorientierte Regelung, die auf einem Drehzahlregler mit einem unterlagerten Stromregler basiert. Die momentanen Blind- und Wirkstromkomponenten werden separat voneinander geregelt. In einem elektronisch im Umrichter abgelegten Motorenmodell werden Motorkennwerte gespeichert. Bei einer feldorientierten Regelung ohne separate Drehzahlmessung können Drehmomente geregelt werden, wobei die rückgeführte Größe der Momentanstrom ist, dessen Betrag und Phasenlage zur Spannung Auskunft über Drehzahl, Schlupf, Drehmoment und eventuell auch eine thermische Verlustleistung des Drehstrommotors Auskunft geben. In der Regel wird ein DSP-Schaltkreis oder ein Mikroprozessor eingesetzt, um die nötigen Informationen aus dem zurückgeführten Motorstrom zu gewinnen und zu verarbeiten. Nachteilig an der feldorientierten Regelung ist, dass Motordaten sehr genau bekannt sein müssen und ebenso eine Phasenstromsensorik notwendig ist. Hinzu kommt ein nicht unerheblicher Rechenaufwand für die Steuerung. A second fundamental approach is provided by a field-oriented control, which is based on a speed controller with a subordinate current controller. The instantaneous reactive and active components are controlled separately. Motor characteristics are stored in an engine model stored electronically in the inverter. In a field-oriented control without separate speed measurement torques can be controlled, the amount returned is the instantaneous current whose magnitude and phase to the voltage information about speed, slip, torque and possibly also give a thermal power loss of the three-phase motor information. Typically, a DSP circuit or microprocessor is used to extract and process the necessary information from the returned motor current. A disadvantage of the field-oriented control is that motor data must be known very accurately and also a phase current sensor is necessary. In addition, there is a considerable amount of computation for the controller.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerung für einen Drehstrommotor sowie ein Verfahren zur Herstellung der Steuerung bereit zu stellen, das mit möglichst einfachen Mitteln eine zuverlässige Ansteuerung der Drehstrommaschine gestattet. The invention has for its object to provide a controller for a three-phase motor and a method for producing the controller, which allows the simplest possible means reliable control of the three-phase machine.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Steuerung mit den Merkmalen aus Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche. The problem underlying the invention is achieved by a controller having the features of claim 1 and a method having the features of claim 8. Advantageous embodiments form the subject of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Steuerung ist für einen Drehstrommotor vorgesehen. Die Steuerung wird auch als ein Frequenzumrichter angesehen, der eine in Frequenz und Amplitude veränderbare Wechselspannung für die direkte Versorgung eines Drehstrommotors generiert. Die erfindungsgemäße Steuerung weist ein Kennlinienfeld mit zwei Eingangsgrößen und zwei Ausgangsgrößen auf. Das Kennlinienfeld stellt eine Art von zweiparametriger Abbildung dar, bei der zwei Eingangsgrößen auf zwei Ausgangsgrößen abgebildet werden. Bei den Eingangsgrößen handelt es sich um einen Drehzahl-Ist-Wert des Drehstrommotors und eine Sollwertvorgabe für den Drehstrommotor. Die Ausgangsgrößen bilden zwei elektrische Stellwerte für den Drehstrommotor, aus denen in einer nachgeordneten Steuereinheit Phasenspannungen für eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Drehstrommotors gebildet werden. Bei der erfindungsgemäßen Steuerung wird ähnlich wie bei der U/f-Steuerung eine einfache Abbildung zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen angenommen. Es muss jedoch nicht wie bei der feldorientierten Regelung ein komplexes Modell des Motors gebildet werden. Andererseits werden bei der erfindungsgemäßen Steuerung zwei Ausgangsgrößen zur Ansteuerung des Drehstrommotors gebildet, wodurch eine Momentenregelung des Drehstrommotors möglich ist. The control according to the invention is intended for a three-phase motor. The controller is also considered to be a frequency converter that generates a variable frequency and amplitude AC voltage for the direct supply of a three-phase motor. The control according to the invention has a characteristic field with two input variables and two output variables. The characteristic field represents a type of two-parameter mapping in which two input variables are mapped to two output variables. The input variables are a speed-actual value of the three-phase motor and a setpoint specification for the three-phase motor. The output variables form two electrical control values for the three-phase motor, from which phase voltages for a pulse-width-modulated control of the three-phase motor are formed in a downstream control unit. In the control according to the invention, similar to the U / f control, a simple mapping between input and output variables is assumed. However, unlike the field-oriented control, it is not necessary to form a complex model of the engine. On the other hand, two output variables for controlling the three-phase motor are formed in the control according to the invention, whereby a torque control of the three-phase motor is possible.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Sollwertvorgabe für den Drehstrommotor entweder die Motordrehzahl oder ein Motormoment. Auch ist es möglich, einen Sollwert für eine Motordrehzahl in ein Motormoment umzusetzen, wenn man hierzu auf den Istwert der Drehzahl zurückgreift. Bei der erfindungsgemäßen Weiterbildung ist also Eingangsgröße für das Kennlinienfeld der Drehzahl-Ist-Wert und eine Sollwertvorgabe entweder für die Motordrehzahl oder für das Motormoment. In a preferred embodiment, the setpoint specification for the three-phase motor is either the engine speed or an engine torque. It is also possible to convert a target value for an engine speed into an engine torque, if this is done by resorting to the actual value of the speed. In the development according to the invention, therefore, the input variable for the family of characteristics is the actual speed value and a setpoint input either for the engine speed or for the engine torque.

In einer bevorzugten Weiterbildung handelt es sich bei dem Drehstrommotor um eine Asynchronmaschine. Bei einer Asynchronmaschine sind die Ausgangsgrößen des Kennlinienfelds bevorzugt ein Wert für eine Spannung und ein Wert für einen Schlupf oder eine Drehfrequenz an der Asynchronmaschine. Durch die Vorgabe dieser beiden kann in der erfindungsgemäßen Steuerung eine Bestimmung der Phasenspannungen erfolgen, die über eine entsprechende Pulsweitenmodulation an die Asynchronmaschine angelegt werden. In a preferred development, the three-phase motor is an asynchronous machine. In the case of an asynchronous machine, the output variables of the characteristic field are preferred a value for a voltage and a value for a slip or a rotational frequency at the asynchronous machine. By specifying these two, a determination of the phase voltages can be carried out in the controller according to the invention, which are applied to the asynchronous machine via a corresponding pulse width modulation.

In einer alternativen Ausgestaltung handelt es sich bei dem Drehstrommotor um eine Synchronmaschine oder eine Synchron-Reluktanzmaschine, bei der die Ausgangsgrößen des Kennlinienfeldes bevorzugt ein Wert für eine Spannung und ein Wert für einen Polradwinkel sind. Über Spannung und Polradwinkel können für die Synchronmaschine die Phasenspannungen berechnet und in entsprechende Impulsweitensignale umgewandelt werden. In an alternative embodiment, the three-phase motor is a synchronous machine or a synchronous reluctance machine, in which the output variables of the characteristic field are preferably a value for a voltage and a value for a rotor angle. Via voltage and rotor angle, the phase voltages can be calculated for the synchronous machine and converted into corresponding pulse width signals.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Kennlinienfeldes für eine Steuerung eines Drehstrommotors mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Bestimmung des Kennlinienfeldes ist dabei dahingehend zu verstehen, dass die wesentlichen Größen für das Kennlinienfeld ermittelt werden. Das Kennlinienfeld besitzt zwei Eingangsgrößen, die auf zwei Ausgangsgrößen eindeutig abgebildet werden. Von den beiden Eingangsgrößen ist eine Eingangsgröße ein Drehzahl-Ist-Wert des Drehstrommotors und eine Sollwert-Vorgabe für den Drehstrommotor. Ausgangsgrößen des Kennlinienfeldes sind zwei elektrische Stellgrößen für die Ansteuerung des Drehstrommotors. The object of the invention is also achieved by a method for determining a characteristic field for a control of a three-phase motor having the features of claim 8. Determination of the characteristic field is to be understood as meaning that the essential variables for the characteristic field are determined. The characteristic field has two input variables which are uniquely mapped to two output variables. Of the two input variables, one input variable is a speed-actual value of the three-phase motor and a reference value specification for the three-phase motor. Output variables of the characteristic field are two electrical variables for controlling the three-phase motor.

Bei fest vorgegebenen Eingangsgrößen des Drehstrommotors werden die Ausgangsgrößen des Kennlinienfeldes so lange variiert, bis ein möglichst niedriger Stromwert für den motorischen Betrieb und ein möglichst großer Stromwert für den generatorischen Betrieb gemessen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der Erkenntnis aus, dass vorgegebene Eingangsgrößen des Kennlinienfeldes mit der Ansteuerung des Drehstrommotors durch verschiedene Ausgangsgrößen erzielt werden können. Die Ausgangsgrößen, die als Stellgrößen zur Ansteuerung des Drehstrommotors dienen, werden dabei dann derart variiert, dass im motorischen Betrieb ein möglichst niedriger Stromwert an dem Drehstrommotor aufgenommen und im generatorischen Betrieb ein möglichst großer Stromwert erzeugt wird. Hierdurch kann, bei einer Versorgung des Drehstrommotors aus einer Batterie eine gute Nutzung der Batterieladung und eine gute Wiederaufladung im generatorischen Betrieb sichergestellt werden. For fixed input variables of the three-phase motor, the output variables of the characteristic field are varied until a lowest possible current value for the motor operation and the largest possible current value for the regenerative operation is measured. The inventive method is based on the knowledge that predetermined input variables of the characteristic field can be achieved with the control of the three-phase motor by different output variables. The output variables which serve as manipulated variables for controlling the three-phase motor are then varied in such a way that, in motor operation, the lowest possible current value is recorded at the three-phase motor and the largest possible current value is generated in regenerative operation. This can ensure a good use of the battery charge and a good recharge in generator operation when supplying the three-phase motor from a battery.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Kennlinienfeld jeweils für eine Bauart des Motors individuell bestimmt, wobei die Bauart des Motors sowohl eine Bauweise als auch eine genaue Auslegung und Dimensionierung umfasst. Das individuelle Bestimmen des Kennlinienfeldes umfasst aber nicht notwendig, dass jedes einzelne Exemplar eines Motors einer Bauart ein eigenes Kennlinienfeld erhält. According to a preferred embodiment, the family of characteristics is determined individually for each type of engine, the design of the engine includes both a construction as well as a precise design and dimensioning. The individual determination of the characteristic field does not necessarily include, however, that each individual copy of an engine of a type receives its own characteristic field.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Variation der Stellgrößen in einer Simulation des Motors oder wird an einem Testmotor konkret gemessen, wobei die Eingangsgrößen des Kennlinienfeldes jeweils konstant gehalten, bevorzugt geregelt werden. Für die Bestimmung der Ausgangsgrößen des Kennlinienfeldes wird für den motorischen Betrieb und den regenerativen Betrieb jeweils ein eigenes Kennlinienfeld ermittelt. Bei der Ansteuerung der Drehstrommaschine wird zwischen diesen Kennlinienfeldern umgeschaltet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können für unterschiedliche Temperaturen des Drehstrommotors auch unterschiedliche Kennlinienfelder vorgesehen sein. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist es auch möglich, temperaturabhängige Korrekturfaktoren jeweils für die Ausgangsgrößen des Kennlinienfeldes vorzusehen. Die Temperaturabhängigkeit kann dabei von der Umgebungstemperatur stammen und durch eine im Betrieb auftretende Erwärmung gegeben sein. Selbstverständlich können auch unterschiedliche Kennlinienfelder mit temperaturabhängigen Korrekturfaktoren kombiniert werden, um die Stellgrößen anzupassen. In a preferred embodiment of the method according to the invention, the variation of the manipulated variables is carried out in a simulation of the engine or is measured concretely on a test engine, wherein the input variables of the characteristic field are kept constant, preferably regulated. For the determination of the output variables of the characteristic field, a separate characteristic field is determined in each case for the engine operation and the regenerative operation. When controlling the three-phase machine is switched between these characteristic fields. In the method according to the invention, different characteristic curves can also be provided for different temperatures of the three-phase motor. In an expedient development, it is also possible to provide temperature-dependent correction factors in each case for the output variables of the characteristic field. The temperature dependence can originate from the ambient temperature and be given by an occurring during operation heating. Of course, different characteristic curves with temperature-dependent correction factors can be combined to adjust the manipulated variables.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einer Asynchronmaschine durchgeführt indem Drehzahl und Moment festgehalten werden und ein Schlupf oder eine Netzfrequenz variiert werden, wobei die Spannung als abhängige Größe variiert wird, um einen möglichst niedrigen Strom im motorischen oder einen möglichst großen Strom im generatorischen Betrieb zu erzielen. Bei der Variation der beiden Stellgrößen von Spannung und Schlupf oder Drehfrequenz wird die Spannung als abhängige Größe variiert. Dies bedeutet, bei der Suche nach den Extremwerten für den Strom, wird der Schlupf oder die Drehfrequenz geändert, und die Spannung dann ohne Änderung des anderen Werts so variiert, dass die Eingangsgrößen konstant bleiben. Zu diesen Größen wird dann der Stromwert mit dem Stromwert bei anderen Werten für Schlupf oder Drehfrequenz und Spannung verglichen. The inventive method is carried out in an asynchronous machine by speed and torque are held and a slip or a mains frequency can be varied, the voltage is varied as a dependent variable to achieve the lowest possible current in the motor or the largest possible current in the generator mode. When varying the two manipulated variables of voltage and slip or rotational frequency, the voltage is varied as a dependent variable. That is, when searching for the extreme values for the current, the slip or the rotation frequency is changed, and then the voltage is varied without changing the other value so that the input quantities remain constant. The current value is then compared with the current value for other values for slip or rotational frequency and voltage.

Auch bei der Bestimmung des Kennlinienfeldes für eine Synchronmaschine werden Drehzahl und Moment konstant gehalten und ein Polradwinkel variiert, wobei die Spannung als abhängige Größe variiert wird, um einen möglichst niedrigen Stromwert motorisch und einen möglichst großen Stromwert im generatorischen Betrieb zu erzielen. Also in the determination of the characteristic field for a synchronous machine speed and torque are kept constant and a Polradwinkel varies, the voltage is varied as a dependent variable to achieve the lowest possible current value motor and the largest possible current value in generator operation.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. Show it:

1 ein Blockschaltbild für die erfindungsgemäße Ansteuerung einer Asynchronmaschine, 1 a block diagram for the inventive control of an asynchronous machine,

2 ein Blockschaltbild für die Bestimmung eines Kennlinienfeldes bei einer Asynchronmaschine und 2 a block diagram for the determination of a characteristic field in an asynchronous machine and

3a, b zwei Kennlinienfelder für Schlupf und Spannung jeweils im motorischen und im generatorischen Betrieb. 3a , b two characteristic fields for slip and voltage in motor and regenerative operation.

1 zeigt ein Blockschaltbild für die Ansteuerung einer Asynchronmaschine 10. Eingangsgröße für die Steuerung der Asynchronmaschine 10 ist eine Sollwertvorgabe n_soll 12. Durch Subtraktion eines Istwerts n_ist der Asynchronmaschine 10 wird unter Differenzbildung ein Sollwert für ein Motormoment 16 erzeugt (übliche Proportionalitätsfaktoren und andere lineare Zusammenhänge sind in der vorliegenden Darstellung ausgeblendet). 1 shows a block diagram for the control of an asynchronous machine 10 , Input for controlling the asynchronous machine 10 is a setpoint input n _soll 12 , By subtracting an actual value n _is the asynchronous machine 10 is subtraction a setpoint for an engine torque 16 generated (common proportionality factors and other linear relationships are hidden in the present presentation).

An einem Kennlinienfeld 18 liegen der Sollwert für das Moment 16 und der Istwert der Drehzahl 14 als Eingangsgrößen an. Das Kennlinienfeld 18 besitzt zwei Kennlinien, von denen eine erste Kennlinie den Schlupf der Asynchronmaschine 10 vorgibt, während die zweite Kennlinie die Spannung der Asynchronmaschine 10 angibt. Drehzahl und Moment ergeben als Paar jeweils einen eindeutigen Wert für Schlupf und Spannung. Schlupf und Spannung sind hier als Stellgrößen für die Asynchronmaschine 10 zu verstehen. In einem nachfolgenden Schritt liegen Schlupf und Spannung an einer Auswertung 20 an, in der die drei Phasenspannungen U_U, U_V, U_W mit ihrer Amplitude und ihrer Phasenlage ermittelt werden. Die ermittelten Phasenspannungen U_U, U_V, U_W liegen an einer Pulsweitenmodulation 22 an. Die Pulsweitenmodulation 22 moduliert die Eingangsspannung an den Strängen der Asynchronmaschine 10 entsprechend den Phasenspannungen unter Verwendung der Versorgungsspannung 24. At a characteristic field 18 are the setpoint for the moment 16 and the actual value of the speed 14 as input variables. The characteristic field 18 has two characteristics, of which a first characteristic is the slip of the asynchronous machine 10 while the second characteristic is the voltage of the asynchronous machine 10 indicates. Speed and torque as a pair each give a clear value for slip and tension. Slip and voltage are here as manipulated variables for the asynchronous machine 10 to understand. In a subsequent step, slip and tension are at an evaluation 20 in, in which the three phase voltages U _U , U _V , U _{W are determined} with their amplitude and their phase position. The determined phase voltages U _U , U _V , U _W are at a pulse width modulation 22 at. The pulse width modulation 22 modulates the input voltage at the strings of the asynchronous machine 10 according to the phase voltages using the supply voltage 24 ,

An der Asynchronmaschine 10 wird ein Drehzahlsignal 26 erzeugt, das beispielsweise ein Inkrement- oder ein Tachogeneratorsignal sein kann. Das generierte Signal 26 wird in einer Drehzahlauswertung 28 in den Istwert n_ist 14 umgewandelt. Die beiden Kennlinien lassen sich wie folgt als Gleichungen beschreiben: s = f₁(n, M) U = f₂(n, M) At the asynchronous machine 10 becomes a speed signal 26 generated, which may be, for example, an increment or tachogenerator signal. The generated signal 26 is in a speed evaluation 28 _is in the value n 14 transformed. The two characteristics can be described as equations as follows: s = f ₁ (n, M) U = f ₂ (n, M)

Bei dem Betrieb der Drehstrommaschine, hier ein Asynchronmotor 10, wird ausgehend von der Ist-Drehzahl und einem Sollwert für das Moment eine entsprechende Stellgröße für Schlupf s und Spannung U ermittelt. Die Kennlinien f₁ und f₂ sind dabei so gestaltet, dass im motorischen Betrieb möglichst wenig Strom verbraucht wird und im generatorischen Betrieb nach Möglichkeit viel Strom eingespeist wird. In der Regel werden unterschiedliche Kennlinienfelder für den motorischen Betrieb und den generatorischen Betrieb gewählt. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, mit einer einzigen Kennlinie beide Betriebsarten abzudecken. In the operation of the three-phase machine, here an asynchronous motor 10 , Based on the actual speed and a setpoint for the moment a corresponding control variable for slip s and voltage U is determined. The curves f ₁ and f ₂ are designed so that as little power is consumed in motor operation and in generator operation, if possible, much power is fed. As a rule, different characteristic curves are selected for motor operation and regenerative operation. In principle, however, it is also possible to cover both operating modes with a single characteristic curve.

Die Bestimmung der Kennlinien f₁ und f₂ kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Einerseits ist es möglich, die Asynchronmaschine 10 und ihre Pulsweitenmodulation zu simulieren, sodass für jedes Wertepaar (n, M) dasjenige Wertepaar s, U gesucht werden kann, bei dem der Strom extrem ist. In einer praktischen Ausgestaltung ist es auch möglich, den Asynchronmotor 10 durchzumessen. Hierzu wird eine Ist-Drehzahl eingestellt und ein hierzu passendes Sollmoment gewählt. Zu diesen beiden Werten werden dann diejenigen Werte s und U angelegt, sodass die Drehzahl der Asynchronmaschine 10 konstant ist und das geforderte Drehmoment erzeugt. Aus diesen Werten für s und U werden dann diejenigen Werte ausgewählt, bei denen der Strom minimal oder maximal je nach Betriebsart des Motors ist. The determination of the characteristic curves f ₁ and f ₂ can take place in different ways. On the one hand, it is possible to use the asynchronous machine 10 and to simulate their pulse width modulation, so that for each value pair (n, M) that value pair s, U can be searched, in which the current is extreme. In a practical embodiment, it is also possible to use the asynchronous motor 10 by attribute. For this purpose, an actual speed is set and selected a matching desired torque. For these two values, those values s and U are then applied, so that the speed of the asynchronous machine 10 is constant and generates the required torque. From these values for s and U, those values are then selected in which the current is minimal or maximum depending on the operating mode of the motor.

Die Bestimmung der Kennlinien kann dadurch erleichtert werden, dass die Spannung U abhängig vom Schlupf s variiert wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Spannung U abhängig vom Schlupf s parametrisieren lässt. The determination of the characteristic curves can be facilitated by varying the voltage U as a function of the slip s. This is based on the knowledge that the voltage U can be parameterized as a function of the slip s.

Der besondere Vorteil der Ansteuerung liegt darin, dass an der Asynchronmaschine 10 nur ein Drehzahlsensor erforderlich ist und eine Phasenstrommessung entfallen kann. Weiterer Vorteil ist, dass die Bestimmung der Kennlinien f₁ und f₂ auch bei unbekannten Motoren einfacher vorgenommen werden kann als die für die feldorientierte Regelung erforderlichen Parameter zu ermitteln. The particular advantage of the control is that on the asynchronous machine 10 only one speed sensor is required and a phase current measurement can be omitted. Another advantage is that the determination of the characteristic curves f ₁ and f ₂ can be made easier even with unknown motors than to determine the parameters required for the field-oriented control.

2 zeigt in einer schematischen Blockansicht das Bestimmen des Kennlinienfeldes an einem Motorprüfstand. Der dargestellte Ablauf kann automatisiert ablaufen. 2 shows in a schematic block view the determination of the characteristic field on an engine test bench. The process shown can be automated.

Der zu prüfende Motor 30 wird über ein 3-Phasen-Drehfeld angesteuert. Die sich ergebende Ist-Drehzahl 34 und das sich einstellende Drehmoment 36 werden jeweils gemessen. Der Prüfstandrechner 40 gibt zur Drehzahlregelung 42 ein entsprechendes Steuersignal an den Prüfstandantrieb 38 vor. Über diesen wird eine Drehzahl gemessen. An dem Prüfstandrechner 40 liegt ebenfalls der gemessene Versorgungsstrom 44 aus einer Spannungsversorgung 45 an. Der Prüfstandrechner 40 gibt den Schlupf 46 und die Spannung 48 an eine Motorsteuerung 50 vor. Die Motorsteuerung 50 steuert den zu prüfenden Motor 30 unter Berücksichtigung der Ist-Drehzahl 34 an. The engine to be tested 30 is controlled by a 3-phase rotating field. The resulting actual speed 34 and the adjusting torque 36 are each measured. The test bench computer 40 gives to the speed control 42 a corresponding control signal to the test stand drive 38 in front. About this a speed is measured. At the test bench computer 40 is also the measured supply current 44 from a power supply 45 at. The test bench computer 40 gives the slip 46 and the tension 48 to a motor control 50 in front. The engine control 50 controls the engine to be tested 30 taking into account the actual speed 34 at.

3a und 3b zeigen ein exemplarisches Kennlinienfeld mit beispielhaft eingetragenen Werten. Die Schrittigkeit des Kennlinienfeldes für die Drehzahl beträgt 50 U/min und für das im motorischen Betrieb erzeugte und im generatorischen Betrieb anliegende Drehmoment an der Asynchronmaschine 5 bis 10 Nm. 3a and 3b show an exemplary characteristic field with exemplary values entered. The stepping of the family of characteristics for the speed is 50 rpm and for the torque generated on the asynchronous machine during motor operation and applied in regenerative operation 5 to 10 Nm.

Für jeden Punkt in den 3a und 3b aus Drehzahl und Drehmoment wird so das ideale Paar von Schlupf und Spannung gesucht. Dazu variiert der Prüfstand den Schlupf und die Spannung derart, dass bei erreichtem Sollmoment der Batteriestrom im motorischen Betrieb möglichst klein und im generatorischen Betrieb möglichst groß ist. For every point in the 3a and 3b Speed and torque are used to search for the ideal pair of slip and tension. For this purpose, the test bench varies the slip and the voltage such that when the desired torque is reached, the battery current in motor operation is as small as possible and as large as possible in generator operation.

Aus dem Kennlinienfeld 3a und 3b können die Betriebswerte für eine Ansteuerung durch Interpolation bestimmt werden. Wird beispielsweise eine Ist-Drehzahl n_ist mit 80 U/min und ein Sollmoment motorisch von 7 Nm gesucht, so kann linear zwischen den fettgedruckten vier Punkten interpoliert werden. Beispielsweise ergibt sich: S_50U/min,7Nm = ((3·S_50U/min,5Nm) + (2·S_50U/min,10Nm))/5 = ((3·4) + (2·7))/5 = 5,2 S_100U/min,7Nm = ((3·S_100U/min,5Nm) + (2·S_{100U/min,10Nm}))/5 = ((3·4) + (2·8))/5 = 5,6 S_80U/min,7Nm = ((20·S_50U/min,7Nm) + (30·S_100U/min,7Nm))/50 = ((20·5,2) + (30·5,6))/50 = 5,44. From the characteristic field 3a and 3b the operating values can be determined for a control by interpolation. If, for example, an actual speed n _is sought at 80 rpm and a set torque is motor-driven of 7 Nm, it is possible to linearly interpolate between the bold four points. For example: S _{50rpm, 7Nm} = ((3 x S _{50rpm, 5Nm} ) + (2 x S _{50rpm, 10Nm} )) / 5 = ((3 x 4) + (2 x 7)) / 5 = 5 2 S _{100rpm, 7Nm} = ((3 x S _{100rpm, 5Nm} ) + (2 x S _{100rpm, 10Nm} )) / 5 = ((3 x 4) + (2 x 8)) / 5 = 5 , 6 S _{80rpm, 7Nm} = ((20 * S _{50rpm, 7Nm} ) + (30 * S _{100rpm, 7Nm} )) / 50 = ((20 x 5.2) + (30 x 5.6)) / 50 = 5.44.

Die Interpolation ergibt also ein durch die Motorsteuerung 50 zu steuernden Schlupf von 5,44. Die Versorgungsspannung kann ebenso aus den in 3b fettgedruckten Werten durch lineare Interpolation bestimmt werden. Entsprechend wird auch im generatorischen Betrieb verfahren. The interpolation thus results from the engine control 50 Slip of 5.44 to be controlled. The supply voltage can also from the in 3b bold values can be determined by linear interpolation. The same procedure is followed in regenerative mode.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Asynchronmaschine asynchronous
12 12: Sollwertvorgabe Setpoint
14 14: Drehzahl rotation speed
16 16: Motormoment engine torque
18 18: Kennlinienfeld Of characteristics
20 20: Auswertung evaluation
22 22: Pulsweitenmodulation Pulse Width Modulation
24 24: Versorgungsspannung supply voltage
26 26: Drehzahlsignal Speed signal
28 28: Drehzahlauswertung Speed evaluation
30 30: Motor engine
34 34: Ist-Drehzahl Actual speed
36 36: Drehmoment torque
38 38: Prüfstandantrieb test drive
40 40: Prüfstandrechner test bench computer
42 42: Drehzahlregelung Speed control
44 44: Versorgungsstrom supply current
45 45: Spannungsversorgung power supply
46 46: Schlupf slippage
48 48: Spannung tension
50 50: Motorsteuerung motor control

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19910327 A1 [0002]

Claims

Control of a three-phase motor having a characteristic field with two input variables and two output variables, wherein the input variables of an actual speed and a setpoint input for the three-phase motor are formed and the outputs are two electrical control variables for the three-phase motor, from which in a downstream control unit phase voltages for a pulse width modulated control of the three-phase motor can be formed.

Control according to claim 1, characterized in that the setpoint input for the three-phase motor is an engine speed.

Control according to claim 1, characterized in that the setpoint input for the three-phase motor is an engine torque.

Control according to one of claims 1 to 3, characterized in that the three-phase motor is designed as an asynchronous machine.

Control according to claim 4, characterized in that the output variables of the characteristic field indicate a value for a voltage and a value for a slip or a rotational frequency.

Control according to one of claims 1 to 3, characterized in that the three-phase motor is designed as a synchronous machine.

Controller according to claim 6, characterized in that the output variables of the characteristic field indicate a value for a voltage and a value for a Polradwinkel.

Method for determining a characteristic field for a controller for a three-phase motor having two input variables and two output variables, the input variables being formed by a rotational speed actual value and a nominal value specification for the three-phase motor and the output variables of two electrical correcting variables for the three-phase motor, characterized that at fixed input variables of the three-phase motor, the output variables of the characteristic field are varied until a lowest possible current value for the motor operation and the largest possible current value for the regenerative operation is measured.

A method according to claim 8, characterized in that the characteristic field is determined individually for each type of engine.

A method according to claim 8 or 9, characterized in that the variation of the output variables takes place in a simulation of the engine or is measured on a motor, wherein the input variables are kept constant.

Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that each characteristic curves are determined for the regenerative operation and for the motor operation.

Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that different characteristic curves are provided for different temperatures of the three-phase motor.

Method according to one of claims 8 to 12, characterized in that temperature-dependent correction factors are respectively provided for the output variables of the characteristic field.

Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that for an asynchronous speed and torque are held and a slip or a rotational frequency can be varied, the voltage is varied as a dependent variable to the lowest possible current in the motor or the largest possible To achieve electricity in regenerative operation.

Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that for a synchronous machine speed and torque are held and a Polradwinkel is varied, the voltage is varied as a dependent variable to the lowest possible current in the motor or the largest possible current in the generator To achieve operation.