DE102016208801A1 - Control of a rotating field machine - Google Patents

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Abstract

Ein Mehrphasen-Wechselrichter (100) für eine Drehfeldmaschine (100) weist für jede Phase (U, V, W) eine Halbbrücke mit zwei Stromventilen (S1–S6) auf. Ein Verfahren (310) zum Steuern des Wechselrichters (100) umfasst Schritte des Bestimmens (120) einer Spannung, die an einer Phase (U, V, W) des Wechselrichters (100) eingestellt werden soll; des Bestimmens (125) eines PWM-Signals zum Ansteuern von Stromventilen (S1–S6) einer der Phase (U, V, W) zugeordneten Halbbrücke auf der Basis der bestimmten Spannung; des Bestimmens (130) eines Spannungsfehlers der Phase (U, V, W), der sich aufgrund von Totzeiten der Stromventile (S1–S6) der Halbbrücke ergibt; des Bestimmens (130) einer Korrekturspannung auf der Basis des Spannungsfehlers; und des Kompensierens (130) des PWM-Signals um die bestimmte Korrekturspannung. Dabei wird ein zeitlicher Verlauf der Korrekturspannung mittels Fouriersynthese an eine Rechteckspannung angenähert.A polyphase inverter (100) for a rotary field machine (100) has a half bridge with two current valves (S1-S6) for each phase (U, V, W). A method (310) for controlling the inverter (100) comprises steps of determining (120) a voltage to be set on a phase (U, V, W) of the inverter (100); determining (125) a PWM signal to drive current valves (S1-S6) of a half-bridge associated with the phase (U, V, W) based on the determined voltage; determining (130) a voltage error of the phase (U, V, W) resulting from dead times of the current valves (S1-S6) of the half-bridge; determining (130) a correction voltage based on the voltage error; and compensating (130) the PWM signal for the determined correction voltage. In this case, a time profile of the correction voltage is approximated by means of Fourier synthesis to a square wave voltage.

Figure DE102016208801A1_0001
Figure DE102016208801A1_0001

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung einer Drehfeldmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kompensierung von Sperrzeiten von Stromventilen einer Brückenschaltung an einer feldorientierten Regelung.The invention relates to the control of a rotating field machine. In particular, the invention relates to a compensation of blocking periods of current valves of a bridge circuit to a field-oriented control.

Das Drehverhalten einer Drehfeldmaschine kann mittels einer Feldorientierten Regelung (FOR), die auch Vektorregelung genannt wird, gesteuert werden. Ein Problem betrifft dabei die Ansteuerung eines Wechselrichters, der an Strängen bzw. Phasen der Drehfeldmaschine mittels Halbbrücken vorbestimmte Spannungen einstellt. In jeder Halbbrücke liegen zwei Stromventile in Serie zwischen unterschiedlichen Potentialen einer Zwischenkreisspannung. Wo die Stromventile miteinander verbunden sind, ist auch die entsprechende Phase kontaktiert. Werden die beiden Stromventile abwechselnd mit einem vorbestimmten Tastverhältnis geöffnet und geschlossen, so stellt sich an der Phase die gewünschte Spannung ein. Dabei muss unbedingt vermieden werden, dass beide Stromventile gleichzeitig geöffnet sind, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Die Stromventile sind üblicherweise als Halbleiter ausgeführt, die eine vorbestimmte Totzeit aufweisen, die zwischen dem Beginn eines Signals zum Schließen des Stromventils und dem vollständigen Schließen vergeht. Bei der Ansteuerung der Stromventile müssen diese Sperr- oder Totzeiten berücksichtigt werden um zu vermeiden, dass die Stromventile zeitlich überlappend geöffnet sind.The rotational behavior of a rotary field machine can be controlled by means of a field-oriented control (FOR), which is also called vector control. One problem relates to the control of an inverter, which sets predetermined voltages to strings or phases of the induction machine by means of half-bridges. In each half bridge, two flow valves are in series between different potentials of a DC link voltage. Where the flow valves are connected, the corresponding phase is also contacted. If the two flow control valves are alternately opened and closed with a predetermined duty cycle, the desired voltage is established at the phase. It is important to avoid having both flow control valves open at the same time to avoid a short circuit. The flow control valves are usually designed as semiconductors having a predetermined dead time, which elapses between the start of a signal for closing the flow control valve and the complete closing. When controlling the flow control valves, these deadlocks or dead times must be taken into account to avoid that the flow control valves are opened overlapping in time.

DE 3 844 847 C2 betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Totzeitkompensation für einen Drehstrommotor mit einem Pulswechselrichter. DE 3 844 847 C2 relates to a device and a method for dead time compensation for a three-phase motor with a pulse-controlled inverter.

DE 198 08 104 A1 schlägt vor, eine Totzeitkompensation an einer Wechselrichter-Steuerungsvorrichtung auf der Basis von Soll- und Istwerten von Phasenströmen durchzuführen. DE 198 08 104 A1 Proposes to perform a dead time compensation on an inverter control device on the basis of set and actual values of phase currents.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik zur Kompensation von Totzeiten anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.It is an object of the present invention to provide an improved technology for the compensation of dead times. The invention solves this problem by means of the subjects of the independent claims, subclaims give preferred embodiments again.

Ein Mehrphasen-Wechselrichter für eine Drehfeldmaschine weist für jede Phase eine Halbbrücke mit zwei Stromventilen aufweist. Ein Verfahren zum Steuern des Wechselrichters umfasst Schritte des Bestimmens einer Spannung, die an einer Phase des Wechselrichters eingestellt werden soll; des Bestimmens eines PWM-Signals zum Ansteuern von Stromventilen einer der Phase zugeordneten Halbbrücke auf der Basis der bestimmten Spannung; des Bestimmens eines Spannungsfehlers der Phase, der sich aufgrund von Totzeiten der Stromventile der Halbbrücke ergibt; des Bestimmens einer Korrekturspannung auf der Basis des Spannungsfehlers; und des Kompensierens des PWM-Signals um die bestimmte Korrekturspannung. Dabei wird ein zeitlicher Verlauf der Korrekturspannung mittels Fouriersynthese an eine Rechteckspannung angenähert.A polyphase inverter for a rotary field machine has a half bridge with two flow control valves for each phase. A method for controlling the inverter includes steps of determining a voltage to be set at a phase of the inverter; determining a PWM signal to drive current valves of a half-bridge associated with the phase based on the determined voltage; determining a voltage error of the phase resulting from dead times of the current valves of the half-bridge; determining a correction voltage based on the voltage error; and compensating the PWM signal for the determined correction voltage. In this case, a time profile of the correction voltage is approximated by means of Fourier synthesis to a square wave voltage.

Es wurde erkannt, dass durch die Annäherung der Korrekturspannung an das Rechtecksignal mittels Fouriersynthese eine Steilheit der Korrekturspannung im Bereich eines Nulldurchgangs, also eines Vorzeichenwechsels, verringert ist, sodass eine fehlerhafte Bestimmung des Zeitpunkts des Nulldurchgangs einen verringerten schädigenden Einfluss auf die Sperrzeitkompensation hat.It has been recognized that the approximation of the correction voltage to the square wave signal by means of Fourier synthesis reduces a steepness of the correction voltage in the region of a zero crossing, ie a sign change, so that an erroneous determination of the time of the zero crossing has a reduced damaging influence on the blocking time compensation.

Die Fouriersynthese kann eine Grundschwingung und eine oder mehrere ungeradzahlige Oberwellen berücksichtigen. Für eine perfekte Fouriersynthese einer Rechteckschwingung sind unendlich viele Oberwellen zu berücksichtigen. Je mehr Oberwellen berücksichtigt werden, desto perfekter nähert sich der bestimmte Verlauf einem Rechtecksignal an. Durch Berücksichtigen nur einer begrenzten Zahl Oberwellen wird auf eine perfekte Nachbildung verzichtet. Das unperfekt nachgebildete Signal kann vorteilhaft zur Sperrzeitkompensation verwendet werden.The Fourier synthesis may consider a fundamental and one or more odd harmonics. For a perfect Fourier synthesis of a square wave, infinite harmonics have to be considered. The more harmonics are taken into account, the more perfectly does the particular course approximate a square wave signal. By taking into account only a limited number of harmonics is waived a perfect replica. The imperfectly simulated signal can advantageously be used for blocking time compensation.

Die höchste Ordnung einer berücksichtigten Oberwelle kann insbesondere 3 sein. Da die Oberwellen stets ungeradzahlige Ordnungen haben muss hierfür nur die Grundschwingung mit der dritten Oberwelle kombiniert werden. In weiteren Ausführungsformen kann die höchste Ordnung einer berücksichtigten Oberwelle auch 5 oder 7 betragen. Durch die Berücksichtigung der Oberwellen der genannten Ordnungen kann eine verbesserte Kompensation der Sperrzeiten erzielt werden. Oberwellen mit noch höheren Ordnungen werden bevorzugt nicht berücksichtigt, um die Steilheit der Korrekturspannung im Bereich des Vorzeichenwechsels nicht zu stark anwachsen werden zu lassen.The highest order of a considered harmonic wave may be 3 in particular. Since the harmonics always have odd-numbered orders, only the fundamental harmonic must be combined with the third harmonic. In further embodiments, the highest order of a considered harmonic may also be 5 or 7. By taking into account the harmonics of the said orders, an improved compensation of the blocking times can be achieved. Harmonics with even higher orders are preferably not taken into account in order to prevent the steepness of the correction voltage in the area of the sign change from increasing too much.

Die Spannung, die an der Phase des Wechselrichters eingestellt werden soll, wird bevorzugt mittels feldorientierter Regelung oder feldorientierter Steuerung bestimmt. Dabei kann eine diskrete Ausführung des Verfahrens angewandt werden.The voltage to be set at the phase of the inverter is preferably determined by field-oriented control or field-oriented control. In this case, a discrete embodiment of the method can be used.

Die einzustellende Spannung wird bevorzugt auf der Basis eines Phasenstroms durch die Phase bestimmt, wobei der Phasenstrom wird auf der Basis eines vorbestimmten Sollstroms nachgebildet. Das Nachbilden umfasst bevorzugt ein Verzögern eines als Raumzeiger vorgegebenen Eingangssignals um eine vorbestimmte Zeit und ein Transformieren vom d, q-System ins UVW-System. Der nachgebildete Phasenstrom kann verbessert rauschfrei gegenüber einem gemessenen Phasenstrom sein, sodass sich insbesondere ein Nulldurchgang des Phasenstroms genauer bestimmen lassen kann. In einer weiteren Ausführungsform kann jedoch auch ein gemessener Phasenstrom verwendet werden, etwa im Rahmen einer feldorientierten Regelung. The voltage to be adjusted is preferably determined based on a phase current through the phase, the phase current being modeled on the basis of a predetermined desired current. The replication preferably comprises delaying an input signal specified as a space vector by a predetermined time and transforming the d, q system into the UVW system. The simulated phase current can be better noise-free compared to a measured phase current, so that in particular a zero crossing of the phase current can be determined more accurately. In a further embodiment, however, a measured phase current can also be used, for example in the context of field-oriented regulation.

Ein Computerprogrammprodukt umfasst Programmcodemittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Ausführungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist. Insbesondere kann das Verfahren mittels eines programmierbaren Mikrocomputers oder Mikrocontrollers durchgeführt werden, wobei wenigstens ein Teil des Verfahrens als Computerprogrammprodukt vorliegt.A computer program product comprises program code means for carrying out the method described above when the computer program product runs on an executing device or is stored on a computer-readable medium. In particular, the method can be carried out by means of a programmable microcomputer or microcontroller, wherein at least part of the method is present as a computer program product.

Eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drehfeldmaschine mittels eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter für jede Phase eine Halbbrücke mit zwei Stromventilen aufweist, umfasst: eine erste Einrichtung zur Bestimmung einer Spannung, die an einer Phase des Wechselrichters eingestellt werden soll; eine zweite Einrichtung zur Bestimmung eines PWM-Signals zum Ansteuern von Stromventilen einer der Phase zugeordneten Halbbrücke auf der Basis der bestimmten Spannung; und eine Sperrzeitkompensation zur Bestimmung eines Spannungsfehlers der Phase, der sich aufgrund von Totzeiten der Stromventile der Halbbrücke ergibt, zur Bestimmung einer Korrekturspannung auf der Basis des Spannungsfehlers, und zur Kompensation des PWM-Signals um die bestimmte Korrekturspannung. Dabei ist die Sperrzeitkompensation dazu eingerichtet, einen zeitlichen Verlauf der Korrekturspannung mittels Fouriersynthese an eine Rechteckspannung anzunähern. Die Vorrichtung kann insbesondere im Rahmen einer feldorientierten Steuerung oder einer feldorientierten Regelung vorteilhaft eingesetzt werden.An apparatus for controlling a rotating field machine by means of an inverter, wherein the inverter for each phase has a half-bridge with two current valves, comprises: a first means for determining a voltage to be set at a phase of the inverter; second means for determining a PWM signal for driving current valves of a half-bridge associated with the phase based on the determined voltage; and lock-out compensation for determining a voltage error of the phase resulting from dead times of the current valves of the half-bridge, for determining a correction voltage based on the voltage error, and for compensating the PWM signal for the determined correction voltage. In this case, the blocking time compensation is set up to approximate a time profile of the correction voltage by means of Fourier synthesis to a square-wave voltage. The device can be advantageously used in particular in the context of a field-oriented control or a field-oriented control.

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 einen Wechselrichter; 1 an inverter;

2 den Wechselrichter von 1 mit einer Drehfeldmaschine; 2 the inverter of 1 with a rotating field machine;

3 ein Schaltbild einer feldorientierten Regelung (FOR); 3 a circuit diagram of a field-oriented control (FOR);

4 ein αβ-Koordinatensystem mit einem Stromzeiger

Figure DE102016208801A1_0002
4 an αβ coordinate system with a current vector
Figure DE102016208801A1_0002

5 eine Darstellung einer Vorhersage eines Stroms eines Verarbeitungsschritts für einen folgenden Verarbeitungsschritt; 5 Fig. 12 is an illustration of a prediction of a stream of a processing step for a following processing step;

6 Phasenströme der Drehfeldmaschine von 2 und rechteckige Ausgleichsspannungen; 6 Phase currents of the induction machine of 2 and rectangular equalizing voltages;

7 Phasenströme der Drehfeldmaschine von 2 und vorgeschlagene Ausgleichsspannungen; und 7 Phase currents of the induction machine of 2 and proposed compensation voltages; and

8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen von korrigierten PWM-Signalen für die FOR von 3
darstellt.
8th a flowchart of a method for determining corrected PWM signals for the FOR of 3
represents.

1 zeigt exemplarisch und schematisch einen insbesondere als Pulswechselrichter ausgeführten Wechselrichter 100 mit einem Spannungszwischenkreis 105, welcher mittels eines Zwischenkreiskondensators 110 gebildet ist. Der Wechselrichter 100 ist in B6-Brückenschaltung mit drei Halbbrücken gebildet, welche jeweils zwei Leistungsschalter S1 und S2 bzw. S3 und S4, bzw. S5 und S6, jeweils in Form von Halbleitern wie MOSFETs, IGBTs, Thyristoren, GTOs oder anderen Stromventilen aufweisen. Die angedeuteten Dioden sind optional. Drei Leistungsschalter S1, S3, S5 des Wechselrichters 100 sind als High-Side-Leistungsschalter, drei Schalter S2, S4, S6 als Low-Side-Leistungsschalter angeordnet. 1 shows an example and schematically an inverter, in particular designed as a pulse inverter 100 with a voltage intermediate circuit 105 , which by means of an intermediate circuit capacitor 110 is formed. The inverter 100 is formed in B6 bridge circuit with three half-bridges, each having two power switches S1 and S2 or S3 and S4, or S5 and S6, each in the form of semiconductors such as MOSFETs, IGBTs, thyristors, GTOs or other current valves. The indicated diodes are optional. Three circuit breakers S1, S3, S5 of the inverter 100 are arranged as a high-side circuit breaker, three switches S2, S4, S6 as a low-side circuit breaker.

Die Mittenabgriffe der Halbbrücken sind je mit einer Phase U bzw. V bzw. W einer Drehfeldmaschine 115, die etwa als permanenterregte Synchronmaschine (PMSM) ausgebildet sein kann, elektrisch verbunden. Die Drehfeldmaschine 115, welche beispielsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein kann, zum Beispiel in einem hybridisierten oder elektrischen Antriebsstrang, in einer Servolenkung oder als Stellmotor. Die Drehfeldmaschine 115 weist in der Ausführung als PSM einen Stator mit einer Ständerwicklung, insbesondere mit den drei Strängen U, V, W auf, welche vorzugsweise symmetrisch gewickelt und um 120 Grad versetzt angeordnet sind, und weiterhin insbesondere einen mit Permanentmagneten bestückten Rotor.The center taps of the half bridges are each with a phase U or V or W of a rotary field machine 115 , which may be designed as a permanent-magnet synchronous machine (PMSM), electrically connected. The induction machine 115 , which may be provided, for example, for use in a motor vehicle, for example in a hybridized or electric drive train, in a power steering or as Servomotor. The induction machine 115 has in the embodiment as PSM a stator with a stator winding, in particular with the three strands U, V, W, which are preferably symmetrically wound and arranged offset by 120 degrees, and further in particular a rotor equipped with permanent magnets.

2 zeigt ein Ersatzschaltbild des Wechselrichters 100 und der Drehfeldmaschine 115 aus 1, wobei jeweils zwei Schalter S1, S2 bzw. S3, S4 bzw. S5, S6 einer Halbbrücke als ein Umschalter SU, SV, SW entsprechend der Funktionalität des Wechselrichters 100 dargestellt sind. In Abhängigkeit eines jeweiligen PWM-Vorgabewerts für eine der Phasen U, V, W kann jeder Umschalter SU, SV, SW zwischen High-Side- und Low-Side-Potential für eine bestimmte Dauer je PWM-Periode von –1 auf +1 umgeschaltet werden (oder umgekehrt), wobei in 2 das High-Side-Potential durch die Umschalterstellung +1, Low-Side-Potential durch die Stellung –1 veranschaulicht ist. Eine Spannung an einer Phase U, V, W ist dadurch bestimmt, welchen zeitlichen Anteil einer PWM-Periode der zugeordnete Schalter in der +1-Stellung verbringt. Dieser Anteil wird auch duty cycle genannt und in Prozent der PWM-Periode ausgedrückt. So können die bei einem Raumzeigermodulationsverfahren üblichen Spannungsvektoren an den Phasen U, V, W der Drehfeldmaschine 115 frei eingestellt werden. 2 shows an equivalent circuit diagram of the inverter 100 and the induction machine 115 out 1 , wherein in each case two switches S1, S2 or S3, S4 or S5, S6 of a half-bridge as a switch SU, SV, SW according to the functionality of the inverter 100 are shown. Depending on a respective PWM default value for one of the phases U, V, W, each switch SU, SV, SW can switch between high-side and low-side potential for a certain duration per PWM period from -1 to +1 be (or vice versa), where in 2 the high-side potential is illustrated by the switch position +1, the low-side potential by the position -1. A voltage at a phase U, V, W is determined by what time portion of a PWM period the associated switch spends in the + 1 position. This percentage is also called the duty cycle and expressed as a percentage of the PWM period. Thus, the usual voltage vectors in a space vector modulation method at the phases U, V, W of the induction machine 115 be set freely.

Mittels unterschiedlicher Modulationsverfahren können durch den Wechselrichter 100 PWM-Werte generiert werden, um die gewünschten Spannungen für die Drehfeldmaschine 115 einzustellen. Die generierten PWM-Werte aus der Regelung oder der Steuerung zur Erzeugung eines bestimmten Spannungsvektors ändern sich mit der gewünschten Spannungsfrequenz und -amplitude.By means of different modulation methods can by the inverter 100 PWM values are generated to the desired voltages for the induction machine 115 adjust. The generated PWM values from the controller or controller to produce a particular voltage vector will vary with the desired voltage frequency and amplitude.

Die Schalter S1 bis S6 sind üblicherweise als Halbleiter realisiert. Das Ausschalten eines Halbleiters erfolgt nicht sprungförmig, sondern es benötigt eine sogenannte Totzeit t0, bis alle Ladungen im Sperrbereich des Halbleiters ausgeräumt sind und der Halbleiter ganz ausgeschaltet ist. Diese Totzeit hängt von der Art des verwendeten Halbleiters ab und liegt zum Beispiel bei einem MOSFET unter 1 μs und beim IGBT zwischen 1 μs und 5 μs. Im Wechselrichter 100 dürfen die zwei komplementären Halbleiter in einer Phase, z. B. S1 und S2 in Bild 1, niemals gleichzeitig eingeschaltet werden, um einen Kurzschluss im Spannungszwischenkreis 105 zu vermeiden, der zu einer Zerstörung des Zwischenkreiskondensators 110 oder der Halbleiter führen kann. Aus diesem Grund wird in der Regel eine Verriegelzeit (auch Totzeit oder Sperrzeit genannt) zwischen dem Ausschalten eines Halbleiters (bis alle Ladungen ausgeräumt sind) und dem Einschalten des komplementären Halbleiters an der gleichen Phase U, V, W eingefügt.The switches S1 to S6 are usually realized as semiconductors. Switching off a semiconductor is not sudden, but it requires a so-called dead time t 0 until all charges are eliminated in the stopband of the semiconductor and the semiconductor is completely switched off. This dead time depends on the type of semiconductor used and, for example, is less than 1 μs for a MOSFET and between 1 μs and 5 μs for the IGBT. In the inverter 100 allow the two complementary semiconductors in one phase, z. B. S1 and S2 in Figure 1, never be turned on at the same time to a short circuit in the voltage link 105 to avoid, leading to a destruction of the DC link capacitor 110 or the semiconductor can lead. For this reason, a latching time (also called a dead time or blocking time) is usually inserted between switching off a semiconductor (until all charges have been eliminated) and switching on the complementary semiconductor at the same phase U, V, W.

Bei der Ansteuerung der Drehfeldmaschine 115 entsteht wegen dieser Sperrzeit eine Änderung des gewünschten Spannungsvektors, was zu Verzerrungen der Spannungen an der Drehfeldmaschine 115 führen kann. Um diese Sperrzeit zu kompensieren, ist es bekannt, die Verriegelzeit abhängig vom gemessenen Phasenstrom in einer Phase U, V, W zu kompensieren. Eine genaue Ermittlung des Nulldurchgangs des Stroms ist dabei sehr wichtig, sonst kann die Kompensation zu falschen Ergebnissen führen.When controlling the induction machine 115 arises due to this blocking time a change in the desired voltage vector, causing distortion of the voltages on the induction machine 115 can lead. In order to compensate for this blocking time, it is known to compensate the locking time depending on the measured phase current in a phase U, V, W. An accurate determination of the zero crossing of the current is very important, otherwise the compensation can lead to wrong results.

Eine korrekte Kompensation der Sperrzeiten kann auch aus anderen Gründen wichtig sein. Zur Regelung der Drehfeldmaschine 115 können noch weitere Funktionen oder Modelle verwendet werden, die die Spannungen an der Drehfeldmaschine 115 als Eingangsparameter verwenden. Beispielsweise kann die Funktionalität eines Positionssensors über ein sensorloses Verfahrens überwacht werden, der Zustand der Maschine (Kurzschluss, Phasenabriss in der Maschine etc.) kann mittels einer Spannungsdiagnose überwacht werden, das Flussmodell der Drehfeldmaschine 115 kann über ein Flussmodell berechnet werden, oder der Statorwiderstand der Drehfeldmaschine 115 kann bestimmt werden, beispielsweise für eine Nachführung oder eine Temperaturüberwachung. In allen diesen Modellen werden die Spannungen der Phasen U, V, W der Drehfeldmaschine 115 benötigt, die üblicherweise auf der Basis der Sollspannungen aus der Regelung bestimmt werden. Bei fehlender oder falscher Sperrzeitkompensation können die bestimmten Sollspannungen fehlerhaft sein, sodass auch die Modelle ungenau oder falsch arbeiten können.A correct compensation of the blocking times can also be important for other reasons. For controlling the induction machine 115 Other functions or models that control the voltages on the induction machine can be used 115 as input parameter. For example, the functionality of a position sensor can be monitored via a sensorless method, the state of the machine (short circuit, phase break in the machine, etc.) can be monitored by means of a voltage diagnosis, the flow model of the induction machine 115 can be calculated via a flow model, or the stator resistance of the induction machine 115 can be determined, for example, for tracking or temperature monitoring. In all these models, the voltages of the phases U, V, W of the rotary field machine 115 required, which are usually determined on the basis of the desired voltages from the scheme. With missing or incorrect lock time compensation, the specified setpoint voltages may be faulty, so that the models can also operate inaccurately or incorrectly.

Im Folgenden wird eine Technik vorgeschlagen, um die Sperrzeit auch dann mit verringertem Fehler zu kompensieren, wenn die Detektion des Nulldurchgangs des Phasenstroms durch eine der Phasen U, V, W ungenau ist. Die Technik kann an einer feldorientierten Steuerung (FOS) oder feldorientierte Regelung (FOR) in Verbindung mit unterschiedlichen Drehfeldmaschinen 115 (z. B. eine permanenterregte Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine) eingesetzt werden, wobei die Sperrzeiten unterschiedlicher Halbleiter (z. B. MOSFET, FET, IGBT, GTO, Thyristor etc.) berücksichtigt werden können und die Nulldurchgänge der Phasenströme alternativ gemessen oder mittels eines Modells bestimmt werden können.In the following, a technique is proposed for compensating the blocking time with reduced error even if the detection of the zero crossing of the phase current through one of the phases U, V, W is inaccurate. The technique can be applied to a field-oriented control (FOS) or field-oriented control (FOR) in conjunction with different induction machines 115 (eg a permanently excited synchronous machine or an asynchronous machine), wherein the blocking times of different semiconductors (eg MOSFET, FET, IGBT, GTO, thyristor etc.) can be taken into account and the zero crossings of the phase currents alternatively measured or by means of a Model can be determined.

Zur genaueren Erläuterung der vorgeschlagenen Technik wird exemplarisch eine FOR beschrieben. 3 zeigt eine beispielhafte feldorientierte Regelung für die Drehfeldmaschine 115 aus den 1 und 2. Die feldorientierte Regelung kann als Steuervorrichtung 305 ausgeführt sein, die eine Steuerung des Drehverhaltens der Drehfeldmaschine 115 auf der Basis eines Raumzeigers nach Art einer Vektorregelung durchführt. Dazu können Teile der Steuervorrichtung insbesondere von einem programmierbaren Mikrocomputer umfasst sein, wobei die Verarbeitung digital erfolgt. Die Darstellung von 3 kann jedoch auch als Ablaufschema für ein Verfahren 310 zum Steuern der Drehfeldmaschine 115 aufgefasst werden.For a more detailed explanation of the proposed technique, a FOR is described by way of example. 3 shows an exemplary field-oriented control for the induction machine 115 from the 1 and 2 , The field-oriented control can be used as a control device 305 be executed, which is a control of the rotational behavior of the induction machine 115 performs on the basis of a space vector pointer in the manner of a vector control. For this purpose, parts of the control device can in particular be comprised by a programmable microcomputer, wherein the processing takes place digitally. The representation of 3 However, it can also be used as a process flowchart 310 for controlling the induction machine 115 be understood.

Ein Raumzeiger, der in d, q-Darstellung gegeben ist und die Komponenten IsdRef und IsqRef umfasst, liegt als Eingangsgröße vor. Die d-Komponente des Raumzeigers ist einem magnetischen Fluss, und die q-Komponente einem Drehmoment der Drehfeldmaschine 115 zugeordnet. Die Komponenten des Raumzeigers werden über optionale Proportional-Integral-Glieder PI an eine Transformationseinrichtung 120 weiter gegeben, die die Eingangsgrößen in drei Spannungen Us1, Us2, Us3 transformiert, die an den Strängen der Drehfeldmaschine 115 einzustellen sind. Optional können die bestimmten Spannungen anschließend mittels eines Begrenzers auf gültige Werte begrenzt werden, bevor ein PWM-Generator 125 auf der Basis der bestimmten Spannungen PWM-Signale PWM1, PWM2, PWM3 für die Schalter S1 bis S6 des Wechselrichters 100 bestimmt, um die die gewünschten Spannungen an den Strängen U, V, W der Drehfeldmaschine 115 bereitzustellen.A space vector, which is given in d, q representation and includes the components IsdRef and IsqRef, is present as input. The d component of the space vector is a magnetic flux, and the q component a torque of the induction machine 115 assigned. The components of the space vector are transmitted to a transformation device via optional proportional-integral elements PI 120 given further, which transforms the input variables into three voltages Us1, Us2, Us3, which are connected to the strings of the induction machine 115 are to be adjusted. Optionally, the determined voltages may then be limited to valid values by means of a limiter before a PWM generator 125 based on the determined voltages PWM signals PWM1, PWM2, PWM3 for the switches S1 to S6 of the inverter 100 determines the desired voltages on the strands U, V, W of the induction machine 115 provide.

Für die Regelung ist es erforderlich, Ströme Is1, Is2, Is3, die durch die Stränge U, V, W fließen, zu bestimmen. Dazu sind unterschiedliche Herangehensweisen möglich. In der dargestellten Ausführungsform werden die Strangströme mittels Stromfühlern 135 abgetastet. Die Strangströme Is1, Is2, Is3 werden auf der Basis eines elektrischen Drehwinkels Θel der Drehfeldmaschine 115 mittels einer weiteren Transformationseinrichtung 170 ins d, q-Koordinatensystem transformiert, wobei der elektrische Drehwinkel Θel ebenfalls auf unterschiedliche Weisen bestimmt werden kann. Vorliegend wird beispielsweise der mechanische Drehwinkel Θmech mittels eines Positionssensors 140 abgetastet, der beispielsweise als Anordnung von Hall-Sensoren oder Inkrementalgebern ausgebildet sein kann. Der elektrische Drehwinkel Θel kann dann durch Multiplikation des mechanischen Drehwinkels Θmech mit der Polzahl Zp der Drehfeldmaschine 115 bestimmt werden.For the control, it is necessary to determine currents Is1, Is2, Is3 flowing through the strands U, V, W. For this, different approaches are possible. In the illustrated embodiment, the strand currents are detected by current sensors 135 sampled. The phase currents Is1, Is2, Is3 are based on an electrical rotation angle Θ el of the induction machine 115 by means of a further transformation device 170 transformed into the d, q-coordinate system, wherein the electrical rotation angle Θ el can also be determined in different ways. In the present case, for example, the mechanical angle of rotation Θ mech by means of a position sensor 140 sampled, which may be formed for example as an arrangement of Hall sensors or incremental encoders. The electrical rotation angle Θ el can then be multiplied by the mechanical rotation angle Θ mech with the number of poles Zp of the induction machine 115 be determined.

Die transformierten Werte Isd, Isq der Strangströme werden auf die Werte des vorgegebenen Raumzeigers addiert, bevor diese an die PI-Glieder bzw. an die Transformationseinrichtung 120 geführt werden. Die Zwischenkreisspannung Udc, die in verschiedenen Bestimmungsschritten verwendet wird, kann auf eine beliebige, bekannte Weise bestimmt werden.The transformed values Isd, Isq of the phase currents are added to the values of the predetermined space vector, before these are sent to the PI elements or to the transformation device 120 be guided. The DC link voltage Udc used in various determination steps may be determined in any known manner.

Optional können die additiv zum Raumzeiger rückgekoppelten Komponenten Isd, Isq mittels eines Entkopplers 145 voneinander entkoppelt und als EMKd und EMKq additiv an den Eingang der Transformationseinrichtung 120 gekoppelt werden. Dazu kann die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωel verwendet werden, die durch Multiplikation der mechanischen Winkelgeschwindigkeit ωmech mit der Polzahl Zp der Drehfeldmaschine 115 bestimmt werden kann. Die mechanische Winkelgeschwindigkeit ωmech kann durch Ableiten des mechanischen Drehwinkels Θmech nach der Zeit bestimmt werden. Ein ebenfalls optionales Positionsschätzmodell 150 stellt auf der Basis der PWM-Signale und der Strangströme eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω ^ und einen geschätzten Drehwinkel Θ ^ und der Drehfeldmaschine 115 bereit.Optionally, the components Isd, Isq fed back additively to the space vector can be separated by means of a decoupler 145 decoupled from each other and as EMKd and EMKq additive to the input of the transformation device 120 be coupled. For this purpose, the electrical angular velocity ω el can be used by multiplying the mechanical angular velocity ω mech by the number of poles Zp of the induction machine 115 can be determined. The mechanical angular velocity ω mech can be determined by deriving the mechanical rotation angle Θ mech after the time. An optional position estimation model 150 on the basis of the PWM signals and the phase currents, an estimated angular velocity ω ^ and an estimated rotation angle Θ ^ and the induction machine 115 ready.

Es wird vorgeschlagen, die PWM-Signale PWM1, PWM2, PWM3 des PWM-Generators 125 um Spannungsfehler, die aufgrund von Sperrzeiten der Schalter S1 bis S6 entstehen, mittels einer Sperrzeitkompensation 130 möglichst so zu kompensieren, dass ein Zustand, in dem zwei Schalter einer Halbbrücke gleichzeitig geschlossen sind (S1 und S2; S3 und S4; oder S5 und S6), vermieden wird und gleichzeitig Spannungsfehler zwischen den an den Phasen U, V, W anliegenden Spannungen und beabsichtigten Spannungen möglichst gering sind.It is proposed to use the PWM signals PWM1, PWM2, PWM3 of the PWM generator 125 by voltage errors due to blocking times of the switches S1 to S6, by means of a blocking time compensation 130 if possible, to compensate such that a state in which two switches of a half-bridge are simultaneously closed (S1 and S2, S3 and S4, or S5 and S6) is avoided, and at the same time voltage errors between the voltages applied to the phases U, V, W and intended voltages are as low as possible.

Die Bestimmung der Spannungsfehler erfolgt bezüglich der Strangströme, die durch die einzelnen Stränge U, V, W der Drehfeldmaschine 115 fließen. In einer Ausführungsform werden die tatsächlichen Strangströme Is1, Is2, Is3 mittels der Stromfühler 135 abgetastet. In einer anderen Ausführungsform werden nachgebildete Strangströme verwendet, die einen verringerten Rauschanteil aufweisen können. Dazu wird der Raumzeiger bevorzugt in einem beispielsweise als Tiefpass ausgeführten Filter 160 um einen vorbestimmten Betrag verzögert, der die Dynamik der FOR oder FOS möglichst gut reflektiert. Verläufe der verzögerten Sollwerte der d, q-Ströme sollen möglichst die gleichen Verlauf wie die Ist-Ströme der Drehfeldmaschine 115 haben. Durch die Rücktransformation der verzögerten Sollwerte der d, q-Ströme erhält man die nachgebildeten Phasenströme im UVW-Koordinatensystem ohne Rauschen. Dadurch kann der Einsatz gemessener und mit einem Rauschen überlagerter Phasenströme vermieden werden, um insbesondere einen Nulldurchgang der Phasenströme verbessert bestimmen zu können. Werden die Phasenströme gemessen, beispielsweise im Rahmen einer FOR, so können die Messwerte auch direkt verwendet werden; eine Nachbildung, beispielsweise mittels des Filters 160 und der Transformationseinrichtung 165, ist dann nicht erforderlich. Die mittels der Transformationseinrichtung 165 bestimmten Referenzströme IsαF, IsβF werden dann bevorzugt mittels noch einer weiteren Transformationseinrichtung 170 ins kartesische Koordinatensystem transformiert („Cartesian To Polar”-Transformation).The determination of the voltage errors takes place with respect to the phase currents flowing through the individual lines U, V, W of the induction machine 115 flow. In one embodiment, the actual phase currents Is1, Is2, Is3 are detected by means of the current sensors 135 sampled. In another embodiment, replicated strand streams are used, which may have a reduced noise component. For this purpose, the space vector is preferably in a filter designed, for example, as a low-pass filter 160 delayed by a predetermined amount, which reflects the dynamics of the FOR or FOS as well as possible. Curves of the delayed setpoint values of the d, q currents should as far as possible follow the same course as the actual currents of the induction machine 115 to have. The inverse transformation of the delayed setpoint values of the d, q currents yields the simulated phase currents in the UVW coordinate system without noise. As a result, the use of measured and superimposed with a noise phase currents can be avoided, in particular to be able to determine a zero crossing of the phase currents improved. If the phase currents are measured, for example in the context of a FOR, the measured values can also be used directly; a replica, for example by means of the filter 160 and the transformation device 165 , then is not required. The means of transformation means 165 certain reference currents IsαF, IsβF are then preferably by means of yet another transformation means 170 transformed into the Cartesian coordinate system ("Cartesian To Polar" transformation).

Die Sperrzeitkompensation 130 korrigiert die PWM-Signale PWM1, PWM2, PWM3 auf der Basis der in der Transformationseinrichtung 170 bestimmten Phase und des bestimmten Betrags des Raumzeigers um sperrzeitbedingte Spannungsfehler, und stellt dem Wechselrichter 100 entsprechend neu berechnete PWM-Signale PWM1n, PWM2n, PWM3n bereit.The blocking time compensation 130 corrects the PWM signals PWM1, PWM2, PWM3 on the basis of the in the transformation means 170 certain phase and the specific amount of the space pointer to lock time-related voltage error, and provides the inverter 100 correspondingly recalculated PWM signals PWM1n, PWM2n, PWM3n ready.

Werden die Strangströme der Phasen U, V, W periodisch in regelmäßigen Zeitabständen bestimmt, wie das bei einer mikroprozessorgesteuerten Vorrichtung 305 üblich ist, so kann sich insbesondere dann ein Fehler bei der Bestimmung eines Spannungsfehlers ergeben, wenn der Strangstrom innerhalb einer aktuellen Periode, also zwischen zwei Bestimmungszeitpunkten, sein Vorzeichen wechselt. Insbesondere bei langen Perioden kann so ein Fehler bei der Kompensation verhindert werden. Lange Perioden treten besonders dann auf, wenn pro elektrischer Periode der Drehfeldmaschine 115 nur relativ wenige Abtastperioden der Ströme erfolgen, beispielsweise weniger als 1000, weniger als 100 oder weniger als 10. Es wird daher vorgeschlagen, einen während einer Periode erfolgenden Vorzeichenwechsel bei der Kompensation der Spannungsfehler zu berücksichtigen.If the phase currents of the phases U, V, W are determined periodically at regular intervals, as in a microprocessor-controlled device 305 is usual, then in particular an error in the determination of a voltage error can result if the phase current within a current period, ie between two determination times, its sign changes. Especially with long periods, such an error in the compensation can be prevented. Long periods occur especially when per electric period of the induction machine 115 only relatively few sampling periods of the currents take place, for example, less than 1000, less than 100 or less than 10. It is therefore proposed to take account of a change of sign occurring during a period in the compensation of the voltage errors.

Die Phasen U, V, W werden im Folgenden auch als Phase x mit x ∊ {1; 2; 3} bezeichnet. Für die folgenden Berechnungen werden der Stromzeiger

Figure DE102016208801A1_0003
des gefilterten Sollwertes und für jede Phase x des gefilterten Sollwerts Isx(= IsxRefF) des Phasenstroms (Nachbilden von Isx) für die Berechnungen des Spannungsabfalls wegen der Sperrzeit der Stromventile S1–S6 im Wechselrichter 100 verwendet.The phases U, V, W are hereinafter also referred to as phase x with x ε {1; 2; 3}. For the following calculations, the current pointer
Figure DE102016208801A1_0003
the filtered setpoint and for each phase x of the filtered setpoint I sx (= I sxRefF ) of the phase current (simulating I sx ) for the calculations of the voltage drop due to the blocking time of the current valves S1-S6 in the inverter 100 used.

Bei der Kompensation der Wechselrichtersperrzeit wird standardmäßig für jede Phase ein Spannungsfehler ΔUsx kompensiert:

Figure DE102016208801A1_0004
mit:

Usx:
Spannungsfehler wegen der Sperrzeit des Wechselrichters in Phase x
t0:
Sperrzeit des Wechselrichters 100
Ts:
Schaltperiode des Wechselrichters 100 (Ts = 1/fs; fs ist die Schaltfrequenz des Wechselrichters 100)
Udc:
Zwischenkreisspannung 105
sign(IsxRefF):
Vorzeichen des gefilterten Sollwerts des Phasenstroms (Nachbilden von Isx) in Phase x
When compensating the inverter blocking time, a voltage error ΔU sx is compensated by default for each phase:
Figure DE102016208801A1_0004
With:
U sx :
Voltage error due to the blocking time of the inverter in phase x
t 0 :
Blocking time of the inverter 100
T s :
Switching period of the inverter 100 (T s = 1 / f s ; f s is the switching frequency of the inverter 100 )
U dc :
Intermediate circuit voltage 105
sign (I sxRefF ):
Sign of the filtered setpoint value of the phase current (simulation of I sx ) in phase x

In einer diskreten Steuer- oder Regelvorrichtung 305 wird die mit Bezug auf 3 beschriebene Vorgehensweise periodisch wiederholt. Ein aktueller Verarbeitungsschritt wird hierbei mit k bezeichnet; der vorhergehende ist dann k – 1 und der folgende k + 1. Zu Anfang jedes Schritts werden die PWM-Zeiten bzw. -verhältnisse PWM1, PWM2, PWM3 bestimmt, die im nächsten Abtastschritt an den Wechselrichter 100 übergeben werden. Deswegen wird der Stromzeiger in Abhängigkeit des Vorzeichens der elektrischen Winkelgeschwindigkeit vor- oder zurückgedreht. Man verwendet dabei den Stromvektor aus den gefilterten Sollströmen oder die gemessenen Phasenströme.In a discrete control device 305 will be with respect to 3 periodically repeated procedure described. A current processing step is denoted by k; the previous one is then k-1 and the following k + 1. At the beginning of each step, the PWM times PWM1, PWM2, PWM3 are determined which in the next sampling step are sent to the inverter 100 be handed over. Therefore, the current vector is rotated forward or backward depending on the sign of the electrical angular velocity. The current vector from the filtered nominal currents or the measured phase currents are used.

4 zeigt ein αβ-Koordinatensystem mit einem Stromzeiger

Figure DE102016208801A1_0005
Die Phase (der Richtungswinkel) des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0006
fällt in einen von sechs Bereichen, die jeweils 60° messen und in 4 jeweils zwischen zwei Strich-Punkt-Punkt-Linien liegen. In jedem Bereich sind die Vorzeichen der drei Phasenströme I1, I2, I3 eingezeichnet. Beisielsweise ist in dem Bereich, in dem in 4 der Stromzeiger
Figure DE102016208801A1_0007
exemlarisch dargestellt ist, I1 = IU > 0; I2 = IV > 0 und I3 = IW < 0. Nach der Bestimmung des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0008
im Polarkoordinatensystem (Betrag und Phase) können anhand der Phase des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0009
der zutreffende Bereich und daraufhin die Vorzeichen der einzelnen Phasenströme I1, I2, I3 bestimmt werden. 4 shows an αβ coordinate system with a current vector
Figure DE102016208801A1_0005
The phase (the direction angle) of the current vector
Figure DE102016208801A1_0006
falls into one of six areas, each measuring 60 ° and in 4 each lie between two dash-dot-dot lines. In each area, the signs of the three phase currents I 1 , I 2 , I 3 are drawn. For example, in the area where in 4 the current pointer
Figure DE102016208801A1_0007
is shown exemlarisch, I 1 = I U >0; I 2 = I V > 0 and I 3 = I W <0. After determining the current vector
Figure DE102016208801A1_0008
in the polar coordinate system (Amount and phase) can be determined by the phase of the current pointer
Figure DE102016208801A1_0009
the true range and then the signs of the individual phase currents I 1 , I 2 , I 3 are determined.

Mittels der Transformationseinrichtung 165 können die gefilterten Ströme IsdRefF und IsqRefF in folgender Weise ins αβ-Koordinatensystem transformiert werden:

Figure DE102016208801A1_0010
By means of the transformation device 165 For example, the filtered currents IsdRefF and IsqRefF can be transformed into the αβ coordinate system in the following way:
Figure DE102016208801A1_0010

Durch die Transformation der beiden Ströme IsαF und IsβF vom kartesischen Koordinatensystem in die Polardarstellung erhält man den Stromzeigerbetrag ∥Is∥ und die Stromzeigerphase (bzw. den Stromzeigerwinkel) θI(k).By transforming the two currents I sαF and I sβF from the Cartesian coordinate system into the polar representation, the current vector value ∥I s ∥ and the current vector phase (or the current vector angle) θ I (k) are obtained .

5 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Phasenstroms einer Phase U, V, W mit Nulldurchgang innerhalb einer Abtastperiode TA. In horizontaler Richtung ist eine Zeit und in vertikaler Richtung ein Strom angetragen. Eine Abtastperiode TA bezeichnet die Dauer eines Verarbeitungsschritts k, k + 1 etc. 5 shows a time course of a phase current of a phase U, V, W with zero crossing within a sampling period T A. In the horizontal direction is a time and in the vertical direction a current plotted. A sampling period T A denotes the duration of a processing step k, k + 1, etc.

PWM-Werte, die durch die FOR bzw. FOS im Schritt k bestimmt wurden, werden üblicherweise erst ungefähr zur Mitte des nächsten Schritts k + 1 am Wechselrichter 100 eingestellt. Daher muss die Lage des Stromzeigers

Figure DE102016208801A1_0011
auf den gleichen Zeitpunkt der Einstellung der PWM-Werte korrigiert werden. Dazu wird die Lage des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0012
für die Mitte des folgenden Schritts k – 1 als Schätzung vorhergesagt. Da die mechanische Zeitkonstante der Drehfeldmaschine 115 üblicherweise größer als die elektrische ist, kann die Drehzahl der Drehfeldmaschine 115 über aufeinander folgende Abtastperioden TA als näherungsweise konstant betrachtet werden. Damit besteht die Möglichkeit, die Lage des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0013
zur Mitte der folgenden Abtastperiode θI(k+1) mithilfe der aktuellen Phase θI(k) des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0014
und der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ωel bzw. der Drehzahl der Drehfeldmaschine 115 vorausberechnen: θI(k+1) = θI(k) + ωel(k)· 3 / 2TA (Gleichung 3) mit:

θI(k):
Phase des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0015
zum Zeitpunkt k·TA
θI(k+1):
Phase des Stromzeigers
Figure DE102016208801A1_0016
zum Zeitunkt (k + 3/2)·TA
ωel:
die Winkelgeschwindigkeit der Drehfeldmaschine 115 (entspricht Drehzahl·2π·Polpaarzahl/60)
TA:
die Dauer der Regel-Abtastperiode
PWM values determined by the FOR or FOS in step k usually do not arrive until approximately the middle of the next step k + 1 at the inverter 100 set. Therefore, the location of the current pointer must be
Figure DE102016208801A1_0011
be corrected to the same time of setting the PWM values. To do this, the location of the current pointer
Figure DE102016208801A1_0012
for the middle of the following step k-1 is predicted as an estimate. As the mechanical time constant of the induction machine 115 Usually larger than the electrical, the speed of the induction machine can 115 over consecutive sampling periods T A are considered to be approximately constant. This gives the possibility of the position of the current indicator
Figure DE102016208801A1_0013
to the middle of the following sampling period θ I (k + 1) using the current phase θ I (k) of the current vector
Figure DE102016208801A1_0014
and the electrical angular velocity ω el or the rotational speed of the induction machine 115 predict: θ I (k + 1) = θ I (k) + ω el (k) · 3 / 2T A (Equation 3) With:
θ I (k) :
Phase of the current pointer
Figure DE102016208801A1_0015
at the time k · T A
θ I (k + 1) :
Phase of the current pointer
Figure DE102016208801A1_0016
at the time point (k + 3/2) · T A
ω el :
the angular velocity of the induction machine 115 (corresponds to speed · 2π · pole pair number / 60)
T A :
the duration of the rule sample period

6 zeigt Phasenströme Isu, Isv, Isw der Drehfeldmaschine 115 sowie rechteckige Korrekturspannungen ΔUs1Tot, ΔUs2Tot, ΔUs3Tot der Sperrzeitkompensation 130, jeweils als zeitliche Verläufe. Die angegebenen Skalenwerte sind dabei rein beispielhaft. 6 shows phase currents I su , I sv , I sw of the induction machine 115 as well as rectangular correction voltages ΔUs 1 Tot, ΔUs 2 Tot, ΔUs 3 Tot of the blocking time compensation 130 , each as a temporal course. The specified scale values are purely exemplary.

Die Korrekturspannungen verhalten sich wie rechteckige Wechselspannungen, die um 120° gegeneinander verschoben sind. Bei einer falschen Kompensation des Nulldurchgangs eines Phasenstroms kann ein Spannungsfehler entstehen, der bis zu doppelt so groß wie die ursprüngliche Spannungsfehler ist. Wird der Nulldurchgang also falsch bestimmt, so kann die Kompensation den Spannungsfehler vergrößern statt verkleinern.The correction voltages behave like rectangular alternating voltages, which are shifted by 120 ° from each other. Incorrect zero phase current compensation can result in a voltage error that is up to twice the original voltage error. If the zero crossing is thus determined incorrectly, the compensation can increase the voltage error instead of reducing it.

Es wird vorgeschlagen, die rechteckigen Korrekturspannungen mittels einer Überlagerung von sinusförmigen Schwingungen einer Grundschwingung und wenigstens einer Oberwelle anzunähern. Dadurch kann ein Fehler, der durch eine unkorrekte Bestimmung des Nulldurchgangs entsteht, klein gehalten werden, während gleichzeitig eine gute Kompensation der Sperrzeiten erreicht werden kann. Allgemein ergibt die Zerlegung des Rechtecksignals aus 6 mittels Fouriersynthese eine Gleichung mit einer Grundschwingung und unendlich vielen Oberschwingungen ungerader Ordnungen, wobei die Amplituden der Oberschwingungen mit steigender Ordnungszahl abnehmen. Werden nur endlich viele Oberschwingungen berücksichtigt, so nimmt der Verlauf der Korrekturspannung einen harmonischeren Verlauf an, wobei insbesondere der Nulldurchgang weniger steil ist. Es wurde erkannt, dass eine Fouriersynthese mit Oberwellen von Ordnungen von maximal 5, bevorzugt maximal 3, ausreichen, um eine Korrekturspannung bereitzustellen, die eine gute Sperrzeitkompensation mit einer abgeschwächten Steigung im Bereich des Nulldurchgangs verbindet. Aufgrund der verringerten Steilheit kann ein falsch bestimmter Nulldurchgang weniger störenden Einfluss auf die Sperrzeitkompensation haben.It is proposed to approximate the rectangular correction voltages by means of a superposition of sinusoidal oscillations of a fundamental and at least one harmonic. As a result, an error that results from an incorrect determination of the zero crossing can be kept small, while at the same time a good compensation of the blocking times can be achieved. In general, the decomposition of the square-wave signal results 6 by Fourier synthesis an equation with a fundamental and infinitely many harmonics odd orders, the amplitudes of the harmonics decrease with increasing atomic number. If only finitely many harmonics are taken into account, the course of the correction voltage assumes a more harmonic course, with the zero crossing in particular being less steep. It has been found that a Fourier synthesis with harmonics of orders of at most 5, preferably at most 3, is sufficient to provide a correction voltage which combines a good blocking time compensation with a weakened slope in the region of the zero crossing. Due to the reduced slope, an incorrectly determined zero crossing may have less disturbing influence on the blocking time compensation.

7 zeigt die Phasenströme Isu, Isv, Isw der Drehfeldmaschine 115 und vorgeschlagene Korrekturspannungen ΔUs1Tot, ΔUs2Tot, ΔUs3Tot der Sperrzeitkompensation 130 als zeitliche Verläufe. Die angegebenen Skalenwerte sind dabei wieder rein beispielhaft. Im Gegensatz zur Darstellung von 6 sind hier die Korrekturspannungen als sinusförmige Grundschwingungen und mit sinusförmigen Oberschwingungen der 3. Ordnung überlagerte Grundschwingungen dargestellt. Im Bereich der Nulldurchgänge der Phasenströme sind die Beträge der Korrekturspannungen sowohl bei den Grundschwingungen als auch bei den überlagerten Grundschwingungen sehr klein. Ein falsch bestimmter Nulldurchgang eines Phasenstroms verursacht daher nur einen sehr kleinen Spannungsfehler. Trotzdem kann der Effekt der Sperrzeit, etwa eine Oberschwingung 6. Ordnung im Drehmoment oder eine Spannungsverzerrung, durch Kompensation der Sperrzeitspannungen bereits mittels Grundschwingungen sehr stark abgeschwächt werden. Je kürzer die Abtastperiode TA ist, desto kleiner ist der Fehler wegen einer möglichen falschen Bestimmung des Nulldurchgangs. 7 shows the phase currents I su , I sv , I sw of the induction machine 115 and proposed correction voltages ΔUs 1 Tot, ΔUs 2 Tot, ΔUs 3 Tot of lock-time compensation 130 as temporal courses. The specified scale values are again purely exemplary. In contrast to the representation of 6 Here, the correction voltages are shown as sinusoidal fundamental and superimposed with sinusoidal harmonics of the 3rd order fundamental vibrations. In the area of the zero crossings of the phase currents, the magnitudes of the correction voltages are very small, both in the fundamental and in the superimposed fundamental oscillations. An incorrectly determined zero crossing of a phase current therefore causes only a very small voltage error. Nevertheless, the effect of the blocking time, such as a sixth-order harmonic in the torque or a voltage distortion, can already be greatly attenuated by compensating the blocking time voltages by means of fundamental oscillations. The shorter the sampling period T A , the smaller the error due to a possible wrong determination of the zero crossing.

Die Grundschwingungen der drei Spannungskorrekturen in den drei Phasen U, V, W, ergeben eine Drehfeldspannung mit konstantem Betrag:

Figure DE102016208801A1_0017
Diese Drehfeldspannung der Grundschwingungen der drei Spannungskorrekturen ist in Phase mit dem Drehfeldstrom der Drehfeldmaschine 115.The fundamental oscillations of the three voltage corrections in the three phases U, V, W, result in a field voltage with a constant amount:
Figure DE102016208801A1_0017
This field voltage of the fundamental oscillations of the three voltage corrections is in phase with the rotating field current of the induction machine 115 ,

Werden die Grundschwingung und die Oberschwingung 3. Ordnung berücksichtigt, so erhält man einen Verlauf, der dem Rechteck-Verlauf verbessert angenähert ist und ebenfalls keine schlagartigen Wechsel des Vorzeichens beim Wechsel des Phasenstroms enthält. Anders ausgedrückt ist die Steigung des angenäherten Verlaufs im Bereich des Nulldurchgangs des Phasenstroms (bzw. dessen Verlaufs) immer noch deutlich kleiner als die des Rechtecksignals. Durch Überlagern der sinusförmigen Grundschwingung mit der 3. Oberwelle kann die Sperrzeit verbessert kompensiert werden, da sie über eine Periode einen größeren Amplitudenmittelswert aufweist. Um die Nulldurchgänge der Phasenströme (bzw. der Korrekturspannung) herum ist der Fehler, der sich bei ungenauer oder falscher Bestimmung des Nulldurchgangs ergibt, weiterhin klein.If the fundamental and the third order harmonic are taken into account, then a curve is obtained which approximates the rectangular curve and likewise contains no abrupt change of the sign when the phase current changes. In other words, the slope of the approximated curve in the region of the zero crossing of the phase current (or its profile) is still significantly smaller than that of the rectangular signal. By superimposing the sinusoidal fundamental wave with the 3rd harmonic, the lock-up time can be compensated for better because it has a larger average amplitude over one period. Around the zero crossings of the phase currents (or the correction voltage) around the error, resulting in inaccurate or incorrect determination of the zero crossing, continues to be small.

Aufgrund des symmetrischen Drehfelds in einer dreiphasigen Drehfeldmaschine 115 werden die 3. Oberwellen der Korrekturspannungen im Spannungszeiger insgesamt aufgehoben. In den einzelnen Phasen U, V, W wird der sperrzeitbedingte Spannungsabfall durch den mit der 3. Oberschwingung angenäherten Verlauf besser als mit der Grundschwingung allein kompensiert. Die Drehfeldmaschine 115 wird durch die 3. Oberschwingung nicht beeinflusst, das heißt, es ergeben sich keine zusätzlichen Oberschwingungen im Phasenstrom.Due to the symmetrical rotating field in a three-phase induction machine 115 the 3rd harmonics of the correction voltages in the voltage vector are canceled altogether. In the individual phases U, V, W, the blocking-time-dependent voltage drop is better compensated by the curve approximated by the third harmonic than by the fundamental alone. The induction machine 115 is not affected by the third harmonic, that is, there are no additional harmonics in the phase current.

Für die Berechnung der Spannungsfehler werden die Gleichungen 4 bis 6 verwendet. Für Phase 1 gilt:

Figure DE102016208801A1_0018
für Phase 2:
Figure DE102016208801A1_0019
und für Phase 3:
Figure DE102016208801A1_0020
Equations 4 through 6 are used to calculate the voltage errors. For phase 1:
Figure DE102016208801A1_0018
for phase 2:
Figure DE102016208801A1_0019
and for phase 3:
Figure DE102016208801A1_0020

Für die Berechnung der Pulsweitenmodulationssignale PWM1n, PWM2n und PWM3n werden die Gleichungen 7 bis 9 verwendet. Man erhält für Phase 1:

Figure DE102016208801A1_0021
für Phase 2:
Figure DE102016208801A1_0022
und für Phase 3:
Figure DE102016208801A1_0023
Equations 7 to 9 are used for the calculation of the pulse width modulation signals PWM1n, PWM2n and PWM3n. For phase 1 you get:
Figure DE102016208801A1_0021
for phase 2:
Figure DE102016208801A1_0022
and for phase 3:
Figure DE102016208801A1_0023

8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 800. Das Verfahren 800 ist zum Ablaufen auf einer Verarbeitungseinrichtung eingerichtet, die insbesondere einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen kann. Üblicherweise wird das Verfahren 800 periodisch durchlaufen und bildet einen Teil der Verarbeitung, die oben mit Bezug auf 3 genauer beschrieben ist. Das Verfahren 800 ist zur Verwendung mit einer FOS oder FOR geeignet. 8th shows a flowchart of a method 800 , The procedure 800 is set up for running on a processing device, which may in particular comprise a programmable microcomputer or microcontroller. Usually the procedure becomes 800 go through periodically and forms part of the processing described above with reference to 3 is described in more detail. The procedure 800 is suitable for use with a FOS or FOR.

Das Verfahren 800 beginnt in einem Schritt 805. Hier werden die Phasenströme Isu, Isv, Isw sowie die Ströme IsdRef, Isqref, der elektrische Winkel θel und der mechanische Winkel ωel bestimmt. In einem Schritt 810 werden die Ströme IsdRef und IsqRef optional im Filter 160 gefiltert. Dann werden sie mittels der Transformationseinrichtung 165 auf der Basis des elektrischen Winkels θel ins αβ-System des Stators transformiert (vgl. Gleichung 2), sodass sich die Phasenströme Isu, Isv und Isw ergeben.The procedure 800 starts in one step 805 , Here, the phase currents Isu, Isv, Isw and the currents IsdRef, Isqref, the electrical angle θel and the mechanical angle ωel are determined. In one step 810 the streams IsdRef and IsqRef become optional in the filter 160 filtered. Then they are transformed by means of the transformation device 165 is transformed into the αβ system of the stator on the basis of the electrical angle θel (see Equation 2), so that the phase currents Isu, Isv and Isw result.

In einem Schritt 615 werden mittels der Transformation „Cartesian To Polar” aus den Strömen Isα und Isβ der Betrag und die Phase des Phasenstromzeigers

Figure DE102016208801A1_0024
zum Zeitpunkt k bestimmt. In einem Schritt 620 wird auf der Basis der Phase des Phasenstromzeigers
Figure DE102016208801A1_0025
zum aktuellen Verarbeitungsschritt θI(k) und dem mechanischen Winkel ωel der Phasenstromzeiger zum folgenden Verarbeitungsschritt θI(k+1) geschätzt bzw. vorhergesagt (vgl. Gleichung 3 und 5).In one step 615 By means of the transformation "Cartesian To Polar" from the currents Isα and Isβ the magnitude and the phase of the phase current vector
Figure DE102016208801A1_0024
determined at time k. In one step 620 is based on the phase of the phase current vector
Figure DE102016208801A1_0025
to the current processing step θ I (k) and the mechanical angle ωel of the phase current phasors are estimated to the following processing step θ I (k + 1) (see Equation 3 and Figs 5 ).

In einem Schritt 625 wird für jede Phase U, V, W der sperrzeitbedingte Spannungsabfall Δus1, Δus2 bzw. Δus3 bestimmt (vgl. Gleichungen 4, 5, 6 und 6). Dabei wird der Verlauf jedes Spannungsabfalls als Überlagerung einer sinusförmigen Grundschwingung und einer sinusförmigen Oberwelle 3. Ordnung angenähert (vgl. 7).In one step 625 For each phase U, V, W, the blocking-time-dependent voltage drop Δus 1 , Δus 2 or Δus 3 is determined (compare equations 4, 5, 6 and 6 ). In this case, the course of each voltage drop is approximated as a superimposition of a sinusoidal fundamental and a sinusoidal harmonic of 3rd order (cf. 7 ).

In einem nachfolgenden Schritt 630 werden dazu passende PWM-Signale PWM1n, PWM2n, PWM3n gebildet (vgl. Gleichung 7, 8, 9). Diese können in einem Schritt 835 an den Wechselrichter 100 weitergegeben werden.In a subsequent step 630 For this purpose suitable PWM signals PWM1n, PWM2n, PWM3n are formed (compare Equations 7, 8, 9). These can be done in one step 835 to the inverter 100 be passed on.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Wechselrichterinverter
105105
SpannungszwischenkreisVoltage link
110110
ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
115115
DrehfeldmaschineInduction machine
120120
Transformationseinrichtungtransformation means
125125
PWM-Generator (optional auch Begrenzer)PWM generator (optional limiter)
130130
SperrzeitkompensationBlocking time compensation
135135
Stromfühlercurrent sensor
140140
Positionssensorposition sensor
145145
Entkopplerdecoupler
150150
PositionsschätzmodellPosition estimation model
160 160
Filterfilter
165165
Transformationseinrichtungtransformation means
170170
Transformationseinrichtungtransformation means
170170
Transformationseinrichtungtransformation means
S1–S6S1-S6
Schalter, StromventilSwitch, flow control valve
U, V, WAND MANY MORE
Phase bzw. StrangPhase or strand
305305
Steuervorrichtungcontrol device
310310
Verfahrenmethod

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3844847 C2 [0003] DE 3844847 C2 [0003]
  • DE 19808104 A1 [0004] DE 19808104 A1 [0004]

Claims (8)

Verfahren (310) zum Steuern eines Mehrphasen-Wechselrichters (100) für eine Drehfeldmaschine (115), wobei der Wechselrichter (100) für jede Phase (U, V, W) eine Halbbrücke mit zwei Stromventilen (S1–S6) aufweist und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bestimmen (120) einer Spannung, die an einer Phase (U, V, W) des Wechselrichters (100) eingestellt werden soll; Bestimmen (125) eines PWM-Signals zum Ansteuern von Stromventilen (S1–S6) einer der Phase (U, V, W) zugeordneten Halbbrücke auf der Basis der bestimmten Spannung; Bestimmen (130) eines Spannungsfehlers der Phase (U, V, W), der sich aufgrund von Totzeiten der Stromventile (S1–S6) der Halbbrücke ergibt; Bestimmen (130) einer Korrekturspannung auf der Basis des Spannungsfehlers; und Kompensieren (130) des PWM-Signals um die bestimmte Korrekturspannung, dadurch gekennzeichnet, dass ein zeitlicher Verlauf der Korrekturspannung mittels Fouriersynthese an eine Rechteckspannung angenähert wird.Procedure ( 310 ) for controlling a polyphase inverter ( 100 ) for an induction machine ( 115 ), where the inverter ( 100 ) for each phase (U, V, W) has a half bridge with two flow control valves (S1-S6) and the method comprises the following steps: determining ( 120 ) of a voltage, which at a phase (U, V, W) of the inverter ( 100 ) should be set; Determine ( 125 ) a PWM signal for driving current valves (S1-S6) of a half-bridge associated with the phase (U, V, W) on the basis of the determined voltage; Determine ( 130 ) a voltage error of the phase (U, V, W), which results from dead times of the flow control valves (S1-S6) of the half-bridge; Determine ( 130 ) a correction voltage based on the voltage error; and Compensate ( 130 ) of the PWM signal to the specific correction voltage, characterized in that a time course of the correction voltage is approximated by means of Fourier synthesis to a square wave voltage. Verfahren (310) nach Anspruch 1, wobei die Fouriersynthese eine Grundschwingung und eine oder mehrere ungeradzahlige Oberwellen berücksichtigt.Procedure ( 310 ) according to claim 1, wherein the Fourier synthesis takes into account one fundamental and one or more odd harmonics. Verfahren (310) nach Anspruch 2, wobei die höchste Ordnung einer berücksichtigten Oberwelle 3 ist.Procedure ( 310 ) according to claim 2, wherein the highest order of a considered harmonic wave is 3. Verfahren (310) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spannung, die an der Phase (U, V, W) des Wechselrichters (100) eingestellt werden soll, mittels feldorientierter Regelung oder feldorientierter Steuerung bestimmt wird.Procedure ( 310 ) according to one of the preceding claims, wherein the voltage applied to the phase (U, V, W) of the inverter ( 100 ), is determined by means of field-oriented control or field-oriented control. Verfahren (310) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die einzustellende Spannung auf der Basis eines Phasenstroms durch die Phase (U, V, W) bestimmt wird und der Phasenstrom auf der Basis eines vorbestimmten Sollstroms nachgebildet wird.Procedure ( 310 ) according to one of the preceding claims, wherein the voltage to be set is determined on the basis of a phase current through the phase (U, V, W) and the phase current is simulated on the basis of a predetermined desired current. Verfahren (310) nach Anspruch 4 und 5, wobei das Nachbilden ein Verzögern eines als Raumzeiger vorgegebenen Eingangssignals um eine vorbestimmte Zeit und ein Transformieren vom d, q-System ins UVW-System umfasst.Procedure ( 310 ) according to claim 4 and 5, wherein the replicating comprises delaying an input signal given as a space vector by a predetermined time and transforming the d, q system into the UVW system. Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens (310) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Ausführungseinrichtung abläuft oder auf einem computerlesbaren Medium gespeichert ist.Computer program product with program code means for carrying out a method ( 310 ) according to one of the preceding claims, when the computer program product runs on an executing device or is stored on a computer-readable medium. Vorrichtung (305) zur Steuerung einer Drehfeldmaschine (115) mittels eines Wechselrichters (100), wobei der Wechselrichter (100) für jede Phase (U, V, W) eine Halbbrücke mit zwei Stromventilen (S1–S6) aufweist und die Vorrichtung folgendes umfasst: eine erste Einrichtung (120) zur Bestimmung einer Spannung, die an einer Phase (U, V, W) des Wechselrichters (100) eingestellt werden soll; eine zweite Einrichtung (125) zur Bestimmung eines PWM-Signals zum Ansteuern von Stromventilen (S1–S6) einer der Phase (U, V, W) zugeordneten Halbbrücke auf der Basis der bestimmten Spannung; und eine Sperrzeitkompensation (130) zur Bestimmung eines Spannungsfehlers der Phase (U, V, W), der sich aufgrund von Totzeiten der Stromventile (S1–S6) der Halbbrücke ergibt, zur Bestimmung einer Korrekturspannung auf der Basis des Spannungsfehlers, und zur Kompensation des PWM-Signals um die bestimmte Korrekturspannung, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrzeitkompensation (130) dazu eingerichtet ist, einen zeitlichen Verlauf der Korrekturspannung mittels Fouriersynthese an eine Rechteckspannung anzunähern.Contraption ( 305 ) for controlling an induction machine ( 115 ) by means of an inverter ( 100 ), where the inverter ( 100 ) for each phase (U, V, W) has a half-bridge with two flow control valves (S1-S6) and the device comprises: a first device ( 120 ) for determining a voltage which is connected to a phase (U, V, W) of the inverter ( 100 ) should be set; a second facility ( 125 ) for determining a PWM signal for driving current valves (S1-S6) of a half-bridge associated with the phase (U, V, W) on the basis of the determined voltage; and a blocking time compensation ( 130 ) for determining a voltage error of the phase (U, V, W) resulting from dead times of the current valves (S1-S6) of the half-bridge, for determining a correction voltage based on the voltage error, and for compensating the PWM signal by certain correction voltage, characterized in that the blocking time compensation ( 130 ) is adapted to approximate a time course of the correction voltage by means of Fourier synthesis to a square wave voltage.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017221609A1 (en) * 2017-11-30 2019-06-06 Zf Friedrichshafen Ag Compensation of non-linearities in the case of electrical current supply to an electric machine by means of an inverter
WO2019170495A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Robert Bosch Gmbh Method and device for dead time compensation by means of superimposing a correction signal

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3844847C2 (en) 1987-06-12 1995-08-31 Hitachi Ltd Controlling electromotor using frequency converter
US5550450A (en) * 1993-04-28 1996-08-27 Otis Elevator Company Dead-time effect compensation for pulse-width modulated inverters and converters
DE19808104A1 (en) 1996-11-28 1999-09-09 Okuma Machinery Works Ltd Control apparatus for inverter used in driving e.g. electric motor
US20070176575A1 (en) * 2006-01-30 2007-08-02 Hitachi, Ltd. Electric power converter and motor driving system
DE102012111696A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-05 Zf Lenksysteme Gmbh Method for deadtime compensation in inverter i.e. three-phase inverter, for supplying electric motor e.g. asynchronous machine, involves determining fundamental oscillation of correction voltages for phases while determining load angle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3844847C2 (en) 1987-06-12 1995-08-31 Hitachi Ltd Controlling electromotor using frequency converter
US5550450A (en) * 1993-04-28 1996-08-27 Otis Elevator Company Dead-time effect compensation for pulse-width modulated inverters and converters
DE19808104A1 (en) 1996-11-28 1999-09-09 Okuma Machinery Works Ltd Control apparatus for inverter used in driving e.g. electric motor
US20070176575A1 (en) * 2006-01-30 2007-08-02 Hitachi, Ltd. Electric power converter and motor driving system
DE102012111696A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-05 Zf Lenksysteme Gmbh Method for deadtime compensation in inverter i.e. three-phase inverter, for supplying electric motor e.g. asynchronous machine, involves determining fundamental oscillation of correction voltages for phases while determining load angle

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017221609A1 (en) * 2017-11-30 2019-06-06 Zf Friedrichshafen Ag Compensation of non-linearities in the case of electrical current supply to an electric machine by means of an inverter
WO2019170495A1 (en) * 2018-03-09 2019-09-12 Robert Bosch Gmbh Method and device for dead time compensation by means of superimposing a correction signal

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