DE102016224374A1 - Method and arrangement for controlling an at least 6-phase PSM machine - Google Patents
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Abstract
Bereitgestellt werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Ansteuerung einer mindestens 6-phasigen PSM-Maschine mit zugehörigen sechs Wicklungen, die mittels einer Feldorientierten Regelung betrieben wird, wobei die Berechnung der Soll-Stromwerte der q-Achsen (Isq1 Ref, Isq2Ref) in Abhängigkeit von einem begrenzten und auf die Wicklungen der PSM-Maschine aufgeteilten Drehmomentsollwert (MRefLimit; M1 Ref, M2Ref), gefilterten Sollströmen (Isd1 Ref, Isd2Ref), ermittelt aus Sollströmen der d-Achsen aus dem vorhergehenden Abtastschritt (Isd1 Ref (k-1), Isd2Ref (k-1)), und Soll-Stromwerten der q-Achsen (Isq1 Ref (k-1), Isq2Ref (k-1)) aus dem vorhergehenden Abtastschritt erfolgt, und wobei die Berechnung der Soll-Stromwerte der d-Achsen (Isd1 Ref, Isd2Ref) in Abhängigkeit von den maximalen Spannungen der beiden Wicklungen (Us1max, Us2max), der elektrischen Winkelgeschwindigkeit (ωs), den Soll-Stromwerten der q-Achsen (Isq1 Ref (k-1), Isq2Ref (k-1)) aus dem vorhergehenden Abtastschritt, und den gefilterten Stromsollwerten erfolgt (Isd1 Ref, Isd2Ref).Provided are a method and an arrangement for driving an at least 6-phase PSM machine with associated six windings, which is operated by means of a field-oriented control, the calculation of the set current values of the q-axes (Isq1 Ref, Isq2Ref) depending on a limited torque setpoint (MRefLimit; M1 Ref, M2Ref), filtered nominal currents (Isd1 Ref, Isd2Ref) divided between the windings of the PSM machine, determined from reference currents of the d axes from the previous sampling step (Isd1 Ref (k-1), Isd2Ref (k-1)), and set current values of the q-axes (Isq1 Ref (k-1), Isq2Ref (k-1)) from the previous sampling step, and calculating the target current values of the d-axes (Isd1 Ref, Isd2Ref) as a function of the maximum voltages of the two windings (Us1max, Us2max), the electrical angular velocity (ωs), the nominal current values of the q-axes (Isq1 Ref (k-1), Isq2Ref (k-1 )) from the previous scanning step, and the filtered current setpoints (Isd1 Ref, Isd2Ref).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer mindestens 6-phasigen PSM-Maschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine entsprechende Anordnung.The present invention relates to a method for controlling an at least 6-phase PSM machine according to the preamble of
Permanenterregte Synchronmaschinen, auch PSM-Maschinen genannt, werden z.B. an Bord eines Kraftfahrzeugs für unterschiedliche Zwecke verwendet, z.B. zur Lenkkraftunterstützung, für einen Traktionsantrieb oder andere Antriebe. Eine PSM-Maschine ist eine Drehfeldmaschine mit einem auf oder im Läufer angeordneten Permanentmagneten. Der zumindest eine Stator umfasst Wicklungen dreier oder mehr Phasen und bildet sich aus den mit einem Winkel von 120 Grad verteilten Phasen. Die Spulen der Phasen sind auf einem Umfang um eine Drehachse verteilt, gegenüber der der Rotor bezüglich des Stators drehbar gelagert ist. Bei den bisher verwendeten 3-phasigen PSM-Maschinen können die Zustandsgrößen wie Strom, Spannung, Fluss etc. in einem Drei-Koordinatensystem (u, v, w) oder in einem (d, q)- oder (α, β)-Koordinatensystem oder dargestellt werden. Durch die Elektrifizierung von immer mehr Aggregaten in der Industrie, z.B. in Fahrzeugen, Flugzeugen etc. und die damit verbundene Nachfrage nach mehr Sicherheit bei elektrischen Motoren, ist die Redundanz im elektrischen Antrieb ein wichtiger Faktor geworden. Für den Fall, dass die Spannungsversorgung oder ein Teil des Antriebes ausfallen, darf keine Gefahr entstehen. In der Automobilindustrie werden Drehfeldmaschinen z.B. für Servolenkungen und Funktionen bei elektrischen Fahrzeugen etc. eingesetzt, um die gewünschte Kraft bzw. Leistung zu erzeugen. Einige Fehler im Antrieb wie ein Wicklungskurzschluss, Spannungsversorgungsausfall etc. können zu einem Abschalten der (elektrischen) Maschine führen und im schlimmsten Fall zu einem sicherheitskritischen Zustand.Permanent-magnet synchronous machines, also called PSM machines, are used e.g. used on board a motor vehicle for different purposes, e.g. for steering power assistance, for a traction drive or other drives. A PSM machine is an induction machine with a permanent magnet arranged on or in the rotor. The at least one stator comprises windings of three or more phases and forms from the phases distributed at an angle of 120 degrees. The coils of the phases are distributed on a circumference about an axis of rotation, against which the rotor is rotatably mounted with respect to the stator. In the previously used 3-phase PSM machines, the state variables such as current, voltage, flux, etc. can be in a three-coordinate system (u, v, w) or in a (d, q) or (α, β) coordinate system or displayed. By the electrification of more and more aggregates in the industry, e.g. In vehicles, airplanes, etc. and the associated demand for more safety in electric motors, redundancy in the electric drive has become an important factor. In the event that the power supply or a part of the drive fails, there must be no danger. In the automotive industry, induction machines, e.g. used for power steering and functions in electric vehicles, etc., to produce the desired power. Some faults in the drive such as a winding short circuit, power supply failure, etc. can lead to a shutdown of the (electric) machine and in the worst case to a safety-critical state.
Aus diesen Gründen sind in der letzten Zeit verstärkt mehrphasige Maschinen mit redundanter Spannungsversorgung zum Einsatz gekommen. Ein Beispiel dafür ist die sechsphasige permanenterregte Synchronmaschine mit aufmontierten oder eingegrabenen Magneten. Dabei sind im Stator zwei dreiphasige Wicklungen, in
Mit der Transformation der Zustandsgrößen der beiden Maschinenteile in das d,q-Koordinatensystem vereinfachen sich die differentiellen Gleichungen der Maschine, da die d1 q1 -Koordinaten für den ersten Maschinenteil mit der dreiphasigen Wicklung U, V, W und die d2q2-Koordinaten für den zweiten Maschinenteil mit der dreiphasigen Wicklung X, Y, Z übereinander liegen. Damit kann jeder Maschinenteil wie eine Gleichstrommaschine geregelt werden, d.h. für jeden Teil der Maschine wird eine feldorientierte Regelung (FOR) wie für ein 3-phasige PSM verwendet.With the transformation of the state variables of the two machine parts into the d, q coordinate system, the differential equations of the machine are simplified, since the d1 q1 coordinates for the first machine part with the three-phase winding U, V, W and the d2q2 coordinates for the second one Machine part with the three-phase winding X, Y, Z lie one above the other. Thus, each machine part can be controlled like a DC machine, i. for each part of the machine a field-oriented control (FOR) is used as for a 3-phase PSM.
Dabei sind:
- wel: die elektrische Winkelgeschwindigkeit,
- ωmech: die elektrische Winkelgeschwindigkeit,
- θmech: der mechanische Winkel,
- θel: der elektrische Winkel,
- Zp: die Polpaarzahl der Maschine,
- Isuvw, Isxyz: Phasenströme der ersten bzw. der zweiten dreiphasigen Wicklung (uvw) bzw. (xyz) der 6-phasigen Maschine,
- Udc1, Udc2: die Zwischenkreisspannung, welche in manchen Anwendungen in der Automobilindustrie der Batteriespannung entspricht, zur Versorgung der ersten bzw. der zweiten dreiphasigen Wicklung (uvw) bzw. (xyz) der 6-phasigen Maschine, PWM123: die PWM-Werte zur Ansteuerung des Wechselrichters.
- wel: the electrical angular velocity,
- ωmech: the electrical angular velocity,
- θmech: the mechanical angle,
- θel: the electrical angle,
- Zp: the number of pole pairs of the machine,
- Isuvw, Isxyz: phase currents of the first and the second three-phase winding (uvw) or (xyz) of the 6-phase machine,
- Udc1, Udc2: the DC link voltage, which in some applications in the automotive industry corresponds to the battery voltage, for supplying the first and the second three-phase winding (uvw) and (xyz) of the 6-phase machine, PWM123: the PWM values for driving of the inverter.
Für die Durchführung der FOR sind neben der Position des Rotors 101 und den Zwischenkreisspannungen Udc1, Udc2 Informationen über die Phasenströme Isuvw, Isxyz erforderlich, um die Rückkopplung des Regelkreises zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass Strommesssensoren zur Messung der Ströme benötigt werden. Üblicherweise werden aus Kostengründen für jede dreiphasige Wicklung nur zwei Phasenströme gemessen und der dritte Strom anhand Knotenregel berechnet (z.B. Isw = -Isu -Isv).In order to carry out the FOR, in addition to the position of the
Es sind unterschiedliche Konzepte für die Berechnung der Stromsollwerte in der feldorientierten Regelung (FOR) für eine 3-phasige PSM bekannt, z.B. aus der Literatur (z.B. P. Mutschler: „Control of Drives“; Vorlesungsskript, Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung, TU Darmstadt 2004, oder D. Schröder: „Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen“, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009). Hier wird versucht, aus einem Drehmoment und einer Drehzahl die optimalen d,q- Sollströme in den beiden Achsen d und q zu berechnen, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen und die Genauigkeit des Drehmomentes zu steigern.Different concepts for the calculation of the current setpoints in the field-oriented control (FOR) for a 3-phase PSM are known, e.g. from the literature (for example P. Mutschler: "Control of Drives", lecture notes, Institute of power converter technology and drive control, TU Darmstadt 2004, or D. Schröder: "Electric drives - control of drive systems", Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009). Here, an attempt is made to calculate the optimum d, q desired currents in the two axes d and q from a torque and a rotational speed, in order to achieve optimum efficiency and to increase the accuracy of the torque.
Für die 6-phasige PSM sind zusätzlich zu den Wechselwirkungen zwischen den beiden Achsen d und q der einzelnen dreiphasigen Wicklungen noch die Wechselwirkungen zwischen den beiden dreiphasigen Wicklungen der Maschine zu berücksichtigen. Das führt zu gesteigerter Komplexität bei der Ansteuerung der Maschine. Die Berechnung der d, q-Stromsollwerte sollte nicht nur die Ströme der eigenen Wicklung berücksichtigen, da die Ströme der benachbarten Wicklung Einfluss auf die d, q-Ströme jeder Wicklung haben. Eine Berechnung der d, q-Sollströme, die alle genseitige Wechselwirkungen in einer 6 phasige Maschine (PSM) berücksichtigt, ist bisher nicht bekannt.For the 6-phase PSM, in addition to the interactions between the two axes d and q of the individual three-phase windings, the interactions between the two three-phase windings of the machine must be taken into account. This leads to increased complexity in the control of the machine. The calculation of the d, q current setpoints should not only take into account the currents of the own winding, since the currents of the adjacent winding influence the d, q currents of each winding. A calculation of the d, q set currents, which takes into account all mutual interactions in a 6-phase machine (PSM), is not yet known.
Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Ansteuerung einer mindestens 6-phasigen PSM-Maschine bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Therefore, it is an object of this invention to provide a method and arrangement for driving an at least 6-phase PSM machine. This object is achieved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Genauer stellt das vorgeschlagene Verfahren eine Optimierung der Berechnung der d, q-Sollströme für das gewünschte Drehmoment in möglichst jedem Arbeitspunkt der Maschine bei der Ansteuerung der 6-phasige PSM-Maschine bereit. Die optimale Berechnung der d, q-Sollströme in der FOR führt zu einem besseren Wirkungsgrad, zu mehr Genauigkeit des Drehmomentes und zur maximalen Leistungsausbeutung der Maschine.More specifically, the proposed method provides for optimizing the calculation of the d, q desired torque for the desired torque in as many as possible operating points of the machine in driving the 6-phase PSM machine. The optimal calculation of the d, q set currents in the FOR leads to better efficiency, more accuracy of the torque and the maximum power exploitation of the machine.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer mindestens 6-phasigen PSM-Maschine mit zugehörigen sechs Wicklungen, die mittels einer Feldorientierten Regelung betrieben wird, wobei die Berechnung der Soll-Stromwerte der q-Achsen in Abhängigkeit von einem begrenzten und auf die Wicklungen der PSM-Maschine aufgeteilten Drehmomentsollwert, gefilterten Sollströmen, ermittelt aus Sollströmen der d-Achsen aus dem vorhergehenden Abtastschritt, und Soll-Stromwerten der q-Achsen aus dem vorhergehenden Abtastschritt erfolgt, und wobei die Berechnung der Soll-Stromwerte der d-Achsen in Abhängigkeit von den maximalen Spannungen der beiden Wicklungen, der elektrischen Winkelgeschwindigkeit, den Soll-Stromwerten der q-Achsen aus dem vorhergehenden Abtastschritt, und den gefilterten Stromsollwerten erfolgt.A method is proposed for driving an at least 6-phase PSM machine with associated six windings, which is operated by means of a field-oriented control, wherein the calculation of the setpoint current values of the q-axes in dependence on a limited and on the windings of the PSM Machine split torque setpoint, filtered setpoint currents, determined from target currents of the d axes from the previous sampling step, and set current values of the q axes from the previous sampling step, and wherein the calculation of the target current values of the d axes as a function of the maximum Voltages of the two windings, the electrical angular velocity, the desired current values of the q-axes from the previous sampling step, and the filtered current setpoints takes place.
In einer Ausführung wird das Soll-Drehmoment ermittelt und auf einen begrenzten Drehmomentsollwert begrenzt, wobei der begrenzte Drehmomentsollwert zu gleichen Teilen auf die zumindest zwei Wicklungen der PSM-Maschine aufgeteilt wird.In one embodiment, the desired torque is determined and limited to a limited torque setpoint, wherein the limited torque setpoint is equally divided between the at least two windings of the PSM machine.
In einer Ausführung wird eine Filterzeitkonstante zum Filtern der Stromsollwerte der d-Achsen aus dem vorhergehenden Abtastschritt zwischen 2*TA uns 6*TA ausgewählt, wobei TA die Regelabtastzeit ist. In one embodiment, a filter time constant for filtering the d-axis current command values from the previous sampling step is selected between 2 * TA and 6 * TA, where TA is the control sampling time.
In einer Ausführung wird abhängig von der Differenz aus den berechneten Soll-Stromwerten und gemessenen Stromwerten der q-Achsen und der d-Achsen jeweils ein bereinigter d- bzw. q-Sollwert erzeugt, der an ein Entkopplungsnetzwerk zur Erzeugung von Ausgangssignalen zum Ansteuern der PSM-Maschine übergeben wird, wobei in dem Entkopplungsnetzwerk eine Kompensation der Abhängigkeiten der Koordinaten-Achsen für jede der Wicklungen der PSM-Maschine und jeder der Wicklungen voneinander erfolgt.In one embodiment, depending on the difference between the calculated desired current values and measured current values of the q-axes and the d-axes, an adjusted d or q set point is generated, which is applied to a decoupling network for generating output signals for driving the PSM Machine is transferred, wherein in the decoupling network, a compensation of the dependencies of the coordinate axes for each of the windings of the PSM machine and each of the windings from each other.
In einer Ausführung erfolgt eine Transformation der ermittelten Ausgangssignale in Koordinaten zum Ansteuern der PSM-Maschine über den elektrischen Winkel und den Versatzwinkel der zumindest zwei Wicklungen.In one embodiment, a transformation of the determined output signals in coordinates for driving the PSM machine via the electrical angle and the offset angle of the at least two windings takes place.
In einer Ausführung ist die PSM-Maschine eine 6-phasigen PSM-Maschine, und die Soll-Stromwerte der q-Achsen werden gemäß Gleichungen 31 und 32 für die erste Wicklung und für die zweite Wicklung der PSM-Maschine ermittelt.In one embodiment, the PSM machine is a 6-phase PSM machine, and the desired current values of the q-axes are determined according to equations 31 and 32 for the first winding and for the second winding of the PSM machine.
In einer Ausführung ist die PSM-Maschine eine 6-phasige PSM-Maschine und die Soll-Stromwerte der d-Achsen für die erste Wicklung und für die zweite Wicklung der PSM-Maschine werden gemäß Gleichungen 27 bis 30 berechnet.In one embodiment, the PSM machine is a 6-phase PSM machine and the target current values of the d-axes for the first winding and for the second winding of the PSM machine are calculated according to Equations 27-30.
Vorgesehen ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung des Weiteren eine Anordnung zur Ansteuerung einer mindestens 6-phasigen PSM-Maschine mit zugehörigen sechs Wicklungen, die mittels einer Feldorientierten Regelung betrieben wird und die zumindest d1 q1 -Koordinaten für einen ersten Maschinenteil mit einer ersten dreiphasigen Wicklung und die d2q2-Koordinaten für einen zweiten Maschinenteil mit einer zweiten dreiphasigen Wicklung aufweist, zumindest umfassend zumindest eine Sollwert-Erzeugungs-Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, Soll-Stromwerte der q-Achsen und der d-Achsen als Eingangsgrößen gemäß dem beschriebenen Verfahren zu erzeugen. Ferner weist sie eine Vergleichseinrichtung zur Bereitstellung von PI-Ausgangssignalen aus zumindest einer Differenz zwischen den von der Sollwert-Erzeugungs-Einrichtung erzeugten Eingangsgrößen und korrespondierenden gemessenen Istwerten auf, sowie eine Entkopplungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung in d- und q-Ausgangsgrößen zur Ansteuerung der PSM-Maschine zu berechnen, wobei die gegenseitigen Abhängigkeiten zwischen d- und q-Achse kompensiert werden.In the context of the present invention, provision is further made for an arrangement for controlling an at least 6-phase PSM machine with associated six windings, which is operated by means of a field-oriented control and the at least d1 q1 coordinates for a first machine part with a first three-phase winding and having the d2q2 coordinates for a second machine part having a second three-phase winding, at least comprising at least one setpoint generator configured to generate desired current values of the q-axes and the d-axes as inputs according to the described method , Furthermore, it has a comparison device for providing PI output signals from at least one difference between the input variables generated by the setpoint value generation device and corresponding measured actual values, as well as a decoupling device which is set up to output the output signals of the comparison device into d and q -Output quantities to control the PSM machine to be calculated, whereby the mutual dependencies between d- and q-axis are compensated.
In einer Ausführung weist die zumindest eine Sollwert-Erzeugungs-Einrichtung zumindest eine erste Sollstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung der Soll-Stromwerte der q-Achsen für zumindest die erste Wicklung und die zweite Wicklung der PSM-Maschine auf, wobei als Eingangsgrößen zumindest ein begrenzter Drehmomentsollwert, der zu gleichen Teilen auf die Wicklungen der PSM-Maschine aufgeteilt ist, mittels jeweils zumindest einer Filtereinrichtung gefilterte Soll-Stromwerte der d-Achsen aus einem vorhergehenden Abtastschritt und Soll-Stromwerte der q-Achsen aus einem vorhergehenden Abtastschritt zur Berechnung eingehen.In one embodiment, the at least one desired value generating device has at least one first desired current generating device for generating the desired current values of the q-axes for at least the first winding and the second winding of the PSM machine, wherein at least one limited torque reference value is used as input variables , which is equally divided among the windings of the PSM machine, received by each at least one filter means filtered target current values of the d axes from a previous sampling step and set current values of the q axes from a previous sampling step for the calculation.
In einer Ausführung weist die zumindest eine Sollwert-Erzeugungs-Einrichtung ferner zumindest eine zweite Sollstrom-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung der Soll-Stromwerte der d-Achsen für zumindest die erste Wicklung und die zweite Wicklung der PSM-Maschine auf, wobei als Eingangsgrößen zumindest die elektrische Winkelgeschwindigkeit der PSM-Maschine, jeweils eine für die erste und für die zweite Wicklung einstellbare maximale Spannung, mittels jeweils zumindest einer Filtereinrichtung gefilterte Soll-Stromwerte der d-Achsen aus einem vorhergehenden Abtastschritt, und Soll-Stromwerte der q-Achsen aus einem vorhergehenden Abtastschritt zur Berechnung eingehen.In one embodiment, the at least one desired value generating device further comprises at least one second desired current generating device for generating the desired current values of the d-axes for at least the first winding and the second winding of the PSM machine, wherein at least the electrical Angular velocity of the PSM machine, each one adjustable for the first and for the second winding maximum voltage, by means of at least one filter means filtered target current values of the d-axes from a previous sampling step, and target current values of the q-axes from a previous sampling step to the calculation.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawing, the inventive details shows, and from the claims. The individual features can be realized individually for themselves or for several in any combination in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine Darstellung der unterschiedlichen Koordinatensysteme für die 6-phasige permanenterregte Synchronmaschine PSM nach Stand der Technik. -
2 zeigt ein Strukturbild der Feldorientierten Reglung (FOR) der Permanenterregten Synchronmaschine (PSM) nach Stand der Technik. -
3 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer 6-phasigen PSM-Maschine mit versetzten dreiphasigen Wicklungen. -
4 zeigt ein Strukturbild der Ansteuerung einer 6-phasigen PSM-Maschine mittels FOR gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. -
5 zeigt ein Strukturbild des d, q-Sollwerte-Generators bei Ansteuerung der in4 gezeigten sechsphasigen PSM-Maschine mittels FOR gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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1 shows a representation of the different coordinate systems for the 6-phase permanent magnet synchronous machine PSM according to the prior art. -
2 shows a structure diagram of the field-oriented control (FOR) of the permanent magnet synchronous machine (PSM) according to the prior art. -
3 shows a basic structure of a 6-phase PSM machine with offset three-phase windings. -
4 shows a structural diagram of the driving of a 6-phase PSM machine by means of FOR according to an embodiment of the present invention. -
5 shows a structure diagram of the d, q setpoint generator when controlling the in4 shown six-phase PSM machine by means of FOR according to an embodiment of the present invention.
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the following description of the figures, the same elements or functions are provided with the same reference numerals.
Nachfolgend wird ein Konzept zur Optimierung bzw. Entwicklung eines Rechenalgorithmus für die Stromsollwerte Isd1 Ref, Isq1 Ref, Isd2Ref und Isq2Ref in einem d, q-Koordinatensystem bei der FOR für eine 6-phasige PSM-Maschine dargestellt. Das Konzept berücksichtigt zusätzlich zu Wechselwirkungen zwischen den beiden Achsen d und q der einzelnen dreiphasigen Wicklungen auch noch die Wechselwirkungen zwischen den beiden dreiphasigen Wicklungen u, v, w und x, y, z der Maschine selbst. Ziel ist ein optimaler Wirkungsgrad, mehr Genauigkeit des Drehmomentes und eine maximale Leistungsausbeute der Maschine zu erreichen, wodurch ein sanfter bzw. glatter Übergang bei jedem Parametersatzwechsel erreicht wird und die Gefahr von hohen Phasenströmen oder Stromspitzen verhindert wird.A concept for optimizing or developing a calculation algorithm for the current setpoint values Isd1 Ref, Isq1 Ref, Isd2Ref and Isq2Ref in a d, q coordinate system in the case of the FOR for a 6-phase PSM machine is shown below. In addition to interactions between the two axes d and q of the individual three-phase windings, the concept also takes into account the interactions between the two three-phase windings u, v, w and x, y, z of the machine itself. The aim is optimum efficiency, greater accuracy of the machine Torque and a maximum power output of the machine to achieve, so that a smooth transition is achieved with each parameter set change and the risk of high phase currents or current peaks is prevented.
- 1. LIs: Streuinduktivität einer Spule
- 2. La: Konstante Hauptinduktivität einer Spule
- 3. Lb: winkelabhängige Induktivität des Rotors
- 1. LIs: leakage inductance of a coil
- 2. La: Constant main inductance of a coil
- 3. Lb: angle-dependent inductance of the rotor
Dementsprechend ergibt sich die Matrix der Induktivitäten [Lss] zu:
Die Streuinduktivität [LIs] ist sehr klein im Vergleich zur Hauptinduktivität [La], weshalb der Einfluss auf benachbarte Spulen vernachlässigt wird. Die Streuinduktivität wirkt nur auf die eigene Spule, woraus sich ergibt:
Die Hauptinduktivität einer Spule hat den größten Anteil am magnetischen Fluss einer Phase und hat eine wesentliche Wirkung auf benachbarte Spulen. Aus diesem Grund werden die Wechselwirkungen betrachtet, indem die Hauptinduktivität der verursachenden Spule auf die betrachtete Spule umgerechnet wird:
Die magnetische Leitfähigkeit in Richtung einer Spule hängt von der Lage des Rotors ab, weil der Fluss durch den Stator und den Rotor geht. Umso kleiner der Luftspalt ist, desto höher ist die magnetische Leitfähigkeit. Die Induktivität ist bei θ = 0° in Richtung von Spule u minimal und bei θ = 90° maximal. Dementsprechend ist die Amplitude Lb bei θ = 0° minimal und bei θ = 90° maximal. Man erhält die Matrix für Lb:
Die Induktivitäten können in einem d, q-Koordinatensystem zu den neuen folgenden Größen gewandelt werden. Die Haupt-Induktivitäten in d1 und d2-Achsen:
Die Induktivitäten, die den Einfluss der d1-Achse auf die d2-Achse, also Ld21 und umgekehrt Ld12, darstellen, sind:
Die Haupt-Induktivitäten in q1- und q2-Achsen:
Die Induktivitäten, die den Einfluss der q1-Achse auf die q2-Achse, also Lq21 und umgekehrt Lq12, darstellen, sind:
Durch Einsetzen der Induktivitäten wird eine neue Schreibweise der differentiellen Gleichungen der Maschine im d, q-Koordinatensystem erreicht. Für die d1-Achse gilt :
Abhängig von dieser Differenz wird ein Strom oder eine Spannung Y, wiederum abhängig von der verwendeten Entkopplungseinrichtung
Aus dem gewünschten Drehmoment und der aktuellen Drehzahl bei einer vorgegebenen Zwischenkreisspannung werden die Sollströme in d, q-Achsen für beide Wicklungen ermittelt. Berücksichtigt man die maximale Spannungsgrenze der Maschine, so wird aus den beiden Spannungen der GL. 9 und GL. 10 im stationären Zustand (dls/dt=0) die Spannungsgleichung für die erste Wicklung u, v, w in GL. 13 ermittelt. Aus den beiden Spannungen der GL. 11 und GL. 12 im stationären Zustand (dls/dt=0) wird die Spannungsgleichung für die zweite Wicklung x, y, z in GL. 14 ermittelt:
Werden die beiden Gleichungen nach Isd1 und Isd2 aufgelöst, resultieren vier Lösungen, aus denen die beiden negativen Lösungen für Isd1 und Isd2 berechnet werden können. Nach Vereinfachungen resultieren die folgenden Gleichungen zur Berechnung der beiden Ströme Isd1 und Isd2 für d1- und d2-Achse.If the two equations are solved for Isd1 and Isd2, four solutions result, from which the two negative solutions for Isd1 and Isd2 can be calculated. After simplifications, the following equations result in the calculation of the two currents Isd1 and Isd2 for the d1 and d2 axes.
Für die d1 -Achse resultiert:
Für die d2-Achse resultiert:
Für die Berechnung der optimalen q-Sollströme IsqRefl und IsqRef2 der beiden Wicklungen zur Einstellung des gewünschten Momentes wird zuerst das gesamte Soll-Drehmoment MRef über eine Kennlinie begrenzt. Dabei wird abhängig von der Drehzahl das maximale Drehmoment Mmax ermittelt, auf das das gewünschte Drehmoment MRefLimit begrenzt wird. Die Kennlinie M-n kann Offline berechnet werden und z.B. als Code oder Kennlinie hinterlegt werden. Um die beiden Wicklungen symmetrisch zu belasten wird das begrenzte Drehmoment MRefLimit auf die beiden Wicklungen gleichermaßen aufgeteilt, wie in
Aus den beiden Teildrehmomenten der beiden Wicklungen können die beiden q-Stromsollwerte IsqRefl und IsqRef2 ermittelt werden. Nach Umformungen resultieren die beiden Sollwerte des q-Stromes für beide Wicklungen in Abhängigkeit der d-Ströme und der Drehmomentsollwerte GL. 25 und GL.26:
Wie aus den GL.15 bis GL. 22 für die d-Sollströme sowie aus der GL. 25 und 26 für die q-Sollströme zu entnehmen ist, sind die zu ermittelnden vier Ströme voneinander abhängig. Die zu berechnenden Ströme für die d1-Achse und d2-Achse sind zusätzlich direkt voneinander abhängig. Der d1-Strom, der berechnet wird, ist abhängig von d2-Strom, der auch gleichzeitig berechnet wird. Dasselbe gilt auch für die beiden q1- und q2-Ströme. Um die algebraische Schleifen und eine simultane Rückkopplung der Berechnungen zu vermeiden, werden Maßnahmen eingeführt. Dabei werden bei der Berechnung vom Strom Isq1 Ref in GL. 25 der Strom Isq2Ref (k-1) aus dem vorhergehenden Rechenschritt, und bei der Berechnung vom Strom Isq2Ref in GL. 26 der Strom Isq1 Ref (k-1) aus dem vorhergehenden Rechenschritt verwendet. Zusätzlich werden in GL. 25 und GL.26 die gefilterten d-Sollströme Isd1 RefFilt, Isd2RefFilt eingesetzt, um eine gewisse Entkopplung zwischen den beiden Achsen für jede Wicklung zu erreichen. Damit kann ein stabiles System erreicht werden. Die Filter für die beiden d-Ströme können als Verzögerungs-Glied erster Ordnung gewählt werden. Für die Zeitkonstanten der beiden d-Strom-Filter kann ein Wert zwischen 2*TA bis 6*TA ausgewählt werden, wobei TA der Regelabtastschritt der Regelung ist. Analog dazu werden für die Berechnung von Isd1 Ref in GL.15 bis GL.18 die beiden Ströme Isq1 Ref(k-1) und Isq2Ref (k-1) aus dem vorhergehenden Rechenschritt und der gefilterte Sollstrom Isd2RefFilt verwendet. Für die Berechnung des Sollstromes Isd2Ref in GL.19 bis GL.22 werden die beiden Ströme Isq1 Ref(k-1) und Isq2Ref (k-1) aus dem vorhergehenden Rechenschritt und der gefilterte Sollstrom Isd1 RefFilt verwendet.As from GL.15 to GL. 22 for the d-set currents and from the GL. 25 and 26 can be seen for the q-set currents, the four currents to be determined are interdependent. The currents to be calculated for the d1-axis and d2-axis are additionally directly dependent on each other. The d1 current that is calculated depends on d2 current, which is also calculated at the same time. The same applies to the two q1 and q2 streams. To avoid algebraic loops and simultaneous feedback of the calculations, measures are introduced. In the calculation of the current Isq1 Ref in GL. 25 the current Isq2Ref (k-1) from the previous calculation step, and in the calculation of the current Isq2Ref in GL. 26, the current Isq1 Ref (k-1) from the previous calculation step is used. Additionally, in GL. 25 and GL.26 the filtered d-set currents Isd1 RefFilt, Isd2RefFilt used to achieve a certain decoupling between the two axes for each winding. Thus, a stable system can be achieved. The filters for the two d-currents can be selected as delay elements of the first order. For the time constants of the two d-current filters, a value between 2 * TA to 6 * TA can be selected, where TA is the regulation sampling step of the control. Analogously, for the calculation of Isd1 Ref in GL.15 to GL.18, the two currents Isq1 Ref (k-1) and Isq2Ref (k-1) from the preceding calculation step and the filtered setpoint current Isd2RefFilt are used. For the calculation of the setpoint current Isd2Ref in GL.19 to GL.22, the two currents Isq1 Ref (k-1) and Isq2Ref (k-1) from the preceding calculation step and the filtered setpoint current Isd1 RefFilt are used.
Für den d-Stromsollwert der ersten Wicklung u, v, w gelten die GL.27 und GL. 28:
Ist Q1 negativ, kann der Wert auf Null gesetzt werden. Wobei das Umschalten zwischen 0 (Null) und einem positiven Wert durch Hysterese mit einem minimalen Wert Qmin durchgeführt werden sollte.If Q1 is negative, the value can be set to zero. Wherein the switching between 0 (zero) and a positive value should be performed by hysteresis with a minimum value Qmin.
Für den d-Stromsollwert der zweiten Wicklung x, y, z gelten die GL.29 und GL. 30:
Ist Q2 negativ, kann der Wert auf 0 (Null) gesetzt werden. Wobei das Umschalten zwischen 0 (Null) und einem positiven Wert durch Hysterese mit einem minimalen Wert Q2min durchgeführt werden sollte.If Q2 is negative, the value can be set to 0 (zero). Wherein the switching between 0 (zero) and a positive value should be performed by hysteresis with a minimum value Q2min.
Für den q-Stromsollwert in erster Wicklung u, v, w gilt:
Für den q-Stromsollwert in zweiter Wicklung x, y, z gilt:
Mit:
- Rs: Statorwiderstand der PSM-Maschine
- Zp: Polpaarzahl der PSM-Maschine
- ΨPM: Fluss des Permanentmagneten der PSM-Maschine
- Ld11: Hauptinduktivität in d1-Achse (GL. 5)
- Lq11: Hauptinduktivität in q1-Achse (GL. 6)
- Ld22: Hauptinduktivität in d2-Achse (GL. 7)
- Lq22: Hauptinduktivität in q1-Achse (GL. 8)
- Ld12: Induktivität entsprechend des Einflusses d2-Achse auf d1-Achse (GL. 13)
- Lq12: Induktivität entsprechend des Einflusses q2-Achse auf q1-Achse (GL. 15)
- Ld21: Induktivität entsprechend des Einflusses d1-Achse auf d2-Achse (GL. 13)
- Lq21: Induktivität entsprechend des Einflusses q1-Achse auf q2-Achse (GL. 15)
- ω3: (=wel) die elektrische Winkelgeschwindigkeit der Maschine (= η*Zρ*2*π/60)
- n: Drehzahl der Maschine
- TA: verwendeter Regel-Abtastschritt
- M1Ref: Solldrehmoment für die erste Wicklung uvw der PSM-Maschine
- M2Ref: Solldrehmoment für die zweite Wicklung xyz der PSM-Maschine
- Id1Ref(k), Iq1Ref(k): (bzw. Id1Ref, Iq1Ref): Sollströme der ersten Wicklung in d1- und q1-Achse (aktuell)
- Id1 Ref(k-1), Iq1 Ref(k-1): Sollströme der ersten Wicklung in d1- und q1-Achse (ein Abtastschritt zuvor)
- Id2Ref(k), Iq2Ref(k): (bzw. Id2Ref, Iq2Ref ) Sollströme der zweiten Wicklung in d2- und q2-Achse (aktuell)
- Id2Ref(k-1), Iq2Ref(k-1): Sollströme der zweiten Wicklung in d2- und q2-Achse (ein Abtastschritt zuvor)
- Id1 RefFilt: gefilterter Sollstrom in d1 -Ache für die erste Wicklung uvw PSM-Maschine Isd2RefFilt: gefilterter Sollstrom in d2-Ache für die zweite Wicklung xyz PSM-Maschine
- Udc1: Zwischenkreisspannung des Wechselrichters zur Versorgung der ersten Wicklung uvw der PSM-Maschine
- Udc2: Zwischenkreisspannung des Wechselrichters zur Versorgung der zweiten Wicklung xyz der PSM-Maschine
- Us1max: maximal einstellbare Eingangsspannung für die erste Wicklung uvw der PSM-Maschine
- Us2max: maximal einstellbare Eingangsspannung für die zweite Wicklung xyz der PSM-Maschine.
- Rs: Stator resistance of the PSM machine
- Zp: pole pair number of the PSM machine
- ΨPM: Flow of the permanent magnet of the PSM machine
- Ld11: Main inductance in d1-axis (GL 5)
- Lq11: Main inductance in q1 axis (GL 6)
- Ld22: Main inductance in d2 axis (GL 7)
- Lq22: Main inductance in q1 axis (GL 8)
- Ld12: Inductance according to the influence d2-axis on d1-axis (GL 13)
- Lq12: Inductance according to influence q2-axis on q1-axis (GL.15)
- Ld21: Inductance according to the influence d1-axis on d2-axis (GL 13)
- Lq21: Inductance according to influence q1-axis on q2-axis (GL.15)
- ω3: (= wel) the electrical angular velocity of the machine (= η * Zρ * 2 * π / 60)
- n: speed of the machine
- TA: used rule scanning step
- M1Ref: Target torque for the first winding uvw of the PSM machine
- M2Ref: Target torque for the second winding xyz of the PSM machine
- Id1Ref (k), Iq1Ref (k): (or Id1Ref, Iq1Ref): Set currents of the first winding in the d1 and q1 axes (current)
- Id1 Ref (k-1), Iq1 Ref (k-1): Set currents of the first winding in the d1 and q1 axes (one sampling step before)
- Id2Ref (k), Iq2Ref (k): (or Id2Ref, Iq2Ref) Set currents of the second winding in the d2 and q2 axes (current)
- Id2Ref (k-1), Iq2Ref (k-1): Set currents of the second winding in the d2 and q2 axes (one sampling step before)
- Id1 RefFilt: filtered nominal current in d1 -axis for the first winding uvw PSM-machine Isd2RefFilt: filtered nominal current in d2-axis for the second winding xyz PSM-machine
- Udc1: DC link voltage of the inverter to supply the first winding uvw of the PSM machine
- Udc2: DC link voltage of the inverter to supply the second winding xyz of the PSM machine
- Us1max: maximum adjustable input voltage for the first winding uvw of the PSM machine
- Us2max: maximum adjustable input voltage for the second winding xyz of the PSM machine.
Die gesamte Regelung einer 6-phasigen Maschine
In
Zuerst werden die q-Sollströme für beide Wicklungen u, v, w und x, y, z ermittelt. Das gesamte Soll-Drehmoment MRef wird über eine Kennlinie begrenzt. Dadurch wird das maximale Drehmoment Mmax in jedem Arbeitspunkt abhängig von der Drehzahl ermittelt. Das Soll-Drehmoment MRef wird auf das maximale Drehmoment, den begrenzten Drehmomentsollwert MRefLimit, begrenzt. Die maximale Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie, auch als M-n-Kennlinie bezeichnet, kann Offline berechnet werden und z.B. als Tabelle oder Code hinterlegt werden. Der Maximalwert des begrenzten Drehmomentsollwerts MRefLimit ist bevorzugt unterhalb eines Maximalwerts der Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie festgelegt. Um die beiden Wicklungen u, v, w und x, y, z symmetrisch zu belasten wird das begrenzte Drehmoment MRefLimit auf beiden Wicklungen gleichermaßen, in dieser Ausführung jeweils zur Hälfte, aufgeteilt (M1 Ref, M2Ref). Mit der Berücksichtigung des Reluktanzanteiles des Drehmomentes werden die beiden d-Ströme in beiden Wicklungen u, v, w und x, y, z bei der Berechnung von Isq1 Ref und Isq2Ref berücksichtigt.First, the q-set currents for both windings u, v, w and x, y, z are determined. The total setpoint torque MRef is limited by a characteristic curve. As a result, the maximum torque Mmax is determined in each operating point as a function of the rotational speed. The target torque MRef is limited to the maximum torque, the limited torque command value MRefLimit. The maximum speed-torque characteristic, also referred to as M-n characteristic, can be calculated off-line and e.g. be stored as a table or code. The maximum value of the limited torque setpoint MRefLimit is preferably set below a maximum value of the speed-torque characteristic. In order to load the two windings u, v, w and x, y, z symmetrically, the limited torque MRefLimit is divided equally on both windings, half in this embodiment (M1 Ref, M2Ref). Taking into account the reluctance component of the torque, the two d-currents in both windings u, v, w and x, y, z are taken into account in the calculation of Isq1 Ref and Isq2Ref.
Um gegenseitige Kopplungen und algebraische Schleifen zu vermeiden, werden gefilterte Stromsollwerte der d-Achsen (oder kurz d-Stromsollwerte) Isd1 RefFilt und Isd2RefFilt für diese Berechnung verwendet. Diese gefilterten Stromsollwerte resultieren aus einer Filterung von Sollströmen der d-Achsen aus einem vorherigen Abtastschritt k-1. Die Filterzeitkonstante der beiden Filter Filter1 und Filter2 der Filtereinrichtung, welche z.B. Verzögerungsglieder erster Ordnung sind, können zwischen 2*TA uns 6*TA ausgewählt werden, wobei TA ist die Regelabtastzeit ist.To avoid mutual couplings and algebraic loops, filtered current setpoints of the d-axes (or d-current setpoints) Isd1 RefFilt and Isd2RefFilt are used for this calculation. These filtered current command values result from a filtering of target currents of the d axes from a previous sampling step k-1. The filter time constant of the two filters Filter1 and Filter2 of the filter device, which e.g. First order delay elements can be selected between 2 * TA and 6 * TA, where TA is the control sampling time.
Man erhält aus GL. 31 und GL. 32 die beiden Sollwerte der Stromsollwerte der q-Achsen (oder kurz q-Stromsollwerte) in beide Wicklungen. Dabei wird die Abhängigkeit der beiden q-Stromsollwerte voneinander durch die Verwendung der aus dem vorherigen Abtastschritt k-1 berechneten q- Stromsollwerte in die jeweilige Gleichung geschwächt.One receives from GL. 31 and GL. 32 the two setpoints of the current setpoints of the q-axes (or q-current setpoints) in both windings. In this case, the dependence of the two q-current setpoint values on one another is weakened by the use of the q-current setpoint values calculated from the previous sampling step k-1 in the respective equation.
Bei der Berechnung der beiden d- Stromsollwerte Isd1 Ref und Isd2Ref für die beiden Wicklungen u, v, w und x, y, z werden die maximalen Spannungen Us1 max und Us2max der beiden Wicklungen u, v, w und x, y, z, die q-Stromsollwerte aus dem vorhergehenden Abtastschritt Isq1 Ref(k-1) und Isq2Ref(k-1), und die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωs (=ωel), sowie die mittels jeweils zumindest einer Filtereinrichtung Filter1 und Filter2 gefilterten Soll-Stromwerte der d-Achsen aus einem vorhergehenden Abtastschritt Isd1 RefFilt(k-1) und Isd2RefFilt(k-1) benötigt.When calculating the two d current setpoint values Isd1 Ref and Isd2Ref for the two windings u, v, w and x, y, z, the maximum voltages Us1 max and Us2max of the two windings u, v, w and x, y, z, the q-current setpoint values from the preceding sampling step Isq1 Ref (k-1) and Isq2Ref (k-1), and the electrical angular velocity ωs (= ωel), as well as the nominal current values of the d- filtered by means of at least one filter device Filter1 and Filter2. Axes from a previous sampling step Isd1 RefFilt (k-1) and Isd2RefFilt (k-1) are required.
Die maximale Spannung Us1 max ist die maximale Spannung, die durch den Wechselrichter für die erste Wicklung u, v, w einstellbar ist. Die maximale Spannung Us2max ist die maximale Spannung, die durch den Wechselrichter für die zweite Wicklung x, y, z einstellbar ist. Mit der Einstellung des Faktors Kdc kann die maximale Spannung beliebig eingestellt werden. Für einen Wert Kdc=1 ist die maximale Spannung der innere Kreis des Spanungshexagons des Wechselrichters, kleinere Kdc-Werte bedeuten kleinere maximale Spannungen. Die maximal mögliche Spannung wird bei einem Wert von Kdc=(2/3)/(1/Sqrt(3)) erreicht, bei dem die Spannung auf die Länge der einzelnen Spannungsvektoren des Hexagons begrenzt wird.The maximum voltage Us1 max is the maximum voltage that can be set by the inverter for the first winding u, v, w. The maximum voltage Us2max is the maximum voltage that can be set by the inverter for the second winding x, y, z. By setting the factor Kdc, the maximum voltage can be set arbitrarily. For a value Kdc = 1, the maximum voltage is the inner circle of the voltage hexagon of the inverter, smaller Kdc values mean smaller maximum Tensions. The maximum possible voltage is achieved at a value of Kdc = (2/3) / (1 / Sqrt (3)), where the voltage is limited to the length of the individual voltage vectors of the hexagon.
Die elektrische Winkelgeschwindigkeit ωs (=wel) wird aus der Drehzahl n und der Polpaarzahl der PSM-Maschine
Für eine Entkopplung der beiden Achsen d und q für jede Wicklung u, v, w und x, y, z werden die aus dem vorhergehenden (Abtast-)Schritt k-1 berechneten q-Sollwerte verwendet. Dabei werden Rückkopplungen verhindert, die das Regelsystem schwingungsanfällig machen. Durch GL. 27 und GL. 28 wird der d-Stromsollwert für die erste Wicklung u, v, w und durch GL. 29 und GL. 30 wird der d-Stromsollwert für die zweite Wicklung x, y, z ermittelt.For a decoupling of the two axes d and q for each winding u, v, w and x, y, z, the q-set values calculated from the preceding (scanning) step k-1 are used. This feedback is prevented, which make the control system susceptible to vibration. By GL. 27 and GL. 28, the d-current setpoint for the first winding u, v, w and by GL. 29 and GL. 30, the d-current setpoint for the second winding x, y, z is determined.
Diese Entkopplungseinrichtung
Die d- und q-Komponenten Usd1k, Usq1k, Usd2k, Usq2k werden jeweils mittels zumindest eines Umsetzers dq/αβ vom d, q-Koordinatensystem in ein aß-Koordinatensystem umgesetzt bzw. transformiert. Für die Transformation der Zustandsgrößen wie Spannungen, Ströme, Flüsse etc. der Wicklung u, v, w in d1q1-Koordinaten und umgekehrt wird nur der elektrische Winkel θel verwendet. Aufgrund der Versetzung der Wicklungen u, v, w und x, y, z zueinander mit dem Winkel ү sind alle Transformation und Rücktransformationen von x, y, z in d2,q2-Koordinaten mit dem elektrischen Winkel θel und dem Winkel (Zp *ү) durchzuführen. Die Spannungen Usd1, Usq1 werden nur über den elektrischen Winkel θel im u, v, w-System und die Spannungen Usd2, Usq2 im x, y, z -System über θel und (Zp *ү) in x, y, z transformiert, wie in
Aus den durch Transformation erhaltenen Spannungen Ua und Uß zusammen mit den Statorspannungen werden für jeden Teil der Maschine die entsprechenden PWM-Werte PWM 1, PWM 2, PWM 3 mittels jeweils eines Vektormodulators
Die Wirksamkeit des beschriebenen Verfahrens kann durch Simulationen belegt werden. In durchgeführten Simulationen wurden die beiden dreiphasigen Wicklungen der Maschine unter gleichen Randbedingungen angesteuert, nämlich mit Udc1=12V und Udc2=12V. Ferner wurden folgende Größen gewählt: Isd1Ref, Isd1ist; Isq1Ref, Isq1ist; Isd2Ref, Isd2ist; Isq2Ref, Isq2ist [A]; Drehzahl [U/min]; MGRef, MGIst, M1Ist, M2Ist [Nm]; Isu, Isv,Isw [A]; Isx, Isy,Isz [A] (motorisch und alternativ generatorisch). Die Maschine wurde auf eine Drehzahl von 4000rpm beschleunigt. In einer Simulation (Isu, Isv,Isw [A]; Isx, Isy,Isz [A] (motorisch)) ist das Drehmoment positiv und in der anderen Simulation (Isu, Isv,Isw [A]; Isx, Isy,Isz [A] (generatorisch)) ist das Drehmoment negativ.The effectiveness of the method described can be substantiated by simulations. In simulations carried out, the two three-phase windings of the machine were driven under the same boundary conditions, namely with Udc1 = 12V and Udc2 = 12V. Further, the following sizes were chosen: Isd1Ref, Isd1ist; Isq1Ref, Isq1ist; Isd2Ref, Isd2ist; Isq2Ref, Isq2is [A]; Speed [rpm]; MGRef, MGIst, M1Ist, M2Ist [Nm]; Isu, Isv, Isw [A]; Isx, Isy, Isz [A] (motor and alternatively generator). The machine was accelerated to a speed of 4000rpm. In one simulation (Isu, Isv, Isw [A], Isx, Isy, Isz [A] (motor)) the torque is positive and in the other simulation (Isu, Isv, Isw [A], Isx, Isy, Isz [ A] (regenerative)) the torque is negative.
Ergebnis ist, dass die Ströme Isd1 Ref, IsqRef1, Isd2Ref und Isq2Ref eingestellt werden und einen ruhigen Verlauf zeigen. Die Wechselwirkungen untereinander werden durch das die Entkopplungseinrichtung
Durch die entworfenen Maßnahmen aus
Nachfolgend erfolgt eine zusammenfassende Auflistung der Vorteile der beschriebenen Erfindung.The following is a summary of the advantages of the described invention.
Mit der sechsphasigen Maschine kann der Ausfall des gesamten elektrischen Antriebes bei bestimmten Fehlern wie z.B. einem Ausfall einer Spannungsversorgung oder einem Kurzschluss der Wicklungen, vermieden werden. Für einen redundanten Antrieb ist der Aufwand einer sechsphasigen Maschine viel kleiner als für zwei dreiphasige PSM-Maschinen, da lediglich ein einziger Rotor mit dem teuren Magneten und ein einziger Stator mit ähnlichen Eisengehalt wie bei einer einzigen dreiphasigen PSM-Maschine verwendet werden müssen.With the six-phase machine, the failure of the entire electric drive can occur with certain errors, such as a failure of a power supply or a short circuit of the windings to be avoided. For a redundant drive, the cost of a six-phase machine is much smaller than for two three-phase PSM machines, since only a single rotor with the expensive magnet and a single stator with a similar iron content as a single three-phase PSM machine must be used.
Ferner kann bei einem möglichem Ausfall einer Spannungsversorgung oder einem Fehler in einer der beiden dreiphasigen Wicklungen mindestens mit der Hälfte der gesamten Leistung die Maschine weiter betrieben werden.Further, in case of a possible failure of a power supply or a fault in one of the two three-phase windings, the machine can continue to be operated at least with half of the total power.
Durch das entwickelte Konzept der Ansteuerung kann die sechsphasige Maschine besser geregelt werden als bisher. Außerdem können die Wechselwirkungen zwischen den beiden dreiphasigen Wicklungen der sechsphasigen Maschine in der Reglung sowie d, q-Sollwertgenerator optimal kompensiert werden.Due to the developed concept of the control, the six-phase machine can be better controlled than before. In addition, the interactions between the two three-phase windings of the six-phase machine in the controller and d, q setpoint generator can be optimally compensated.
Bei einer Anwendung z.B. in der Automobilindustrie werden bei Traktionsantrieben wie Hybrid-Fahrzeugen oder Elektro-Fahrzeugen, oder bei Stellantrieben wie für z.B. Lenkungen verwendet, mehr Sicherheit und mehr Redundanz für den Benutzer erreicht.In an application e.g. in the automotive industry, traction drives such as hybrid vehicles or electric vehicles, or actuators such as e.g. Used steering systems, more safety and more redundancy for the user.
Außerdem können sowohl Raum als auch Kosten des Antriebes reduziert werden, da statt zwei Maschinen eine einzelne, z.B. 6-phasige PSM-Maschine eingesetzt wird. Durch die verbesserte Regelung der PSM-Maschinen werden Stromschwankungen und Überlagerungen der magnetischen Oberwellen in der Maschine vermieden, die in manchen Strom- und Drehzahlbereichen Geräuschprobleme verursachen.In addition, both space and cost of the drive can be reduced because instead of two machines a single, e.g. 6-phase PSM machine is used. The improved control of the PSM machines avoids power fluctuations and superimpositions of the magnetic harmonics in the machine, which cause noise problems in some current and speed ranges.
Durch die optimale Berechnung der d, q-Stromsollwerte der beiden Wicklungen in Abhängigkeit der Drehzahl, der Zwischenkreisspannung und dem geforderten Drehmoment kann die Maschine optimal ausgenutzt werden. Dabei wird der Wirkungsgrad erhöht und Verluste minimiert, wodurch auch der Kühlungsaufwand der Maschine reduziert werden kann, was wiederum Aufwand und Kosten spart.The optimum calculation of the d, q current setpoints of the two windings as a function of the speed, the DC link voltage and the required torque enables the machine to be optimally utilized. The efficiency is increased and losses minimized, whereby the cooling effort of the machine can be reduced, which in turn saves effort and costs.
Ferner wird ein maximal mögliches Drehmoment erreicht, so dass die Maschine optimal (nicht überdimensioniert) ausgelegt werden kann, was wiederum Kosten sowie Volumen bzw. Raum spart. Durch die Berücksichtigung der gegenseitigen Einflüsse der Wicklungen wird eine hohe Genauigkeit des Drehmomentes in jedem Betriebspunkt erzielt.Furthermore, a maximum possible torque is achieved, so that the machine can be optimally designed (not oversized), which in turn saves costs and volume or space. By taking into account the mutual influences of the windings, a high accuracy of the torque is achieved at each operating point.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- PSM-MaschinePSM machine
- 101101
- Rotorrotor
- 102102
- Permanentmagnetpermanent magnet
- 200200
- Sollwert-Erzeugungs-EinrichtungSetpoint generation device
- 300300
- Entkopplungseinrichtungdecoupling device
- 400400
- Vektormodulatorvector modulator
- PIPI
-
Vergleichseinrichtung (
PI -Regler)Comparison device (PI Regulators)
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016224374.8A DE102016224374A1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Method and arrangement for controlling an at least 6-phase PSM machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016224374.8A DE102016224374A1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Method and arrangement for controlling an at least 6-phase PSM machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016224374A1 true DE102016224374A1 (en) | 2018-06-07 |
Family
ID=62164245
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016224374.8A Pending DE102016224374A1 (en) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Method and arrangement for controlling an at least 6-phase PSM machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016224374A1 (en) |
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WO2020126553A1 (en) * | 2018-12-20 | 2020-06-25 | Robert Bosch Gmbh | Apparatus and method for ascertaining a rotor position, and electric drive system |
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-
2016
- 2016-12-07 DE DE102016224374.8A patent/DE102016224374A1/en active Pending
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