DE102020111018A1 - Verfahren zum bestimmen von motorparametern während der inbetriebnahme eines synchronen und asynchronen elektromotors und eines verwandten inbetriebgenommenen elektromotors - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Inbetriebnahme eines elektrischen Synchron- oder Asynchronmotors mit einem Stator und einem Rotor, bei dem elektrische Leistung an den Motor angelegt wird, wenn der Rotor stationär ist. Die elektrische Leistung in zwei Stufen angelegt wird. Die erste Stufe nutzt eine Gleichstromleistung, die die Spannung über die Dauer der ersten Prüfung hochlaufen lässt, um einen Ansprechstrom zu erzeugen, der zum Bestimmen eines ersten Motorparameters eingesetzt wird. Die zweite Stufe verwendet relativ hochfrequente Wechselstromleistung, um einen oder mehrere Ansprechströme zu erzeugen, die zum Bestimmen der zweiten und der dritten Motorparameter eingesetzt werden. Ein entsprechendes elektrisches Motorantriebssystem wird ebenso bereitgestellt.

Description

• GEBIET
• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen von Motorparametern während der Inbetriebnahme eines synchronen und asynchronen Elektromotors und verwandten inbetriebgenommenen Elektromotoren.
• HINTERGRUND
• Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen bereit, die mit der vorliegenden Offenbarung zusammenhängen, die nicht unbedingt zum Stand der Technik gehören.
• Elektrische Motorantriebssysteme werden beispielsweise häufig in Konsumgütern, der Prozessautomatisierung, in Automobilen und Flugzeugen eingesetzt und enthalten typischerweise einen Elektromotor und eine Reglereinheit, die aus einem Leistungswandler, einer Regelungshardware und einem Regelungsprogramm besteht. Das Regelungsprogramm benötigt die Werte verschiedener Motorparameter, um die gewünschten Regelungsleistungen zu erreichen. Diese Motorparameter werden als ein Teil eines Motorinbetriebnahmevorgangs quantifiziert und in die Regelungseinheit programmiert.
• Der Motorinbetriebnahmevorgang kann behandelt werden, als ob es sich um eine einmalige Aufgabe für ein ausgewähltes oder bestimmtes elektrisches Motorantriebssystem handelt, und kann von Technikern in einem Labor mit der Hilfe spezieller Geräte und Instrumente manuell durchgeführt werden. Eine solche manuelle Inbetriebnahme kann jedoch mehrere Nachteile aufweisen. Es ist beispielsweise nicht ungewöhnlich, dass die Motorparameter eines neu hergestellten Elektromotors im Laufe der Zeit variieren. Folglich können ein oder mehrere der Motorparameter nicht nur zwischen den Chargen eines bestimmten Motors, sondern auch innerhalb einer Charge des bestimmten Motors variieren. Solche Variationen können für den effizienten Betrieb des Motors wichtig sein, insbesondere bei Hochleistungsanwendungen. Die manuelle Inbetriebnahme mehrerer Motoren innerhalb einer Charge eines bestimmten Motors oder sogar eines Motors aus jeder Charge eines bestimmten Motors ist keine praktische Lösung, da der Vorgang aufwändig ist und hohe Gemeinkosten verursacht. In Situationen, in denen das Produktionsvolumen eines bestimmten Elektromotors relativ gering ist, werden die Kosten für die manuelle Inbetriebnahme über eine relativ kleine Anzahl von Elektromotoren amortisiert, was den Effekt aufweist, dass die Kosten für den Elektromotor erheblich erhöht werden. Darüber hinaus kann die manuelle Inbetriebnahme vor Ort schwierig sein (z. B. aufgrund von Einschränkungen des für den Techniker und die Spezialausrüstung zur Verfügung stehenden Platzes) und kann weniger genau sein als gewünscht, beispielsweise aufgrund erhöhter Umgebungstemperaturen.
• Angesichts der Nachteile, die mit der manuellen Inbetriebnahme verbunden sind, gibt es in dem Stand der Technik eine Präferenz für Selbstinbetriebnahmevorgänge, bei denen relevante Motorparameter automatisch durch einen Algorithmus bestimmt werden, der in dem Regelungsprogramm implementiert ist, das in der Regelungshardware implementiert ist. Einige Selbstinbetriebnahmevorgänge werden durchgeführt, wenn der Rotor des Elektromotors rotiert, und andere Selbstinbetriebnahmevorgänge werden durchgeführt, wenn der Rotor stationär ist (d. h. nicht rotiert).
• Einige der bekannten Selbstinbetriebnahmevorgänge basieren auf den Arten von Prüfungen in einem stationären Zustand, die in manuellen Inbetriebnahmevorgängen durchgeführt werden, und sind aufgrund ihres Bedarfs an zusätzlichen Instrumenten und speziellen Einrichtungen von der Art, wie sie üblicherweise in einem Labor eingesetzt werden, nicht wünschenswert. Andere bekannte Selbstinbetriebnahmevorgänge berechnen verschiedene Parameter auf Grundlage von Herstellungsinformationen, die typischerweise auf dem Typenschild eines Elektromotors zu finden sind und denen es an Genauigkeit mangelt. Darüber hinaus basieren die in vielen der bekannten Selbstinbetriebnahmevorgänge eingesetzten Motorparameterschätzungstechniken entweder auf Frequenz- oder Zeitbereichsanalysen. Bei diesen Techniken werden Wechselspannungen mit unterschiedlichen Frequenzen beziehungsweise Schrittspannungen angelegt, um Frequenz- und Zeitbereichsantworten zu erhalten. Diese Techniken schließen eine umfangreiche Nachbearbeitung, beispielsweise eine Spektralanalyse und Kurvenanpassung zum Bestimmen der Motorparameter ein.
• BESCHREIBUNG
• Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Zusammenfassung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollen Umfangs oder aller ihrer Merkmale.
• In einer Form stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Inbetriebnahme eines Elektromotors mit einem Stator und einem Rotor bereit. Der Elektromotor ist entweder ein synchroner Elektromotor oder ein asynchroner Elektromotor. Das Verfahren enthält: mit dem Rotor in einem nicht-rotierenden Zustand relativ zu dem Stator, Anlegen eines ersten Prüfspannungssignals (v_ds) an die direkte Achse (d) des Stators und ansprechendes Messen eines ersten Ansprechstroms (i_ds) auf der direkten Achse (d) des Stators, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) ein Gleichstromsignal ist, das kontinuierlich zwischen einer ersten Spannung (vo) und einer zweiten Spannung (v_max) ansteigt; Bestimmen wenigstens eines ersten Motorparameters auf Grundlage des ersten Ansprechstroms (i_ds); mit dem Rotor in einem nichtrotierenden Zustand relativ zu dem Stator, Anlegen eines zweiten Prüfspannungssignals (v_ds) entweder a) an die direkte Achse (d) des Stators oder b) sowohl an die direkte Achse (d) als auch an die Quadraturachse (q) des Stators, und ansprechendes Messen eines zweiten und dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs) auf der direkten beziehungsweise der Quadraturachse (d und q) des Stators, wobei das zweite Prüfspannungssignal (v_ds) eine Frequenz (f) ungleich Null und eine Amplitude (A) aufweist; und Bestimmen eines zweiten und eines dritten Motorparameters auf Grundlage des zweiten und/oder des dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs).
• In einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung ein elektrisches Motorantriebssystem bereit, das einen Elektromotor und eine Regelungseinheit enthält. Der Elektromotor ist ein Synchron- oder Asynchronmotor und weist einen Stator und einen Rotor auf. Die Regelungseinheit weist einen Leistungswandler, eine Regelungshardware und ein Regelungsprogramm auf, das von der Regelungshardware ausgeführt wird. Das Regelungsprogramm ist programmiert, um einen Selbstinbetriebnahmealgorithmus zu betreiben, der enthält: Anlegen eines ersten Prüfspannungssignals (v_ds) an die direkte Achse (d) des Stators und ansprechendes Messen eines ersten Ansprechstroms (i_ds) auf der direkten Achse (d) des Stators mit dem Rotor in einem nicht-rotierenden Zustand relativ zu dem Stator, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) ein Gleichstromsignal ist, das kontinuierlich zwischen einer ersten Spannung (vo) und einer zweiten Spannung (v_max) ansteigt; Bestimmen wenigstens eines ersten Motorparameters auf Grundlage des ersten Ansprechstroms (i_ds); Anlegen eines zweiten Prüfspannungssignals (v_ds) entweder a) an die direkte Achse (d) des Stators oder b) sowohl an die direkte Achse (d) als auch an die Quadraturachse (q) des Stators, wenn der Rotor sich in einem nicht-rotierenden Zustand relativ zu dem Stator befindet, und ansprechendes Messen eines zweiten und dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs) auf der direkten beziehungsweise der Quadraturachse (d und q) des Stators, wobei das zweite Prüfspannungssignal (v_ds) eine Frequenz (f) ungleich Null und eine Amplitude (A) aufweist; und Bestimmen eines zweiten und eines dritten Motorparameters auf Grundlage des zweiten und/oder des dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs).
• Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ergeben. Die Beschreibung und die spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
• Figurenliste
• Die Zeichnungen hierin dienen nur der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Umsetzungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
• 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften elektrischen Motorantriebssystems, das in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurde;
• 2 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts des elektrischen Motorantriebssystems, die ein Regelungsprogramm detaillierter veranschaulicht;
• 3 ist ein Blockdiagramm eines Linearreglers;
• 4 ist ein Blockdiagramm eines Linearreglers mit einer Vorwärtskompensation;
• 5 ein Blockdiagramm eines geschlossenen Regelkreissystems mit einem linearen Stromregler;
• 6 ist ein Diagramm, das ein Prüfspannungsprofil darstellt, das eingesetzt wird, um eine Motorinbetriebnahmefunktion in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung durchzuführen;
• 7A und 7B sind Diagramme, die simulierte Ergebnisse für Strom auf der direkten Achse (d) des Rotors beziehungsweise des Stators zeigen, die als Reaktion auf das Anlegen des Prüfspannungsprofils an die direkte Achse (d) erzeugt werden;
• 8 ist eine schematische Darstellung in Form eines Flussdiagramms einer Schätztechnik zur Schätzung wenigstens eines ersten Parameters für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
• 9 ist eine schematische Darstellung in Form eines Flussdiagramms einer Schätztechnik zur Schätzung wenigstens eines zweiten und dritten Parameters für einen Elektromotor in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung;
• 10A ist ein Diagramm für einen Asynchronmotor, das die Prüfspannung eines Gleichstromprofilabschnitts eines Inbetriebnahmevorgangs zeigt, der in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird;
• 10B ist ein Diagramm für einen Asynchronmotor, das einen Ansprechstrom auf der direkten Achse (d) des Stators zeigt, der als Reaktion auf die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs erzeugt wird;
• 10C ist ein Diagramm für einen Asynchronmotor, das den Widerstand des Stators während des Gleichstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs zeigt;
• 10D ist ein Diagramm für einen Asynchronmotor, das Induktivität des Stators während des Gleichstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs zeigt;
• 10E ist ein Diagramm für einen Asynchronmotor, das die Prüfspannung eines Wechselstromprofilabschnitts eines Inbetriebnahmevorgangs zeigt, der in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird;
• 10F ist ein Diagramm für einen Asynchronmotor, das einen Ansprechstrom auf der direkten Achse (d) des Stators zeigt, der als Reaktion auf die Prüfspannung des Wechselstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs erzeugt wird;
• 10G und 10H sind Diagramme für einen Asynchronmotor, die einen Leckfaktor und einen Kehrwert einer Rotorzeitkonstante zeigen, die als Reaktion auf die Prüfspannung des Wechselstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs erzeugt wird;
• 11A ist ein Diagramm für einen Synchronmotor, das die Prüfspannung eines Gleichstromprofilabschnitts eines Inbetriebnahmevorgangs zeigt, der in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird;
• 11B ist ein Diagramm für einen Synchronmotor, das einen Ansprechstrom auf der direkten Achse (d) des Stators zeigt, der als Reaktion auf die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs erzeugt wird;
• 11C ist ein Diagramm für einen Synchronmotor, das den Widerstand des Stators während des Gleichstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs zeigt;
• 11D ist ein Diagramm für einen Synchronmotor, das die Prüfspannung eines Wechselstromprofilabschnitts eines Inbetriebnahmevorgangs zeigt, der in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wird;
• 11E sind Diagramme für einen Synchronmotor, die einen Ansprechstrom auf der direkten Achse (d) und der Quadraturachse (q) zeigen, der als Reaktion auf die Prüfspannung des Wechselstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs erzeugt wird; und
• 11F sind Diagramme für einen Synchronmotor, die Induktivitäten auf der direkten Achse (d) und der Quadraturachse (q) zeigen, die als Reaktion auf die Prüfspannung des Wechselstromprofilabschnitts des Inbetriebnahmevorgangs erzeugt werden.
• Entsprechende Referenzzahlen zeigen entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen an.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Unter Bezugnahme auf 1 wird ein beispielhaftes elektrisches Motorantriebssystem, das in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung konstruiert wird, im Allgemeinen durch die Referenzzahl 10 angegeben und kann einen Elektromotor 12 und eine Regelungseinheit 14 enthalten. Der Elektromotor 12 kann ein konventioneller Synchron- oder Asynchronmotor sein und weist einen Stator 16 und einen Rotor 18 auf, der relativ zu dem Stator 16 rotierbar ist. Die Regelungseinheit 14 enthält einen konventionellen Leistungswandler (nicht speziell dargestellt), konventionelle Regelungshardware (nicht speziell dargestellt) und ein Regelungsprogramm, das konfiguriert ist, um die Motorparameter während der Inbetriebnahme des Elektromotors 12 in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung zu bestimmen, und das auf der Regelungshardware implementiert ist. Die Regelungshardware enthält einen Regler, wie einen digitalen Signalprozessor oder einen Mikrocontroller, der in der Lage ist, das Regelungsprogramm zu verarbeiten, sowie Gate-Treiber, einen Auflöser oder einen Encoder, eine CAN-Schnittstelle, Stromsensoren und Spannungssensoren. Die Regelungshardware arbeitet mit dem Leistungswandler und dem Regelungsprogramm, um von dem Benutzer erzeugte Motorbefehle in elektrische Leistungssignale zu transformieren oder umzuwandeln, die an den Elektromotor 12 übertragen werden, um zu bewirken, dass der Rotor 18 rotiert.
• Unter Bezugnahme auf 2 ist das Regelungsprogramm schematisch als einen Drehmomentkonditioniererabschnitt 20 und einen Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 enthaltend dargestellt. Der Drehmomentkonditioniererabschnitt 20 ist konfiguriert, um die von dem Benutzer erzeugten Motorbefehle in einen Drehmomentbefehl zu verarbeiten, der an den Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 ausgegeben wird. In einer vereinfachten Form ist der Drehmomentkonditioniererabschnitt 20 ein linearer Drehzahlregler, der die Drehgeschwindigkeit des Rotors 18 (1) mit einer Referenzgeschwindigkeit vergleicht und daraufhin den Drehmomentbefehl erzeugt. In einer weiterentwickelten Form kann der Drehmomentkonditioniererabschnitt 20 eine Mischung aus Nachschlagetabellen, linearer Regelung und Schätzungen sein und kann den Drehmomentbefehl durch einen Algorithmus erzeugen, der zusätzliche Faktoren berücksichtigt, wie Schwankungen der Zwischenkreisspannung, einen Temperaturanstieg des Motors und des Leistungswandlers und die Grenzen des Drehmoments, seine Slew-Rate und den Strom. Der Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 kann konfiguriert werden, um beispielsweise eine lineare Regelung, eine direkte Drehmomentregelung oder eine Modellvorhersage-Regelung bereitzustellen, und als solche kann die Struktur des Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 entsprechend variieren. Wenn der Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 eine Stromregelung nutzt, wandelt der Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 den Drehmomentbefehl in einen Strombefehl um. Bezeichnenderweise sind die Belastung und verschiedene mechanische und elektrische Eigenschaften des Elektromotors 12 (1) erforderlich, um den Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 richtig zu konfigurieren.
• Das Regelungsprogramm ist ebenso konfiguriert, um verschiedene Parameter des Elektromotors 12 (1) als ein Teil eines Selbstinbetriebnahmevorgangs, während dessen der Rotor 18 (1) des Elektromotors 12 (1) in einem stationären, nicht rotierenden (d.h. stillstehenden) Zustand gehalten wird, zu schätzen. Die Kalibrierung von Strommessungen, Spannungsmessungen, verschiedenen Sensoren und Wandler-Nichtlinearitäten sind einmalige Aufgaben, von denen angenommen wird, dass sie vor der Schätzung der verschiedenen Motorparameter durchgeführt wurden. Diese Motorparameter sind erforderlich, um den Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 zu realisieren oder abzustimmen. Wenn beispielsweise der Drehmoment- oder Stromregelungsabschnitt 22 ein linearer Stromregler ist, dann enthalten die Motorparameter den Statorwiderstand (R_S) und die Induktivitäten (L_d und L_q) der direkten und der Quadraturachse (d und q) sowohl für Synchron- als auch für Asynchronmotoren, wie detaillierter nachstehend erläutert wird. Andere Reglerarten erfordern zusätzlich Informationen über den Feldflussverkettung (ψ_ƒ), jedoch ist dieser Parameter nur beobachtbar, wenn der Rotor 18 (1) rotiert. Die Rotation des Rotors (1) erschwert den Selbstinbetriebnahmevorgang, insbesondere wenn der Elektromotor 12 (1) an eine Last angeschlossen ist. Sobald der lineare Stromregler jedoch mit den Parameterinformationen aus der Schätzung mit dem stillstehendem Rotor 18 abgestimmt ist, kann man den Elektromotor 12 (1) sicher betreiben, um den Rotor 18 (1) zu rotieren und die Feldflussverkettung (ψ_ƒ) zu schätzen.
• LINEARER STROMREGLER
• Unter Bezugnahme auf 3 ist die Struktur eines typischen linearen Reglers 30 schematisch dargestellt. Der lineare Regler 30 ist von einer Art, die in der feldorientierten Regelung (field oriented control - FOC) weit eingesetzt wird und einen ersten linearen Proportional-Integral-Regler 32 für den Strom (i_ds) auf der direkten Achse (d) und einen zweiten linearen Proportional-Integral-Regler 34 für den Strom (i_ds) auf der Quadraturachse (q) enthält. Die Transferfunktionen dieser Regler sind: $$\frac{{\tilde{i}}_{ds}}{v_{ds}^{*}}=\frac{K_{pd}\left(s+\frac{K_{id}}{K_{pd}}\right)}{s}$$

  

  $$\frac{{\tilde{i}}_{qs}}{v_{qs}^{*}}=\frac{K_{pq}\left(s+\frac{K_{iq}}{K_{pq}}\right)}{s}$$

  

  wenn ĩ_ds und ĩ_qs die Fehler zwischen Bezug- $i_{ds}^{*}\text{ und }{i}_{qs}^{*}$

  

  und Rückkopplungs- (i_ds und (i_ds) Statorströmen sind und sie ausgedrückt werden als $${\tilde{i}}_{ds}=i_{ds}^{*}-i_{ds},$$

  

  $${\tilde{i}}_{qs}=i_{qs}^{*}-i_{qs},$$

  

  K_pd und Kid sind jeweils der proportionale und integrale Verstärkung der d-Achse und K_pq und K_iq sind die Gegenstücke der q-Achse.
• Die d- und q-Modellgleichungen, die der Statorseite des Synchron- und Asynchronmotors entsprechen, sind $$v_{ds}=i_{ds}R+L_d\frac{d{i}_d}{dt}+\omega L_q{i}_{qs},$$

  

  $$v_{qs}=i_{qs}{R}_s+L_q\frac{d{i}_{qs}}{dt}+\omega L_d{i}_{ds}+\omega {\mathrm{\psi }}_{\text{f}},$$

  

  wobei v_ds und v_qs sind d- und q-Achsen Statorspannungen und ω die synchrone elektrische Frequenz ist. Für Asynchronmotoren, ψ_ƒ = 0. Es handelt sich entweder um eine Permanentmagnet- oder Feldwicklungs-Flussverkettung für die Synchronmotoren. Die Modellgleichungen (5) und (6) sind für die Synchronmotoren trivial. Bei den Asynchronmaschinen müssen jedoch die Bedingungen für die Ausrichtung des Rotorfeldes und den stillstehenden Zustand des Rotors erfüllt sein, um zu den vorstehenden Gleichungen zu gelangen. Die Feldorientierungsbedingung ist die Rotor-q-Achsen-Flussverkettung ψ_qr = 0, und die Rotor-Stillstandbedingungen sind der Rotorstrom der d-Achse i_dr = 0 und $\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{dr}}=0.$

  

  Außerdem gilt für die Asynchronmaschine, L_d = L_s und $L_q=L_s-L_m^2\text{/}{L}_r,$

  

  wobei L_s die Statorinduktivität ist, L_m die Gegeninduktivität ist, und L_r die Rotorinduktivität ist.
• Aus den vorstehenden Gleichungen (5) und (6) folgt, dass die d- und die q-Achse aufgrund von Kreuzkopplungstermen voneinander abhängig sind und daher die Herausforderung bei dem Entwurf der Regler darstellen. Die allgemeinste Lösung besteht darin, die Vorwärtskompensation 36 und 38 an den Ausgängen des ersten und zweiten Stromreglers 32 beziehungsweise 34 zu addieren, wie in 4 gezeigt. Folglich werden die Gleichungen (5) und (6) angenähert als $$v_{ds}=i_{ds}{R}_s+L_d\frac{d{i}_{ds}}{dt},$$

  

  $$v_q=i_{qs}{R}_s+L_{qs}\frac{d{i}_{qs}}{dt}.$$

  

  $$i_{ds}\text{/}{v}_{ds}=\frac{1\text{/}{L}_d}{\left(s+\frac{R_s}{L_d}\right)}$$

  

  $$i_{qs}\text{/}{v}_{qs}=\frac{1\text{/}{L}_q}{\left(s+\frac{R_s}{L_q}\right)}$$

  
• Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Blockdiagramm des linearen Stromreglers zusammen mit dem Maschinenmodell für die d-Achse im Allgemeinen durch die Referenzzahl 40 angegeben. Unter Berücksichtigung, dass $v_{ds}=v_{ds}^{*}\text{ und }{v}_{qs}=v_{qs}^{*}$

  

  v_ds sind, sind die Übertragungsfunktionen in dem offenen Regelkreis $$\frac{i_{ds}}{{\tilde{i}}_{ds}}=\frac{K_{pd}\left(s+\frac{K_{id}}{K_{pd}}\right)}{s}\frac{1\text{/}{L}_d}{s+\frac{R}{L_d}}$$

  

  $$\frac{i_{qs}}{{\tilde{i}}_{qs}}=\frac{K_{pq}\left(s+\frac{K_{id}}{K_{pq}}\right)}{s}\frac{1\text{/}{L}_q}{s+\frac{R}{L_q}}$$

  
• Nach dem Prinzip des Pol-Nullpunkt-Kompensationsverfahrens werden die folgenden Gleichungen $\frac{K_{id}}{K_{pd}}=\frac{R}{L_d}\text{ und }\frac{K_{iq}}{K_{pq}}=\frac{R}{L_q}$

  

  berücksichtigt, und daher werden die Gleichungen (11) und (12) $$\frac{i_{ds}}{{\tilde{i}}_{ds}}=\frac{K_{pd}\text{/}{L}_d}{s},$$

  

  $$\frac{i_{qs}}{{\tilde{i}}_{qs}}=\frac{K_{pq}\text{/}{L}_q}{s}.$$

  

  Dementsprechend werden die Transferfunktionen in dem geschlossenen Regelkreis $$i_{ds}\text{/}{i}_{ds}^{*}=\frac{K_{pd}\text{/}{L}_d}{\left(s+\frac{K_{pd}}{L_d}\right)},$$

  

  $$i_{qs}\text{/}{i}_{qs}^{*}=\frac{K_{pq}\text{/}{L}_q}{\left(s+\frac{K_{pq}}{L_q}\right)},$$

  

  wobei $\frac{K_{pd}}{L_d}={\omega }_{bd}\text{ und }\frac{K_{pq}}{L_q}={\omega }_{bq}$

  

  die Bandbreite des geschlossenen Regelkreises des Systems auf der d- beziehungsweise q-Achse sind. Aus den Pol-Null-Kompensationsgleichungen und den Gleichungen von ω_bd und ω_bq werden die Verstärkungen des Stromreglers abgeleitet als $$K_{pd}={\omega }_{bd}{L}_d;K_{id}={\omega }_{bd}R;K_{pq}={\omega }_{bq}{L}_q;K_{iq}={\omega }_{bq}\text{R}\text{.}$$

  
• Aus Gleichungen (17) geht hervor, dass die Verstärkungen des Stromreglers mit den Informationen nur von R_s, L_d und L_q abgestimmt werden können.
• PRÜFSPANNUNGSPROFIL
• Die Parameterschätzung (z. B. Online-Parameterschätzung) für die Inbetriebnahme eines Elektromotors in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung enthält die Anwendung eines gemeinsamen Prüfspannungsprofils für synchrone und asynchrone Elektromotoren. Unter Bezugnahme auf 6 enthält das Prüfspannungsprofil 50 einen Gleichstromprofilabschnitt 52 und einen Wechselstromprofilabschnitt 54.
• Die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts 52 kann bei einem Anfangswert (v₀) beginnen und an dem Ende des Gleichstromprofilabschnitts 52 auf einen Maximalwert (v_max) hochlaufen. Die Prüfspannung kann in einer beliebigen Weise zwischen v₀ und v_max hochlaufen, jedoch in dem dargestellten Beispiel mit einer konstanten Rate (m) hochlaufen. Die Spannung des Wechselstromprofilabschnitt 54 kann in einer gewünschten Weise (z. B. sinusförmig) bei einer gewünschten Frequenz mit einer gewünschten Amplitude variieren. Das Prüfspannungsprofil 50 stellt eine bessere Kontrolle über den Stromanstieg bereit als das Anlegen einer konstanten Zwischenkreisspannung und reduziert oder eliminiert daher die Wahrscheinlichkeit eines thermischen Durchgehens des Elektromotors oder des Wandlers erheblich. Die Rate (m), mit der die Prüfspannung in dem Gleichstromprüfabschnitt 52 hochläuft, ist vorzugsweise langsam genug, um genügend Zeit für die Überwachung und Regelung des Hochstroms zu erlauben.
• Die Frequenz des Wechselspannungsprofilabschnitts 54 ist vorzugsweise ausreichend hoch, um eine entsprechend hochfrequente Impedanz in dem Elektromotor 12 (1) zu erzeugen, die dazu beitragen kann, den Strom, der während des Wechselstromprofilabschnitts 54 durch den Elektromotor 12 (1) fließt, zu begrenzen.
• Bezeichnenderweise trägt das Prüfspannungsprofil 50 dazu bei, die Auswirkungen anderer Motorparameter (d. h. Parameter, die in dieser Phase des Inbetriebnahmevorgangs nicht geschätzt werden (im Folgenden „nicht geschätzte Parameter“) auf seine Ansprechströme zu unterdrücken und dadurch die Genauigkeit der Schätzparameter zu verbessern. [0048] Bei Synchronmotoren (sowohl permanentmagnetisch als auch feldwickelt) wird die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts 52 auf der direkten Achse (d) angelegt, während der Rotor 18 (1) stillstehend ist, um den Widerstand (Rs) des Stators 16 (1) zu schätzen. Die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts 52 läuft vorzugsweise mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit zwischen v₀ und v_max hoch, um dadurch den Einfluss von Induktivitäten auf die Ansprechstrom zu unterdrücken. Außerdem verschwinden die Kreuzkupplungsterme, wenn der Rotor 18 stillstehend ist (1). Daher kann die vorstehende Gleichung (5) wie folgt angenähert werden $$v_{ds}=i_{ds}{R}_{s.}$$

  
• Hochfrequente Wechselstrom-Anregungen sowohl auf der direkten Achse (d) als auch auf der Quadraturachse (q) verstärken die Einflüsse von nur L_d und L_q für die Synchronmotoren. Der Widerstandsterm kann vernachlässigt werden, da er im Vergleich zu den hochfrequenten $\text{Termen}{L}_d\frac{d{i}_{ds}}{dt}\text{ und }{L}_q\frac{d{i}_{qs}}{dt}$

  

  sehr niedrig ist. Daher können die Gleichungen (5) und (6) für diesen Fall wie folgt angenähert werden $$v_{ds}=L_d\frac{d{i}_{ds}}{dt},$$

  

  $$v_{qs}=L_q\frac{d{i}_{qs}}{dt}.$$

  
• Bei einem Asynchronmotor richtet sich das Statorfeld auf das Rotorfeld aus, wenn die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts 52 auf der direkten Achse (d) angelegt wird, während der Rotor 18 (1) stillstehend ist. Daher ist die Bedingung der Feldorientierung ψ_qr = 0 erfüllt. Die Spannung und die Flussverkettung der Rotor d-Achse werden ausgedrückt als $$0=i_{dr}{R}_r+\frac{\text{d}{\mathrm{\psi }}_{\text{dr}}}{dt},$$

  

  $${\psi }_{\text{dr}}=L_r{i}_{dr}+L_m{i}_{ds}$$

  
• Der Strom der direkten Achse (d) wird aus den Gleichungen (21) und (22) abgeleitet und kann in die Laplace-Form umgewandelt werden als $$I_{dr}\left(s\right)=-\frac{\frac{L_m}{R_r}s{I}_{ds}\left(s\right)}{\frac{L_r}{R_r}s+1},$$

  
• Der Statorstrom ist ein Anstieg für eine Anstiegsspannungserregung. Wenn ĩ_ds = r_c t, wobei r_c die Anstiegsschräge und t die Zeit ist, und durch das Ersetzen und Nehmen einer inversen Laplace, wird der Rotorstrom i_dr ausgedrückt als $$i_{dr}=-\frac{L_m}{R_r}{r}_c\left(1-e^{-\frac{R_{r}t}{L_r}}\right)$$

  
• Aus Gleichung (24) geht hervor, dass diese $\left(=-\frac{L_m}{R_r}{r}_c\right)$

  

  nach einer gewissen Zeitspanne, die von der Rotorzeitkonstante L_r/R_r abhängt) konstant wird. Daher ist eine der Bedingungen für den stationären Zustand des Rotors $\left(\frac{\text{d}}{\text{dt}}{\text{i}}_{\text{dr}}=0\right)$

  

  zur Realisierung der Gleichungen (5) und (6) erfüllt, wenn die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts 52 an die direkte Achse (d) angelegt wird.
• Die Ergebnisse einer MATLAB-Simulink-Simulation für den Statorstrom (i_ds) und den Rotorstrom (i_dr) auf der direkten Achse (d) sind in den 7A beziehungsweise 7B dargestellt. In der Simulation wird die Prüfspannung des Gleichstromprofilabschnitts 52 an die direkte Achse (d) des Asynchronmotors angelegt, und der Asynchronmotor weist Parameter auf, die in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind.

  Zwischenkreisspannung	55 V
  Nennleistung	9 KW
  Nennstrom	200 A
  Spitzenstrom	500 A
  Statorwiderstand	2,5 mΩ
  Hauptinduktivität	20 mH
  Stator -/Rotor -Leckinduktivität	20 uH
  Rotorwiderstand	1,75 mΩ
  Anzahl der Pole	14

• Die andere Bedingung idr = 0 trifft für diesen Fall nicht zu. Die durch idr ≠ 0 bedingten zusätzlichen Rotor-Kreuzkopplungsterme erscheinen jedoch nicht in (5) und (6), solange die synchrone Erregerfrequenz (ω) Null bleibt, was bei nichtrotierender Spannungserregung, beispielsweise Anstiegsspannungserregung im Stillstand, zutrifft. Daher lautet die Gleichung (5) für die direkte Achse (d) durch Anlegen einer Anstiegsspannung bei ω = 0 und unter Berücksichtigung von L_d = L_s $$v_{ds}=i_{ds}{R}_s+L_s\frac{d{i}_{ds}}{dt}$$

  
• Aus Gleichung (25) geht hervor, dass nur die Parameter des Statorwiderstands (Rs) und der Statorinduktivität (Ls) Einfluss auf den Ansprechstrom haben. Die Anstiegsspannung sollte jedoch schnell genug sein, um eine ausreichende Stromänderungsrate zu erreichen, um die Statorinduktivität (Ls) in Gleichung (25) zu kennzeichnen. Die Parameter des Statorwiderstands (Rs) und der Statorinduktivität (Ls) werden bei dem vorgeschlagenen Schätzverfahren zusammen geschätzt.
• Die Bedingungen des Rotors im stationären Zustand für die Realisierung der Modellgleichungen (5) und (6) sind für eine Asynchronmaschine mit hochfrequenter pulsierender Wechselspannungserregung nichtzutreffend. Die Rotorströme schwingen mit der gleichen Frequenz der Statorerregung. Daher erscheinen die Rotorterme in den Spannungsgleichungen (5) und (6). Die Gleichung (5) mit einer nichtrotierenden (pulsierenden) hochfrequenten Wechselstromerregung wird $$v_{ds}=i_{ds}{R}_s+L_s\frac{d{i}_{ds}}{dt}+L_m\frac{d{r}_{rd}}{dt},$$

  
• Die Gleichung (26) enthält den Rotorstrom, der nicht für die Messung zur Verfügung steht. Daher wird Gleichung (26) in allen Statorvariablenformen mit Substitution aus den Gleichungen (21) und (22) transformiert zu $$v_{ds}=i_{ds}{R}_s+\left(L_s-L_m^2\text{/}{L}_r\right)\frac{d{i}_{ds}}{dt}+R_r\text{/}{L}_r\left(L_s{i}_{ds}-{\psi }_{ds}\right)$$

  
• Die Statorflussverkettung ψ_ds in Gleichung (27) ist nicht direkt verfügbar. Daher ergibt sich aus der Statorgleichung der d-Achse $${\mathrm{\psi }}_{\text{ds}}={\displaystyle \int v_{ds}-R_s{i}_{ds}dt,}$$

  

  und es wird in einer praktischen Form dargestellt als $${\mathrm{\psi }}_{\text{ds}}={\widehat{v}}_{ds}-R_s{\widehat{l}}_{ds},$$

  

  wobei v̂_ds = ∫ v_dsdt und î_ds = ∫ ĩ_ds dt. Durch das Ersetzen von (28) durch (27) wird es in alle messbaren Statorvariablen transformiert zu $$v_{ds}=i_{ds}{R}_s+\left(L_s-L_m^2\text{/}{L}_r\right)\frac{d{i}_{ds}}{dt}+R_r\text{/}{L}_r\left(L_s{i}_{ds}-{\widehat{v}}_{ds}+R_s{\widehat{l}}_{ds}\right)$$

  
• Die Parameter des Statorwiderstands (R_S) und der Statorinduktivität (L_S) in Gleichung (29) sind aus der vorherigen Schätzung in Verbindung mit Gleichung (25) und der Anstiegsspannungserregung bekannt. Sobald die bekannten Parameterterme auf die rechte Seite der Gleichung (27) genommen und zu v_ds vergrößert werden, wird der vergrößerte v_ds' $$v_{ds}^{\text{'}}=-\frac{L_m^2}{Lr}\frac{d{i}_{ds}}{dt}-\frac{R_r}{L_r}{\widehat{v}}_{ds}$$

  
• Der Leckfaktor $\frac{L_m^2}{Lr}$

  

  und der Kehrwert der Rotorzeitkonstante (R_r/L_r) in Gleichung (30) können mit dem vorgeschlagenen Schätzverfahren gleichzeitig geschätzt werden. Sobald die Parameter bekannt sind, können die Induktivitäten der d- und q-Achse nachträglich gefunden werden.
• Die Parameter L_d, L_q und R_s reichen aus, um die Stromregler sowohl für Synchronals auch für Asynchronmotoren, wie in dem vorherigen Abschnitt dargestellt, abzustimmen. Die Rotorzeitkonstante (L_r/R_r) ist für die Schätzung des Schlupfes erforderlich, um eine indirekte feldorientierte Regelung der Asynchronmotoren zu realisieren.
• SCHÄTZVERFAHREN
• Das Schätzverfahren der vorliegenden Offenbarung, das online durchgeführt werden kann, basiert auf der nichtlinearen Optimierung, wobei die Newton-Minimierung als der Löser der nichtlinearen Optimierung gewählt wird. Die nichtlineare Optimierung minimiert die Kostenfunktion gegenüber den unbekannten Parametern. Die Kostenfunktion wird aus den speziell angeordneten Spannungsgleichungen (18), (19), (20), (25) und (28) ausgebildet. Diese Spannungsgleichungen in diskreter Form, ausgedrückt abhängig von den Parameter und den Ansprechströmen, sind $$v_{ds}=f_k\left(i_{ds,k},i_{qs,k},x_k\right)$$

  

  wobei x_k der unbekannte Parameter oder der Vektor unbekannter Parameter ist. Die Kostenfunktion wird als quadrierte Zwei-Norm der Spannungsgleichung mit zusätzlichen Regularisierungstermen ausgebildet als $$c={\Vert v_{ds,k}-f_k\left(i_{ds,k},i_{qs,k},x_k\right)\Vert }^2+\left[x_k-x_{k-1}\right]\text{'}K\left[x_k-x_{k-1}\right]$$

  

  wobei x_k-1 der Anfangswert der Parameter oder der Wert von der vorherigen Schätzung ist. Der Regularisierungsterm ist eine Matrix für mehr als einen Parameter oder ein einzelnes Element für einen Parameter. Beispielsweise ist wie in den Fall von Synchronmotoren der Regularisierungsterm k₁ nur für die Schätzung von R_s bestimmt und stellt eine Matrix [[k₁, 0], [0, k₂]] für die gemeinsame Schätzung von L_d und L_q zusammen dar. Der Regularisierungsterm wirkt wie ein Filter und eliminiert die hauptsächlich durch Messstörungen verursachten Welligkeiten in der Schätzung. Höhere Werte der Regularisierungsfaktoren verkürzen jedoch die Konvergenzzeit. Die Werte k₁ und k₂ können im Betrieb entweder vor- oder automatisch abgestimmt werden.
• Unter Bezugnahme auf 8 ist ein Schätzverfahren zum Schätzen von R_s für Synchronmotoren und zum Schätzen von R_s und L_s für Asynchronmotoren in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung in Form eines Flussdiagramms schematisch dargestellt. Das Verfahren beginnt bei Blase 70 und geht weiter bis zum Block 72, wo Werte für Parameter X, die Rate (m) des Spannungsanstiegs und die Regelungsfaktoren k1 und k2 eingestellt werden. Das Verfahren geht weiter zu Block 74.
• In Block 74 wird die Prüfspannung (v_ds,n) des Gleichstromprofilabschnitts 52 für eine Probennummer (n) an den Elektromotor auf der direkten Achse (d) angelegt und wird der Ansprechstrom (i_ds,n) gemessen. Das Verfahren geht weiter zu Entscheidungsblock 76.
• Wenn in dem Entscheidungsblock 76 die Größe des Ansprechstroms (i_ds,n) größer als die Stromgrenze (i_Grenze) ist, geht das Verfahren zu Block 78 weiter, wo die Probenanzahl (k) auf null zurückgesetzt wird (d. h., k=0) und die Rate (m) des Spannungsanstiegs um einen vorbestimmten Betrag verringert wird. Das Verfahren schleift zu Block 74 zurück.
• Zurückkehren zu Entscheidungsblock 76, wenn die Größe des Ansprechstroms (i_ds,n) nicht größer als die Stromgrenze (i_Grenze) ist, dann geht das Verfahren zu Block 80 weiter, wo der Parameter x_n durch ein nichtlineares Optimierungsverfahren geschätzt wird. Das Verfahren geht weiter zu Entscheidungsblock 82.
• In Entscheidungsblock 82 bestimmt das Verfahren, ob der Wert des Parameters x_n ausreichend konvergiert hat, indem beispielsweise berechnet wird, ob der absolute Wert der Differenz zwischen dem aktuellen und dem vorherigen Wert des Parameters x (d. h., x_n und x_n-i) kleiner als ein vorbestimmter Konvergenzschwellenwert (d. h., |x_n - x_n-1| < vorbestimmter Konvergenzschwellenwert) ist. Wenn die Differenz zwischen dem aktuellen und dem vorherigen Wert des Parameters x (d. h., x_n und x_n-1) kleiner als der vorbestimmte Konvergenzschwellenwert ist, geht das Verfahren zu Blase 84 weiter und endet. Wenn der absolute Wert der Differenz zwischen dem aktuellen und dem vorherigen Wert des Parameters x (d. h., x_n und x_n-1) nicht kleiner als der vorbestimmte Konvergenzschwellenwert in Entscheidungsblock 82 ist, geht das Verfahren zu Block 86 weiter.
• In Block 86 wird die Probennummer (n) inkrementiert und das Verfahren kann zu Entscheidungsblock 88 übergehen, wo das Verfahren feststellt, ob der aktuelle Wert von n eine vorbestimmte Grenze (n_Grenze) überschreitet. Tatsächlich bestimmt das Verfahren, ob die Anzahl der Proben (n) die vorbestimmte Grenze (n_Grenze) erreicht hat, bevor der Wert des Parameters konvergiert hat. Wenn der aktuelle Wert von n die vorbestimmte Grenze (n_Grenze) nicht überschreitet, schleift das Verfahren zu Block 74 zurück.
• Zurückkehren zu Entscheidungsblock 88, wenn der aktuelle Wert von n die vorbestimmte Grenze (n_Grenze) überschreitet, das Verfahren geht zu Block 90 weiter, wo die Rate (m) des Spannungsanstiegs um einen vorbestimmten Betrag erhöht wird. Das Verfahren geht weiter zu Entscheidungsblock 92.
• In Entscheidungsblock 92 bestimmt das Verfahren, ob der aktuelle Wert der Rate (m) des Spannungsanstiegs eine vorbestimmte Grenze (m_Grenze) überschreitet. Wenn der aktuelle Wert der Rate (m) des Spannungsanstiegs die vorbestimmte Grenze (m_Grenze) nicht überschreitet, schleift das Verfahren zu Block 74 zurück. Zurückkehren zu Entscheidungsblock 92, wenn der aktuelle Wert der Rate (m) des Spannungsanstiegs die vorbestimmte Grenze (m_Grenze) nicht überschreitet, was eine Anzeige dafür ist, dass der Wert des Ansprechstroms (i_ds) in dem vorherigen Prüfen nicht ausreichend war, das Verfahren geht zu Block 94 weiter.
• In Block 94 kann das Verfahren den Regularisierungsfaktor k1 um einen vorbestimmten Betrag verringern und das Verfahren kann zu Block 74 zurückschleifen.
• Unter Bezugnahme auf 9 wird ein Schätzverfahren zum Schätzen von L_d und L_q für Synchronmotoren und zum Schätzen des Leckfaktors (L_m ²/L_r) und des Kehrwerts der Rotorzeitkonstante (R_r/L_r) für Asynchronmotoren in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung in Form eines Flussdiagramms schematisch dargestellt. Das Verfahren beginnt bei Blase 100 und geht weiter zu Block 102, wo Werte für Parameter X, die Amplitude (A) der Wechselstromleistung, die Frequenz (f) der Wechselstromleistung und die Regelungsfaktoren k1 und k2 eingestellt werden. Das Verfahren geht weiter zu Block 104.
• In Block 104 wird die Prüfspannung (v_ds,n) des Wechselstromprofilabschnitts 54 für Probennummer (n) an den Elektromotor angelegt. Genauer gesagt wird die Prüfspannung (v_ds,n) sowohl an der direkten Achse (d) als auch an der Quadraturachse (q) angelegt, wenn der Elektromotor ein Synchronmotor ist, und wird an der direkten Achse (d) angelegt, wenn der Elektromotor ein Asynchronmotor ist. Die Ansprechströme i_ds,n und i_qs,n auf der direkten Achse (d) beziehungsweise der Quadraturachse (q) werden gemessen. Das Verfahren geht weiter zu Entscheidungsblock 106.
• In Entscheidungsblock 106 bestimmt die Methodik, ob der absolute Wert eines der Ansprechströme i_ds,n und i_qs,n eine vorbestimmte Stromgrenze (i_Grenze) überschreitet. Wenn das absolute Ventil eines der Ansprechströme i_ds,n und i_qs,n die vorbestimmte Stromgrenze (i_Grenze) überschreitet, geht das Verfahren zu Block 108 weiter, wobei die Amplitude (A) der Wechselstromleistung um einen vorbestimmten Betrag reduziert wird. Das Verfahren schleift zu Block 104 zurück.
• Zurückkehren zu Entscheidungsblock 106, wenn das absolute Ventil eines der Ansprechströme (i_ds,n und i_qs,n) die vorbestimmte Stromgrenze (i_Grenze) nicht überschreitet, das Verfahren geht zu Block 110 weiter, wo der Parameter x_n durch ein nichtlineares Optimierungsverfahren geschätzt wird. Das Verfahren geht weiter zu Entscheidungsblock 112.
• In Entscheidungsblock 112 bestimmt das Verfahren, ob der Wert des Parameters x_k ausreichend konvergiert hat, indem beispielsweise berechnet wird, ob der absolute Wert der Differenz zwischen dem aktuellen und dem vorherigen Wert des Parameters x (d. h., x_n und x_n-1) kleiner als ein vorbestimmter Konvergenzschwellenwert (d. h., |x_n - x_n-1| < vorbestimmter Konvergenzschwellenwert) ist. Wenn das absolute Ventil die Differenz zwischen dem aktuellen und dem vorherigen Wert des Parameters x (d. h., x_n und x_n-1) kleiner als der vorbestimmte Konvergenzschwellenwert ist, geht das Verfahren zu Blase 114 weiter und endet. Wenn die Differenz zwischen dem aktuellen und dem vorherigen Wert des Parameters x (d. h., x_n und x_n-1) nicht kleiner als der vorbestimmte Konvergenzschwellenwert in Entscheidungsblock 112 ist, geht das Verfahren zu Block 116 weiter.
• In Block 116 wird die Probennummer (n) inkrementiert und das Verfahren kann zu Entscheidungsblock 118 übergehen, wo das Verfahren feststellt, ob der aktuelle Wert von n eine vorbestimmte Grenze (n_Grenze) überschreitet. Tatsächlich bestimmt das Verfahren, ob die Anzahl der Proben die vorbestimmte Grenze (n_Grenze) erreicht hat, bevor der Wert des Parameters konvergiert hat. Wenn der aktuelle Wert von n die vorbestimmte Grenze (n_Grenze) nicht überschreitet, schleift das Verfahren zu Block 104 zurück.
• Zurückkehren zu Entscheidungsblock 118, wenn der aktuelle Wert von n die vorbestimmte Grenze (n_Grenze) überschreitet, das Verfahren geht zu Block 120 weiter, wo die Amplitude (A) der Wechselstromleistung um einen vorbestimmten Betrag erhöht wird. Das Verfahren geht weiter zu Entscheidungsblock 122.
• In Entscheidungsblock 122 bestimmt das Verfahren, ob der aktuelle Wert der Amplitude (A) der Wechselstromleistung eine vorbestimmte Grenze (AGrenze) überschreitet. Wenn der aktuelle Wert der Amplitude (A) der Wechselstromleistung die vorbestimmte Grenze (A_Grenze) nicht überschreitet, schleift das Verfahren zu Block 104 zurück. Zurückkehren zu Entscheidungsblock 122, wenn der aktuelle Wert der Amplitude (A) der Wechselstromleistung die vorbestimmte Grenze (A_Grenze) nicht überschreitet, was eine Anzeige dafür ist, dass der Wert einer oder beider der Ansprechströme (i_ds und i_qs) in dem vorherigen Prüfen nicht ausreichend war, das Verfahren geht zu Block 124 weiter.
• In Block 124 kann das Verfahren die Regularisierungsfaktoren k1 und k2 um einen vorbestimmten Betrag verringern und das Verfahren kann zu Block 104 zurückschleifen.
• SIMULATIONSERGEBNISSE - ASYNCHRONMOTOR
• Die Simulationen für die Online-Parameterschätzung als ein Teil eines Selbstinbetriebnahmevorgangs, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wurden, wurden für einen asynchronen Elektromotor mit Spezifikationen durchgeführt, die in der vorstehenden Tabelle aufgeführt sind.
• 10A ist ein Diagramm 150, das die Prüfspannung (v_ds,k) des Gleichstromprofilabschnitts 52 (6) abhängig von der Prüfzeit zeigt, während 10B ein Diagramm 152 ist, das den Ansprechstrom (i_ds) abhängig von der Prüfzeit zeigt. Die Prüfspannung (v_ds,k) und der Ansprechstrom (i_ds) sind auf der direkten Achse (d). In den beiden Diagrammen 150 und 152 ist zu beobachten, dass der Ansprechstrom (i_ds) in Übereinstimmung mit dem langsamen Spannungsanstieg langsam ansteigt und somit die Überwachung und Regelung zum Schutz des Motors und des Leistungswandlers erleichtert. Ein Diagramm 154 des tatsächlichen Statorwiderstands (Rs) abhängig von der Prüfzeit ist in 10C dargestellt, ebenso wie der Wert 156 einer Schätzung für den Statorwiderstand (Rs). Ein Diagramm 158 der tatsächlichen Statorinduktivität (Ls) abhängig von der Prüfzeit ist in 10D dargestellt, ebenso wie der Wert 160 einer Schätzung für die Statorinduktivität (Ls).
• 10E ist ein Diagramm 162, das die Prüfspannung (v_ds,k) des Wechselstromprofilabschnitts 54 (6) abhängig von der Prüfzeit zeigt, während 10F ein Diagramm 164 ist, das den Ansprechstrom (i_ds) abhängig von der Prüfzeit zeigt. Die Prüfspannung (v_ds,k) und der Ansprechstrom (i_ds) sind auf der direkten Achse (d). Die relativ hohe Frequenz (f) des Wechselstromprofilabschnitts 54 trägt dazu bei, eine entsprechend hochfrequente Impedanz in dem Elektromotor zu erzeugen, die den Stromanstieg auf der direkten Achse (d) begrenzt, wie in 10F dargestellt. Ein Diagramm 166 des tatsächlichen Leckfaktors (L_m ²/L_r) abhängig von der Prüfzeit ist in 10G dargestellt, ebenso wie der Wert 168 einer Schätzung für den Leckfaktor (L_m ²/L_r). Ein Diagramm 170 des tatsächlichen Kehrwerts der Rotorzeitkonstante (R_r/L_r) abhängig von der Prüfzeit ist in 10H dargestellt, ebenso wie der Wert 172 einer Schätzung für die Rotorzeitkonstante (R_r/L_r).
• SIMULATIONSERGEBNISSE - SYNCHRONMOTOR
• Die Simulationen für die Online-Parameterschätzung als ein Teil eines Selbstinbetriebnahmevorgangs, die in Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung durchgeführt wurden, wurden für einen synchronen Elektromotor mit Spezifikationen durchgeführt, die in der nachstehenden Tabelle aufgeführt sind.

  Zwischenkreisspannung	115 V
  Nennleistung	15 KW
  Nennstrom	200 A
  Spitzenstrom	500 A
  Statorwiderstand	6 mΩ
  d-Achse-Induktivität	67 uH
  q-Achse-Induktivität	170 uH
  Permanentmagnet-Flussverkettung	0,024 mWb
  Anzahl der Pole	8

• 11A ist ein Diagramm 180, das die Prüfspannung (v_ds,k) des Gleichstromprofilabschnitts 52 (6) abhängig von der Prüfzeit zeigt, während 11B ein Diagramm 182 ist, das den Ansprechstrom (i_ds) abhängig von der Prüfzeit zeigt. Die Prüfspannung (v_ds,k) und der Ansprechstrom (i_ds) sind auf der direkten Achse (d). In den beiden Diagrammen 180 und 182 ist zu beobachten, dass der Ansprechstrom (i_ds) in Übereinstimmung mit dem langsamen Spannungsanstieg langsam ansteigt und somit die Überwachung und Regelung zum Schutz des Motors und des Leistungswandlers erleichtert. Ein Diagramm 184 des tatsächlichen Statorwiderstands (Rs) abhängig von der Prüfzeit ist in 11C dargestellt, ebenso wie der Wert 186 einer Schätzung für den Statorwiderstand (Rs).
• Unter Bezugnahme auf 11D sind die Diagramme 190 und 192 der Prüfspannung (v_ds,k) des Wechselstromprofilabschnitts 54 abhängig von der Prüfzeit, wie sie auf der direkten Achse (d) beziehungsweise der Quadraturachse (q) angelegt wird, gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Diagramme 190 und 192 eine identische Amplitude (A), eine identische Frequenz (f) aufweisen und miteinander in Phase sind, sodass sie in dieser Zeichnung als ein einziges Diagramm erscheinen. In 11E sind ein Diagramm 194 (in durchgezogener Linie gezeigt) des Ansprechstroms (i_ds) auf der direkten Achse (d) abhängig von der Prüfzeit und ein Diagramm 196 (in Phantomlinie gezeigt) des Ansprechstroms (i_dk) auf der Quadraturachse (q) abhängig der Prüfzeit gezeigt. Die relativ hohe Frequenz (f) des Wechselstromprofilabschnitts 54 (6) trägt dazu bei, eine entsprechend hochfrequente Impedanz in dem Elektromotor zu erzeugen, die den Stromanstieg auf der direkten Achse (d) und der Quadraturachse (q) begrenzt, wie in 11E gezeigt. Unter Bezugnahme auf 11F sind die tatsächlichen Induktivitäten (L_d und L_q) auf der direkten und der Quadratur-(d, q) Achse abhängig von der Prüfzeit sowie Schätzungen für die Induktivitäten (L_d und L_q) auf der direkten und der Quadratur-(d, q) Achse gezeigt. Die Referenznummer 198 ist ein Diagramm der tatsächlichen Statorinduktivität (L_d) auf der direkten Achse (d) gezeigt abhängig von der Prüfzeit, die Referenznummer 200 ist ein Wert der Schätzung der Statorinduktivität (L_d) auf der direkten Achse (d), die Referenznummer 202 ist ein Diagramm der tatsächlichen Statorinduktivität (L_q) auf der Quadraturachse (q) abhängig von der Prüfzeit, und die Referenznummer 204 ist ein Wert der Schätzung der Statorinduktivität (L_q) auf der Quadraturachse (q).
• Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde für Veranschaulichungs- und Beschreibungszwecke bereitgestellt. Sie soll nicht vollständig sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern sind, wo zutreffend, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, auch wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben wird. Diese können ebenso in vielerlei Hinsicht variiert werden. Solche Abweichungen sind nicht als eine Abweichung von der Offenbarung zu betrachten, und alle derartigen Änderungen sollen in dem Umfang der Offenbarung enthalten sein.

Claims (16)

1. Verfahren zum Inbetriebnehmen eines Elektromotors mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Elektromotor ein elektrischer Synchronmotor oder ein elektrischer Asynchronmotor ist, wobei das Verfahren umfasst: mit dem Rotor in einem nicht-rotierenden Zustand relativ zu dem Stator, Anlegen eines ersten Prüfspannungssignals (v_ds) an die direkte Achse (d) des Stators und ansprechendes Messen eines ersten Ansprechstroms (i_ds) auf der direkten Achse (d) des Stators, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) ein Gleichstromsignal ist, das kontinuierlich zwischen einer ersten Spannung (vo) und einer zweiten Spannung (v_max) ansteigt; Bestimmen wenigstens eines ersten Motorparameters auf Grundlage des ersten Ansprechstroms (i_ds); mit dem Rotor in einem nicht-rotierenden Zustand relativ zu dem Stator, Anlegen eines zweiten Prüfspannungssignals (v_ds) entweder a) an die direkte Achse (d) des Stators oder b) sowohl an die direkte Achse (d) als auch an die Quadraturachse (q) des Stators, und ansprechendes Messen eines zweiten und dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs) auf der direkten beziehungsweise der Quadraturachse (d und q) des Stators, wobei das zweite Prüfspannungssignal (v_ds) eine Frequenz (f) ungleich Null und eine Amplitude (A) aufweist; und Bestimmen eines zweiten und eines dritten Motorparameters auf Grundlage des zweiten und/oder des dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gleichstromsignal des ersten Prüfspannungssignals (v_ds) mit einer konstanten Rate zwischen der ersten Spannung (vo) und der zweiten Spannung (v_max) hochläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) eine Größe aufweist, die gleich der ersten Spannung (vo) ist, wenn das erste Prüfspannungssignal (v_ds) anfänglich an die direkte Achse (d) des Stators angelegt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) eine Größe aufweist, die gleich der zweiten Spannung (v_max) ist, kurz bevor das erste Prüfspannungssignal (v_ds) angehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der wenigstens der erste Parameter einen Widerstand (R_S) des Stators umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der wenigstens der erste Parameter ferner eine Induktivität (Ls) des Stators umfasst.
7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite und der dritte Parameter eine Induktivität (L_d) auf der direkten Achse (d) beziehungsweise eine Induktivität (L_q) auf der Quadraturachse (q) umfassen.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite und der dritte Parameter einen Leckfaktor (L_m ²/L_r) und einen Parameter umfassen, der mit dem Kehrwert einer Rotorzeitkonstante (R_r/L_r) zusammenhängt.
9. Elektromotorisches Motorantriebssystem, umfassend: einen Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor, wobei der Elektromotor ein elektrischer Synchronmotor oder ein elektrischer Asynchronmotor ist; eine Regelungseinheit mit einem Leistungswandler, einer Regelungshardware und einem Regelungsprogramm, das von der Regelungshardware ausgeführt wird, wobei das Regelungsprogramm programmiert ist, um einen Selbstinbetriebnahme-Algorithmus zu betreiben, der enthält: Anlegen eines ersten Prüfspannungssignals (v_ds) an die direkte Achse (d) des Stators und ansprechendes Messen eines ersten Ansprechstroms (i_ds) auf der direkten Achse (d) des Stators mit dem Rotor in einem nicht-rotierenden Zustand relativ zu dem Stator, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) ein Gleichstromsignal ist, das kontinuierlich zwischen einer ersten Spannung (vo) und einer zweiten Spannung (v_max) ansteigt; Bestimmen wenigstens eines ersten Motorparameters auf Grundlage des ersten Ansprechstroms (i_ds); Anlegen eines zweiten Prüfspannungssignals (v_ds) entweder a) an die direkte Achse (d) des Stators oder b) sowohl an die direkte Achse (d) als auch an die Quadraturachse (q) des Stators, wenn der Rotor sich in einem nicht-rotierenden Zustand relativ zu dem Stator befindet, und ansprechendes Messen eines zweiten und dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs) auf der direkten beziehungsweise der Quadraturachse (d und q) des Stators, wobei das zweite Prüfspannungssignal (v_ds) eine Frequenz (f) ungleich Null und eine Amplitude (A) aufweist; und Bestimmen eines zweiten und eines dritten Motorparameters auf Grundlage des zweiten und/oder des dritten Ansprechstroms (i_ds und i_qs).
10. Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 9, wobei das Gleichstromsignal des ersten Prüfspannungssignals (v_ds) mit einer konstanten Rate zwischen der ersten Spannung (vo) und der zweiten Spannung (v_max) hochläuft.
11. Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 9, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) eine Größe aufweist, die gleich der ersten Spannung (vo) ist, wenn das erste Prüfspannungssignal (v_ds) anfänglich an die direkte Achse (d) des Stators angelegt wird.
12. Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 9, wobei das erste Prüfspannungssignal (v_ds) eine Größe aufweist, die gleich der zweiten Spannung (v_max) ist, kurz bevor das erste Prüfspannungssignal (v_ds) angehalten wird.
13. Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 9, wobei der wenigstens der erste Parameter einen Widerstand (Rs) des Stators umfasst.
14. Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 13, wobei der wenigstens der erste Parameter ferner eine Induktivität (Ls) des Stators umfasst.
15. Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 9, wobei der zweite und der dritte Parameter eine Induktivität (L_d) auf der direkten Achse (d) beziehungsweise eine Induktivität (L_q) auf der Quadraturachse (q) umfassen.
16. Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 9, wobei der zweite und der dritte Parameter einen Leckfaktor (L_m ²/L_r) und einen Parameter umfassen, der mit dem Kehrwert einer Rotorzeitkonstante (R_r/L_r) zusammenhängt.

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