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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Rotorlage einer elektrischen Maschine bzw. eines Elektromotors durch Nutzung der magnetischen Anisotropie der elektrischen Maschine bzw. des Elektromotors. Ferner betrifft die vorliegende Offenbarung ein Computerprogrammprodukt sowie einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal.
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Hintergrund der Erfindung
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Für die Regelung elektrischer Maschinen werden Sensoren zur Erfassung der absoluten Rotorposition benötigt. Die zunächst unbekannte Ausrichtung bezüglich der Permanentmagnete ist mittels initialer Vermessung im Falle absoluter Sensoren bzw. wiederkehrender Initialisierung bei Inbetriebnahme bei relativen Sensoren notwendig.
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In der elektrischen Antriebstechnik werden für eine Regelung elektrischer Maschinen Positionssensoren benötigt. Insbesondere bei permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PMSM) muss die absolute Rotorposition bekannt sein. Wenn ein Positionssensor mit der Maschinenwelle verbunden wird, ist seine Ausrichtung bezogen auf die Permanentmagnete jedoch zunächst unbekannt. Um Kenntnis über die Ausrichtung zu erlangen, muss nach der Fertigung eine Vermessung durchgeführt werden. Dieser Schritt bedeutet einen erhöhten Aufwand bei der Maschinenfertigung.
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Auch bei einem Defekt des Sensors innerhalb der Lebensspanne des Antriebs wäre nach dem Austausch ein automatisches Einlernen möglich ohne zusätzliche Messausrüstung vorhalten zu müssen.
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Alternativ kann für einen PMSM-Antrieb auch ein relativer Positionssensor eingesetzt werden. In diesem Fall muss aber bei jeder Inbetriebnahme des Antriebs einmalig die absolute Lage des Rotors aus einer anderen Quelle ermittelt werden.
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In beiden Fällen besteht bei Synchronmaschinen mit ausgeprägter magnetischer Anisotropie (Rotor mit vergrabenen oder eingebetteten Magneten, Schenkelpolläufer) die Möglichkeit die Rotorlage durch eine Vermessung der Stranginduktivitäten zu bestimmen, da diese dann abhängig von der Rotorlage sind. Die Vermessung kann mit den Mitteln erfolgen, die in einem Antriebssystem üblicherweise vorhanden sind. Die Vermessung erfolgt, indem die Maschine bzw. der Elektromotor mit bestimmten Spannungsformen gespeist wird und der sich ergebende Strom ausgewertet wird.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Spannungspulse bei verschiedenen Phasenwinkeln gestellt und die Strommesswerte erfasst werden. Die Rotorlage wird anschließend durch die phasenweise Summation der Stromspitzenwerte, eine Umrechnung der Summen in einen Raumzeiger und eine anschließende Arkustangens-Berechnung ermittelt. Der Identifikationsfehler ist hierbei groß und die benötigte Stromstärke hoch.
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DE 10 2008 042 360 A1 beschreibt eine Winkelbestimmung für elektrische Maschinen ohne zusätzliche Komponenten und mit einer vereinfachten Berechnungsweise. Dies basiert auf der Erfassung der Induktivität in verschiedenen Winkelrichtungen, die nicht nur durch die Ausrichtung einer Statorwicklung vorgegeben sind, sondern durch gezieltes Abfragen der Induktivität in einer beliebigen Winkelposition, wobei durch geeignete Kombination mindestens zweier Statorwicklungen eine beliebige Winkelposition abgefragt werden kann. Hierbei werden Spannungspulse entlang des Umfangs gestellt, um die Extrempunkte der Induktivität zu finden. An Extrempunkten ist die Änderung der Induktivität bei kleiner Winkeländerung gering, deshalb ist die Suche fehleranfällig. Das Verfahren löst das Problem, indem immer zwei Spannungspulse mit konstantem Phasenwinkelversatz gestellt und die Stromänderung gemessen wird. Wenn die Stromänderung an beiden Punkten gleich ist, hat man ein Extremum gefunden. Wenn einer der zwei Spannungspulse in Richtung einer Extremstelle zeigt, ändert sich die Stromantwort des anderen mit der Winkeländerung stärker. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass es sich um ein iteratives Verfahren handelt, welches länger dauert, da eine iterative Annäherung an die korrekte Lösung erfolgt. Es werden zwei Spannungspulse pro Iteration und jeweils zusätzlich Zeit oder Spannungspulse für den Stromabbau benötigt, um die Ungenauigkeit in der Nähe der Sinus-Extremstellen zu kompensieren.
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DE 10 2017 207 296 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Lagewinkels eines Rotors einer elektrischen Synchronmaschine. Die Vorrichtung ist ausgebildet mit einer Spannungserzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Spannungspulses an Winkeln in einem statorfesten Koordinatensystem bei stehendem Rotor, einer Messeinrichtung zum Messen eines jeweiligen, auf die durch die Spannungserzeugungseinrichtung erzeugten Spannungspulse zurückgehenden elektrischen Stromwerts, und einer Recheneinrichtung. Hierbei wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem eine Vielzahl von Spannungspulsen mit möglichst vielen Phasenlagen gestellt werden. Es ergibt sich eine Messpunktwolke aus Strommaximalwerten. Diese werden für jeden Phasenwinkel und jeweils den um 180° größeren Phasenwinkel gemittelt. Vom sich ergebenden Verlauf wird dann sein Mittelwert entfernt. Der mittelwertfreie Verlauf wird integriert. Der Mittelwert der integrierten Funktion schneidet die integrierte Funktion an den Winkelpositionen, an denen die Extremwerte des ursprünglichen Stromverlaufs liegen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine Vielzahl von Messwerten benötigt werden und das Verfahren dadurch deutlich länger dauert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die objektiv technische Aufgabe zugrunde, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder zumindest zu verbessern, sowie die Bereitstellung eines automatisierten Einlernens der Ausrichtung bei der ersten Inbetriebnahme. Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist also die Rotorlage der Maschine einmalig ohne Nutzung des Lagesensors zu bestimmen, um danach die Ausrichtung des Lagesensors zu erkennen.
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Die objektiv technische Aufgabe wird durch die Aspekte des Anspruchs 1 gelöst. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Rotorlage eines Elektromotors, insbesondere eines Synchronmotors, durch Nutzung der magnetischen Anisotropie des Elektromotors. In anderen Worten, wird die Aufgabe gelöst durch die Nutzung der magnetischen Anisotropie der Maschine bzw. des Elektromotors und der Varianz der Induktivität eines Maschinenstrangs in Abhängigkeit der elektrischen Lage des Rotors.
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In diesem Fall ist die Anisotropie durch die Geometrie des Rotors und die Anordnung der eingesetzten verschiedenen Materialien, wie Rotorblech und Magnete, begründet. Hierbei haben Blech und Magnete unterschiedliche magnetische Eigenschaften. Insbesondere unterscheidet sich der magnetische Widerstand. In anderen Worten nutzt das Verfahren die magnetische Anisotropie der Maschine aus, also die Tatsache, dass die Induktivität eines Maschinenstrangs abhängig von der elektrischen Lage des Rotors ist.
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Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren die nachfolgenden Schritte aufweist:
- (a) Stellen eines ersten Spannungsraumzeigers mit einer bestimmten Phasenlage ausgehend von einem stromfreien Zustand für eine bestimmte Dauer mittels eines Stromrichters;
- (b) Messen der Strangströme nach der vorbestimmten Dauer, um die wirksamen Induktivitäten zu ermitteln;
- (c) Umrechnen der gemessenen Strangströme in Stromraumzeiger;
- (d) Wiederholen der Schritte (a) bis (c) n-mal mit jeweils unterschiedlicher Phasenlage, wobei n vorzugsweise größer gleich 3 ist, und
- (e) Ermitteln einer Neigung einer Ellipse, welche durch die Stromraumzeiger erzeugt wird, mit der Methode nach dem kleinsten Fehlerquadrat, wodurch die Rotorlage bestimmt wird.
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Unter dem allgemeinen Begriff der Raumzeigerdarstellung versteht man in der Elektrotechnik die Darstellung von physikalischen Größen im Dreiphasensystem als Zeiger in einer komplexen Ebene. Das Hauptanwendungsgebiet der Raumzeigerdarstellung ist die Beschreibung von Magnetfeldern, Spannungen und Strömen in Drehfeldmaschinen. Hierbei ist das Koordinatensystem ortsfest und mit dem Stator verbunden.
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In anderen Worten, sind Spannungsraumzeiger ein theoretisches Konstrukt zur Darstellung
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Die Methode der kleinsten (Fehler-) Quadrate ist das mathematische Standardverfahren zur Ausgleichungsrechnung. Dabei wird zu einer Menge von Datenpunkten eine Funktion bestimmt, die möglichst nahe an den Datenpunkten verläuft und somit die Daten bestmöglich zusammenfasst. Die am häufigsten verwendete Funktion ist die Gerade, die dann Ausgleichsgerade genannt wird. Um die Methode anwenden zu können, muss die Funktion mindestens einen Parameter enthalten. Diese Parameter werden dann durch die Methode bestimmt, so dass, wenn die Funktion mit den Datenpunkten verglichen und der Abstand zwischen Funktionswert und Datenpunkt quadriert wird, die Summe dieser quadrierten Abstände möglichst gering wird. Die Abstände werden dann Residuen genannt. Gemäß dem Verfahrensschritt (f) handelt es sich in der vorliegenden Erfindung anstatt um eine Gerade um eine Ellipse. Durch die Methode der kleinsten (Fehler-) Quadrate kann aus wenigen Messpunkten die sich ergebende Ellipse approximiert werden. Aus der analytischen Ellipsengleichung kann die Neigung der Ellipse ermittelt werden. Dies hat den Effekt, dass dadurch die aktuelle Rotorlage mit geringer Abweichung bekannt ist.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
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Alternativ ist es bevorzugt, wenn mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate auch die sinusförmige Verteilung der Induktivitäten approximiert werden. Damit wird das Ergebnis aber ungenau, wenn die Messpunkte alle in der Nähe der Extrema des Sinus liegen, da sich dort die Änderung der Induktivität potenziell geringer auswirken kann als das vorhandene Messrauschen.
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In anderen Worten kann die Maschine bzw. der Elektromotor mit einer Spannung beliebiger Phasenlage gespeist und die Stromänderung gemessen werden, um auf die wirksame Induktivität zu schließen. Ein erster Spannungsraumzeiger steht hierbei für eine erste gespeiste Spannung. Das heißt, ausgehend von einem stromfreien Zustand wird jeweils ein Spannungsraumzeiger mit einer bestimmten Phasenlage für eine bestimmte Dauer gestellt. Nach dieser Dauer werden die Strangströme gemessen und ebenfalls in Raumzeiger bzw. Stromraumzeiger umgerechnet. Die Spitzen der sich ergebenden Stromraumzeiger sind aufgrund der zweifach sinusförmigen Induktivitätsverteilung entlang der in Schritt (f) beschriebenen Ellipse angeordnet. Nachdem die Maschine wieder stromlos ist, wird ein weiterer Spannungsraumzeiger gleicher Dauer aber unterschiedlicher Phasenlage gestellt. Dieses Vorgehen wird wiederholt. Mit diesem Verfahren, bzw. auch Grundverfahren, ist die Bestimmung der Rotorposition der Maschine bzw. des Elektromotors möglich. Der Rotorwinkel ist basierend darauf schließlich mit einer Mehrdeutigkeit von 180° bekannt.
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Das bedeutet in nochmals anderen Worten, dass die Rotorlage mittels gestellten Spannungsraumzeigern und korrespondierenden Antwort-Raumzeigern identifiziert wird, sowie dass die Anisotropie-Achse, sprich die Neigung der Ellipse, zur Bestimmung der Rotorlage ermittelt wird.
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Theoretisch sind für die eindeutige Bestimmung einer Ellipse nur drei Messpunkte erforderlich. Es ist jedoch von Vorteil, wenn, insbesondere in der Praxis, sechs bis zehn Messpunkte erfasst werden. Dies ist von der Qualität der Stromsensorik abhängig. Aufgrund dessen, dass nur wenige Messpunkte benötigt werden und die Nutzung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, ist ein schneller und präziser Offsetabgleich von Positionssensoren möglich.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Stromamplitude bei dem Verfahren gemäß den vorstehenden Aspekten unter 10% des Nennstroms bleibt. Dadurch gibt es keine merkbaren Drehmomente und kaum Geräusche. Ferner hat dies den vorteilhaften Effekt, dass elektrische Verluste aufgrund der sehr kurzen Dauer des Vorgangs sehr gering sind. In anderen Worten, bedeutet das, dass mit geringen Stromamplituden geringe Verluste, Geräuschentwicklung und störende Drehmomente einhergehen, das stochastische Messfehler, die bei kleineren Strommesspunkten größere Auswirkungen haben, von der Methode der kleinsten Fehlerquadrate kompensiert werden können.
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Es ist zweckmäßig, wenn bei stillstehendem Rotor die Verteilung der wirksamen Induktivitäten nahezu sinusförmig über den Rotorumfang verteilt ist. Das heißt, es sind zwei Perioden pro elektrische Umdrehung des Phasenwinkels. Hierbei variiert die Induktivität zweimal periodisch über eine elektrische Umdrehung des Rotors. Diese Verteilung kann dabei je nach Bauart ausgeprägte räumliche Oberwellen enthalten. Ferner bedeutet das, dass je nachdem welche Phasenlage der gestellte Spannungsraumzeiger hat, sich die Stromstärke unterschiedlich schnell ändert. Aus dem Stromanstieg kann dann mit einer Doppeldeutigkeit bzw. Mehrdeutigkeit von 180° die Rotorlage bestimmt werden. Die Doppeldeutigkeit bzw. Mehrdeutigkeit von 180° kann abschließend mit bekannten Methoden aufgelöst werden.
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Es ist bevorzugt, wenn zu jedem gestellten Spannungsraumzeiger direkt anschließend (von Schritt (a)) ein dazu entgegengesetzter Spannungsraumzeiger, insbesondere ein um 180° gedrehter Spannungsraumzeiger, gestellt wird. Dies hat den Vorteil, dass zum Beschleunigen des Stromabbaus nach jedem Spannungspuls ein um 180° gedrehter Spannungsraumzeiger gestellt und so der Strom aktiv abgebaut wird.
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Es ist von Vorteil, wenn der entgegengesetzte Spannungsraumzeiger um den ohmschen Spannungsanteil korrigiert wird. Dies hat den Vorteil einer Beschleunigung des Stromabbaus bzw. des aktiven Abbauens des Stroms.
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Es ist zweckmäßig, wenn der zumindest eine weitere Spannungsraumzeiger erst gestellt wird, wenn der Strom nahezu 0A beträgt und der zumindest eine weitere Spannungsraumzeiger um einen bestimmten Winkel δ =360°/n verdreht ist. In anderen Worten, muss jeder Spannungspuls im stromfreien Zustand erfolgen.
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Es ist vorteilhaft, wenn eine Hauptachse der Ellipse einer d-Achse der Maschine entspricht, wobei die Hauptachse der Ellipse die Anisotropieachse ist. Dies entspricht näherungsweise der Permanentmagnet-Flussachse der Maschine bzw. des Elektromotors. Auf diese Weise ist die aktuelle Rotorlage mit geringer Abweichung bekannt.
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Es ist bevorzugt, wenn das Verfahren bei stillstehendem Rotor oder bei drehendem Rotor durchführbar ist. Daher sind im Folgenden eine Erweiterung und eine Modifikation beschrieben, bei der die Ungenauigkeit des Gebers mit berücksichtig wird. Somit ist die direkte Berücksichtigung der Abweichungen des Gebers im Verfahren durch eine Messung mit drehender Maschine, ein weiterer positiver Effekt der vorliegenden Erfindung.
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Es ist von Vorteil, wenn eine Verteilung der wirksamen Induktivitäten bei stillstehendem Rotor nahezu sinusförmig über den Rotorumfang ist.
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Vorzugsweise wird das Verfahren bei stillstehendem Rotor mehrmals an verschiedenen mechanischen Positionen wiederholt und das Ergebnis gemittelt. Es ist von Vorteil, wenn beim Abgleich der Maschinenposition bzw. Elektromotorposition zur Geberposition auch die Ungenauigkeit des Gebers berücksichtigt wird. Das bedeutet, dass die maximale Ungenauigkeit des Gebers in die Unsicherheit des Verfahrens eingeht, wenn die relative Ausrichtung nur an einem Punkt bestimmt wird. Durch das Wiederholen des Verfahrens an verschiedenen mechanischen Positionen wird die Ungenauigkeit des Gebers reduziert. Bei der Definition der Messpunkte werden typische Oberwellen und Abweichungsverläufe berücksichtigt, um eine erwartungstreue Bestimmung zu ermöglichen.
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Es ist bevorzugt, wenn bei drehendem Motor die einzelnen Strommesswerte analog zur Park-Transformation mit dazugehörigem Geberwinkel in ein rotorfestes Koordinatensystem übertragen wird. Die Park-Transformation, auch als dq-, dq0- und d/q-Transformation bezeichnet, dient dazu, dreiphasige Größen wie bei einer Drehstrommaschine mit den Achsen U, V, W in ein zweiachsiges Koordinatensystem mit den Achsen d und q zu überführen. Sie ist ein Teil der mathematischen Grundlagen zur Vektorregelung von Drehstrommaschinen und beschreibt eine von mehreren möglichen Raumzeigerdarstellungen.
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In anderen Worten, entspricht durch die Messung bei drehendem Rotor die Funktion der Messpunkte im rotorfesten Koordinatensystem nicht mehr einer idealen Ellipse. Die Abweichungen von der idealen Ellipse folgen aus der Rotorwinkelabhängigkeit der magnetischen Pfade im Stator. Für das Verfahren ist es daher im Falle eines drehenden Rotors vorteilhaft die Oberwellen in der Induktivitätsverteilung zu berücksichtigen. Auf diese Weise wird ebenfalls durch die Verwendung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate dabei gemeinsam die Schätzung der Anisotropieachse und die Mitteilung der Geberabweichungen kombiniert und durchgeführt.
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Zusammenfassend wird, durch die Nutzung der Methode der kleinsten Fehlerquadrate und die Ausnutzung des Wissens, dass die Strommesspunkte ellipsenförmig angeordnet sind, die Zeitdauer der Winkelbestimmung deutlich verringert, da nur wenige Messpunkte benötigt werden. Zudem wird ein genaueres Ergebnis erzielt, da nach der Näherung der Ellipsenfunktion in analytischer Form vorliegt, aus welcher die Neigung der Hauptachse bestimmt werden kann. Durch die vorstehend beschriebenen Erweiterungen des Grundverfahrens können die Ungenauigkeiten des Gebers berücksichtiget werden und somit ist eine einzelne Durchführung ausreichend. Ferner können die resultierenden Stromstärken unter 10% des Nennstroms betragen, ohne das Ergebnis zu verschlechtern.
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Vor dem Hintergrund hat das vorstehend beschriebene Verfahren den vorteilhaften Effekt, dass ein höherer Wirkungsgrad des Antriebs bei einer präzisen Bestimmung des Winkeloffsets bereitgestellt werden kann, da nur bei einer genauen Winkelkenntnis das maximale Drehmoment bei einem Strombetrag (MTPA) geregelt werden kann. Zudem ist im Vergleich zu ganz anderen Verfahren, wie zum Beispiel eine Kurzschlussstrommessung, eine wesentlich niedrigere Drehzahl und keine Drehzahlstabilität erforderlich. Daher sind wesentliche Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung gemäß den Unteransprüchen unter anderem
- - Gepulste Messungen bei stehender oder langsam drehender Maschine (Elektromotor)
- - Kombination mit mehreren Positionen/ Messungen des Rotorlagegebers
- - Verwendung der Kenntnis über die Induktivitätsverteilung der Maschine inkl. Oberwellen, und
- - positionsorientierte Messung.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Rotorlage einer vorzugsweise permanenterregten Synchronmaschine, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der vorstehenden Aspekte durchzuführen.
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Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei Ausführung des Programms durch die Vorrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt dieses veranlassen, das vorstehende Verfahren auszuführen.
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Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung einen Computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogrammprodukt nach dem vorstehenden Aspekt gespeichert ist sowie ein Datenträgersignal, das das Computerprogrammprodukt überträgt.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 ist eine Darstellung von Spannungsraumzeigern in einem Koordinatensystem uα/uβ gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 2 ist eine Darstellung von Stromraumzeigern in einem Koordinatensystem iα/iβ gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
- 3 ist ein Diagramm zu Darstellung der Häufigkeit von Winkelfehlern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden.
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Detaillierte Beschreibung der Figuren
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1 ist eine Darstellung von Spannungsraumzeigern
in einem Koordinatensystem u
α/u
β gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Hierbei beschreibt die x-Achse die Spannung u
α in Volt und die y-Achse die Spannung u
β in Volt.
1 bezieht sich auf eine Methode zur Initialisierung bei stillstehender Maschine bzw. Elektromotor, wobei eine magnetisch anisotrope Maschine erforderlich ist.
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Hierbei stellt ein Stromrichter einen Spannungsraumzeiger
und direkt anschließend jeweils den entgegengesetzten Spannungsraumzeiger
Das bedeutet, dass für eine erste bestimmte Phasenlage ein erster Spannungsraumzeiger
gestellt wird und im Anschluss wird ein 180° dazu verschobener Spannungsraumzeiger
gestellt. Ein zweiter Spannungsraumzeiger
wird mit einer zum ersten Spannungsraumzeiger
unterschiedlicher Phasenlage gestellt und direkt im Anschluss wird der dazu um 180° verschobener Spannungsraumzeiger
gestellt.
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Auf diese Weise baut sich nach entsprechender Spannungsspeisung ein Strom in den Maschinenphasen auf und anschließend weitestgehend wieder ab. Der entgegengesetzte Spannungsraumzeiger
kann um den ohmschen Spannungsanteil korrigiert werden, um den Stromabbau zu beschleunigen.
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Der zweite bzw. nächste Spannungsraumzeiger
wird erst gestellt, wenn der Strom nahezu 0A beträgt und ist um einen bestimmten Winkel δ =360°/n verdreht zum ersten bzw. vorhergehenden Spannungsraumzeiger
Dieses Vorgehen wird gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 n-malig wiederholt. Gemäß
1 ist n=8.
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Die Stromantworten sind einzelne, entlang einer Ellipse 1 angeordnete Messpunkte, welche in
2 gezeigt sind.
2 ist eine Darstellung von Stromraumzeigern
in einem Koordinatensystem i
α/i
β gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Die Spitzen der Stromraumzeiger
liegen auf dem Umfang der Ellipse 1. Mit diesen Strommesspunkten kann die Methode der kleinsten Quadrate (engl.: Least Squares Verfahren) zur Ellipsennäherung genutzt werden. Die Hauptachse 2 der Ellipse 1 entspricht der d-Achse der Maschine bzw. des Elektromotors.
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Zur Polaritätsbestimmung werden Spannungspulse in beide Richtungen der d-Achse bzw. der Hauptachse 2 gestellt. Durch die Vorsättigung aufgrund des Permanentmagneten ist die Stromantwort in positive d-Richtung bzw. in positiver Richtung der Hauptachse 2 betragsmäßig größer.
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Eine solche Initialisierung nach dem vorstehenden Verfahren ist nach 2 bis 3ms abgeschlossen. Durch die Verwendung einer einzelnen Position kann eine Ungenauigkeit bis zur maximalen Winkelabweichung des Rotorlagesensors enthalten sein.
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Die Funktionsweise bei drehender Maschine bzw. drehendem Elektromotor entspricht dem vorstehend beschriebenen mit einer zusätzlichen Messung eines Sensorwinkels zu jedem Messzeitpunkt. Der Strom-Messpunkt wird mit den einzelnen, gemessenen Winkeln in ein rotorfestes Koordinatensystem transformiert und die Hauptachse 2 der Ellipse 1 geschätzt. Durch die Drehung werden Oberwellen sichtbar und es ergibt sich eine „eingedellte“ Ellipse (nicht gezeigt), also keine ideale Ellipse 1.
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3 ist ein Diagramm zu Darstellung der Häufigkeit von Winkelfehlern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Durch die Kombination der Strom- und Rotorlagemessungen und der Methode der kleinsten Fehlerquadrate werden einzelne Messungenauigkeiten beider Messungen gemittelt. Durch die Drehung der Maschine wird somit auch die Winkelabweichungen des Rotorlagesensors gemittelt. Demnach ist in 3 auf der x-Achse ein Winkelfehler in ° von -1 bis 3 angezeigt und auf der y-Achse die Häufigkeit der Winkelfehler in einem Bereich von 0 bis 12. In dem Diagramm ist zu erkennen, dass der am häufigsten vorkommende Winkelfehler bei 1° liegt und in Richtung größer 1° als auch in Richtung kleiner 1° immer seltener vorkommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ellipse
- 2
- Hauptachse
- δ
- Winkel zwischen den Spannungsraumzeigern
- γd̃
- Neigung der Ellipse
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- Spannungsraumzeiger
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- entgegengesetzter Spannungsraumzeiger
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- Stromraumzeiger
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008042360 A1 [0008]
- DE 102017207296 A1 [0009]