DE102022200801A1 - Method of controlling an electrical system and electrical system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Steuern eines elektrischen Systems (300) mit einem Inverter, wobei das System (300) bis zu einem Erreichen eines ersten Grenzwerts (201) eines Betriebsparameters (OP) des Systems (300) in einem ersten Steuerungsmodus (205) betrieben wird, wobei das System (300) zwischen dem ersten Grenzwert (201) und einem zweiten Grenzwert (203) des Betriebsparameters (OP) in einem zweiten Steuerungsmodus (207) betrieben wird, wobei das System (300) bei einem Überschreiten des zweiten Grenzwerts (203) in einem dritten Steuerungsmodus (209) betrieben wird, wobei im ersten Steuerungsmodus (205) eine Betriebsspannung (U) des Systems (300) gemäß einer ersten Modulationstechnik (206) moduliert wird und einen ersten Spannungsoffset (211) aufweist, wobei im zweiten Steuerungsmodus (207) die Betriebsspannung (U) gemäß einer zweiten Modulationstechnik (208) moduliert wird und einen zweiten Spannungsoffset (213) aufweist, wobei im dritten Steuerungsmodus (209) die Betriebsspannung (U) gemäß einer dritten Modulationstechnik (210) moduliert wird und einen zum ersten Spannungsoffset (211) verschiedenen dritten Spannungsoffset (215) aufweist, wobei ein Verlauf (214) des zweiten Spannungsoffsets (213) mit Bezug auf den Betriebsparameter (OP) eine endliche nichtverschwindende Steigung (216) aufweist, und wobei der zweite Spannungsoffset (213) für den ersten Grenzwert (201) dem ersten Spannungsoffset (211) und für den zweiten Grenzwert (203) dem dritten Spannungsoffset (215) entspricht.The invention relates to a method (100) for controlling an electrical system (300) with an inverter, the system (300) being in a first control mode until a first limit value (201) of an operating parameter (OP) of the system (300) is reached (205) is operated, wherein the system (300) is operated between the first limit (201) and a second limit (203) of the operating parameter (OP) in a second control mode (207), wherein the system (300) when exceeded of the second limit value (203) is operated in a third control mode (209), wherein in the first control mode (205) an operating voltage (U) of the system (300) is modulated according to a first modulation technique (206) and has a first voltage offset (211). , wherein in the second control mode (207) the operating voltage (U) is modulated according to a second modulation technique (208) and has a second voltage offset (213), wherein in the third control mode (209) the operating voltage (U) according to a third modulation technique (210) is modulated and has a third voltage offset (215) that is different from the first voltage offset (211), wherein a profile (214) of the second voltage offset (213) has a finite, non-vanishing slope (216) with respect to the operating parameter (OP), and wherein the second voltage offset (213) for the first limit value (201) corresponds to the first voltage offset (211) and for the second limit value (203) to the third voltage offset (215).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems mit Inverter und ein elektrisches System.The invention relates to a method for controlling an electrical system with an inverter and an electrical system.

Stand der TechnikState of the art

Für das Betreiben von elektrischen Motoren sind unterschiedliche Modulationstechniken zum Modulieren der Betriebsspannung des Motors bekannt. Je nach Optimierungskriterium, gemäß dem der Motor betrieben werden soll, weisen die unterschiedlichen Techniken Stärken und Schwächen auf. Insbesondere bei einem Betrieb des Motors über einen breiten Bereich des Optimierungskriteriums kann es vorteilhaft sein, verschiedene Modulationstechniken zu berücksichtigen. Das Schalten zwischen verschiedenen Modulationstechniken kann aber wiederum zu unerwünschten Effekten, wie beispielsweise einer Geräuschentwicklung, führen.Different modulation techniques for modulating the operating voltage of the motor are known for the operation of electric motors. Depending on the optimization criterion according to which the engine is to be operated, the different techniques have strengths and weaknesses. In particular when the engine is operated over a wide range of the optimization criterion, it can be advantageous to take various modulation techniques into account. However, switching between different modulation techniques can in turn lead to undesirable effects such as noise development.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems mit Inverter und ein elektrisches System bereitzustellen.It is therefore an object of the invention to provide an improved method for controlling an inverter electrical system and an electrical system.

Diese Aufgabe wird durch ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems mit Inverter und ein elektrisches System gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.This object is solved by an improved method for controlling an inverter electrical system and an electrical system according to the independent claims. Advantageous configurations are the subject matter of the subordinate claims.

Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems mit Inverter bereitgestellt, wobei das System bis zu einem Erreichen eines ersten Grenzwerts eines Betriebsparameters des Systems in einem ersten Steuerungsmodus betrieben wird, wobei das System zwischen dem ersten Grenzwert und einem zweiten Grenzwert des Betriebsparameters in einem zweiten Steuerungsmodus betrieben wird, wobei das System bei einem Überschreiten des zweiten Grenzwerts in einem dritten Steuerungsmodus betrieben wird, wobei im ersten Steuerungsmodus eine Betriebsspannung des Systems gemäß einer ersten Modulationstechnik moduliert wird und einen ersten Spannungsoffset aufweist, wobei im zweiten Steuerungsmodus die Betriebsspannung gemäß einer zweiten Modulationstechnik moduliert wird und einen zweiten Spannungsoffset aufweist, wobei im dritten Steuerungsmodus die Betriebsspannung gemäß einer dritten Modulationstechnik moduliert wird und einen zum ersten verschiedenen dritten Spannungsoffset aufweist, wobei ein Verlauf des zweiten Spannungsoffsets mit Bezug auf den Betriebsparameter eine endliche nichtverschwindende Steigung aufweist, und wobei der zweite Spannungsoffset für den ersten Grenzwert dem ersten Spannungsoffset und für den zweiten Grenzwert dem dritten Spannungsoffset entspricht.According to one aspect of the invention, a method for controlling an electrical system with an inverter is provided, wherein the system is operated in a first control mode until a first limit value of an operating parameter of the system is reached, the system is operated in a second control mode between the first limit value and a second limit value of the operating parameter, the system is operated in a third control mode when the second limit value is exceeded, wherein in the first control mode an operating voltage of the system is modulated according to a first modulation technique and has a first voltage offset, wherein in the second control mode the operating voltage is according to a second modulation technique is modulated and has a second voltage offset, wherein in the third control mode the operating voltage is modulated according to a third modulation technique and has a third voltage offset that is different from the first, wherein a profile of the second voltage offset has a finite, non-vanishing slope with respect to the operating parameter, and the second voltage offset corresponds to the first voltage offset for the first limit value and to the third voltage offset for the second limit value.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems bereitgestellt werden kann. Hierzu wird das System bis zum Erreichen eines ersten Grenzwerts eines ersten Betriebsparameters des Systems in einem ersten Steuerungsmodus betrieben, während das System zwischen dem ersten Grenzwert und einem zweiten Grenzwert des Betriebsparameters in einem zweiten Steuerungsmodus und bei einem Überschreiten des zweiten Grenzwerts in einem dritten Steuerungsmodus betrieben wird. Im ersten Steuerungsmodus wird eine Betriebsspannung des Systems gemäß einer ersten Modulationstechnik moduliert, während im zweiten Steuerungsmodus die Betriebsspannung gemäß einer zweiten Modulationstechnik moduliert wird und im dritten Steuerungsmodus die Betriebsspannung gemäß einer dritten Modulationstechnik moduliert wird. Die gemäß der ersten Modulationstechnik modulierte Betriebsspannung und die gemäß der dritten Modulationstechnik modulierte Betriebsspannung weisen hierbei zwei unterschiedliche Spannungsoffsets auf. Die zweite Modulationstechnik ist dadurch charakterisiert, dass die entsprechend modulierte Betriebsspannung zwischen den beiden Grenzwerten des Betriebsparameters einen veränderbaren Spannungsoffset aufweist, wobei ein Verlauf des Spannungsoffsets relativ zum Betriebsparameter eine endliche und nichtverschwindende Steigung aufweist. Durch die zweite Modulationstechnik im zweiten Steuerungsmodus kann somit eine stetige Anpassung gemäß der ersten Modulationstechnik modulierten Betriebsspannung im ersten Steuerungsmodus an die gemäß der dritten Modulationstechnik modulierten Betriebsspannung im dritten Steuerungsmodus angepasst werden. Durch das stetige Anpassen der gemäß den zwei unterschiedlichen Modulationstechniken modulierten Betriebsspannung kann ein ruckartiges Umschalten zwischen den ersten und zweiten Modulationstechniken vermieden werden. Derartige ruckartige Schaltungen zwischen verschiedenen Modulationstechniken können ungewollte Effekte, wie beispielsweise Geräuschentwicklungen innerhalb des Systems erzeugen. Durch das stetige Anpassen der beiden Modulationstechniken werden Geräuschentwicklungen substantiell reduziert bzw. vollständig vermieden.As a result, the technical advantage can be achieved that an improved method for controlling an electrical system can be provided. For this purpose, the system is operated in a first control mode until a first limit value of a first operating parameter of the system is reached, while the system is operated in a second control mode between the first limit value and a second limit value of the operating parameter and in a third control mode when the second limit value is exceeded. In the first control mode an operating voltage of the system is modulated according to a first modulation technique, while in the second control mode the operating voltage is modulated according to a second modulation technique and in the third control mode the operating voltage is modulated according to a third modulation technique. The operating voltage modulated according to the first modulation technique and the operating voltage modulated according to the third modulation technique have two different voltage offsets. The second modulation technique is characterized in that the correspondingly modulated operating voltage has a variable voltage offset between the two limit values of the operating parameter, with a profile of the voltage offset having a finite and non-vanishing gradient relative to the operating parameter. The second modulation technique in the second control mode can thus be used to continuously adapt the operating voltage modulated according to the first modulation technique in the first control mode to the operating voltage modulated according to the third modulation technique in the third control mode. A jerky switchover between the first and second modulation techniques can be avoided by continuously adapting the operating voltage modulated according to the two different modulation techniques. Such jerky switching between different modulation techniques can produce unwanted effects, such as noise within the system. By constantly adapting the two modulation techniques, noise emissions are substantially reduced or completely avoided.

Das elektrische System mit Inverter kann beispielsweise als ein elektrischer Motor oder ein DC-DC Wandler oder eine Energiequelle für erneuerbare Energien ausgebildet sein.The electrical system with inverter can be designed, for example, as an electric motor or a DC-DC converter or an energy source for renewable energies.

Nach einer Ausführungsform ist die erste Modulationstechnik eine Raumzeigermodulation SVM oder eine Pulsweitenmodulation mit Injektion einer dritten Harmonischen oder eine Pulsweitenmodulation mit verschwindendem Spannungsoffset.According to one embodiment, the first modulation technique is space vector modulation SVM or pulse width modulation with third harmonic injection or pulse width modulation with zero voltage offset.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise und einfach durchzuführende Modulationstechnik zur Modulation der Betriebsspannung im ersten Steuerungsmodus bereitgestellt werden kann.As a result, the technical advantage can be achieved that a precise and easy-to-implement modulation technique can be provided for modulating the operating voltage in the first control mode.

Eine Harmonische ist im Sinne der Anmeldung eine Oberwelle. Ein verschwindender Spannungsoffset ist im Sinne der Anmeldung ein Spannungsoffset mt Zahlenwert Null.A harmonic is a harmonic in the sense of the application. For the purposes of the application, a vanishing voltage offset is a voltage offset with a numerical value of zero.

Nach einer Ausführungsform ist die dritte Modulationstechnik eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM, oder eine Pulsweitenmodulation mit nichtverschwindendem Spannungsoffset.According to one embodiment, the third modulation technique is a discontinuous pulse width modulation DPWM, or a pulse width modulation with non-zero voltage offset.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise und einfach durchzuführende Modulationstechnik für die Betriebsspannung im dritten Steuerungsmodus bereitgestellt werden kann. Ein nichtverschwindender Spannungsoffset ist ein von Null verschiedener Spannungsoffset.As a result, the technical advantage can be achieved that a precise and easy-to-implement modulation technique can be provided for the operating voltage in the third control mode. A nonzero voltage offset is a non-zero voltage offset.

Nach einer Ausführungsform ist der dritte Spannungsoffset größer als der erste Spannungsoffset, wobei die diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM eine diskontinuierliche Flat Top Pulsweitenmodulation DPWM ist, oder wobei der dritte Spannungsoffset kleiner als der erste Spannungsoffset ist, und wobei die diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM eine diskontinuierliche Flat Bottom Pulsweitenmodulation DPWM ist.According to one embodiment, the third voltage offset is greater than the first voltage offset, the discontinuous pulse width modulation DPWM being a discontinuous flat top pulse width modulation DPWM, or the third voltage offset being smaller than the first voltage offset and the discontinuous pulse width modulation DPWM being a discontinuous flat bottom pulse width modulation DPWM.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine stetige Anpassung zwischen den Modulationstechniken der ersten und dritten Steuerungsmodi erreicht werden kann.In this way, the technical advantage can be achieved that a continuous adjustment between the modulation techniques of the first and third control modes can be achieved.

Nach einer Ausführungsform weist der Verlauf des zweiten Spannungsoffsets eine konstante Steigung auf.According to one embodiment, the profile of the second voltage offset has a constant gradient.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine stetige und einfach zu realisierende Anpassung der zwei Modulationstechniken der ersten und dritten Steuerungsmodi durch die zweite Modulationstechnik erreicht werden kann.In this way, the technical advantage can be achieved that a constant and easy-to-implement adaptation of the two modulation techniques of the first and third control modes can be achieved by the second modulation technique.

Nach einer Ausführungsform weist die Betriebsspannung im ersten Steuerungsmodus und/oder im zweiten Steuerungsmodus eine konstante Relation zum Betriebsparameter auf.According to one embodiment, the operating voltage has a constant relation to the operating parameter in the first control mode and/or in the second control mode.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass in den ersten und dritten Steuerungsmodi eine Steuerung des Systems mit einer stabilen Modulation der Betriebsspannung ermöglicht ist. Hierdurch kann ein ruhiges Laufverhalten des Systems erreicht werden.As a result, the technical advantage can be achieved that in the first and third control modes the system can be controlled with stable modulation of the operating voltage. This allows the system to run smoothly.

Nach einer Ausführungsform umfasst der Betriebsparameter eine Rotorgeschwindigkeit und/oder eine Betriebstemperatur und/oder eine Leistung des Systems.According to one embodiment, the operating parameter comprises a rotor speed and/or an operating temperature and/or a power of the system.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass das System in Relation zu verschiedenen Betriebsparametern in den drei verschiedenen Steuerungsmodi betrieben werden kann. So kann die Modulationstechnik in den ersten und dritten Steuerungsmodi beispielsweise in Bezug auf eine Rotorgeschwindigkeit des Systems angepasst werden und eine Modulationstechnik im ersten Steuerungsmodus ausgewählt werden, die geeignet ist für eine geringe Rotorgeschwindigkeit, und eine Modulationstechnik im dritten Steuerungsmodus ausgewählt werden, die für eine hohe Rotorgeschwindigkeit optimiert ist. Hierdurch kann eine optimierte Steuerung des Systems erreicht werden.In this way, the technical advantage can be achieved that the system can be operated in relation to different operating parameters in the three different control modes. For example, the modulation technique in the first and third control modes can be adjusted in relation to a rotor speed of the system and a modulation technique can be selected in the first control mode that is suitable for a low rotor speed and a modulation technique can be selected in the third control mode that is optimized for a high rotor speed. In this way, an optimized control of the system can be achieved.

Nach einer Ausführungsform umfasst die zweite Modulationstechnik eine Überlagerung eines Trägersignals mit der gemäß der ersten Modulationstechnik modulierten Betriebsspannung, wobei das Trägersignal eine mit Bezug auf den Betriebsparameter endliche nichtverschwindende Steigung aufweist.According to one embodiment, the second modulation technique includes superimposing a carrier signal with the operating voltage modulated according to the first modulation technique, the carrier signal having a finite, non-zero gradient with respect to the operating parameter.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine einfache Generierung der zweiten Modulationstechnik und des Verlaufs des Spannungsoffsets der gemäß der zweiten Modulationstechnik modulierten Betriebsspannung mit endlicher und nichtverschwindender Steigung relativ zum Betriebsparameter ermöglicht ist.This can achieve the technical advantage that the second modulation technique and the course of the voltage offset of the operating voltage modulated according to the second modulation technique can be easily generated with a finite and non-vanishing gradient relative to the operating parameter.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein elektrisches System mit einer Systemeinheit und einer Steuereinheit bereitgestellt, wobei die Steuereinheit eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen. According to a further aspect of the invention, an electrical system with a system unit and a control unit is provided, the control unit being set up to carry out the method according to the invention for controlling an electrical system according to one of the preceding embodiments.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes elektrisches System bereitgestellt werden kann, der eingerichtet ist, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems mit den oben genannten technischen Vorteilen gesteuert zu werden.As a result, the technical advantage can be achieved that an improved electrical system can be provided which is set up to be controlled according to the method according to the invention for controlling an electrical system with the above-mentioned technical advantages.

Nach einer Ausführungsform ist das elektrische System als ein elektrischer Motor mit einer Motoreinheit ausgebildet.According to one embodiment, the electrical system is designed as an electric motor with a motor unit.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbesserter elektrischer Motor bereitgestellt werden kann.As a result, the technical advantage can be achieved that an improved electric motor can be provided.

Nach einer Ausführungsform umfasst die Steuereinheit eine Modulationseinheit zum Ausführen der Modulation der Betriebsspannung, wobei die Modulationseinheit einen Signalkalkulator zum Modulieren der Betriebsspannung gemäß der ersten Modulationstechnik und einen Übergangskalkulator zum Generieren des Trägersignals mit der mit Bezug auf den Betriebsparameter endlichen nichtverschwindenden Steigung umfasst, und wobei die Modulationseinheit eingerichtet ist, über eine Überlagerung der gemäß der ersten Modulationstechnik modulierten Betriebsspannung mit dem Trägersignal die Betriebsspannung gemäß der zweiten Modulationstechnik zu modulieren.According to one embodiment, the control unit comprises a modulation unit for carrying out the modulation of the operating voltage, the modulation unit comprising a signal calculator for modulating the operating voltage according to the first modulation technique and a transition calculator for generating the carrier signal with the finite, non-vanishing slope in relation to the operating parameter, and the modulation unit being set up to modulate the operating voltage according to the second modulation technique by superimposing the operating voltage modulated according to the first modulation technique with the carrier signal.

Hierdurch kann der technische Effekt erreicht werden, dass eine einfache Lösung zur Modulation der Betriebsspannung gemäß der zweiten Modulationstechnik bereitgestellt werden kann.This can achieve the technical effect that a simple solution for modulating the operating voltage according to the second modulation technique can be provided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

  • 1 Graphendarstellungen einer Betriebsspannung, eines Betriebsstroms und einer Gleichtaktspannung eines Systems relativ zu einem Betriebsparameter des Systems; und
  • 2 ein Blockschaltbild eines elektrischen Systems; und
  • 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines elektrischen Systems.
Exemplary embodiments of the invention are explained using the following drawings. In the drawings show:
  • 1 Graph representations of an operating voltage, an operating current, and a common mode voltage of a system relative to an operating parameter of the system; and
  • 2 a block diagram of an electrical system; and
  • 3 a flowchart of a method for controlling an electrical system.

1 zeigt Graphendarstellungen einer Betriebsspannung U, eines Betriebsstroms I und einer Gleichtaktspannung UCM eines Systems 300 relativ zu einem Betriebsparameter OP des Systems 300. 1 12 shows graph representations of an operating voltage U, an operating current I, and a common-mode voltage U CM of a system 300 relative to an operating parameter OP of the system 300.

1 zeigt in den Graphiken a bis c die Verläufe einer Gleichtaktspannung UCM, der Betriebsspannung U und des Betriebsstroms I relativ zu einem Betriebsparameter OP eines elektrisch betreibbaren Systems. Das System wird erfindungsgemäß bis zum Erreichen eines ersten Grenzwerts 201 des Betriebsparameters OP in einem ersten Steuerungsmodus 205, zwischen dem ersten Grenzwert 201 und einem zweiten Grenzwert 203 des Betriebsparameters OP in einem zweiten Steuerungsmodus 207 und nach Überschreiten des zweiten Grenzwerts 203 in einem dritten Steuerungsmodus 209 betrieben. In der gezeigten Ausführungsform ist das System 300 als ein elektrischer Motor ausgebildet. 1 shows in graphics a to c the curves of a common-mode voltage U CM , the operating voltage U and the operating current I relative to an operating parameter OP of an electrically operable system. According to the invention, the system is operated in a first control mode 205 until a first limit value 201 of the operating parameter OP is reached, in a second control mode 207 between the first limit value 201 and a second limit value 203 of the operating parameter OP, and after the second limit value 203 is exceeded in a third control mode 209. In the embodiment shown, system 300 is configured as an electric motor.

In dem ersten Steuerungsmodus 205 wird die Betriebsspannung U gemäß einer ersten Modulationstechnik moduliert. In der Graphik b sind als Betriebsspannung U die Betriebsspannungen Ua, Ub, Uc der drei Motorphasen eines dreiphasigen elektrischen Motors dargestellt.In the first control mode 205, the operating voltage U is modulated according to a first modulation technique. The operating voltages U a , U b , U c of the three motor phases of a three-phase electric motor are shown as the operating voltage U in graph b.

In der gezeigten Ausführungsform ist erste Modulationstechnik der modulierten Betriebsspannung U im ersten Steuerungsmodus 205 durch eine Raumzeigermodulation SVM gebildet. Im ersten Steuerungsmodus 205 weist die gemäß der Raumzeigermodulation SVM modulierte Betriebsspannung U einen verschwindenden ersten Spannungsoffset 211 auf.In the embodiment shown, the first modulation technique of the modulated operating voltage U in the first control mode 205 is formed by a space vector modulation SVM. In the first control mode 205, the operating voltage U modulated according to the space vector modulation SVM has a vanishing first voltage offset 211.

Im dritten Steuerungsmodus 209 ist die Betriebsspannung U gemäß einer dritten Modulationstechnik moduliert. In der gezeigten Ausführungsform ist die dritte Modulationstechnik durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM gegeben. In dem gezeigten Beispiel weist die gemäß der diskontinuierlichen Pulsweitenmodulation DPWM modulierte Betriebsspannung U einen nichtverschwindenden dritten Spannungsoffset 215 auf.In the third control mode 209, the operating voltage U is modulated according to a third modulation technique. In the embodiment shown, the third modulation technique is given by a discontinuous pulse width modulation DPWM. In the example shown, the operating voltage U modulated according to the discontinuous pulse width modulation DPWM has a non-vanishing third voltage offset 215 .

Die Modulationen der Betriebsspannung U im ersten Steuerungsmodus 205 und im dritten Steuerungsmodus 209 sind in der gezeigten Ausführungsform jeweils konstant und die entsprechend modulierten Betriebsspannungen U weisen über die gesamten ersten und dritten Steuerungsmodi 205, 209 jeweils konstante erste und dritte Spannungsoffsets 211, 215 auf.The modulations of the operating voltage U in the first control mode 205 and in the third control mode 209 are constant in the embodiment shown, and the correspondingly modulated operating voltages U have constant first and third voltage offsets 211, 215 over the entire first and third control mode 205, 209.

Erfindungsgemäß wird der Motor im zweiten Steuerungsmodus 207 zwischen dem ersten Grenzwert 201 und dem zweiten Grenzwert 203 des Betriebsparameters OP mit einer Betriebsspannung U betrieben, die gemäß einer zweiten Modulationstechnik moduliert ist. Die zweite Modulationstechnik ist hierbei dadurch gekennzeichnet, dass die entsprechend modulierte Betriebsspannung U über den zweiten Steuerungsmodus 207 einen relativ zum Betriebsparameter OP veränderlichen zweiten Spannungsoffset 213 aufweist. Ein Verlauf 214 des zweiten Spannungsoffsets 213 weist hierbei über den zweiten Steuerungsmodus 207 zwischen dem ersten Grenzwert 201 und dem zweiten Grenzwert 203 des Betriebsparameters OP eine endliche und nichtverschwindende Steigung 216 auf. In der gezeigten Ausführungsform weist der Verlauf 214 eine konstante Steigung 216 auf. Erfindungsgemäß entspricht der zweite Spannungsoffset 213 im Punkt des ersten Grenzwerts 201 dem ersten Spannungsoffset 211, der gemäß der ersten Modulationstechnik modulierten Betriebsspannung U. Ferner entspricht der zweite Spannungsoffset 213 im Punkt des zweiten Grenzwerts 203 des Betriebsparameters OP dem dritten Spannungsoffset 215 der im dritten Steuerungsmodus 209 gemäß der dritten Modulationstechnik modulierten Betriebsspannung U.According to the invention, the motor is operated in the second control mode 207 between the first limit value 201 and the second limit value 203 of the operating parameter OP with an operating voltage U, which is modulated according to a second modulation technique. The second modulation technique is characterized in that the correspondingly modulated operating voltage U via the second control mode 207 has a second voltage offset 213 that is variable relative to the operating parameter OP. A profile 214 of the second voltage offset 213 has a finite and non-vanishing gradient 216 over the second control mode 207 between the first limit value 201 and the second limit value 203 of the operating parameter OP. In the embodiment shown, the curve 214 has a constant gradient 216 . According to the invention, the second voltage offset 213 at the point of the first limit value 201 corresponds to the first voltage offset 211 of the operating voltage U modulated according to the first modulation technique. Furthermore, the second voltage offset 213 at the point of the second limit value 203 corresponds to the operating parameter OP the third voltage offset 215 of the operating voltage U modulated in the third control mode 209 according to the third modulation technique.

In der gesamten Graphik b ist der Spannungsoffset 211, 213, 215 jeweils als Differenz zwischen einen gemittelten Spannungswert 217 und der Nulllinie des gezeigten Spannungsdiagramms ermittelt.In the entire graphic b, the voltage offset 211, 213, 215 is determined in each case as the difference between an averaged voltage value 217 and the zero line of the voltage diagram shown.

In der gezeigten Ausführungsform ist die im dritten Steuerungsmodus 209 gemäß der diskontinuierlichen Pulsweitenmodulation DPWM modulierten Betriebsspannung U im Bereich des maximalen Spannungswerts des Motors angeordnet. Die diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM ist hierbei als eine diskontinuierliche Flat Top Pulsweitenmodulation DPWM ausgebildet.In the embodiment shown, the operating voltage U modulated in the third control mode 209 according to the discontinuous pulse width modulation DPWM is arranged in the range of the maximum voltage value of the motor. The discontinuous pulse width modulation DPWM is designed here as a discontinuous flat top pulse width modulation DPWM.

Graphik a der 1 zeigt den Verlauf der Gleichtaktspannung UCM relativ zum Betriebsparameter OP für die drei Steuerungsmodi 205, 207, 209. Im Bereich der ersten und zweiten Steuerungsmodi 205, 207 weist die Gleichtaktspannung UCM einen Sägezahnverlauf auf. Im dritten Steuerungsmodus 209 weist die Gleichtaktspannung UCM einen Verlauf ähnlich zu einer gepulsten Gleichspannung auf.graphic a der 1 shows the curve of the common-mode voltage UCM relative to the operating parameter OP for the three control modes 205, 207, 209. In the area of the first and second control modes 205, 207, the common-mode voltage UCM has a sawtooth curve. In the third control mode 209, the common-mode voltage UCM has a profile similar to a pulsed DC voltage.

In c ist ein Verlauf des Betriebsstroms I relativ zum Betriebsparameter OP dargestellt. Über die Steuerungsmodi 205, 207, 209 zeigt der Betriebsstrom I einen stetigen Zuwachs der Signalamplitude. Einen Sprung der Signalamplitude, wie dies beispielsweise bei einem sprunghaften Umschalten zwischen der ersten Modulationstechnik und der dritten Modulationstechnik zu erwarten wäre, bleibt bei der erfindungsgemäßen Modulation aus. Hierdurch kann ein gleichmäßiger und ruhiger Betrieb des Motors erreicht werden.In c a course of the operating current I is shown relative to the operating parameter OP. Over the control modes 205, 207, 209, the operating current I shows a steady increase in the signal amplitude. With the modulation according to the invention, there is no jump in the signal amplitude, as would be expected, for example, in the event of a sudden switchover between the first modulation technique and the third modulation technique. As a result, a smooth and quiet operation of the engine can be achieved.

2 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems 300 mit einer Steuereinheit 301 und einer Motoreinheit 303. In der gezeigten Ausführungsform ist das System 300 wiederum als ein elektrischer Motor ausgebildet. Die Steuereinheit 301 umfasst eine Modulationseinheit 305. Mittels der Modulationseinheit 305 ist die Steuereinheit 301 eingerichtet, eine erfindungsgemäße Modulation der Betriebsspannung U des Systems 300 in drei verschiedenen Steuerungsmodi des Systems 300 zu modulieren. Hierzu umfasst die Modulationseinheit 305 einen Signalkalkulator 307 und einen Übergangskalkulator 309. Mittels dem Signalkalkulator 307 ist die Modulationseinheit 305 eingerichtet, die Betriebsspannungen Ua, Ub, Uc der drei Motorphasen des als Motor ausgebildeten Systems 300 im ersten Steuerungsmodus 205 gemäß der ersten Modulationstechnik 206 zu modulieren. Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Modulationstechnik 206 durch eine Raumzeigermodulation SVM realisiert sein. Über den Übergangskalkulator 309 ist die Modulationseinheit 305 ferner eingerichtet, für den zweiten Steuerungsmodus 207 die Betriebsspannung Ua, Ub, Uc gemäß der zweiten Modulationstechnik 208 zu modulieren. Hierzu erhält der Übergangskalkulator 309 Informationen bezüglich des Betriebsparameters OP. In Abhängigkeit des Betriebsparameters OP überlagert der Übergangskalkulator 309 die durch den Signalkalkulator 307 gemäß der ersten Modulationstechnik 206 modulierte Betriebsspannung Ua, Ub, Uc mit einem Trägersignal 219. Das Trägersignal 219 ist hierbei derart ausgestaltet, dass das Trägersignal 219 im ersten Steuerungsmodus 205 und im dritten Steuerungsmodus 209 jeweils einen konstanten Verlauf aufweist, während das Trägersignal 219 im zweiten Steuerungsmodus 207 eine endliche, nichtverschwindende Steigung 221 aufweist. Durch Überlagerung der gemäß der ersten Modulationstechnik 206 modulierten Betriebsspannung Ua, Ub, Uc mit dem Trägersignal 219 kann für den zweiten Steuerungsmodus 207 die zweite Modulationstechnik 208 mit dem relativ zum Betriebsparameter OP veränderlichen zweiten Spannungsoffset 213 und der endlichen nichtverschwindenden Steigung des Verlaufs 214 des zweiten Spannungsoffsets 213 erreicht werden. Ferner kann durch die Überlagerung des Trägersignals 219 für den dritten Steuerungsmodus 209 die dritte Modulationstechnik 210 in Form der diskontinuierlichen Pulsweitenmodulation DPWM erzeugt werden. Der Verlauf des Trägersignals 219 im dritten Steuerungsmodus 209 ist hierbei entsprechend dem dritten Spannungsoffset 215 der gemäß der dritten Modulationstechnik 210 modulierten Betriebsspannung U ausgebildet. 2 shows a block diagram of a system 300 with a control unit 301 and a motor unit 303. In the embodiment shown, the system 300 is again designed as an electric motor. The control unit 301 includes a modulation unit 305. The control unit 301 is set up by means of the modulation unit 305 to modulate a modulation according to the invention of the operating voltage U of the system 300 in three different control modes of the system 300. For this purpose, the modulation unit 305 comprises a signal calculator 307 and a transition calculator 309. The modulation unit 305 is set up by means of the signal calculator 307 to modulate the operating voltages U a , U b , U c of the three motor phases of the system 300 designed as a motor in the first control mode 205 according to the first modulation technique 206. According to an embodiment, the first modulation technique 206 can be implemented by a space vector modulation SVM. The modulation unit 305 is also set up via the transition calculator 309 to modulate the operating voltage U a , U b , U c according to the second modulation technique 208 for the second control mode 207 . For this purpose, the transition calculator 309 receives information regarding the operating parameter OP. Depending on the operating parameter OP, the transition calculator 309 superimposes a carrier signal 219 on the operating voltage U a , U b , U c modulated by the signal calculator 307 according to the first modulation technique 206. The carrier signal 219 is configured in such a way that the carrier signal 219 has a constant profile in the first control mode 205 and in the third control mode 209, while the carrier signal 219 has a constant profile in the second control mode 2 07 has a finite non-zero slope 221. By superimposing the carrier signal 219 on the operating voltage U a , U b , U c modulated according to the first modulation technique 206, the second modulation technique 208 can be achieved for the second control mode 207 with the second voltage offset 213 that is variable relative to the operating parameter OP and the finite, non-vanishing slope of the profile 214 of the second voltage offset 213. Furthermore, the third modulation technique 210 in the form of the discontinuous pulse width modulation DPWM can be generated by superimposing the carrier signal 219 for the third control mode 209 . The course of the carrier signal 219 in the third control mode 209 is formed here in accordance with the third voltage offset 215 of the operating voltage U modulated according to the third modulation technique 210 .

Gemäß einer Ausführungsform kann das System 300 als ein Gleichspannungsmotor bzw. als ein bürstenloser Gleichspannungsmotor ausgebildet sein.According to one embodiment, the system 300 can be embodied as a DC voltage motor or as a brushless DC voltage motor.

3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Steuern eines elektrischen Systems 300. 3 shows a flowchart of a method 100 for controlling an electrical system 300.

Erfindungsgemäß wird das zu steuernde System 300 bis zu einem Erreichen eines ersten Grenzwerts 201 eines Betriebsparameters OP des Systems 300 in einem ersten Steuerungsmodus 205 betrieben. Im ersten Steuerungsmodus 205 wird die Betriebsspannung U des Systems 300 gemäß einer ersten Modulationstechnik 206 moduliert. Die entsprechende modulierte Betriebsspannung U weist hierbei einen ersten konstanten Spannungsoffset 211 auf. Die erste Modulationstechnik 206 kann beispielsweise durch eine Raumzeigermodulation SVM gebildet sein.According to the invention, the system 300 to be controlled is operated in a first control mode 205 until a first limit value 201 of an operating parameter OP of the system 300 is reached. In the first control mode 205 the operating voltage U of the system 300 is modulated according to a first modulation technique 206 . In this case, the corresponding modulated operating voltage U has a first constant voltage offset 211 . The first modulation technique 206 can be formed by a space vector modulation SVM, for example.

Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt 103 wird das System 300 in dem ersten Grenzwert 201 und einem zweiten Grenzwert 203 des Betriebsparameters OP in einem zweiten Steuerungsmodus 207 betrieben. Im zweiten Steuerungsmodus 207 wird die Betriebsspannung U gemäß einer zweiten Modulationstechnik 208 moduliert. Die gemäß der zweiten Modulationstechnik 208 modulierte Betriebsspannung U weist hierbei über den zweiten Steuerungsmodus 207 einen relativ zum Betriebsparameter OP veränderlichen zweiten Spannungsoffset 213 auf. Ein Verlauf des Spannungsoffsets relativ zum Betriebsparameter OP weist hierbei eine nichtverschwindende endliche Steigung auf.According to a further method step 103, the system 300 is in the first limit value 201 and a second limit value 203 of the operation parameters OP operated in a second control mode 207 . In the second control mode 207 the operating voltage U is modulated according to a second modulation technique 208 . The operating voltage U modulated according to the second modulation technique 208 has, via the second control mode 207, a second voltage offset 213 that is variable relative to the operating parameter OP. A profile of the voltage offset relative to the operating parameter OP has a non-vanishing, finite gradient.

In einem weiteren Verfahrensschritt 105 wird bei Überschreiten des zweiten Grenzwerts 203 das System 300 in einem dritten Steuerungsmodus 209 betrieben. Im dritten Steuerungsmodus 209 wird die Betriebsspannung U des Systems 300 gemäß einer dritten Modulationstechnik 210 moduliert. Die dritte Modulationstechnik 210 kann beispielsweise durch eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM gebildet sein. Im dritten Steuerungsmodus 209 weist die gemäß der dritten Modulationstechnik 210 modulierte Betriebsspannung U einen vom ersten Spannungsoffset 211 verschiedenen dritten Spannungsoffset 215 auf. An den ersten und zweiten Grenzwerten 201, 203 entspricht der zweite Spannungsoffset 213 der gemäß der zweiten Modulationstechnik 208 modulierten Betriebsspannung U jeweils dem ersten Spannungsoffset 211 der im ersten Steuerungsmodus 205 gemäß der ersten Modulationstechnik 206 modulierten Betriebsspannung U bzw. dem dritten Spannungsoffset 215 der im dritten Steuerungsmodus 209 gemäß der dritten Modulationstechnik 210 modulierten Betriebsspannung U.In a further method step 105, the system 300 is operated in a third control mode 209 when the second limit value 203 is exceeded. In the third control mode 209 the operating voltage U of the system 300 is modulated according to a third modulation technique 210 . The third modulation technique 210 can be formed by a discontinuous pulse width modulation DPWM, for example. In the third control mode 209 , the operating voltage U modulated according to the third modulation technique 210 has a third voltage offset 215 that differs from the first voltage offset 211 . At the first and second limit values 201, 203, the second voltage offset 213 of the operating voltage U modulated according to the second modulation technique 208 corresponds to the first voltage offset 211 of the operating voltage U modulated in the first control mode 205 according to the first modulation technique 206 or to the third voltage offset 215 of the operating voltage U modulated in the third control mode 209 according to the third modulation technique 210.

Claims (11)

Verfahren (100) zum Steuern eines elektrischen Systems (300), wobei das System (300) bis zu einem Erreichen eines ersten Grenzwerts (201) eines Betriebsparameters (OP) des Systems (300) in einem ersten Steuerungsmodus (205) betrieben wird, wobei das System (300) zwischen dem ersten Grenzwert (201) und einem zweiten Grenzwert (203) des Betriebsparameters (OP) in einem zweiten Steuerungsmodus (207) betrieben wird, wobei das System (300) bei einem Überschreiten des zweiten Grenzwerts (203) in einem dritten Steuerungsmodus (209) betrieben wird, wobei im ersten Steuerungsmodus (205) eine Betriebsspannung (U) des Systems (300) gemäß einer ersten Modulationstechnik (206) moduliert wird und einen ersten Spannungsoffset (211) aufweist, wobei im zweiten Steuerungsmodus (207) die Betriebsspannung (U) gemäß einer zweiten Modulationstechnik (208) moduliert wird und einen zweiten Spannungsoffset (213) aufweist, wobei im dritten Steuerungsmodus (209) die Betriebsspannung (U) gemäß einer dritten Modulationstechnik (210) moduliert wird und einen zum ersten Spannungsoffset (211) verschiedenen dritten Spannungsoffset (215) aufweist, wobei ein Verlauf (214) des zweiten Spannungsoffsets (213) mit Bezug auf den Betriebsparameter (OP) eine endliche nichtverschwindende Steigung (216) aufweist, und wobei der zweite Spannungsoffset (213) für den ersten Grenzwert (201) dem ersten Spannungsoffset (211) und für den zweiten Grenzwert (203) dem dritten Spannungsoffset (215) entspricht.Method (100) for controlling an electrical system (300), wherein the system (300) is operated in a first control mode (205) until a first limit value (201) of an operating parameter (OP) of the system (300) is reached, the system (300) being operated in a second control mode (207) between the first limit value (201) and a second limit value (203) of the operating parameter (OP), the system (300) being operated when it is exceeded of the second limit value (203) is operated in a third control mode (209), wherein in the first control mode (205) an operating voltage (U) of the system (300) is modulated according to a first modulation technique (206) and has a first voltage offset (211), wherein in the second control mode (207) the operating voltage (U) is modulated according to a second modulation technique (208) and has a second voltage offset (213), wherein in the third control mode ( 209) the operating voltage (U) is modulated according to a third modulation technique (210) and has a third voltage offset (215) that is different from the first voltage offset (211), a curve (214) of the second voltage offset (213) having a finite, non-vanishing slope (216) with respect to the operating parameter (OP), and the second voltage offset (213) for the first limit value (201) corresponding to the first voltage offset (211) and for the second limit (203) corresponds to the third voltage offset (215). Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Modulationstechnik (206) eine Raumzeigermodulation SVM oder Pulsweitenmodulation mit Einspeisung einer dritten Harmonischen oder eine Pulsweitenmodulation mit einem verschwindenden Spannungsoffset ist.Method (100) according to claim 1 wherein the first modulation technique (206) is a space vector modulation SVM or pulse width modulation with third harmonic injection or pulse width modulation with a zero voltage offset. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die dritte Modulationstechnik (210) eine diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM oder eine Pulsweitenmodulation mit einem nicht verschiedenen Spannungsoffset ist.A method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the third modulation technique (210) is a discontinuous pulse width modulation DPWM or a pulse width modulation with a non-different voltage offset. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei der dritte Spannungsoffset (215) größer als der erste Spannungsoffset (211) ist, und wobei die diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM eine diskontinuierliche Flat Top Pulsweitenmodulation DPWM ist; oder wobei der dritte Spannungsoffset (215) kleiner als der erste Spannungsoffset (211) ist, und wobei die diskontinuierliche Pulsweitenmodulation DPWM eine diskontinuierliche Flat Bottom Pulsweitenmodulation DPWM ist.Method (100) according to claim 3 , wherein the third voltage offset (215) is greater than the first voltage offset (211), and wherein the discontinuous pulse width modulation DPWM is a discontinuous flat top pulse width modulation DPWM; or wherein the third voltage offset (215) is smaller than the first voltage offset (211), and wherein the discontinuous pulse width modulation DPWM is a discontinuous flat bottom pulse width modulation DPWM. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Verlauf (214) des zweiten Spannungsoffsets (213) eine konstante Steigung (216) aufweist.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the profile (214) of the second voltage offset (213) has a constant slope (216). Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsspannung (U) im ersten Steuerungsmodus (205) und/oder im dritten Steuerungsmodus (209) eine konstante Relation zum Betriebsparameter (OP) aufweist.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the operating voltage (U) in the first control mode (205) and/or in the third control mode (209) has a constant relation to the operating parameter (OP). Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Betriebsparameter (OP) eine Rotorgeschwindigkeit und/oder eine Betriebstemperatur und/oder eine Leistung des Systems (300) umfasst.Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the operating parameter (OP) comprises a rotor speed and/or an operating temperature and/or a power of the system (300). Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die zweite Modulationstechnik (208) eine Überlagerung eines Trägersignals (219) mit der gemäß der ersten Modulationstechnik (206) modulierten Betriebsspannung (U) umfasst, und wobei das Trägersignal (219) eine mit Bezug auf den Betriebsparameter (OP) endliche nichtverschwindende Steigung (221) aufweist.The method (100) according to any one of the preceding claims, wherein the second modulation technique (208) comprises superimposition of a carrier signal (219) with the operating voltage (U) modulated according to the first modulation technique (206), and wherein the carrier signal (219) has a finite, non-vanishing slope (221) with respect to the operating parameter (OP). Elektrisches System (300) mit einer Systemeinheit (303) und einer Steuereinheit (301), wobei die Steuereinheit (301) eingerichtet ist, das Verfahren (100) zum Steuern eines elektrischen Systems (300) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 8 auszuführen.Electrical system (300) with a system unit (303) and a control unit (301), wherein the control unit (301) is set up, the method (100) for controlling an electrical system (300) according to one of the preceding Claims 1 until 8th to execute. System (300) nach Anspruch 9, wobei die Steuereinheit (301) eine Modulationseinheit (305) zum Ausführen der Modulation der Betriebsspannung (U) umfasst, wobei die Modulationseinheit (305) einen Signalkalkulator (307) zum Modulieren der Betriebsspannung (U) gemäß der ersten Modulationstechnik (206) und einen Übergangskalkulator (309) zum Generieren des Trägersignals (219) mit der mit Bezug auf den Betriebsparameter (OP) endlichen nichtverschwindenden Steigung (221) umfasst, und wobei die Modulationseinheit (305) eingerichtet ist, über eine Überlagerung der gemäß der ersten Modulationstechnik (206) modulierten Betriebsspannung (U) mit dem Trägersignal (219) die Betriebsspannung (U) gemäß der zweiten Modulationstechnik (208) zu modulieren.system (300) after claim 9 , wherein the control unit (301) comprises a modulation unit (305) for performing the modulation of the operating voltage (U), wherein the modulation unit (305) comprises a signal calculator (307) for modulating the operating voltage (U) according to the first modulation technique (206) and a transition calculator (309) for generating the carrier signal (219) with the non-zero gradient (221) finite with respect to the operating parameter (OP), and wherein the module ation unit (305) is set up to modulate the operating voltage (U) according to the second modulation technique (208) by superimposing the according to the first modulation technique (206) modulated operating voltage (U) with the carrier signal (219). System (300) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das System (300) als ein elektrischer Motor ausgebildet ist.system (300) after claim 9 or 10 , wherein the system (300) is designed as an electric motor.
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