DE102022208061A1

DE102022208061A1 - Method for determining a secondary current in a rotor of an electrical machine

Info

Publication number: DE102022208061A1
Application number: DE102022208061.0A
Authority: DE
Inventors: Julian Kamps
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-03
Filing date: 2022-08-03
Publication date: 2024-02-08

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Sekundärstroms in einem Rotor einer elektrischen Maschine (2), insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine, einer elektrischen Anordnung (1), welche elektrische Anordnung (1) eine Primärseite (4) und eine Sekundärseite (5) aufweist, wobei auf der Primärseite (4) ein Wechselrichter (7) und auf der Sekundärseite (5) der Rotor der elektrischen Maschine (2) angeordnet ist, wobei die Primärseite (4) und die Sekundärseite (5) mittels einer Übertragungseinrichtung (6), insbesondere einen Transformator, miteinander gekoppelt sind, wobei auf der Primärseite (4) ein Primärstrom erfasst und basierend auf einem Rotormodell, insbesondere einem R-L-Rotormodell, ein zu erwartender Sekundärstrom der Sekundärseite (5) bestimmt wird, wobei aus dem zu erwartenden Sekundärstrom ein zu erwartender Primärstrom bestimmt und mit dem erfassten Primärstrom verglichen wird und basierend auf einem Vergleichsergebnis ein Korrekturwert für den zu erwartenden Sekundärstrom bestimmt wird.

Method for determining a secondary current in a rotor of an electrical machine (2), in particular a separately excited synchronous machine, of an electrical arrangement (1), which electrical arrangement (1) has a primary side (4) and a secondary side (5), on the primary side (4) an inverter (7) and the rotor of the electrical machine (2) is arranged on the secondary side (5), the primary side (4) and the secondary side (5) being connected to one another by means of a transmission device (6), in particular a transformer are coupled, wherein a primary current is detected on the primary side (4) and an expected secondary current of the secondary side (5) is determined based on a rotor model, in particular an RL rotor model, an expected primary current being determined from the expected secondary current and with the detected primary current is compared and based on a comparison result a correction value for the expected secondary current is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Sekundärstroms in einem Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine, einer elektrischen Anordnung, welche elektrische Anordnung eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei auf der Primärseite ein Wechselrichter und auf der Sekundärseite der Rotor der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei die Primärseite und die Sekundärseite mittels einer Übertragungseinrichtung, insbesondere einem Transformator, miteinander gekoppelt sind.The invention relates to a method for determining a secondary current in a rotor of an electrical machine, in particular a separately excited synchronous machine, an electrical arrangement, which electrical arrangement has a primary side and a secondary side, with an inverter on the primary side and the rotor of the electrical machine on the secondary side is arranged, wherein the primary side and the secondary side are coupled to one another by means of a transmission device, in particular a transformer.

Verfahren zur Bestimmung von Sekundärströmen in Rotoren elektrischer Maschinen, insbesondere in fremderregten Synchronmaschinen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Die Verwendung fremderregter Synchronmaschinen ist beispielsweise im Hinblick auf Kostenvorteile bzw. die reduzierte Verwendung schwerer seltener Erden vorteilhaft. Demgegenüber besteht das Erfordernis der aktiven Bestromung des Rotors der elektrischen Maschine, die beispielsweise durch Kohlebürsten und Schleifringe durchgeführt wird. Alternativ ist eine kontaktlose Stromübertragung über einen Transformer bzw. einen Übertrager möglich. Bei der kontaktlosen Stromübertragung ist die Bestimmung des Sekundärstroms in dem Rotor jedoch nur eingeschränkt ausführbar, da sich der Rotor mit einer vergleichsweise hohen Drehzahl dreht und beispielsweise von einem Kühlmittel umgeben ist, zum Beispiel in Öl laufen kann.Methods for determining secondary currents in rotors of electrical machines, in particular in externally excited synchronous machines, are generally known from the prior art. The use of externally excited synchronous machines is advantageous, for example, in terms of cost advantages and the reduced use of heavy rare earths. In contrast, there is a requirement for active current supply to the rotor of the electrical machine, which is carried out, for example, by carbon brushes and slip rings. Alternatively, contactless power transmission via a transformer or transformer is possible. However, with contactless power transmission, the determination of the secondary current in the rotor can only be carried out to a limited extent, since the rotor rotates at a comparatively high speed and is surrounded by a coolant, for example, can run in oil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren anzugeben welches eine Bestimmung des Sekundärstroms ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a method which enables the secondary current to be determined.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The task is solved by a method with the features of claim 1. Advantageous refinements are the subject of the subclaims.

Wie eingangs beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Sekundärstroms in einem Rotor einer elektrischen Maschine, im Speziellen in einem Rotor einer fremderregten Synchronmaschine. Die fremderregte Synchronmaschine kann Bestandteil einer elektrischen Anordnung sein, die eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist. Grundsätzlich sind die Begriffe Primärseite und Sekundärseite beliebig wählbar bzw. eine Aufteilung und Zuordnung einzelner Bestandteile der elektrischen Anordnung beliebig möglich. Auf der Sekundärseite der elektrischen Maschine ist der Rotor angeordnet bzw. ist der Rotor der Sekundärseite zugeordnet. Die Primärseite weist einen Wechselrichter auf, durch den Ströme erzeugt werden können, die dem Rotor zugeführt werden sollen. Zwischen der Primärseite und der Sekundärseite ist eine Übertragungseinrichtung, insbesondere ein Transformator, angeordnet bzw. ist die Primärseite mit der Sekundärseite über die Übertragungseinrichtung gekoppelt. Die Kopplung über die Übertragungseinrichtung erlaubt die seitens des Wechselrichters erzeugten Ströme kontaktlos an die Sekundärseite zu führen.As described at the beginning, the invention relates to a method for determining a secondary current in a rotor of an electrical machine, in particular in a rotor of a separately excited synchronous machine. The externally excited synchronous machine can be part of an electrical arrangement that has a primary side and a secondary side. In principle, the terms primary side and secondary side can be chosen arbitrarily and individual components of the electrical arrangement can be divided and assigned as desired. The rotor is arranged on the secondary side of the electrical machine or the rotor is assigned to the secondary side. The primary side has an inverter through which currents can be generated that are to be supplied to the rotor. A transmission device, in particular a transformer, is arranged between the primary side and the secondary side or the primary side is coupled to the secondary side via the transmission device. The coupling via the transmission device allows the currents generated by the inverter to be routed to the secondary side without contact.

Die Sekundärseite und die Primärseite können jeweils mehrere weitere Bestandteile aufweisen. Die Sekundärseite weist insbesondere auch einen Gleichrichter auf, durch den die von dem Wechselrichter erzeugten Wechselströme gleichgerichtet werden können. Mit anderen Worten werden seitens des Wechselrichters Wechselströme erzeugt, die anschließend über die Übertragungseinrichtung kontaktlos an die Sekundärseite übertragen werden können, wobei auf der Sekundärseite über den Gleichrichter Gleichstrom aus dem übertragenen Wechselstrom erzeugt wird, der anschließend dem Rotor als Sekundärstrom zugeführt werden kann.The secondary side and the primary side can each have several further components. In particular, the secondary side also has a rectifier through which the alternating currents generated by the inverter can be rectified. In other words, alternating currents are generated by the inverter, which can then be transmitted contactlessly to the secondary side via the transmission device, with direct current being generated on the secondary side via the rectifier from the transmitted alternating current, which can then be supplied to the rotor as secondary current.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass auf der Primärseite ein Primärstrom erfasst und basierend auf einem Rotormodell, insbesondere einem R-L-Rotormodell, ein zu erwartender Sekundärstrom der Sekundärseite bestimmt wird, wobei aus dem zu erwartenden Sekundärstrom ein zu erwartender Primärstrom bestimmt und mit dem erfassten Primärstrom verglichen wird und basierend auf einem Vergleichsergebnis ein Korrekturwert für den zu erwartenden Sekundärstrom bestimmt wird. Demnach basiert die Bestimmung des Sekundärstroms grundsätzlich auf einer Erfassung, zum Beispiel einer Messung, des Primärstroms auf der Primärseite. Da die Primärseite den stationären Teil der elektrischen Anordnung beschreibt, ist dort die Erfassung des Primärstroms gegenüber einer direkten Erfassung des Sekundärstroms deutlich vereinfacht.The invention is based on the knowledge that a primary current is detected on the primary side and an expected secondary current of the secondary side is determined based on a rotor model, in particular an R-L rotor model, an expected primary current being determined from the expected secondary current and with the detected one Primary current is compared and based on a comparison result a correction value for the expected secondary current is determined. Accordingly, the determination of the secondary current is fundamentally based on a detection, for example a measurement, of the primary current on the primary side. Since the primary side describes the stationary part of the electrical arrangement, the detection of the primary current is significantly simplified there compared to direct detection of the secondary current.

Der erfasste Primärstrom kann anschließend dem Rotormodell, zum Beispiel dem R-L-Rotormodell zugeführt werden. Das Rotormodell kann beispielsweise auf oder mit einer Steuerungseinrichtung bzw. Recheneinrichtung ausgeführt werden und den zugeführten Primärstrom für die Berechnung von Ausgangsgrößen verwenden. Dem Rotormodell können weitere Betriebsparameter oder Größen zugeführt werden. Grundsätzlich kann das Rotormodell auch kennfeldbasiert, zum Beispiel im Rahmen einer sogenannten „look-up-table“, betrieben oder festgelegt werden. Das R-L-Rotormodell kann gegebenenfalls mittels weiterer sich anschließender Berechnung oder Modellierung, zur Bestimmung eines zu erwartenden Sekundärstroms der Sekundärseite verwendet werden.The recorded primary current can then be fed to the rotor model, for example the R-L rotor model. The rotor model can, for example, be implemented on or with a control device or computing device and use the primary current supplied to calculate output variables. Additional operating parameters or variables can be added to the rotor model. In principle, the rotor model can also be operated or defined based on a map, for example as part of a so-called “look-up table”. The R-L rotor model can, if necessary, be used to determine an expected secondary current on the secondary side by means of further subsequent calculation or modeling.

Mit anderen Worten wird der Primärstrom erfasst, d.h. beispielsweise mittels eines geeigneten Sensors gemessen, und der zu erwartende Sekundärstrom wird bestimmt, das heißt beispielsweise berechnet. Anschließend kann aus dem zu erwartenden Sekundärstrom ein zu erwartender Primärstrom bestimmt werden und mit dem zuvor erfassten Primärstrom verglichen werden. Daraus lässt sich ein Vergleichsergebnis bestimmen, das beispielsweise eine Differenz aus dem erfassten Primärstrom und dem zu erwartenden Primärstrom beschreibt oder umfasst. Basierend auf dem Vergleichsergebnis kann anschließend ein Korrekturwert für den zu erwartenden Sekundärstrom bestimmt werden.In other words, the primary current is detected, ie, for example, using a suitable one Sensor measured, and the expected secondary current is determined, i.e. calculated, for example. An expected primary current can then be determined from the expected secondary current and compared with the previously recorded primary current. From this, a comparison result can be determined which, for example, describes or includes a difference between the detected primary current and the expected primary current. Based on the comparison result, a correction value for the expected secondary current can then be determined.

Die hierin verwendete Formulierung „zu erwartender“ Primärstrom/Sekundärstrom beschreibt somit diejenigen Größen, die aus dem Modell bestimmt werden, wohingegen die erfassten Größen, beispielsweise der erfasste Primärstrom, direkt gemessen werden können.The formulation “expected” primary current/secondary current used here therefore describes those variables that are determined from the model, whereas the recorded variables, for example the recorded primary current, can be measured directly.

Vorteilhafterweise wird somit eine Größe verwendet, die ohne großen Aufwand direkt gemessen werden kann, nämlich der gemessene bzw. erfasste Primärstrom. Aus diesem kann durch das Rotormodell der zu erwartende Sekundärstrom bestimmt werden, d.h. derjenige Sekundärstrom, der über die Übertragungseinrichtung übertragen wurde und gegebenenfalls durch den Gleichrichter gleichgerichtet dem Rotor zugeführt werden kann. Das Verfahren beruht weiter darauf, dass aus dem zu erwartenden Sekundärstrom ein zu erwartender Primärstrom bestimmt wird, d.h. dass der aus dem Modell bestimmte zu erwartende Sekundärstrom dafür verwendet wird, modellbasiert zu bestimmen welcher zu erwartende Primärstrom für die Erzeugung des zu erwartenden Sekundärstroms primärseitig eingestellt sein müsste. Durch anschließenden Vergleich des zu erwartenden Primärstroms mit dem tatsächlich erfassten Primärstrom kann letztlich überprüft werden, ob der zu erwartende Sekundärstrom korrekt modelliert bzw. bestimmt wurde.Advantageously, a quantity is used that can be measured directly without much effort, namely the measured or recorded primary current. From this, the expected secondary current can be determined using the rotor model, i.e. the secondary current that was transmitted via the transmission device and, if necessary, can be fed to the rotor in a rectified manner by the rectifier. The method is further based on the fact that an expected primary current is determined from the expected secondary current, i.e. that the expected secondary current determined from the model is used to determine based on the model which expected primary current should be set on the primary side for the generation of the expected secondary current would have to. By subsequently comparing the expected primary current with the actually recorded primary current, it can ultimately be checked whether the expected secondary current was modeled or determined correctly.

Tritt nämlich keine Abweichung zwischen dem erfassten Primärstrom und dem zu erwartenden Primärstrom auf, kann davon ausgegangen werden, dass der zu erwartende Sekundärstrom, der letztlich die Grundlage für die Bestimmung des zu erwartenden Primärstroms bildet, korrekt bestimmt wurde. Tritt eine Abweichung auf, kann ein Korrekturwert bestimmt werden, um den der zu erwartende Sekundärstrom korrigiert werden kann, sodass letztlich Abweichungen zwischen dem zu erwartenden Primärstrom und dem erfassten Primärstrom eliminiert werden können, um den korrekten zu erwartenden Sekundärstrom bestimmen zu können.If there is no deviation between the detected primary current and the expected primary current, it can be assumed that the expected secondary current, which ultimately forms the basis for determining the expected primary current, was determined correctly. If a deviation occurs, a correction value can be determined by which the expected secondary current can be corrected, so that deviations between the expected primary current and the detected primary current can ultimately be eliminated in order to be able to determine the correct expected secondary current.

Vorteilhafterweise kann somit das Modell gegenüber einem Modell für die vollständige elektrische Anordnung reduziert ausgeführt werden und letztlich auf ein Rotormodell, zum Beispiel ein R-L-Rotormodell, reduziert werden. Dabei kann im Speziellen ausgenutzt werden, dass das dynamische Verhalten des RL-Glieds auch in dem Rotormodell berücksichtigt wird. Zum einen ist somit eine einfache Strommessung ausreichend, nämlich eine Messung bzw. Erfassung des Primärstroms auf der Primärseite. Ferner zeichnet sich das Verfahren durch eine geringe Störungsempfindlichkeit aus, da die Filterwirkung der Induktivität auch in dem Rotormodell berücksichtigt wird.Advantageously, the model can therefore be designed to be reduced compared to a model for the complete electrical arrangement and ultimately reduced to a rotor model, for example an R-L rotor model. In particular, it can be used that the dynamic behavior of the RL element is also taken into account in the rotor model. On the one hand, a simple current measurement is sufficient, namely a measurement or detection of the primary current on the primary side. Furthermore, the method is characterized by a low sensitivity to interference, since the filter effect of the inductance is also taken into account in the rotor model.

Bei dem Verfahren kann insbesondere vorgesehen sein, dass eine zu erwartende Sekundärspannung aus einer auf der Primärseite erfassten Primärspannung basierend auf einem Übertragungsmodell der Übertragungseinrichtung bestimmt und dem Rotormodell für die Bestimmung des zu erwartenden Sekundärstroms zugeführt wird. Wie bereits in Bezug auf die Erfassung des Primärstroms beschrieben, kann auch die Primärspannung auf der Primärseite vereinfacht erfasst werden. Diese kann anschließend durch das Übertragungsmodell, das letztlich die Übertragungseinrichtung beschreibt, in die Sekundärspannung übersetzt bzw. umgerechnet werden. Anschließend kann die Sekundärspannung dem Rotormodell zugeführt werden, sodass, wie bereits beschrieben, mittels des Rotormodells der zu erwartende Sekundärstrom bestimmt werden kann. Das Übertragungsmodell basiert letztlich auf einem vereinfachten Modell des induktiven Übertragers bzw. der induktiven Übertragungseinrichtung. Das Übertragungsmodell kann zum Beispiel kennfeldbasiert ausgeführt sein, im Speziellen kann das Übertragungsmodell auf einem kennfeldbasierten Leistungsansatz für die Übertragungseinrichtung basieren.In the method, it can be provided in particular that an expected secondary voltage is determined from a primary voltage detected on the primary side based on a transmission model of the transmission device and fed to the rotor model for determining the expected secondary current. As already described with regard to the detection of the primary current, the primary voltage on the primary side can also be detected in a simplified manner. This can then be translated or converted into the secondary voltage by the transmission model, which ultimately describes the transmission device. The secondary voltage can then be supplied to the rotor model so that, as already described, the expected secondary current can be determined using the rotor model. The transmission model is ultimately based on a simplified model of the inductive transmitter or the inductive transmission device. The transmission model can, for example, be designed based on a map; in particular, the transmission model can be based on a map-based performance approach for the transmission device.

Die zu erwartende Sekundärspannung, die wie beschrieben, dem Rotormodell zugeführt werden kann, um den zu erwartenden Sekundärstrom zu bestimmen, kann basierend auf einer magnetischen Kopplung zwischen dem Stator der elektrischen Maschine und dem Rotor bestimmt werden, insbesondere kennfeldbasiert bzw. kann die magnetische Kopplung bei der Bestimmung der zu erwartenden Sekundärspannung berücksichtigt werden. Das Verfahren erlaubt somit die magnetische Kopplung zwischen dem Stator der elektrischen Maschine und dem Rotor der elektrischen Maschine zu berücksichtigen und beispielsweise basierend auf einem Kennfeld zu bestimmen und auszugeben, sodass die magnetische Kopplung in die Bestimmung der sekundärseitigen zu erwartenden Sekundärspannung einfließen kann. Zum Beispiel kann hierfür ebenfalls ein Kennfeld hinterlegt sein, insbesondere in einer geeigneten Steuerungseinrichtung, sodass in Abhängigkeit eines Statorstroms die jeweilige Kopplung durch das Statormagnetfeld ausgeben werden kann.The expected secondary voltage, which can be supplied to the rotor model as described in order to determine the expected secondary current, can be determined based on a magnetic coupling between the stator of the electrical machine and the rotor, in particular based on a map or the magnetic coupling can be determined at must be taken into account when determining the expected secondary voltage. The method thus allows the magnetic coupling between the stator of the electrical machine and the rotor of the electrical machine to be taken into account and, for example, to be determined and output based on a characteristic map, so that the magnetic coupling can flow into the determination of the secondary voltage to be expected on the secondary side. For example, a characteristic map can also be stored for this, in particular in a suitable control device, so that the respective coupling can be output by the stator magnetic field depending on a stator current.

Hierzu kann die magnetische Kopplung stromabhängig bestimmt werden, insbesondere basierend auf einem gemessenen Statorstrom. Beispielsweise kann der Statorstrom gemessen werden und als Eingangsgröße für die Berechnung der magnetischen Kopplung bereitgestellt werden. Die magnetische Kopplung des Stators ergibt sich dabei stromabhängig, sodass für verschieden starke Ströme verschiedene Kopplungen bestimmt werden können.For this purpose, the magnetic coupling can be determined as a function of the current, in particular based on a measured stator current. For example, the stator current can be measured and provided as an input variable for calculating the magnetic coupling. The magnetic coupling of the stator is dependent on the current, so that different couplings can be determined for different currents.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass eine zu erwartende Sekundärleistung aus dem zu erwartenden Sekundärstrom und einer zu erwartenden Sekundärspannung bestimmt wird, wobei der zu erwartende Primärstrom basierend auf der zu erwartenden Sekundärleistung bestimmt wird. Wie zuvor beschrieben, können der zu erwartende Sekundärstrom und die zu erwartende Sekundärspannung modellbasiert bestimmt werden, beispielsweise durch Verwendung der erfassten Primärspannung als Eingangsgröße. In Kenntnis der zu erwartenden elektrischen Größen der Sekundärseite, insbesondere der zu erwartenden Sekundärspannung und des zu erwartenden Sekundärstroms lässt sich eine Leistungsberechnung durchführen, die eine zu erwartende Sekundärleistung liefert. Die zu erwartende Sekundärleistung kann anschließend, wie eingangs beschrieben, verwendet werden, um daraus den zu erwartenden Primärstrom zu bestimmen, sodass anschließend der Vergleich mit dem tatsächlich erfassten Primärstrom ausgeführt werden kann, um den Korrekturwert für den zu erwartenden Sekundärstrom zu bestimmen.According to a further embodiment of the method, it can be provided that an expected secondary power is determined from the expected secondary current and an expected secondary voltage, the expected primary current being determined based on the expected secondary power. As described above, the expected secondary current and the expected secondary voltage can be determined based on a model, for example by using the detected primary voltage as an input variable. Knowing the expected electrical variables of the secondary side, in particular the expected secondary voltage and the expected secondary current, a power calculation can be carried out that delivers an expected secondary power. The expected secondary power can then be used, as described at the beginning, to determine the expected primary current, so that the comparison can then be carried out with the actually detected primary current in order to determine the correction value for the expected secondary current.

Im Speziellen kann der zu erwartende Primärstrom basierend auf der zu erwartenden Sekundärleistung, der erfassten Primärspannung und dem Wirkungsgrad der Übertragungseinrichtung bestimmt werden. Wie eingangs beschrieben, wird die Primärspannung primärseitig erfasst, beispielsweise analog zu dem erfassten Primärstrom über einen geeigneten Sensor. In Kenntnis des Wirkungsgrads der Übertragungseinrichtung kann die zu erwartende Sekundärleistung als Grundlage dafür verwendet werden, den zu erwartenden Primärstrom zu bestimmen. Hierbei kann die erfasste Primärspannung in die Berechnung einfließen, sodass sich der zu erwartende Primärstrom bestimmen lässt. Der Wirkungsgrad der Übertragungseinrichtung kann hierzu vorbestimmt bzw. kalibriert oder vordefiniert sein. Der Wirkungsgrad bestimmt bzw. beschreibt letztlich die Übertragung zwischen der Primärseite und der Sekundärseite über die Übertragungseinrichtung bzw. das Verhalten des Wechselrichters, der Übertragungseinrichtung und des Gleichrichters.In particular, the expected primary current can be determined based on the expected secondary power, the detected primary voltage and the efficiency of the transmission device. As described at the beginning, the primary voltage is detected on the primary side, for example analogous to the detected primary current via a suitable sensor. Knowing the efficiency of the transmission device, the expected secondary power can be used as a basis for determining the expected primary current. The recorded primary voltage can be included in the calculation so that the expected primary current can be determined. For this purpose, the efficiency of the transmission device can be predetermined or calibrated or predefined. The efficiency ultimately determines or describes the transmission between the primary side and the secondary side via the transmission device or the behavior of the inverter, the transmission device and the rectifier.

Wie eingangs beschrieben, wird durch Vergleich des erfassten Primärstroms mit dem zu erwartenden Primärstrom, der aus dem Modell bestimmt wurde, ein Vergleichsergebnis gebildet, das anschließend verwendet werden kann, um einen Korrekturwert, insbesondere einen Stromkorrekturwert, zu bestimmen, um den der zu erwartende Sekundärstrom korrigiert werden kann um einen korrigierten zu erwartenden Sekundärstrom ausgeben zu können. Das Vergleichsergebnis aus dem Vergleich zwischen dem zu erwartenden Primärstrom und dem erfassten Primärstrom kann im Speziellen einem Regler, insbesondere einem PI-Regler, zugeführt werden und ein Korrekturwert kann derart erzeugt werden, dass eine Differenz zwischen dem gemessenen Primärstrom und dem zu erwartenden Primärstrom reduziert oder eliminiert wird. Der Regler regelt letztlich die Differenz zwischen dem gemessenen Primärstrom und dem zu erwartenden Primärstrom zu null. Ist die Differenz zwischen dem gemessenen Primärstrom und dem zu erwartenden Primärstrom eliminiert, entspricht der zu erwartende Sekundärstrom dem tatsächlichen Sekundärstrom.As described at the beginning, by comparing the detected primary current with the expected primary current, which was determined from the model, a comparison result is formed, which can then be used to determine a correction value, in particular a current correction value, around which the expected secondary current can be corrected in order to be able to output a corrected expected secondary current. The comparison result from the comparison between the expected primary current and the detected primary current can in particular be fed to a controller, in particular a PI controller, and a correction value can be generated in such a way that a difference between the measured primary current and the expected primary current is reduced or is eliminated. The controller ultimately controls the difference between the measured primary current and the expected primary current to zero. If the difference between the measured primary current and the expected primary current is eliminated, the expected secondary current corresponds to the actual secondary current.

Nach einer Weiterbildung des Verfahrens kann die Primärspannung aus einer Versorgungsspannung, insbesondere einer Zwischenkreisspannung, und einem Tastverhältnis bestimmt werden. Die Versorgungsspannung, die aufgrund des Tastverhältnisses bzw. „duty cycles“ in die Primärspannung umgesetzt wird, kann nach dieser Ausgestaltung bestimmt werden. Wie beschrieben, kann die Primärspannung anschließend zur Bestimmung der zu erwartenden Sekundärspannung bzw. des zu erwartenden Sekundärstroms verwendet werden.According to a further development of the method, the primary voltage can be determined from a supply voltage, in particular an intermediate circuit voltage, and a duty cycle. The supply voltage, which is converted into the primary voltage due to the duty cycle or duty cycle, can be determined according to this embodiment. As described, the primary voltage can then be used to determine the expected secondary voltage or the expected secondary current.

Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung eine Erfassungseinrichtung zur Bestimmung eines Sekundärstroms in einem Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer fremderregten Synchronmaschine, einer elektrischen Anordnung, welche elektrische Anordnung eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist, wobei auf der Primärseite ein Wechselrichter und auf der Sekundärseite der Rotor der elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei die Primärseite und die Sekundärseite mittels einer Übertragungseinrichtung, insbesondere einen Transformator, miteinander gekoppelt sind, wobei die Erfassungseinrichtung dazu ausgebildet ist, auf der Primärseite eine Primärstrom zu erfassen und basierend auf einem Rotormodell, insbesondere einem R-L-Rotormodell, einen zu erwartenden Sekundärstrom der Sekundärseite zu bestimmen, wobei die Erfassungseinrichtung dazu ausgebildet ist, aus dem zu erwartenden Sekundärstrom einen zu erwartender Primärstrom zu bestimmen und mit dem erfassten Primärstrom zu vergleichen und basierend auf einem Vergleichsergebnis einen Korrekturwert für den zu erwartenden Sekundärstrom zu bestimmen. In addition to the method, the invention relates to a detection device for determining a secondary current in a rotor of an electrical machine, in particular a separately excited synchronous machine, an electrical arrangement, which electrical arrangement has a primary side and a secondary side, with an inverter on the primary side and the rotor on the secondary side the electrical machine is arranged, wherein the primary side and the secondary side are coupled to one another by means of a transmission device, in particular a transformer, the detection device being designed to detect a primary current on the primary side and based on a rotor model, in particular an R-L rotor model, to determine an expected secondary current of the secondary side, wherein the detection device is designed to determine an expected primary current from the expected secondary current and to compare it with the detected primary current and to determine a correction value for the expected secondary current based on a comparison result.

Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Anordnung mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, wobei auf der Primärseite ein Wechselrichter und auf der Sekundärseite der Rotor einer elektrischen Maschine angeordnet ist, wobei die Primärseite und die Sekundärseite mittels einer Übertragungseinrichtung, insbesondere einem Transformator, miteinander gekoppelt sind, und umfassend eine zuvor beschriebene Erfassungseinrichtung. Das beschriebene Verfahren kann mittels der Erfassungseinrichtung ausgeführt werden, insbesondere der Erfassungseinrichtung des Kraftfahrzeugs.The invention further relates to a motor vehicle, comprising an electrical arrangement with a primary side and a secondary side, an inverter being arranged on the primary side and the rotor of an electrical machine being arranged on the secondary side, the primary side and the secondary side being arranged by means of a transmission device, in particular a transformer. are coupled to each other, and comprising a previously described detection device. The method described can be carried out using the detection device, in particular the detection device of the motor vehicle.

Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf die Erfassungseinrichtung das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt.All advantages, details and features that have been described in relation to the method are completely transferable to the detection device of the motor vehicle and vice versa.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellung und zeigen:

1 einen schematischen Ausschnitt einer elektrischen Anordnung; und
2 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens.

The invention is explained below using an exemplary embodiment with reference to the figures. The figures are a schematic representation and show:

1 a schematic section of an electrical arrangement; and
2 a schematic flowchart of the process.

1 zeigt einen schematischen Ausschnitt einer elektrischen Anordnung 1, beispielsweise einer elektrischen Anordnung 1 eines Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug ist nicht näher dargestellt, kann jedoch die beschriebene elektrische Anordnung 1 aufweisen. Die elektrische Anordnung 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf, die ebenfalls lediglich im Ausschnitt dargestellt ist. Von der elektrischen Maschine 2 ist zum Beispiel schematisch eine Rotorwicklung 3 des Rotors dargestellt. Die elektrische Maschine 2 ist zum Beispiel eine fremderregte Synchronmaschine. Grundsätzlich weist die elektrische Anordnung 1 eine Primärseite 4 und eine Sekundärseite 5 auf, die zum Beispiel durch eine Übertragungseinrichtung 6, zum Beispiel ein Transformer, Übertrager bzw. Transformator, schematisch voneinander abgegrenzt sind. 1 shows a schematic section of an electrical arrangement 1, for example an electrical arrangement 1 of a motor vehicle. The motor vehicle is not shown in more detail, but can have the electrical arrangement 1 described. The electrical arrangement 1 has an electrical machine 2, which is also only shown in detail. For example, a rotor winding 3 of the rotor of the electrical machine 2 is shown schematically. The electrical machine 2 is, for example, a separately excited synchronous machine. Basically, the electrical arrangement 1 has a primary side 4 and a secondary side 5, which are schematically delimited from one another, for example by a transmission device 6, for example a transformer, transmitter or transformer.

Der Primärseite 4 ist ein Wechselrichter 7 zugeordnet, der dazu ausgebildet ist, einen Primärstrom zu erzeugen, der als Wechselstrom über die Übertragungseinrichtung 6 an die Sekundärseite 5 übertragen werden kann. Der Sekundärseite 5 ist neben der Rotorwicklung 3 bzw. neben dem Rotor bzw. im Allgemeinen der elektrischen Maschine, ein Gleichrichter 8 zugeordnet, der aus dem übertragenen Wechselstrom den Sekundärstrom erzeugt, der dem Rotor, zum Beispiel der Rotorwicklung 3, zugeführt werden kann. Die in den strichlierten Kästen dargestellten Bestandteile der Primärseite 4 und der Sekundärseite 5 sind durch die Übertragungseinrichtung 6, die, wie beschrieben, zur kontaktlosen Stromübertragung zwischen der Primärseite 4 und der Sekundärseite 5 ausgebildet ist, gleichzeitig in einen stationären Anteil der elektrischen Anordnung 1 und einen rotierenden Anteil der elektrischen Anordnung 1 abgegrenzt. Den Sekundärstrom direkt zu erfassen bzw. zu messen ist daher schwierig möglich, da dieser im rotierenden Teil der elektrischen Anordnung 1 erzeugt wird. Da der Rotor der elektrischen Maschine üblicherweise mit mehreren 10.000 Umdrehungen/min rotiert und gegebenenfalls zusätzlich in einem Kühlmittel, beispielsweise Öl, läuft, ist eine direkte Messung nur vergleichsweise aufwendig zu realisieren.The primary side 4 is assigned an inverter 7, which is designed to generate a primary current that can be transmitted as alternating current via the transmission device 6 to the secondary side 5. In addition to the rotor winding 3 or next to the rotor or generally the electrical machine, the secondary side 5 is assigned a rectifier 8, which generates the secondary current from the transmitted alternating current, which can be supplied to the rotor, for example the rotor winding 3. The components of the primary side 4 and the secondary side 5 shown in the dashed boxes are simultaneously converted into a stationary part of the electrical arrangement 1 and a stationary part of the electrical arrangement 1 by the transmission device 6, which, as described, is designed for contactless power transmission between the primary side 4 and the secondary side 5 rotating portion of the electrical arrangement 1 is delimited. It is therefore difficult to detect or measure the secondary current directly, since it is generated in the rotating part of the electrical arrangement 1. Since the rotor of the electrical machine usually rotates at several 10,000 revolutions/min and may also run in a coolant, for example oil, a direct measurement is comparatively complex to implement.

Das Verfahren beruht stattdessen auf der Erkenntnis, dass die elektrischen Größen der Primärseite 4 erfasst werden, nämlich eine Primärspannung V_Prim und ein Primärstrom I_Prim, die durch geeignete Sensoren erfasst werden können. Beispielsweise kann die Primärspannung V_Prim aus einer Versorgungsspannung V_DC und der Tastrate „d“ bestimmt werden und einem ersten Block 9 zugeführt werden, in dem die Übersetzung der Primärspannung V_Prim von der Primärseite 4 in die Sekundärseite 5 erfolgt. Hierbei kann zusätzlich in einem Block 10 die magnetische Kopplung des Stators bzw. die Statorinduktion berücksichtigt werden und in einem Block 11 die zu erwartende Sekundärspannung V'_Sec bestimmt werden. Diese kann in einem Block 12 einem Rotormodell, insbesondere einem RL-Rotormodell zugeführt werden, in dem, beispielsweise kennfeldbasiert, der zu erwartende Sekundärstrom I'_Sec bestimmt wird.The method is instead based on the knowledge that the electrical variables of the primary side 4 are detected, namely a primary voltage V _Prim and a primary current I _Prim , which can be detected by suitable sensors. For example, the primary voltage V _Prim can be determined from a supply voltage V _DC and the sampling rate “d” and fed to a first block 9, in which the primary voltage V _Prim is translated from the primary side 4 into the secondary side 5. In this case, the magnetic coupling of the stator or the stator induction can also be taken into account in a block 10 and the expected secondary voltage V' _Sec can be determined in a block 11. This can be fed in a block 12 to a rotor model, in particular an RL rotor model, in which the expected secondary current I' _Sec is determined, for example based on a map.

In einem Block 13 kann anschließend der zu erwartende Sekundärstrom I'_Sec mit einem Korrekturwert I_Corr verrechnet werden und gegebenenfalls ein korrigierter zu erwartender Sekundärstrom I'_{Sec, corr} ausgegeben werden. Um den Korrekturwert I_Corr zu berechnen bzw. zu überprüfen, ob der zu erwartende Sekundärstrom I'_Sec, der aus dem Rotormodell aus Block 12 bestimmt wurde, korrekt bestimmt wurde, kann in einem Block 14 eine zu erwartende Sekundärleistung P'_Sec bestimmt werden. Dem Block 14 wird dazu der zu erwartende Sekundärstrom I'_Sec aus dem Rotormodell zugeführt und die zuvor bestimmte zu erwartende Sekundärspannung V'_Sec.In a block 13, the expected secondary current I' _Sec can then be offset against a correction value I _Corr and, if necessary, a corrected expected secondary current I' _{Sec, corr} can be output. In order to calculate the correction value I _Corr or to check whether the expected secondary current I' _Sec , which was determined from the rotor model from block 12, was determined correctly, an expected secondary power P' _Sec can be determined in a block 14. For this purpose, the expected secondary current I' _Sec from the rotor model is supplied to the block 14 and the previously determined expected secondary voltage V' _Sec .

Zusammen mit dem Wirkungsgrad η der elektrischen Anordnung 1, der vordefiniert bzw. kalibriert sein kann, wird in einem Block 15 zusammen mit der zugeführten erfassten Primärspannung V_Prim der zu erwartende Primärstrom I'_Prim bestimmt. Der zu erwartende Primärstrom I'_Prim ergibt sich beispielsweise aus der zu erwartenden Sekundärleistung P'_Sec, da diese über den Wirkungsgrad η mit den elektrischen Größen der Primärseite 4 zusammenhängt, sodass in Kenntnis der zu erwartenden Sekundärleistung P'_Sec und der erfassten Primärspannung V_Prim sowie des Wirkungsgrads η eine Bestimmung bzw. Berechnung des zu erwartenden Primärstroms I'_Prim möglich ist.Together with the efficiency η of the electrical arrangement 1, which can be predefined or calibrated, the expected primary current I ' _Prim is determined in a block 15 together with the detected primary voltage V _Prim supplied. The expected primary current I' _Prim results, for example, from the expected secondary power P' _Sec , since this is related to the electrical variables of the primary side 4 via the efficiency η, so that with knowledge of the expected secondary power P' _Sec and the detected primary voltage V _Prim as well as the efficiency η Determination or calculation of the expected primary current I' _Prim is possible.

Anschließend wird die zuvor erfasste Primärstrom I_Prim mit dem aus Block 15 bestimmten zu erwartenden Primärstrom I'_Prim in einem Block 16 verglichen und das Vergleichsergebnis einem Regler 17 zugeführt. Der Regler 17 kann beispielsweise als PI-Regler ausgeführt sein und dazu ausgebildet sein, das Vergleichsergebnis zwischen dem erfassten Primärstrom I_Prim und dem zu erwartenden Primärstrom I'_Prim aus Block 16 zu null zu regeln. Hierzu gibt der Regler 17 einen Korrekturwert I_Corr für den zu erwarten Sekundärstrom I'_Sec aus, der wie zuvor beschrieben, dem Block 13 zugeführt werden kann. Ist das Vergleichsergebnis bzw. die Differenz zwischen dem erfassten Primärstrom I_Prim und dem zu erwartenden Primärstrom I'_Prim zu null geregelt, entspricht der zu erwartende Sekundärstrom I'_Sec dem tatsächlichen Sekundärstrom.The previously recorded primary current I _Prim is then compared with the expected primary current I ' _Prim determined from block 15 in a block 16 and the comparison result is fed to a controller 17. The controller 17 can, for example, be designed as a PI controller and be designed to regulate the comparison result between the detected primary current I _Prim and the expected primary current I ' _Prim from block 16 to zero. For this purpose, the controller 17 outputs a correction value I _Corr for the expected secondary current I' _Sec , which can be supplied to the block 13 as described above. If the comparison result or the difference between the detected primary current I _Prim and the expected primary current I' _Prim is regulated to zero, the expected secondary current I' _Sec corresponds to the actual secondary current.

BezugszeichenReference symbols

11: 1 elektrische Anordnung1 electrical arrangement
22: elektrische Maschineelectric machine
33: RotorwicklungRotor winding
44: Primärseiteprimary page
55: SekundärseiteSecondary side
66: ÜbertragungseinrichtungTransmission facility
77: WechselrichterInverter
88th: Gleichrichterrectifier
9-169-16: Blockblock
1717: Regler Regulator
ηη: WirkungsgradEfficiency
VDCVDC: VersorgungsspannungSupply voltage
dd: Tastverhältnisduty cycle
VPrimVPrim: erfasste Primärspannungdetected primary voltage
V'SecV'Sec: zu erwartende Sekundärspannungexpected secondary voltage
IPrimIPrim: erfasster Primärstromrecorded primary current
I'PrimI'Prim: zu erwartender Primärstromexpected primary current
I'SecI'Sec: zu erwartender Sekundärstromexpected secondary current
P'SecP'Sec: zu erwartende Sekundärleistungexpected secondary performance
ICorrICorr: KorrekturwertCorrection value
I'Sec, corrI'Sec, corr: korrigierter zu erwartender Sekundärstromcorrected expected secondary current

Claims

Method for determining a secondary current in a rotor of an electrical machine (2), in particular a separately excited synchronous machine, of an electrical arrangement (1), which electrical arrangement (1) has a primary side (4) and a secondary side (5), on the primary side (4) an inverter (7) and the rotor of the electrical machine (2) is arranged on the secondary side (5), the primary side (4) and the secondary side (5) being connected to one another by means of a transmission device (6), in particular a transformer are coupled, characterized in that a primary current is detected on the primary side (4) and an expected secondary current of the secondary side (5) is determined based on a rotor model, in particular an RL rotor model, an expected primary current being derived from the expected secondary current is determined and compared with the detected primary current and based on a comparison result a correction value for the expected secondary current is determined.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that an expected secondary voltage is determined from a primary voltage detected on the primary side (4) based on a transmission model of the transmission device (6) and fed to the rotor model for determining the expected secondary current.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the expected secondary voltage is determined based on a magnetic coupling between the stator of the electrical machine (2) and the rotor, in particular based on a map.

Procedure according to Claim 2 or 3 , characterized in that the magnetic coupling is determined as a function of the current, in particular based on a measured stator current.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an expected secondary power is determined from the expected secondary current and an expected secondary voltage, the expected primary current being determined based on the expected secondary power.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the expected primary current is determined based on the expected secondary power, the detected primary voltage and the efficiency of the transmission device (6).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the comparison result is fed to a controller (17), in particular a PI controller, and a correction value is generated such that a difference between the measured primary current and the expected primary current is reduced or eliminated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the primary voltage is determined from a supply voltage, in particular an intermediate circuit voltage, and a duty cycle.

Detection device for determining a secondary current in a rotor of an electrical machine (2), in particular a separately excited synchronous machine, of an electrical arrangement (1), which electrical arrangement (1) has a primary side (4) and a secondary side (5), on the primary side (4) an inverter (7) and the rotor of the electrical machine (2) is arranged on the secondary side (5), the primary side (4) and the secondary side (5) being connected to one another by means of a transmission device (6), in particular a transformer are coupled, characterized in that the detection device is designed to detect a primary current on the primary side (4) and to determine an expected secondary current of the secondary side (5) based on a rotor model, in particular an RL rotor model, wherein the detection device is designed to determine an expected primary current from the expected secondary current and to compare it with the detected primary current and to determine a correction value for the expected secondary current based on a comparison result.

Motor vehicle, comprising an electrical arrangement (1) with a primary side (4) and a secondary side (5), an inverter (7) being arranged on the primary side (4) and the rotor of an electrical machine (2) being arranged on the secondary side (5). is, wherein the primary side (4) and the secondary side (5) are coupled to one another by means of a transmission device (6), in particular a transformer, and comprising a detection device according to the preceding claim.