DE112018000391T5 - Steuerungssystem für eine elektrische Rotationsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine mehrphasige und synchrone elektrische Rotationsmaschine, die einen Stator (31) und einen Rotor (30) aufweist, wobei das besagte Steuerungssystem aufweist:- eine Elektronikplatine (16) zum Erzeugen von Statorkommutierungssignalen in Abhängigkeit eines Intensitätsvektors (I) in einem Raumzeiger-Bezugssystem;- einen Wechselrichter (29), der in der Lage ist, eine Spannungsquelle (1) in Abhängigkeit der Statorkommutierungssignale umzuwandeln, um jeder der Statorwicklungen (8, 9, 10) eine Spannung und eine Intensität mit einer elektrischen Schwingung (we) derart zuzuführen, dass der Stator einen magnetischen Statorfluss (PHI) erzeugt, wobei der magnetische Statorfluss (PHI) nach einer Park-Transformation die Komponenten PHId und PHIq hat.Dabei ist vorgesehen, dass beim Übergang vom vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation (22) zum Vollwellen-Steuerungsmodus (24) der Wechselrichter (29) und die Elektronikplatine (16) eingerichtet sind, um in einem Festspannungs-Steuerungsmodus (23) zu arbeiten, gemäß welchem der Wechselrichter (29) und die Elektronikplatine (16) in einem Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation arbeiten, in dem eine Komponente Iq des Intensitätsvektors (I) geregelt wird, wobei der Betrag eines entsprechenden Spannungsvektors (V) einen durch die Elektronikplatine (16) bestimmten Wert aufweist.

Description

• Technisches Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem für eine elektrische Rotationsmaschine sowie sein korrespondierendes Steuerungsverfahren. Dieses System weist insbesondere elektrischen AC/DC Stromwandler, auch Wechselrichter genannt, auf.
• Die Erfindung findet besonders bevorzugt Anwendung bei elektrischen Rotationsmaschinen des mehrphasigen, reversiblen Typs, sogenannte Generator-Starter, die in der Automobilindustrie verwendet werden.
• Technologischer Hintergrund
• Ein Wechselrichter ermöglicht es, aus einer Gleichstromquelle die für den Betrieb einer mehrphasigen elektrischen Rotationsmaschine erforderlichen mehrphasigen Ströme zu erzeugen.
• Im Allgemeinen weist ein Wechselrichter aus Kommutierungselementen, die mehrere Leistungszweige bilden, die jeweils zwei Kommutierungselemente in einer klassischen Brückenarchitektur mit zwei Potenzialen umfassen.
• Der Punkt in der Mitte zwischen einem Paar von Kommutierungselementen desselben Leistungszweiges ist mit einer Phasenwicklung des Stators der elektrischen Rotationsmaschine verbunden.
• Die französische Patentanmeldung FR2745445 der Gesellschaft VALEO ELECTRONIQUE beschreibt einen Brückengleichrichter am Statorausgang des Generators, die auch als Brücke zur Steuerung der Phasen des Elektromotors dient, wobei die Leistungstransistoren der Brückenzweige durch Folgen von Rechtecksignalen gesteuert werden, die von einer Steuerungseinheit geliefert werden. Eine solche Vollwellen genannte Steuerung ist dem Fachmann bekannt.
• Die Kommutierungselemente können auch durch Pulsweitenmodulationsverfahren, PWM genannt (oder PWM im Englischen als Abkürzung für „Pulse Width Modulation“) angesteuert werden.
• Die 1 veranschaulicht kurzgefasst das Prinzip einer Steuerung einer vektoriellen Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation, wobei die elektrische Maschine 104 in diesem Fall dreiphasig dargestellt ist.
• Für diese Steuerung werden zwei Werte Id und Iq, die die Komponenten eines Intensitätsvektors in einem Raumzeiger-Bezugssystem sind, mit Hilfe von zwei Steuerwerten Vd und Vq geregelt, die die Komponenten eines Spannungsvektors in einem Raumzeiger-Bezugssystem sind.
• Auf die beiden Werte Vd und Vq wird eine Transformation T^-1, beispielsweise eine inverse Park-Transformation, angewendet, und daraus werden Spannungen 100 für jede der Phasen abgeleitet.
• Aus den Spannungen 100 werden für jedes der Kommutierungselemente eines Wechselrichters 29 anhand einer Berechnung 101 Kommutierungssignale 102 bestimmt. Die Kommutierungssignale 102 werden so berechnet, dass die an die elektrischen Phasen der Maschine gelieferten Spannungen die Werte 100 annehmen. Diese Kommutierungssignale 102 sind vom PWM-Typ.
• Es fließen Ströme 103 aus dem Wechselrichter 29, die für jede der Phasen der Maschine 104 bestimmt sind.
• Anschließend wird eine Transformation T durchgeführt, z.B. eine Park-Transformation, um aus den Strömen 103 die beiden Werte Id und Iq in einem Raumzeiger-Bezugssystem zu bestimmen.
• Die beiden Werte Id und Iq werden von Referenzwerten subtrahiert, die beispielsweise von einem Referenzdrehmoment C der Maschine abhängen, und dann einem Regler des Typs Proportional-Integral-Differenzial zugeführt, um daraus Vd bzw. Vq abzuleiten.
• Die französische Patentanmeldung FR2895598 der Firma VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR beschreibt ein spezifisches Verfahren zur PWM-Steuerung eines mehrphasigen Wechselrichters, das sowohl eine Reduzierung der Kommutierungsverluste als auch eine Reduzierung eines Wirkstroms im Entkopplungskondensator derart ermöglicht, dass die Welligkeit der Versorgungsspannung reduziert wird.
• Es ist bekannt aus der französischen Patentanmeldung FR3004299 der Firma VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR, die Steuerungsstrategie zu ändern, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors der elektrischen Rotationsmaschine.
• Die kanadische Patentanmeldung CA2027983 beschreibt eine Strategie für den Übergang von einer PWM-Steuerung zu einer Vollsteuerung mit der Vergrößerung der Drehzahl. Insbesondere ist eine Umschaltung zwischen den beiden Steuerungen vorgesehen, wenn die Anzahl der Einbrüche im Strom eine bestimmte Anzahl überschreitet. Eine analoge Umsetzung der Übergangsstrategie wird ebenfalls beschrieben.
• Die kanadische Patentanmeldung CA2631299 beschreibt die Umsetzung einer Übergangsphase beim Umschalten von einer PWM- zur Vollwellensteuerung.
• Allerdings konkretisieren diese beiden Patentanmeldungen nicht die Steuerung der elektrischen Größen der Maschine während des Übergangs.
• Im Allgemeinen variiert während des Umschaltens zwischen der PWM-Steuerung und der Vollwellensteuerung der Maximalwert des Betrags des Spannungsvektors, auch bezeichnet als maximal wechselrichtbare Spannung. Diese Differenz des Spannungsvektorbetrags zwischen den beiden Modi verhindert einen perfekten Übergang und erzeugt einen störenden Übergangsstrom.
• Aufgabe der Erfindung
• Die Erfindung hat zur Aufgabe, diesem Bedürfnis nachzukommen und gleichzeitig mindestens einen der oben genannten Nachteile zu überwinden.
• Erfindungsgemäß wird ein Steuerungssystem für eine mehrphasige und synchrone elektrische Rotationsmaschine vorgeschlagen, die einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei das besagte Steuerungssystem umfasst:
• - eine Elektronikplatine zum Erzeugen von Statorkommutierungssignalen in Abhängigkeit eines Intensitätsvektors in einem Raumzeiger-Bezugssystem;
• - einen Wechselrichter, der in der Lage ist, eine Spannungsquelle in Abhängigkeit der Statorkommutierungssignale umzuwandeln, um jeder der Statorwicklungen eine Spannung und eine Intensität mit einer elektrischen Schwingung derart zuzuführen, dass der Stator einen magnetischen Statorfluss erzeugt, wobei der magnetische Statorfluss nach einer Park-Transformation die Komponenten PHId und PHIq hat;
• - einen Sensor für die Ströme der Phasenwicklungen des Stators; und
• - einen Geber für die Drehzahl des Rotors und dessen Position;
wobei der Wechselrichter und die Elektronikplatine eingerichtet sind, gemäß einem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation mit einer maximal wechselrichtbaren Spannung und einem Modulationsindex maximalen Werts, und gemäß einem Vollwellen-Steuerungsmodus mit einem Modulationsindex festen Werts zu arbeiten.
• Gemäß einem allgemeinen Merkmal der Erfindung sind beim Übergang vom vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation zum Vollwellen-Steuerungsmodus der Wechselrichter und die Elektronikplatine eingerichtet, um in einem Festspannungs-Steuerungsmodus zu arbeiten, gemäß welchem der Wechselrichter und die Elektronikplatine in einem Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation arbeiten, in dem eine Komponente Iq des Intensitätsvektors geregelt wird, wobei der Betrag eines entsprechenden Spannungsvektors einen durch die Elektronikplatine bestimmten Wert aufweist.
• Der Festspannungs-Steuerungsmodus ermöglicht durch sorgfältige Auswahl des Wertes des Betrags der Spannung und durch Regelung des Wertes der Intensität in Abhängigkeit davon, einerseits eine Abweichung des Betrags der Spannung beim Umschalten vom vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation zum Vollwellen-Steuerungsmodus vermieden wird und andererseits eine stabile Steuerung.
• Beispielsweise wird ein Festspannungs-Steuerungsmodus ausgewählt, gemäß welchem im Moment seiner Aktivierung aus dem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation der Betrag der an den Stator gelieferten Spannung gleich dem Betrag der an den Stator gelieferten Spannung im vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation ist.
• Ebenso kann ein Festspannungs-Steuerungsmodus ausgewählt werden, gemäß welchem im Moment der Aktivierung des Vollwellen-Steuerungsmodus der Betrag der an den Stator gelieferten Spannung gleich dem Betrag der an den Stator während des Vollwellen-Steuerungsmodus gelieferten Spannung ist.
• Dies ermöglicht eine Kontinuität des Werts des Betrags der und des Modulationsindex.
• Dennoch ermöglicht diese Steuerung, durch die Regelung der Komponente, den Wert des Drehmoments zu regeln, das von der elektrischen Maschine aufgebracht wird.
• Gemäß weiteren Merkmalen einzeln oder in Kombination betrachtet:
• - ist die Elektronikplatine derart eingerichtet, dass der Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors eine Auslösegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation deaktiviert ist.
• Es ist zweckmäßig, mit einer Erhöhung der Drehzahl der elektrischen Maschine vom PWM-Steuerungsmodus in einen anderen Steuerungsmodus zu wechseln. Denn die Erhöhung der Drehzahl entspricht bei elektrischen Synchronmaschinen einer Erhöhung der elektrischen Schwingung, wodurch die PWM-Steuerung weniger effizient ist.
• Indem also die Aktivierung des Festspannungs-Steuerungsmodus vorgesehen wird, wenn eine Auslösedrehzahl überschritten ist, wird der Festspannungs-Steuerungsmodus zwischengeschaltet, wenn die PWM-Steuerung weniger effizient wird.
• - ist die Elektronikplatine derart eingerichtet, dass der Vollwellen-Steuerungsmodus aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors eine Anhaltegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus deaktiviert ist.
• Ebenso kann in den Vollwellen-Steuerungsmodus übergegangen werden, wenn bei der Festspannungssteuerung der Wert des Modulationsindex oder des Betrags des Spannungsvektors seinen Wert erreicht, den er im Vollwellen-Steuerungsmodus hätte.
• - sind gemäß dem Festspannungs-Steuerungsmodus die Elektronikplatine und der Wechselrichter eingerichtet, gemäß einem Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation zu arbeiten, in dem eine Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert wird, um die Komponente Iq zu regeln, und eine Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung:
  • Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der
  • mod $\left(\text{V}\right)=\left(\frac{Vdc}{2}\right)\times \text{m}$
    
    ist, in der
  • $\text{m}=\text{mPWM\_max}+\frac{\left(mPO-mPWM\_max\right)}{\left(N\_PO\_MIN-N\_PWM\_MAX\right)}\times \left(\text{N}-\text{N\_PWM\_MAX}\right)$
    
    ist,
  • wobei N die Drehzahl des Rotors der Maschine ist.
• Dies ermöglicht, einen Modulationsindex zu erhalten, der zwischen der Drehzahl N_PWM_MAX und N_PO_MIN variiert und bei diesen beiden Geschwindigkeiten den entsprechenden Wert mPWM_max und mPO annimmt. Dies gewährleistet eine Kontinuität im Wert des Modulationsindex.
• - ist die Elektronikplatine derart eingerichtet, dass der Vollwellen-Steuerungsmodus nach einer Aktivierungsdauer des Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert wird, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus deaktiviert ist.
• Es wird ein Steuerungsmodus verwendet, der für eine bestimmte Dauer DT aktiv ist.
• - sind gemäß dem Festspannungs-Steuerungsmodus die Elektronikplatine und der Wechselrichter eingerichtet, gemäß einem Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation zu arbeiten, in dem eine Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert wird, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors zu regeln, und eine Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung:
  • Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{m}$
    
    ist, in der $\text{m}=\text{mPWM\_max}+\frac{\left(mPO-mPWM\_max\right)}{DT}\times \text{t},\text{ t}\in \left[\mathrm{0,}\text{ DT}\right]$
    
    ist.
• Dies ermöglicht, einen Modulationsindex zu erhalten, der zwischen der Zeit t=0 und der Zeit t=DT variiert und der zu diesen beiden Zeitpunkten den entsprechenden Wert mPWM_max und mPO annimmt. Dies gewährleistet eine Kontinuität des Wertes des Modulationsindex.
• - ist die Elektronikplatine derart eingerichtet, dass der Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors eine Anhaltegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation deaktiviert ist, und dass der Festspannungs-Steuerungsmodus dann nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, und dann der Vollwellen-Steuerungsmodus aktiviert ist.
• Es wird ein Steuermodus verwendet, der für eine bestimmte Dauer DT aktiv ist und während dem die Drehzahl N_PO_MIN ist, d.h. im Prinzip eine höhere Drehzahl als N_PWM_MAX.
• - steigt gemäß dem Festspannungs-Steuerungsmodus der Betrag des Spannungsvektors in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors linear an.
• Man hat dadurch einen linearen Anstieg des Wertes des Betrags der gelieferten Spannung, was von Vorteil ist, da dies alle Übergangseffekte vermeidet.
• - sind gemäß dem Vollwellen-Steuerungsmodus die Elektronikplatine und der Wechselrichter eingerichtet, eine Komponente Vd des Spannungsvektors zu steuern, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors zu regeln, wobei eine Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung:
  • Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird,
  • in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{mPO}$
    
    ist.
• - umfasst der Rotor eine Spule, wobei gemäß dem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation der Wechselrichter und die Elektronikplatine eingerichtet sind, um in einem Übergangssteuerungsmodus zu arbeiten, gemäß welchem der Wechselrichter und die Elektronikplatine in einem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation arbeiten, der die Komponente Iq des Intensitätsvektors regelt und in dem eine Komponente Id des Intensitätsvektors oder ein Spulenstrom so geregelt wird, dass der Betrag des Spannungsvektors einen von der Elektronikplatine bestimmten Wert annimmt.
• Der Übergangssteuerungsmodus erlaubt dem Wert des Betrags des Spannungsvektors, zu einem höheren Wert zu tendieren, als er es bei Beibehaltung des Arbeitspunktes des klassischen vektoriellen PWM-Steuerungsmodus gewesen wäre. Dies erlaubt einen weniger ausgeprägten Übergang zum Vollwellen-Steuerungsmodus, da die Abweichung des Betrags der Spannung weniger bedeutend ist. Dennoch ist der Wert des Betrags des Spannungsvektors kleiner, als die maximale wechselrichtbare Spannung, so dass die Steuerung gemäß einem vektoriellen PWM-Modus möglich ist.
• - ist die Elektronikplatine derart eingerichtet ist, dass der Übergangssteuerungsmodus aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors eine Aktivierungsgeschwindigkeit überschreitet.
• - ist die Elektronikplatine derart eingerichtet ist, dass der Übergangssteuerungsmodus nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert ist.
• - ist die Elektronikplatine derart eingerichtet ist, dass der Übergangssteuerungsmodus deaktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors eine Auslösegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert ist.
• - steigt gemäß dem Übergangssteuerungsmodus der Betrag des Spannungsvektors in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors linear an.
• Man hat dadurch einen linearen Anstieg des Wertes des Betrags der gelieferten Spannung, was von Vorteil ist, da dies alle Übergangseffekte vermeidet.
• - wird gemäß dem Übergangssteuerungsmodus die Komponente Id oder der Spulenstrom so geregelt, dass der Betrag des Spannungsvektors den Wert der maximal wechselrichtbaren Spannung annimmt.
• Der Übergangssteuermodus ermöglicht es dann, den Wert des Betrags des Spannungsvektors auf den Maximalwert steigen zu lassen, den er gemäß einem vektoriellen PWM-Steuerungsmodus erreichen kann. Der Modulationsindex wird gleichermaßen dem Wert des Modulationsindex einer Vollwellensteuerung angenähert.
• - ermittelt die Elektronikplatine den Wert der Komponente Id des Intensitätsvektors mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion, wobei die Komponente PHId aus einem maximalen magnetischen Statorfluss und der Komponente PHIq bestimmt ist.
• Unter der Annahme, dass der magnetische Statorfluss einen Maximalwert annimmt und die Komponente PHId abhängig gesteuert wird, wird die Regelung von PHIq fortgesetzt, das direkt mit dem Drehmoment der Maschine verbunden ist, während der Betrag des Spannungsvektors ansteigen kann. Dies ermöglicht eine Steuerung, gemäß derer das von der Maschine entwickelte Drehmoment um den von einer Motorsteuerung angeforderten Wert herum bleibt.
• - bestimmt die Elektronikplatine im Übergangssteuerungsmodus den Wert des Spulenstroms mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion, wobei die Komponente PHId aus einem maximalen magnetischen Statorfluss und der Komponente PHIq bestimmt ist.
• Ebenso wird die Regelung von PHIq fortgesetzt, das direkt mit dem Drehmoment der Maschine verbunden ist, während der Betrag des Spannungsvektors ansteigen kann, da angenommen wird, dass der Statorfluss seinen Maximalwert annimmt. Dies ermöglicht eine Steuerung, gemäß derer das von der Maschine entwickelte Drehmoment um den von einer Motorsteuerung angeforderten Wert herum bleibt.
• - wird die Komponente PHIq mit Hilfe der Ströme in den Phasenwicklungen bestimmt.
• Hierfür kann beispielsweise ein Schaltplan der elektrischen Maschine verwendet werden.
• - wird der maximale Statorfluss durch die Elektronikplatine mit Hilfe der maximal wechselrichtbaren Spannung und der elektrischen Schwingung bestimmt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Steuerungsverfahren für eine mehrphasige und synchrone elektrische Rotationsmaschine, die einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei das Steuerverfahren umfasst:
• - eine Erzeugung von Statorkommutierungssignalen in Abhängigkeit eines Intensitätsvektors I in einem Raumzeiger-Bezugssystem;
• - eine Kommutierung einer Spannungsquelle durch einen Wechselrichter in Abhängigkeit von den Statorkommutierungssignalen, um jeder der Statorwicklungen eine Spannung und eine Intensität mit einer elektrischen Schwingung we zu liefern, so dass der Stator einen magnetischen Statorfluss PHI erzeugt, wobei der magnetische Statorfluss PHI nach einer Parktransformation die Komponenten PHId- und PHIq hat;
• - eine Messung der Ströme der Phasenwicklungen des Stators;
• - eine Erkennung der Drehzahl des Rotors und dessen Position;
• - eine Steuerung des Wechselrichters vom Typ vektorielle Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation mit einer maximal wechselrichtbaren Spannung und einem Modulationsindex maximalen Werts; und
• - eine Steuerung des Wechselrichters vom Typ einer Vollwellen-Steuerung mit einem Modulationsindex festen Werts.
• Gemäß einem allgemeinen Merkmal weist das Steuerungsverfahren beim Übergang von der Steuerung vom Typ vektorielle Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation zur Steuerung des Typs Vollwellen-Steuerung, eine Festspannungs-Steuerung des Wechselrichters vom Typ einer Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation, in welcher eine Komponente Iq des Intensitätsvektors geregelt wird, wobei der Betrag eines entsprechenden Spannungsvektors einen bestimmten Wert aufweist.
  Gemäß weiteren Merkmalen einzeln oder in Kombination betrachtet:
• - wird die Festspannungs-Steuerung aktiviert, wenn die Drehzahl des Rotors N eine Auslösegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann die Steuerung vom Typ einer vektoriellen Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation deaktiviert ist.
• - wird die Steuerung vom Typ Vollwellen-Steuerung aktiviert, wenn die Rotordrehzahl N eine Anhaltegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann die Festspannungs-Steuerung deaktiviert ist.
• - wird gemäß der Festspannungs-Steuerung eine Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert, um die Komponente Iq zu regeln, und eine Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung:
  • Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\left(\frac{Vdc}{2}\right)\times \text{m}$
    
    ist, in der $\text{m}=\text{mPWM\_max}+\frac{\left(mPO-mPWM\_max\right)}{\left(N\_PO\_MIN-N\_PWM\_MAX\right)}\times \left(\text{N}-\text{N\_PWM\_MAX}\right)$
    
    ist,
  wobei N die Drehzahl des Rotors der Maschine ist.
• - wird die Steuerung vom Typ Vollwellensteuerung nach einer Aktivierungsdauer der Festspannungs-Steuerung aktiviert, wobei die Festspannungs-Steuerung dann deaktiviert ist.
• - steuert die Festspannungs-Steuerung eine Komponente Vd des Spannungsvektors, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors zu regeln, wobei eine Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung:
  • Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{m}$
    
    ist, in der $\text{m}=\text{mPWM\_max}+\frac{\left(mPO-mPWM\_max\right)}{DT}\times \text{t},\text{ t}\in \left[\mathrm{0,}\text{ DT}\right]$
    
    ist.
• - wird die Festspannungs-Steuerung aktiviert, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Anhaltegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann die vektorielle Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation deaktiviert ist, wobei die Festspannungs-Steuerung dann nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, und dann die Steuerung vom Typ Vollwellen-Steuerung aktiviert ist.
• - steigt gemäß der Festspannungs-Steuerung der Betrag des Spannungsvektors in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Rotors linear an.
• - wird gemäß der Vollwellen-Steuerung eine Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert, um die Komponente Iq zu regeln, wobei eine Komponente Vq mit Hilfe der Gleichung:
  • Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{mPO}$
    
    ist.
• - umfasst der Rotor eine Spule, wobei die Steuerung des Typs vektorielle Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation eine Übergangssteuerung des Typs vektorielle Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation aufweist, die die Komponente Iq des Intensitätsvektors regelt und in der eine Komponente Id des Intensitätsvektors oder ein Spulenstrom so geregelt wird, dass der Betrag des Spannungsvektors einen bestimmten Wert annimmt.
• - wird die Übergangssteuerung aktiviert, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Aktivierungsgeschwindigkeit überschreitet.
• - wird die Übergangssteuerung nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert, wobei dann die Festspannungs-Steuerung aktiviert ist.
• - wird die Übergangssteuerung deaktiviert, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Auslösegeschwindigkeit überschreitet, wobei dann die Festspannungs-Steuerung aktiviert ist.
• - steigt gemäß der Übergangssteuerung der Betrag des Spannungsvektors in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Rotors linear an.
• - wird gemäß der Übergangssteuerung die Komponente Id oder der Spulenstrom so geregelt, dass der Betrag des Spannungsvektors den Wert der maximal wechselrichtbaren Spannung annimmt.
• - wird in der Übergangssteuerung der Wert der Komponente Id des Intensitätsvektors mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion ermittelt, wobei die Komponente PHId aus einem maximalen magnetischen Statorfluss PHIm und der Komponente PHIq bestimmt ist.
• - wird bei der Übergangssteuerung der Wert des Spulenstroms mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion bestimmt, wobei die Komponente PHId aus einem maximalen magnetischen Statorfluss PHIm und der Komponente PHIq bestimmt ist.
• - wird die Komponente PHIq mit Hilfe der Ströme in den Phasenwicklungen bestimmt.
• - wird der maximale Statorfluss PHIm mit Hilfe der maximal wechselrichtbaren Spannung und der elektrischen Schwingung bestimmt.
• Figurenliste
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der Beschreibung, die Umsetzungsarten und Realisierungen näher beschreibt ohne einzuschränken, sowie aus den beigefügten Zeichnungen, in denen
• - die 1 in zusammenfassender Weise das Prinzip einer vektoriellen Steuerung zur Pulsweitenmodulation gemäß dem Stand der Technik darstellt;
• - die 2 ein Steuerungssystem für eine elektrische Rotationsmaschine gemäß der Erfindung darstellt;
• - die 3 den Verlauf des Modulationsindex gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung darstellt;
• - die 4 ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung darstellt;
• - die 5 ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Maschine gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung darstellt;
• - die 6 ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung darstellt; und
• - die 7 ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung darstellt;
• Identische, ähnliche oder analoge Elemente behalten von Figur zur Figur dasselbe Bezugszeichen.
• Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung
• In der folgenden Beschreibung wird die dem Fachmann bekannte Abkürzung PWM zur Bezeichnung der Pulsweitenmodulation verwendet.
• Die 2 veranschaulicht ein Steuerungssystem für eine mehrphasige und synchrone elektrische Rotationsmaschine aufweisend einen Stator 31, der mit drei Phasenwicklungen 8, 9 und 10 ausgestattet ist, beispielsweise verbunden mit einem Neutralpunkt, und einen Rotor 30. In der folgenden Beschreibung ist ein Spannungsvektor V, ein Intensitätsvektor I in einem Raumzeiger-Bezugssystem definiert. Der Spannungsvektor V hat die Komponenten Vd und Vq und kann mit Hilfe einer inversen Park-Transformation auf die Spannungen der einzelnen Phasenwicklungen 8, 9 und 10 und ggf. des Sternpunktes verknüpft werden, in gleicher Weise hat der Intensitätsvektor I die Komponenten Id und Iq und wird mit Hilfe einer Park-Transformation aus den Intensitäten jeder der Phasenwicklungen erhalten.
• Das Steuerungssystem umfasst:
• - einen Sensor 15 für die Ströme der Phasenwicklungen des Stators.
• - eine Elektronikplatine 16 zum Erzeugen von Statorkommutierungssignalen. Diese Statorkommutierungssignale werden in Abhängigkeit des Intensitätsvektors I in einem Raumzeiger-Bezugssystem erzeugt. Beispielsweise wird zunächst der Steuerspannungsvektor V aus dem Intensitätsvektor I berechnet und aus diesem Steuerspannungsvektor V Statorkommutierungssignale erzeugt. Die Elektronikplatine ist beispielsweise mit einem Mikroprozessor 17 ausgestattet.
• - einen Wechselrichter 29, der in der Lage ist, eine Spannungsquelle 1, die eine Gleichspannung Vdc liefert, in Abhängigkeit der Statorkommutierungssignale zu kommutieren, um jeder der Phasenwicklungen 8, 9 und 10 des Stators eine Spannung und eine Intensität mit einer elektrischen Schwingung we zu liefern, so dass der Stator einen magnetischen Statorfluss PHI erzeugt, wobei der magnetische Statorfluss PHI nach einer Park-Transformation die Komponenten PHId und PHIq aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der Wechselrichter 29 drei Zweige auf, die entsprechend mit den drei Phasenwicklungen verbunden sind. Jeder Zweig weist zwei Transistoren 2A, 2B, 4A, 4B, 6A, 6B und zwei Dioden 3A, 3B, 5A, 5B, 7A, 7B auf. Die Dioden 3A, 3B, 5A, 5B, 7A, 7B sind parallel zu den entsprechenden Transistoren 2A, 2B, 4A, 4B, 6A, 6B geschaltet. Die Elektronikplatine 16 ist eingerichtet, zu jedem dieser Transistoren ein Statorkommutierungssignal zu senden.
• - einen Geber 14 für die Position und Drehzahl des Rotors, auch Maschinendrehzahl genannt, zum Beispiel weist der Geber 14 ein Modul mit Hall-Effekt-Sensoren auf.
• Der Rotor 30 weist beispielsweise eine Spule 13 zum Erzeugen eines magnetischen Rotorflusses PHIr auf, der dazu bestimmt ist, mit dem magnetischen Statorfluss PHI zusammenzuwirken, wobei die besagte Spule 13 von einem Spulenstrom Ir versorgt wird, wobei der Spulenstrom durch ein Rotorkommutierungssystem 12 erzeugt wird, das die Spannung der Spannungsquelle 1 moduliert. Das Rotorkommutierungssystem 12 wird beispielsweise durch einen Transistor gebildet. Die Elektronikplatine 16 ist eingerichtet, ein Rotorkommutierungssignal an das Rotorkommutierungssystem 12 zur Regelung des Spulenstroms auszugeben, wobei eine Diode 11 parallel zur Spule geschaltet sein kann.
• Die Elektronikplatine und der Wechselrichter sind eingerichtet, in einem vektoriellen Steuerungsmodus 22 zur Amplitudenweitenmodulation mit einer maximal wechselrichtbaren Spannung V_maxPWM und einem Modulationsindex m maximalen Werts mPWM_max, und in einem Vollwellen-Steuerungsmodus 24 mit einem Modulationsindex festen Werts mPO zu arbeiten.
• Gemäß dem vektoriellen Steuerungsmodus 22 zur Amplitudenweitenmodulation ist beispielsweise zu erwarten, dass die beiden geregelten Werte die Komponenten Id und Iq eines Intensitätsvektors sind, und dass die beiden Steuerwerte die beiden Komponenten Vd und Vq eines Spannungsvektors sind, wobei der Spannungsvektor und der Intensitätsvektor in einem Raumzeiger-Bezugssystem ausgedrückt werden.
• In diesem Fall berechnet die Elektronikplatine, ähnlich dem in 1 dargestellten Prinzip, die Komponenten Id und Iq aus den Strömen der Phasenwicklungen des Stators mit Hilfe einer Park-Transformation. Anschließend leitet die Elektronikplatine die beiden Steuerwerte Vd und Vq in Abhängigkeit dieser Werte Id, Iq und in relativer Abhängigkeit vom Betrieb der elektrischen Maschine her, wie insbesondere vom von der Maschine ausgeübten Drehmoment und der vom Geber 14 angegebenen Drehzahl. Die Elektronikplatine wendet dann eine inverse Park-Transformation an, um die entsprechenden mehrphasigen Spannungen und ggf. das Potenzial des Sternpunkts zu bestimmen, und daraus die Statorkommutierungssignale herzuleiten, die PWM-Signale sind.
• Der Modulationsindex m entspricht dann folgender Gleichung: $$\text{m}=\frac{\sqrt{\left(V{q}^2+V{d}^2\right)}}{Vdc\text{/}2}\le \text{mPWM\_max}\text{.}$$

  
• Der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation hat eine maximale wechselrichtbare Spannung V_maxPWM auf, die dem maximal zulässigen Betrag des Spannungsvektors entspricht. V_maxPWM hat im dreiphasigen Fall einen Wert von Vdc/√3.
• Gemäß dem Vollwellen-Steuerungsmodus 24 ist vorgesehen, dass die Statorkommutierungssignale eine Rechteckform und eine feste Breite haben. Diese Signale entsprechen einem Spannungsvektor in einem Raumzeiger-Bezugssystem, in dem nur dessen Phase einstellbar und dessen Amplitude fest ist.
• Beispielsweise sind im Vollwellen-Steuerungsmodus die Platine und der Wechselrichter so eingerichtet, dass die Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert wird, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors zu regeln, wobei die Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung:
• Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{mPO}$
  
  ist, wobei mod(V) dem Betrag des Vektors V entspricht.
• Sofern also die Form des Vollwellen-Phasensignals bekannt ist und man die Grundfrequenz dieses Signals berücksichtigt, ist der Betrag des Spannungsvektors in einem Raumzeiger-Bezugssystem fest und entspricht 2×Vdc/π.
• Die Differenz zwischen Vdc/√3 und 2×Vdc/π entspricht der Abweichung des Betrags des Spannungsvektors V zwischen den beiden Modi PWM und Vollwelle, wie bereits bei der Einführung der Aufgabe der Erfindung erwähnt.
• Der Betrag des Spannungsvektors kann direkt aus dem Modulationsindex m hergeleitet werden nach der Gleichung:
• $\text{m}=\frac{mod\left(V\right)}{Vdc\text{/}2},$
  
  in der mod(V) den Betrag des Spannungsvektors V darstellt.
• Man erhält somit gemäß diesem Ausführungsbeispiel mPWM_max und mPO entsprechend gleich 2/√3 und 4/π.
• Die 3 zeigt den Verlauf des Modulationsindex m in Abhängigkeit der Drehzahl des Rotors und des Modulationsmodus. Genauer gesagt, stellt die 3 zwei Kurven 27 und 28 in einem Bezugssystem dar, das eine dem Wert des Modulationsindex entsprechende Achse 19 und eine dem Wert der Maschinendrehzahl entsprechende Achse 18 aufweist.
• Die Kurve 27 entspricht dem Maximalwert, den der Modulationsindex annehmen kann, wobei dieser Wert insbesondere vom Steuerungsmodus der elektrischen Rotationsmaschine abhängt.
• Die Kurve 28 entspricht dem Wert des Modulationsindex, wobei der Modulationsindex direkt durch die vorgenannte Formel mit dem Betrag des Spannungsvektors verknüpft ist: $\text{m}=\frac{mod\left(V\right)}{Vdc\text{/}2},$

  
• Beim Übergang vom vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22 zum Vollwellen-Steuerungsmodus 24 sind der Wechselrichter und die Elektronikplatine eingerichtet, um in einem Festspannungs-Steuerungsmodus 23 zu arbeiten. Dieser Festspannungs-Steuerungsmodus 23 hat die Rolle eines Übergangs zwischen den beiden Steuerungsmodi, die zueinander eine Abweichung im Betrags des Vektors oder eine Abweichung im Modulationsindex haben.
• Wie man in 3 sehen kann, ist der Modulationsindex m im vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation (22) variabel und kann mPWM_max als Maximalwert annehmen. Somit ist die Kurve 27 mit dem Wert mPWM_max überlagert.
• Während des Vollwellen-Steuerungsmodus 24, der durch das Intervall 24 in 3 begrenzt ist, hat der Modulationsindex m einen festen Wert mPO, der der Kurve 27 und auch der Kurve 28 überlagert ist.
• Im Festspannungs-Steuerungsmodus 23, der durch das Intervall 23 in 3 begrenzt ist, hat der Modulationsindex m einen variablen Wert zwischen mPWM_max und mPO.
• Gemäß dem Festspannungsmodus werden die Komponenten Id und Iq des Intensitätsvektors mittels Park-Transformation in Abhängigkeit der Intensitäten in jeder der Phasenwicklungen des Stators bestimmt, wobei dann der Wert der Steuerkomponenten Vd und Vq bestimmt wird. Anschließend wird eine inverse Park-Transformation durchgeführt, um die Spannungswerte an den Anschlüssen jeder der Wicklungen und dem ggf. vorhandenen Sternpunkt zu bestimmen, aus denen die Statorkommutierungssignale für jeden der Zweige des Wechselrichters abgeleitet werden.
• Genauer gesagt, wird die Komponente Iq des Intensitätsvektors I mit Hilfe einer Pulsweitenmodulation unter Verwendung des Spannungsvektors V als Steuerung geregelt, wobei der Betrag des Spannungsvektors einen von der Elektronikplatine bestimmten Wert aufweist.
• Gemäß einem ersten Beispiel wird die Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert, um die Komponente Iq gemäß einer Steuerung zur Pulsweitenmodulation zu regeln, wobei die Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung:
• Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\left(\frac{Vdc}{2}\right)\times \text{m}$
  
  ist, in der $\text{m}=\text{mPWM\_max}+\frac{\left(mPO-mPWM\_max\right)}{\left(N\_PO\_MIN-N\_PWM\_MAX\right)}\times \left(\text{N}-\text{N\_PWM\_MAX}\right)$
  
  ist, (Gleichung 1)
wobei N die Drehzahl des Rotors der Maschine ist.
• Somit wird der Wert des Betrags des Spannungsvektors mit Hilfe des Modulationsindex fixiert. Der Modulationsindex wird mit Hilfe der Geschwindigkeiten N_PO_MIN, N_PWM_MAX, mPO und mPWM_max und einem zur Drehzahl proportionalen Wert bestimmt.
• Gemäß einem zweiten Beispiel wird die Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors zu regeln, wobei die Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung
• Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{m}$
  
  ist, in der $\text{m}=\text{m\_i}+\frac{\left(m\_f-m\_i\right)}{DT}\times \text{t},\text{ t}\in \left[\mathrm{0,}\text{ DT}\right]$
  
  ist, (Gleichung 2)
wobei
• - m_i den Anfangswert des Modulationsindex während der Festspannungssteuerung darstellt und zur Sicherstellung der Kontinuität des Modulationsindex den Wert des Modulationsindex m im Moment des Übergangs vom Steuerungsmodus 22 des vektoriellen PWM Typs auf den Festspannungs-Steuerungsmodus 23, z.B. m = mPWM_max, annimmt.
• - m_f den Endwert des Modulationsindex während der Festspannungs-Steuerung darstellt und den Wert m_f = mPO annimmt, um eine Kontinuität des Modulationsindex beim Übergang in den Vollwellenmodus sicherzustellen.
• - DT einem Zeitraum entspricht. Beispielsweise entspricht DT der Dauer der Aktivierung des Festspannungs-Steuerungsmodus.
• Somit wird der Wert des Betrags des Spannungsvektors mit Hilfe des Modulationsindex fixiert. Der Modulationsindex wird mit Hilfe von mPO und mPWM_max und DT bestimmt, der gleich der Dauer ist, für die der Festspannungs-Steuerungsmodus 23 anliegt, um den Modulationsindex von einem Wert, der beispielsweise gleich dem maximalen Modulationsindex der Pulsweitenmodulation ist, auf den Wert des Vollwellen-Modulationsindex mPO, zu ändern.
• Gemäß dem ersten und zweiten Beispiel stehen damit die beiden Werte der Steuergrößen Vd und Vq der Pulsweitenmodulation zur Verfügung, um die Regelung des Stromvektors I mit den Komponenten Id und Iq sicherzustellen.
• Um Iq mit Hilfe der Vd-Steuerung zu regeln, kann man gemäß dem ersten und zweiten Beispiel beispielsweise Vd mit Iq mit Hilfe der Formeln verknüpfen, die den Fluss mit den Intensitäten in einer elektrischen Rotationsmaschine bei ausschließlicher Betrachtung des Dauermodus verknüpfen, d.h. indem man dld/dt in einer Formel vom Typ Vd = R × Id + L × dld/dt - we × Fu zu null bringt, in der R den Widerstand der Statorwicklungen, we die elektrische Schwingung, Fu den magnetischen Statorfluss und L die Induktivität der Statorwicklungen darstellt.
• Da außerdem der Wert des Betrags des Spannungsvektors direkt mit dem Modulationsindex m verknüpft ist, erhält man im Falle des ersten Beispiels, dass der Wert des Betrags des Spannungsvektors in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Rotors linear ansteigt.
• Ebenso steigt für das zweite Beispiel, in dem Fall, dass die Drehzahl des Rotors in Abhängigkeit von der Zeit linear, d.h. gemäß einer Rampe, ansteigt, dann der Wert des Betrags des Spannungsvektors in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Rotors linear an.
• Abhängig von der Geschwindigkeit der elektrischen Maschine ist der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22 über das in 3 dargestellte Intervall 22 bis zu einer Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX aktiv, und der Vollwellen-Steuerungsmodus 24 ist über das Intervall 24 in 3 ab einer Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN aktiv.
• Beispielsweise ist N_PWM_MAX ein Wert, der durch eine Anzahl von Perioden des PWM-Signals in einer elektrischen Periode festgelegt wird. Man kann beispielsweise N_PWM_MAX = 4500 U/min wählen.
• Beispielsweise ist N_PO_MIN ein Wert, der in Abhängigkeit der F.E.M. der elektrischen Maschine festgelegt wird, damit der Strom in der elektrischen Maschine nicht zu hoch ist. Man kann beispielsweise N_PO_MIN = 5000 U/min wählen.
• Zwischen dem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenmodulation 22 und dem Vollwellen-Steuerungsmodus ist der Festspannungs-Steuerungsmodus 23 vorgesehen, der im Intervall 23 in 3 aktiv ist.
• Mit anderen Worten ist die Elektronikplatine einerseits derart eingerichtet, dass der Festspannungs-Steuerungsmodus 23 aktiviert wird, wenn die Drehzahl N des Rotors die Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX überschreitet, wobei der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22 dann deaktiviert ist, und andererseits derart, dass der Vollwellen-Steuerungsmodus 24 aktiviert wird, wenn die Drehzahl N des Rotors die Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN überschreitet, wobei der Festspannungs-Steuerungsmodus 23 dann deaktiviert ist.
• Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Elektronikplatine so eingerichtet ist, dass der Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert wird, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN oder die Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX überschreitet, wobei dann der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation deaktiviert ist, und der Festspannungs-Steuerungsmodus dann nach einer bestimmten Verzögerung, z.B. DT, deaktiviert wird, wobei dann der Vollwellen-Steuerungsmodus aktiviert wird.
• Es kann ebenfalls vorgesehen werden, dass, wie in 3 dargestellt, der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22 zwei Betriebsmodi aufweist, die in 3 durch die entsprechenden Intervalle 25 bzw. 26 begrenzt sind.
• Das Intervall 25 begrenzt den klassischen vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 25, gemäß dem vorgesehen ist, einen Vektor V in Abhängigkeit von den Strömen Id und Iq zu berechnen, um z.B. den Wirkungsgrad der Maschine zu optimieren.
• Das Intervall 26 begrenzt einen Übergangssteuerungsmodus 26, gemäß dem die Komponenten Id und Iq des Intensitätsvektors I oder die Komponente Iq und der Spulenstrom Ir geregelt werden, wobei der Betrag des Spannungsvektors einen von der Elektronikplatine bestimmten Wert hat. Mit anderen Worten ist gemäß dem Übergangssteuerungsmodus die Komponente Iq geregelt, wobei Komponente Id des Intensitätsvektors I oder ein Spulenstrom Ir derart geregelt sind, dass der Betrag eines entsprechenden Spannungsvektors V einen bestimmten Wert annimmt.
• Genauer gesagt, ist der Übergangssteuerungsmodus 26 ein vektorieller PWM-Steuerungsmodus, gemäß dem der Spannungsvektor V als Steuerung für die Regelung der Komponenten Id und Iq oder der Komponente Iq und dem Spulenstroms Ir verwendet wird.
• Beispielsweise kann vorgesehen werden, dass der Betrag des Spannungsvektors durch eine andere, im Folgenden erläuterte Beziehung bestimmt wird. In jedem Fall ist der Wert des Betrags des Spannungsvektors kleiner oder gleich der maximal wechselrichtbaren Spannung. Das heißt, dass der Betrag des Spannungsvektors im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine kleiner oder gleich Vdc/√3 ist.
• Gemäß einem ersten Beispiel kann vorgesehen werden, dass gemäß der anderen Beziehung der Betrag der Spannung den Wert der maximal wechselrichtbaren Spannung annimmt. Das heißt, dass der Betrag des Spannungsvektors im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine gleich Vdc√3 ist.
• Gemäß dem ersten Beispiel kann man in einem ersten Fall den Wert der Komponente Id des Intensitätsvektors mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion bestimmen. Dazu wird die PHId und Id verknüpfende Funktion mit Hilfe eines zuvor erstellten Schaltplans für die elektrische Rotationsmaschine festgelegt und in der Steuerplatine 16 gespeichert.
• Gemäß dem ersten Beispiel kann man in einem zweiten Fall den Wert des Spulenstroms Ir des Rotors mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion bestimmen. Dazu wird die PHId und Ir verknüpfende Funktion mit Hilfe eines zuvor erstellten Schaltplans für die elektrische Rotationsmaschine festgelegt und in der Steuerplatine 16 gespeichert.
• Gemäß dem ersten und zweiten Fall kann die Komponente PHId aus einem maximalen magnetischen Statorfluss PHIm und der Komponente PHIq bestimmt werden. Hierfür kann die Formel verwendet werden: $$\text{PHId}=\surd \left(\text{PHIm}2-\text{PHIq}2\right).$$

  
• Gemäß dem ersten und zweiten Fall wird die Komponente PHIq mit Hilfe der Ströme in den Phasenwicklungen bestimmt. Beispielsweise wird die Komponente PHIq als Funktion von Iq, PHiq = G(lq) festgelegt. Zur Bestimmung der Funktion G kann man beispielsweise einen vorbereiteten Schaltplan der elektrischen Rotationsmaschine verwenden, die in der Steuerplatine 16 gespeichert ist.
• Darüber hinaus wird gemäß dem ersten und zweiten Fall der maximale Statorfluss PHIm durch die Elektronikplatine mit Hilfe der maximal wechselrichtbaren Spannung V_maxPWM und der elektrischen Schwingung we bestimmt. Genauer gesagt kann hierfür die Formel $\text{PHIm}=\frac{V\_maxPWM}{we}$

  

  verwenden.
• Für den ersten und zweiten Fall kann gemäß einer Berechnungsweise eine Funktion F mittels Schaltplan bestimmt werden, wonach PHId=F(Id+k.Ir), wobei k eine Konstante ist. Durch die Festlegung des Relativwerts der Komponente Id in Bezug zu Ir kann gemäß dieser Berechnungsweise die Komponenten Id und der Wert des Stroms Ir in Abhängigkeit von PHId bestimmt werden.
• Mit anderen Worten, kann gemäß einer Ausführungsvariante des ersten Beispiels PHIm mit der Formel $\text{PHIm}=\frac{V\_maxPWM}{we}$

  

  bestimmt werden, PHIq mit Hilfe der Formel PHiq=G(lq) bestimmt werden, welche es ermöglichen, PHId abzuleiten und daraus die Funktion F zu invertieren, d. h. durch Anwendung der Funktion F^-1 werden Id und Ir abgeleitet mit einer Festlegung des Relativwertes der Komponente Id in Bezug zum Strom Ir.
• Mit Hilfe der Komponenten Id und Iq wird dann der Wert der beiden Steuergrößen Vd und Vq der vektoriellen Steuerung zur Pulsweitenmodulation abgeleitet, was erlaubt, dass der Betrag des Spannungsvektors V_maxPWM sein kann.
• Gemäß einem zweiten Beispiel steigt, wie in 3 dargestellt, der Betrag des Spannungsvektors mod(V) gemäß der genannten anderen Beziehung in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Rotors linear an, ohne jedoch höher als die maximal wechselrichtbare Spannung zu sein. Das heißt, dass der Betrag des Spannungsvektors im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine kleiner als Vdc√3 ist.
• Beispielsweise können die für das erste Beispiel verwendeten Berechnungen auf eine große Anzahl von Drehzahlen der elektrischen Maschinen mit der Formel PHIm = mod(V)/we angewendet werden.
• Nach diesem zweiten Beispiel kann vorgesehen werden, dass bei der Aktivierung des Übergangssteuerungsmodus ein Betrag des Spannungsvektors ausgewählt wird, der gleich demjenigen ist, den man durch die klassische vektorielle PWM 25 erhält, um eine Kontinuität des Modulationsindex zu gewährleisten.
• Die Aktivierung des Übergangssteuerungsmodus 26 wird z.B. dadurch ausgelöst, dass die Drehzahl N des Rotors eine Aktivierungsgeschwindigkeit N_PWM_OPTI_MAX überschreitet.
• Es kann beispielsweise vorgesehen werden, dass N_PWM_OPTI_MAX ein fester Wert ist, der nicht allzu weit von N_PWM_MAX entfernt ist, wenn zusätzlich zum Übergangsmodus ein Festspannungs-Steuerungsmodus 23 vorgesehen wird, um den Wirkungsgrad nicht zu stark zu verschlechtern. Wenn neben dem Übergangsmodus kein Festspannungs-Steuerungsmodus 23 vorgesehen ist, kann N_PWM_MAX beispielsweise in Bezug auf N_PO_MIN gewählt werden. Jedoch kann beispielsweise N_PWM_OPTI_MAX = 4300 U/min gewählt werden. In Bezug zur Deaktivierung des Übergangssteuerungsmodus, kann die Elektronikplatine beispielsweise eingerichtet werden, dass der Übergangssteuermodus nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, wobei dann der Festspannungs-Steuermodus aktiviert ist.
• Es kann auch vorgesehen werden, dass die Elektronikplatine so eingerichtet ist, dass der Übergangssteuerungsmodus deaktiviert wird, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX überschreitet, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert ist.
• Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann jedoch, wie in dem entsprechenden in 6 dargestellten Verfahren, vorgesehen sein, dass der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22 den klassischen vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 25 und den Übergangssteuerungsmodus 26 umfasst, ohne dass es einen Festspannungs-Steuermodus 23 gibt.
• Mit anderen Worten wird in diesem Ausführungsbeispiel direkt vom Übergangssteuermodus 26, der zum vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22 gehört, in den Vollwellen-Steuerungsmodus 24 übergegangen. In diesem Ausführungsbeispiel kann beispielsweise ein Übergangsmodus gemäß dem ersten oder zweiten Fall des ersten Beispiels vorgesehen werden, d.h. insbesondere mit dem Betrag des Spannungsvektors gleich Vdc/√3 im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine.
• In der 3 können auch die Intervalle 21 und 20 gesehen werden, die jeweils einer Steuerung des vektoriellen Typs 21 und einer Steuerung des skalaren Typs entsprechen.
• Das Intervall 21 entspricht dem Intervall 22 des vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22. Tatsächlich ist im vektoriellen Steuerungsmodus der Amplitudenweite 22 vorgesehen, zwei Größen, nämlich Id und Iq, mit Hilfe von zwei Größen, z.B. Vd und Vq, zu regeln.
• Das Intervall 22 beinhaltet insbesondere das Intervall 26, das ein vektorieller PWM-Steuerungsmodus ist. Tatsächlich werden gemäß dem Übergangssteuerungsmodus die Werte Id und Iq oder Ir und Iq unter Verwendung der PWM so geregelt, dass der Betrag des Spannungsvektors V einen bestimmten Wert annimmt. Gemäß dem Übergangssteuerungsmodus ist jedoch der Wert des Betrags des Spannungsvektors niedriger als der Maximalwert, der mit einer vektoriellen Pulsweitenmodulation erreicht werden kann. Dieser Wert, auch als maximale wechselrichtbare Spannung V_maxPWM bezeichnet, ist im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine gleich Vdc√3.
• Das Intervall 20 entspricht dem Intervall 23 und auch dem Intervall 24.
• Tatsächlich ist der Vollwellen-Steuerungsmodus 24 ein skalarer Steuerungsmodus, in welchem nur ein Parameter geregelt wird, da zur Steuerung ein Spannungsvektor verwendet wird, bei dem nur die Phase variabel ist.
• Ebenso ist der Festspannungs-Steuerungsmodus 23 ein skalarer Steuerungsmodus, bei dem nur eine der beiden Komponenten der Intensität durch PWM-Modulation geregelt wird, während die andere Komponente einen Wert annimmt, der aufgrund der Festlegung des Wertes des Betrages des Spannungsvektors einen Zufallswert annimmt. Gemäß dem Festspannungs-Steuerungsmodus ist der Wert des Betrags des Spannungsvektors höher als derjenige, den man mit einer vektoriellen Pulsweitenmodulation erreichen kann, auch maximale wechselrichtbare Spannung V_maxPWM genannt. Die maximale wechselrichtbare Spannung beträgt im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine Vdc/√3.
• 4 veranschaulicht ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung. Dieses weist die folgenden Schritte auf:
• 22: der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22, der die beiden Unterschritte 25 und 26 aufweist.
• Unterschritt 25: der vorgenannte klassische vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 25, gemäß dem vorgesehen ist, einen Vektor V in Abhängigkeit der Ströme Id und Iq zu berechnen, um beispielsweise den Wirkungsgrad der Maschine zu optimieren.
• Unterschritt 26: der vorgenannte Übergangssteuerungsmodus 26. Gemäß diesem kann, gemäß dem ersten Beispiel, das den ersten und zweiten zuvor erläuterten Fall umfasst, vorgesehen sein, dass der Betrag des Spannungsvektors im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine gleich Vdc/√3 ist. Gemäß dem zweiten vorstehend beschriebenen Beispiel, steigt der Betrag des Spannungsvektors mod(V) in Abhängigkeit von der Drehzahl N des Rotors N linear an.
• 23: der vorgenannten Festspannung-Steuerungsmodus 23. Gemäß diesem ist, gemäß dem ersten und zweiten vorgenannten Beispiel, die Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert, um die Komponente Iq gemäß einer Steuerung zur Pulsweitenmodulation zu regeln, wobei der Betrag des Spannungsvektors mod (V) festgelegt ist und die Komponente Vq des Spannungsvektors wird anhand mit Hilfe der Gleichung: Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der mod $\left(\text{V}\right)=\left(\frac{Vdc}{2}\right))\times \text{m}$
  
  ist. Der Modulationsindex kann mit Gleichung 1 oder Gleichung 2 bestimmt werden.
• 24: der vorgenannte Vollwellen-Steuerungsmodus 24. Gemäß diesem wird, wie bereits erwähnt, die Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors zu regeln, wobei die Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung: Vq = √ (mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{mPO}$
  
  ist.
• Beispielsweise wird die Übergangssteuerung 26 aktiviert, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Aktivierungsgeschwindigkeit N_PWM_OPTI_MAX überschreitet.
• Es kann vorgesehen werden, dass die Übergangssteuerung 26 nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, wobei dann die Festspannungs-Steuerung 23 aktiviert ist.
• Es kann auch vorgesehen werden, dass die Übergangssteuerung 26 deaktiviert wird, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX überschreitet, wobei dann die Festspannungs-Steuerung 23 aktiviert ist.
• Beispielsweise wird die Festspannungssteuerung 23 aktiviert, wenn die Drehzahl des Rotors N eine Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX überschreitet, wobei die Steuerung vom Typ der vektoriellen Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation 22 dann deaktiviert ist.
• Es kann ebenso vorgesehen werden, dass die Steuerung vom Typ Vollwellen-Steuerung 24 aktiviert wird, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN überschreitet, wobei die Festspannungs-Steuerung 23 dann deaktiviert ist.
• Gemäß einer anderen Ausführungsvariante wird die Festspannungs-Steuerung 23 aktiviert, wenn die Drehzahl des Rotors N eine Anhaltegeschwindigkeit I N_PO_MIN oder die Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX überschreitet, wobei dann die Steuerung vom Typ der vektoriellen Steuerung zur Amplitudenweitenmodulation 22 deaktiviert ist und die Festspannungs-Steuerung 23 dann nach einer bestimmten Zeit deaktiviert wird, wobei die Vollwellen-Steuerung dann aktiviert ist.
• Die 5 veranschaulicht ein Steuerungsverfahren für eine elektrische Maschine gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses unterscheidet sich dadurch, dass es keinen Festspannungs-Steuerungsmodus 23 umfasst, so dass es die folgenden Schritte umfasst:
• 22: der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation 22, der die beiden Unterschritte 25 und 26 aufweist, die denen der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ähnlich sind.
• 24: der Vollwellen-Steuerungsmodus 24, der der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ähnlich ist.
• Beispielsweise wird die Übergangssteuerung 26 aktiviert, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Aktivierungsgeschwindigkeit N_PWM_OPTI_MAX überschreitet.
• Es kann vorgesehen werden, dass die Übergangssteuerung 26 nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, wobei dann der Vollwellen-Steuerungsmodus 23 aktiviert ist.
• Es kann auch vorgesehen werden, dass die Übergangssteuerung 26 deaktiviert wird, wenn die Drehzahl N des Rotors eine Auslösegeschwindigkeit N_PWM_MAX überschreitet, wobei dann der Vollwellen-Steuerungsmodus 23 aktiviert ist.
• Wie in der 6 dargestellt ist, weist das Verfahren ferner die folgenden Schritte auf:
• 32: eine Erzeugung von Statorkommutierungssignalen in Abhängigkeit eines Intensitätsvektors I in einem Raumzeiger-Bezugssystem;
• 33: eine Kommutierung einer Spannungsquelle durch einen Wechselrichter in Abhängigkeit der Statorkommutierungssignale, um eine Spannung und eine Intensität an jede der Statorwicklungen zu liefern,
• 34: eine Messung der Ströme der Phasenwicklungen des Stators. Diese Messung erfolgt z.B. mit Hilfe des Stromsensors 15.
• 35: eine Erfassung der Drehzahl des Rotors N. Diese Erfassung erfolgt z.B. mit Hilfe des Gebers 14 für die Drehzahl des Rotors.
• Beispielsweise weist jeder der Schritte oder Unterschritte 25, 26, 23 und 24 des in 4 dargestellten Verfahrens, oder 25, 26 und 24 des in 5 dargestellten Verfahrens die oben genannten Schritte 32, 33, 34 und 35 auf.
• Unabhängig von den Schritten oder Unterschritten 25, 26, 23 und 24 des in 4 dargestellten Verfahrens oder 25, 26 und 24 des in 5 dargestellten Verfahrens, werden in Schritt 32 mittels einer Park-Transformation die Komponenten Id, Iq des Intensitätsvektors in Abhängigkeit der Intensitäten bestimmt, die in Schritt 31 in jeder der Phasenwicklungen des Stators gemessen wurden, wobei dann die Werte der Steuerkomponenten Vd und Vq bestimmt werden. Um diese Komponenten zu bestimmen, kann ein Regler vom Typ Proportional-Integral-Differenzial verwendet werden, wie in 1 der Prinzipdarstellung einer PWM-Steuerung dargestellt ist. In diesem Fall ist es erforderlich, diese Regler beim Übergang von einem Steuerungsmodus zu einem anderen zu initialisieren. Anschließend wird eine inverse Park-Transformation durchgeführt, um die Werte der Spannungen an den Anschlüssen jeder der Wicklungen und dem ggf. vorhandenen Sternpunkt zu bestimmen, aus welchen die Statorkommutierungssignale für jeden der Zweige des Wechselrichters abgeleitet werden.
• 7 veranschaulicht gemäß einer Ausführungsvariante die Übergänge zwischen den verschiedenen Steuerungsmodi: Steuerungsmodus vom vektoriellen PWM-Typ 22, Festspannungs-Steuerungsmodus 23 und Vollwellen-Steuerungsmodus 24. Die Übergänge sind abhängig vom Ausgangssteuermodus zum Steuermodus, in den sie übergehen, mit 2223, 2324, 2423 und 2322 nummeriert.
• Gemäß dem vektoriellen PWM-Steuerungsmodus 22 ist der Modulationsindex gemäß der folgenden Formel mit dem Spannungsvektor verknüpft: $$\text{m}=\frac{\sqrt{\left(V{q}^2+V{d}^2\right)}}{Vdc\text{/}2}\le \text{mPWM\_max}\text{.}$$

  
• Gemäß dem Vollwellen-Steuerungsmodus kann der Modulationsindex, der einen festen Wert annimmt, z.B. gleich 4/π, mit Vq und Vd mit Hilfe der Gleichung Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) verknüpft werden, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{mPO}$

  

  ist.
• Gemäß dem Übergang 2223 wird vom Steuerungsmodus des vektoriellen PWM-Typs 22 in den Festspannungs-Steuerungsmodus 23 übergegangen, wenn die Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine höher ist, als die Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN. Im Festspannungs-Steuerungsmodus wird dann zur Bestimmung des Modulationsindex angewendet: $$\text{m}=\text{m\_i}+\frac{\left(m\_f-m\_i\right)}{DT}\times \text{t},\text{ t}\in \left[\mathrm{0,}\text{ DT}\right],$$

  

  wobei
• - m_i den Wert des Modulationsindex m im Moment des Übergangs vom Steuerungsmodus des vektoriellen PWM-Typs 22 zum Festspannungs-Steuerungsmodus hat, z.B. m = mPWM_max
• - m_f=mPO
• - t=0
• - DT einem Zeitraum entspricht. Beispielsweise entspricht DT der Dauer der Aktivierung des Festspannungs-Steuerungsmodus.
• Gemäß dem Übergang 2324 wird vom Festspannungs-Steuerungsmodus 23 in den Vollwellen-Steuerungsmodus 24 übergegangen, wenn die Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine höher ist, als die Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN und t=DT.
• Gemäß dem Übergang 2423 wird vom Vollwellen-Steuerungsmodus 24 in den Festspannungs-Steuerungsmodus 23 übergegangen, wenn die Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine niedriger ist, als die Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN. Zur Bestimmung des Modulationsindex wird angewendet: $$\text{m}=\text{m\_i}+\frac{\left(m\_f-m\_i\right)}{DT}\times \text{t},\text{ t}\in \left[\mathrm{0,}\text{ DT}\right],$$

  

  wobei
• - m_i = mPO
• - m_f = mPWM_max
• - t=0
• - DT einem Zeitraum entspricht. Beispielsweise entspricht DT der Dauer der Aktivierung des Festspannungs-Steuerungsmodus.
• Gemäß dem Übergang 2322 wird vom Festspannungs-Steuerungsmodus 23 auf den vektoriellen PWM-Steuerungsmodus 22 übergegangen, wenn die Drehzahl der elektrischen Rotationsmaschine niedriger ist, als die Anhaltegeschwindigkeit N_PO_MIN und t=DT.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• FR 2745445 [0006]
• FR 2895598 [0015]
• FR 3004299 [0016]
• CA 2027983 [0017]
• CA 2631299 [0018]

Claims (19)

1. Steuerungssystem für eine mehrphasige und synchrone elektrische Rotationsmaschine, die einen Stator (31) und einen Rotor (30) aufweist, wobei das besagte Steuerungssystem aufweist: - eine Elektronikplatine (16) zum Erzeugen von Statorkommutierungssignalen in Abhängigkeit eines Intensitätsvektors (I) in einem Raumzeiger-Bezugssystem; - einen Wechselrichter (29), der in der Lage ist, eine Spannungsquelle (1) in Abhängigkeit der Statorkommutierungssignale umzuwandeln, um jeder der Statorwicklungen (8, 9, 10) eine Spannung und eine Intensität mit einer elektrischen Schwingung (we) derart zuzuführen, dass der Stator einen magnetischen Statorfluss (PHI) erzeugt, wobei der magnetische Statorfluss (PHI) nach einer Park-Transformation die Komponenten PHId und PHIq hat; - einen Sensor (15) für die Ströme der Phasenwicklungen (8, 9, 10) des Stators; und - einen Geber (14) für die Drehzahl des Rotors (N) und dessen Position; wobei der Wechselrichter (29) und die Elektronikplatine (16) eingerichtet sind, gemäß einem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation (22) mit einer maximal wechselrichtbaren Spannung (V_maxPWM) und einem Modulationsindex (m) maximalen Werts (mPWM_max), und gemäß einem Vollwellen-Steuerungsmodus (24) mit einem Modulationsindex (m) festen Werts (mPO) zu arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang vom vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation (22) zum Vollwellen-Steuerungsmodus (24) der Wechselrichter (29) und die Elektronikplatine (16) eingerichtet sind, um in einem Festspannungs-Steuerungsmodus (23) zu arbeiten, gemäß welchem der Wechselrichter (29) und die Elektronikplatine (16) in einem Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation arbeiten, in dem eine Komponente Iq des Intensitätsvektors (I) geregelt wird, wobei der Betrag eines entsprechenden Spannungsvektors (V) einen durch die Elektronikplatine (16) bestimmten Wert aufweist.
2. Steuerungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) derart eingerichtet ist, dass der Festspannungs-Steuerungsmodus (23) aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors (N) eine Auslösegeschwindigkeit (N_PWM_MAX) überschreitet, wobei dann der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation (22) deaktiviert ist.
3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) derart eingerichtet ist, dass der Vollwellen-Steuerungsmodus (24) aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors (N) eine Anhaltegeschwindigkeit (N_PO_MIN) überschreitet, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus (23) deaktiviert ist.
4. Steuerungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wenn dieser von Anspruch 2 abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Festspannungs-Steuerungsmodus (23) die Elektronikplatine (16) und der Wechselrichter (29) eingerichtet sind, gemäß einem Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation zu arbeiten, in dem eine Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert wird, um die Komponente Iq zu regeln, und eine Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung: Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\left(\frac{Vdc}{2}\right)\times \text{m}$

   

   ist, in der $\text{m}=\text{mPWM\_max}+\frac{\left(mPO-mPWM\_max\right)}{\left(N\_PO\_MIN-N\_PWM\_MAX\right)}\times \left(\text{N}-\text{N\_PWM\_MAX}\right)$

   

   ist, wobei N die Drehzahl des Rotors der Maschine ist.
5. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) derart eingerichtet ist, dass der Vollwellen-Steuerungsmodus (24) nach einer Aktivierungsdauer (DT) des Festspannungs-Steuerungsmodus (23) aktiviert wird, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus (23) deaktiviert ist.
6. Steuerungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Festspannungs-Steuerungsmodus (23) die Elektronikplatine (16) und der Wechselrichter (29) eingerichtet sind, gemäß einem Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation zu arbeiten, in dem eine Komponente Vd des Spannungsvektors gesteuert wird, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors zu regeln, und eine Komponente Vq des Spannungsvektors mit Hilfe der Gleichung: Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{m}$

   

   ist, in der $\text{m}=\text{mPWM\_max}+\frac{\left(mPO-mPWM\_max\right)}{DT}\times \text{t},\text{ t}\in \left[\mathrm{0,}\text{ DT}\right]$

   

   ist.
7. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) derart eingerichtet ist, dass der Festspannungs-Steuerungsmodus aktiviert wird, wenn die Drehzahl des Rotors (N) eine Anhaltegeschwindigkeit (N_PO_MIN) überschreitet, wobei dann der vektorielle Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation (22) deaktiviert ist, und dass der Festspannungs-Steuerungsmodus (23) dann nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, und dann der Vollwellen-Steuerungsmodus (24) aktiviert ist.
8. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Festspannungs-Steuerungsmodus (23) der Betrag des Spannungsvektors (V) in Abhängigkeit von der Drehzahl (N) des Rotors linear ansteigt.
9. Steuerungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Vollwellen-Steuerungsmodus (24) die Elektronikplatine (16) und der Wechselrichter (29) eingerichtet sind, eine Komponente Vd des Spannungsvektors (V) zu steuern, um die Komponente Iq des Intensitätsvektors (I) zu regeln, und eine Komponente Vq des Spannungsvektors (V) mit Hilfe der Gleichung: Vq = √(mod(V)^2 - Vd^2) bestimmt wird, in der $\text{mod}\left(\text{V}\right)=\frac{Vdc}{2}\times \text{mPO}$

   

   ist.
10. Steuerungssystem nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor eine Spule (13) umfasst, wobei gemäß dem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation (22) der Wechselrichter und die Elektronikplatine eingerichtet sind, um in einem Übergangssteuerungsmodus (26) zu arbeiten, gemäß welchem der Wechselrichter (29) und die Elektronikplatine (16) in einem vektoriellen Steuerungsmodus zur Amplitudenweitenmodulation arbeiten, der die Komponente Iq des Intensitätsvektors (I) regelt und in dem eine Komponente Id des Intensitätsvektors (I) oder ein Spulenstrom (Ir) so geregelt wird, dass der Betrag des Spannungsvektors (V) einen von der Elektronikplatine bestimmten Wert annimmt.
11. Steuerungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) derart eingerichtet ist, dass der Übergangssteuerungsmodus (26) aktiviert wird, wenn die Drehzahl (N) des Rotors eine Aktivierungsgeschwindigkeit (N_PWM_OPTI_MAX) überschreitet.
12. Steuerungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) derart eingerichtet ist, dass der Übergangssteuerungsmodus (26) nach einer bestimmten Verzögerung deaktiviert wird, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus (23) aktiviert ist.
13. Steuerungssystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) derart eingerichtet ist, dass der Übergangssteuerungsmodus (26) deaktiviert wird, wenn die Drehzahl (N) des Rotors eine Auslösegeschwindigkeit (N_PWM_MAX) überschreitet, wobei dann der Festspannungs-Steuerungsmodus (23) aktiviert ist.
14. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Übergangssteuerungsmodus (26) der Betrag des Spannungsvektors (V) in Abhängigkeit von der Drehzahl (N) des Rotors linear ansteigt.
15. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß dem Übergangssteuerungsmodus (26) die Komponente Id oder der Spulenstrom (Ir) so geregelt wird, dass der Betrag des Spannungsvektors (V) den Wert der maximal wechselrichtbaren Spannung (V_maxPWM) annimmt.
16. Steuerungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) den Wert der Komponente Id des Intensitätsvektors mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion (F^-1) ermittelt, wobei die Komponente PHId aus einem maximalen magnetischen Statorfluss (PHIm) und der Komponente PHIq bestimmt ist.
17. Steuerungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (16) im Übergangssteuerungsmodus (26) den Wert des Spulenstroms (Ir) mit Hilfe einer auf die Komponente PHId angewandten Funktion (F^-1) bestimmt, wobei die Komponente PHId aus einem maximalen magnetischen Statorfluss (PHIm) und der Komponente PHIq bestimmt ist.
18. Steuerungssystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente PHIq mit Hilfe der Ströme in den Phasenwicklungen (8, 9, 10) bestimmt wird.
19. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Statorfluss (PHIm) durch die Elektronikplatine (16) mit Hilfe der maximal wechselrichtbaren Spannung (V_maxPWM) und der elektrischen Schwingung (we) bestimmt wird.

Images