EP3914469A1 - Method and device for actuating an electric machine, and electric drive system - Google Patents

Method and device for actuating an electric machine, and electric drive system

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EP3914469A1
EP3914469A1 EP20700983.8A EP20700983A EP3914469A1 EP 3914469 A1 EP3914469 A1 EP 3914469A1 EP 20700983 A EP20700983 A EP 20700983A EP 3914469 A1 EP3914469 A1 EP 3914469A1
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EP
European Patent Office
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electrical machine
operating mode
clocking
synchronous
pointer length
Prior art date
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Pending
Application number
EP20700983.8A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas ZELTWANGER
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling an electrical machine. Furthermore, the present invention relates to a device for controlling an electrical machine and an electrical one
  • an electrical machine is fed by a multi-phase AC voltage.
  • This alternating voltage can be provided by an electrical converter, for example.
  • This electrical converter can, for example, from a DC voltage source such as one
  • Traction battery of an electric vehicle can be powered.
  • the DC voltage is thus modulated in order to produce a desired rotational frequency and / or a desired torque on the electrical machine.
  • This alternating voltage is generated, for example, by switching circuit breakers on and off in the converter.
  • PWM pulse width modulation
  • Voltage signal can be modulated.
  • Each power switch of the converter is switched on and off at most once per PWM period.
  • the circuit breakers are dependent on electrical angle of the machine on or off several times per period on and off.
  • EP 1 441 436 A1 discloses a control system with a
  • Hardware unit for controlling an electrical machine In particular, the regulation of the electrical machine can optionally take place in PWM or block mode.
  • the present invention discloses a method for driving an electric machine, a device for driving an electric machine and an electric drive system with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a device for controlling an electrical machine with a converter and a control device.
  • the converter is designed to be coupled to an electrical machine.
  • the converter is also designed to provide an electrical voltage under control of the electrical machine.
  • the converter is designed to control the electrical voltage using control signals from the
  • control device is connected to the converter electrically coupled. Furthermore, the control device is designed to
  • control device is designed to control the electrical machine in a first operating mode using a time-synchronous clocking with a predetermined maximum first voltage pointer length. Furthermore, the control device is designed to control the electrical machine in a second operating mode using an angle-synchronous clocking with an adjustable second voltage pointer length. Finally, the control device is designed to operate the electrical machine in a third operating mode using an angle-synchronous
  • the predetermined third voltage pointer length can in particular be constant and fixed.
  • An electrical drive system with a device according to the invention for controlling the electrical machine and an electrical machine which is electrically coupled to the converter of the device for controlling the electrical machine.
  • the present invention is based on the knowledge that various control methods are possible for controlling electrical machines.
  • the alternating voltages for driving an electrical machine can be generated using a time-synchronous clocking or alternatively using an angle-synchronous clocking.
  • different control methods can be advantageous.
  • the present invention is also based on the finding that a transition between a PWM-synchronous clocking and an angle-synchronous block clocking is a challenge.
  • the present invention takes this knowledge into account and to provide a control for an electrical machine which enables an improved transition between a PWM-synchronous and an angle-synchronous clocking.
  • a control for an electrical machine which enables an improved transition between a PWM-synchronous and an angle-synchronous clocking.
  • the electrical voltages for controlling the electrical machine can be generated using a time-synchronized clocking, in particular a PWM clocking. Such a timing enables especially for smaller ones
  • Voltage pointers up to a certain maximum voltage pointer length provide very good regulation of the output voltages or output currents in a converter for controlling the electrical machine.
  • time-synchronous clocking is particularly advantageous for electrical machines that only rotate slowly or even stand still. For very high ones
  • Output voltages in particular at higher motor speeds, on the other hand, is an angularly synchronous clocking, in particular an angularly synchronous block clocking for generating the electrical voltages in the converter
  • the modulation index provided is a standardized quantity which results directly from the voltage pointer length. It defines itself as the quotient
  • Voltage pointer length and the voltage amplitude in block operation corresponds to that available
  • Input voltage the battery voltage.
  • a modulation index of at most about 0.907 can currently be achieved with conventional PWM methods without overmodulation.
  • block clocking has a modulation index of 1.
  • this difference in the modulation index must be overcome suddenly.
  • such a transition has an acoustically, electrically and mechanically negative effect on the overall system.
  • Allow voltage pointer length In particular, a triple central pulse clocking, which is explained in more detail below, can be used, for example.
  • the modulation index can be continuously adapted from the limited modulation index of a time-synchronous PWM clocking to the modulation index of 1 of the angle-synchronous block clocking. In this way, jumps can be avoided.
  • an angularly synchronous clocking with a variably adjustable voltage pointer length can achieve a steady transition between the maximum voltage pointer length during the time-synchronous clocking in the first operating mode and the voltage pointer length with the angularly synchronous block clocking. In this way, the operating behavior of the electrical drive system can be improved in the transition between time-synchronous clocking and block clocking.
  • the adjustable second becomes during the transition from the first operating mode to the third operating mode
  • Block timing regulated By continuously adjusting the adjustable second voltage pointer length, a continuous transition between the time-synchronous clocking and the angle-synchronous block clocking can be achieved. In particular, jumps can be avoided. This has a positive effect both on the mechanical behavior and on the acoustic properties.
  • the second operating mode comprises one
  • Middle pulse triple clock With a middle pulse triple clocking, starting from a block clocking, two further switching operations can be provided. The Both additional switching operations can take place symmetrically to the center of the block, for example. In this way, a single block becomes one
  • Block timing divided into two symmetrical sub-blocks the total length of the two sub-blocks being shorter than the block length of a block during block timing. In this way, angularly synchronous clocking with a reduced voltage pointer length can be achieved.
  • the second voltage pointer length can be adapted by varying the pulse width of the middle pulse. In particular, the voltage pointer length can be reduced in comparison to the maximum achievable voltage pointer length with block timing.
  • Mean pulse of the middle pulse triple clock falls below a predetermined minimum pulse width.
  • the minimum pulse width defines which time must not be exceeded, during which a switching element of the converter is switched on and off or vice versa.
  • the minimum pulse width can be specified in a converter, for example, on the basis of the component properties, in particular the properties of the switching elements. In addition, dead times or others may also occur
  • characteristic parameters for specifying the minimum pulse width are taken into account.
  • the adjustable second becomes during a transition from the third operating mode to the first operating mode
  • Voltage pointer length in the second operating mode is continuously regulated from a predetermined third voltage pointer to the predetermined maximum first voltage pointer. In this way, a steady, continuous transition from the angle-synchronous block clocking to the time-synchronous PWM clocking can be achieved.
  • the second synchronous clocking comprises one
  • Figure 1 is a schematic representation of a block diagram of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a time-synchronized clocking
  • Figure 3 is a schematic representation of an angular synchronous block timing
  • FIG. 4 a schematic representation of an angle-synchronous clocking for an adjustable voltage pointer length
  • Figure 5 is a schematic representation of a flow chart as it one
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a block diagram of an electrical drive system 1 with a device 10 for controlling an electrical machine 30.
  • the electrical drive system 1 comprises
  • the converter 11 can be fed, for example, from a DC voltage source such as a battery 30 or the like.
  • a DC voltage source such as a battery 30 or the like.
  • the example of a three-phase electrical machine 30 shown here serves only for a better understanding and does not represent a restriction of the present invention.
  • any electrical machines 30 with a number of electrical phases differing from three are also possible.
  • it can also be a six-phase electrical machine 30 or an electrical machine 30 with any other number of phases.
  • the converter 11 can convert the DC voltage provided by the battery 20 into a suitable AC voltage
  • the converter 11 can convert the DC voltage into a three-phase, for example
  • the amplitude of the AC voltage and / or the value of the output current from the converter 11 to the electrical machine 30 can be set on the basis of a predetermined setpoint S.
  • the converter 11 can be a converter with a plurality of half bridges.
  • the converter 11 can comprise at least one half bridge with two switching elements for each phase of the electrical machine 30.
  • the converter 11 for a three-phase electrical machine 30 can have a B6 topology.
  • the switching elements of the converter 11 can be under
  • Control device 12 for example, provide a control signal for each switching element of converter 11 in order to open or close the corresponding switching element.
  • the following description describes in particular the control signal for a switching element of the switching elements of a converter 11.
  • the control signals of the other switching elements are formed in the same way.
  • the control of an upper switching element of a half bridge is complementary to the control of the corresponding lower switching element.
  • dead times or the like may also have to be taken into account.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a control signal of a time-synchronous clocking for the control of a switching element in a converter 11 for controlling the electrical machine 30. For better understanding, only a few pulses are shown for a period of the output signal. As can be seen in Figure 2, the control of the
  • Switching element in the converter 11 based on a fixed time grid with the period T. Within each time grid, the corresponding Switching element switched on and off at most once. By varying the ratio between the on-time and the off-time, the
  • Voltage level of the output signal can be set accordingly.
  • the period T of a clock can be 100 ps, so that the clock frequency of the signal is 10 kHz. Beyond that
  • any other period T or clock frequencies are of course also possible.
  • a corresponding voltage level of the output signal A results as a function of the duty cycle of a pulse.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a control signal for the
  • Output signal turned on, and turned off for another half period.
  • the period T varies depending on the frequency of the output signal A.
  • Output signal A can not be influenced with an angular synchronous block clocking.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a control signal for a
  • the period T depends on the frequency of the output signal A.
  • the middle pulse triple clock differs from the block clocking described in FIG. 3 in that two further switching operations are provided for each half-wave of the output signal A.
  • a switch-on and switch-off process is provided symmetrically to the middle of half a period. This additional input or
  • Switch-off processes each result in a middle pulse M with a pulse width t_M in the middle of a block in the area of the drive system voltage pointer length TT / 4 and 3TT / 4.
  • This center pulse M has the result that the amplitude of the output signal A with a center pulse triple clocking is lower than the amplitude of an output signal A ’, as is the case with an angle-synchronous
  • Block clocking would be the case. This is for better illustration
  • Voltage pointer length can be varied.
  • the pulse width t_M of the middle pulse M cannot be chosen to be as short as desired. If, for example, the voltage pointer is to be increased as part of the regulation of an electrical machine 30, the pulse width t_M of the center pulse M is increasingly shortened in the case of a time-synchronous clocking. If the pulse width t_M of the middle pulse M reaches the minimum adjustable pulse width, there is an immediate transition to
  • the control is preferably carried out on the basis of a time-synchronous clocking in accordance with the pulse-width-modulated clocking described in connection with FIG.
  • the time-synchronous clocking based on the PWM method generally only allows modulation up to a degree of modulation of approximately 0.907. If necessary, the degree of modulation can be increased somewhat by using overmodulation. However, such overmodulation also has disadvantages, so that it may not be desirable.
  • the angularly synchronous block clocking as described in connection with FIG. 3 has a degree of modulation of 1.
  • this angularly synchronous block clocking is also connected to a fixed voltage pointer.
  • an angularly synchronous clocking with variable voltage pointer length can take place during the transition, as has been described by way of example in connection with FIG. 3.
  • a time-synchronous PWM clocking can take place for the control of the electrical machine 3.
  • Time-synchronous PWM clocking can take place, for example, up to a predetermined maximum voltage pointer length. If, starting from the PWM clocking, a transition is made to an angularly synchronous clocking, an angularly synchronous clocking with variable voltage pointer length, for example a middle pulse triple clocking, as described in connection with FIG. 4, is carried out first. Basically, however, there are others
  • Mean pulse M the voltage pointer length can be varied.
  • the rotational speed of the electrical machine has a sufficiently high electrical frequency, as is required for angularly synchronous clocking.
  • the voltage pointer length can be continuously adjusted and in particular increased during the angular synchronous clocking. If the voltage pointer length reaches an upper limit value during the angular synchronous clocking, it is relatively easy to transition to the angularly synchronous block clocking without a middle pulse. This can take place in particular if the pulse width t_M of the middle pulse M falls below a predetermined minimum pulse width.
  • the middle pulse triple clock is changed, whereby the middle pulse must also have at least the required minimum pulse width.
  • the length of the voltage pointer can then be varied continuously and in particular reduced until a transition to a time-synchronous PWM clocking becomes possible.
  • the voltage pointer length can be adapted to the requirements. It is possible, for example, to switch back to PWM clocking after changing from PWM clocking to angularly synchronous clocking with a variable voltage pointer length without first changing to angularly synchronous clocking
  • angular-synchronous block clocking can be changed to the angular-synchronous clocking with variable voltage pointer length and then back to the angular-synchronous block clocking, without a
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a flowchart as it is based on a method for controlling an electrical machine according to one embodiment.
  • the electrical machine 30 is activated in a first operating mode. In the first
  • step S3 the electrical machine is activated in a third operating mode.
  • Operating mode and the third operating mode can be done by driving S2 of the electrical machine 30 in a second operating mode.
  • the control of the electrical machine 30 takes place using an angle-synchronous clocking with an adjustable second voltage pointer length.
  • the first voltage pointer length is determined in particular by the maximum degree of modulation of the time-synchronous clocking.
  • the voltage pointer length for the angularly synchronous block clocking results, for example, from the input voltage of the converter 11.
  • the second voltage pointer length can also fluctuate, for example, between the maximum first voltage pointer length and the third voltage pointer length in the angularly synchronous block clocking operation. Due to the
  • the voltage pointer length may be slightly smaller than the third voltage pointer length in the angular synchronous block timing.
  • the present invention relates to a control of an electrical machine with a change between time-synchronous PWM clocking and angle-synchronous block clocking.
  • it is proposed to provide an angularly synchronous clocking with an adjustable voltage pointer length for the transition. In this way, jumps in the operating behavior of the electrical machine when changing between time-synchronous clocking and angle-synchronous clocking can be minimized or, if necessary, completely prevented.

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Abstract

The invention relates to the actuation of an electric machine with a change between time-synchronous PWM clocking and angle-synchronous block clocking. It is proposed to provide an angle-synchronous clocking with adjustable voltage indicator length for the transition. In this way, jumps in the operating behavior of the electric machine can be minimized or optionally prevented completely during a change between time-synchronous clocking and angle-synchronous clocking.

Description

Beschreibung description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine und elektrisches Antriebssystem Method and device for controlling an electrical machine and electrical drive system
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine und ein elektrisches The present invention relates to a method for controlling an electrical machine. Furthermore, the present invention relates to a device for controlling an electrical machine and an electrical one
Antriebssystem mit einer solchen Vorrichtung. Drive system with such a device.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Antriebssysteme gewinnen zunehmend an Bedeutung. Electric drive systems are becoming increasingly important.
Beispielsweise werden für Antriebssysteme von ganz oder teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen moderne elektrische Antriebssysteme benötigt. Bei einem elektrischen Antrieb, der zum Beispiel in einem Elektrofahrzeug eingesetzt wird, wird eine elektrische Maschine von einer mehrphasigen Wechselspannung gespeist. Diese Wechselspannung kann beispielsweise von einem elektrischen Stromrichter bereitgestellt werden. Dieser elektrische Stromrichter kann zum Beispiel von einer Gleichspannungsquelle wie zum Beispiel einer For example, modern electrical drive systems are required for drive systems of fully or partially electrically powered vehicles. In the case of an electric drive, which is used, for example, in an electric vehicle, an electrical machine is fed by a multi-phase AC voltage. This alternating voltage can be provided by an electrical converter, for example. This electrical converter can, for example, from a DC voltage source such as one
Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs gespeist werden. Für das Erzeugen der Wechselspannung erfolgt somit eine Modulation der Gleichspannung, um an der elektrischen Maschine eine gewünschte Drehfrequenz und/oder ein gewünschtes Drehmoment hervorzurufen. Diese Wechselspannung wird beispielsweise durch Ein- und Ausschalten von Leistungsschaltern in dem Stromrichter erzeugt. Traction battery of an electric vehicle can be powered. For the generation of the AC voltage, the DC voltage is thus modulated in order to produce a desired rotational frequency and / or a desired torque on the electrical machine. This alternating voltage is generated, for example, by switching circuit breakers on and off in the converter.
Hierbei können verschiedene Modulationsverfahren eingesetzt werden. Various modulation methods can be used here.
Insbesondere wird zwischen zeitsynchronen und winkelsynchronen Verfahren unterschieden. Bei einem zeitsynchronen Verfahren kann beispielsweise mittels Pulsbreitenmodulation (Englisch: pulsewidth modulation, PWM) ein In particular, a distinction is made between time-synchronous and angle-synchronous methods. In the case of a time-synchronous method, pulse width modulation (PWM) can be used, for example
Spannungssignal moduliert werden. Hierbei wird jeder Leistungsschalter des Stromrichters pro PWM-Periode maximal einmal ein- und ausgeschaltet. Bei einem winkelsynchronen Verfahren werden die Leistungsschalter abhängig vom elektrischen Winkel der Maschine ein- oder mehrmals pro Periode ein- und ausgeschaltet. Voltage signal can be modulated. Each power switch of the converter is switched on and off at most once per PWM period. With an angle-synchronous procedure, the circuit breakers are dependent on electrical angle of the machine on or off several times per period on and off.
Die Druckschrift EP 1 441 436 Al offenbart ein Regelsystem mit einer EP 1 441 436 A1 discloses a control system with a
Hardwareeinheit zur Regelung einer elektrischen Maschine. Insbesondere kann die Regelung der elektrischen Maschine wahlweise im PWM- oder Blockbetrieb erfolgen. Hardware unit for controlling an electrical machine. In particular, the regulation of the electrical machine can optionally take place in PWM or block mode.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, eine Vorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine und ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. The present invention discloses a method for driving an electric machine, a device for driving an electric machine and an electric drive system with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Demgemäß ist vorgesehen: Accordingly, it is provided:
Ein Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine mit den Schritten des Ansteuerns der elektrischen Maschine in einem Erstbetriebsmodus unter Verwendung einer zeitsynchronen Taktung mit einer vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeigerlänge, einem Schritt zum Ansteuern der elektrischen Maschine in einem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer A method for driving an electric machine with the steps of driving the electric machine in a first operating mode using a time-synchronous clocking with a predetermined maximum first voltage pointer length, a step for driving the electric machine in a second operating mode using a
winkelsynchronen Taktung mit einer einstellbaren zweiten angular synchronous clocking with an adjustable second
Spannungszeigerlänge und einem Schritt zum Ansteuern der elektrischen Maschine in einem dritten Betriebsmodus unter Verwendung einer Voltage pointer length and a step for driving the electrical machine in a third operating mode using a
winkelsynchronen Blocktaktung mit einer vorbestimmten dritten angular synchronous block timing with a predetermined third
Spannungszeigerlänge. Voltage pointer length.
Weiterhin ist vorgesehen: It is also provided:
Eine Vorrichtung zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter und einer Steuereinrichtung. Der Stromrichter ist dazu ausgelegt, mit einer elektrischen Maschine gekoppelt zu werden. Der Stromrichter ist ferner dazu ausgelegt, eine elektrische Spannung unter Ansteuerung der elektrischen Maschine bereitzustellen. Insbesondere ist der Stromrichter dazu ausgelegt, die elektrische Spannung unter Verwendung von Steuersignalen von der A device for controlling an electrical machine with a converter and a control device. The converter is designed to be coupled to an electrical machine. The converter is also designed to provide an electrical voltage under control of the electrical machine. In particular, the converter is designed to control the electrical voltage using control signals from the
Steuereinrichtung bereitzustellen. Die Steuereinrichtung ist mit dem Stromrichter elektrisch gekoppelt. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, Provide control device. The control device is connected to the converter electrically coupled. Furthermore, the control device is designed to
Steuersignale zur Ansteuerung des Stromrichters bereitzustellen. Provide control signals for controlling the converter.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die elektrische Maschine in einem ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer zeitsynchronen Taktung mit einer vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeigerlänge anzusteuern. Weiterhin ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die elektrische Maschine in einem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer winkelsynchronen Taktung mit einer einstellbaren zweiten Spannungszeigerlänge anzusteuern. Schließlich ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die elektrische Maschine in einem dritten Betriebsmodus unter Verwendung einer winkelsynchronen In particular, the control device is designed to control the electrical machine in a first operating mode using a time-synchronous clocking with a predetermined maximum first voltage pointer length. Furthermore, the control device is designed to control the electrical machine in a second operating mode using an angle-synchronous clocking with an adjustable second voltage pointer length. Finally, the control device is designed to operate the electrical machine in a third operating mode using an angle-synchronous
Blocktaktung mit einer vorbestimmten dritten Spannungszeigerlänge Block timing with a predetermined third voltage pointer length
anzusteuern. Die vorbestimmte dritte Spannungszeigerlänge kann dabei insbesondere konstant und fest vorgegeben sein. head for. The predetermined third voltage pointer length can in particular be constant and fixed.
Schließlich ist vorgesehen: Finally, it is provided:
Ein elektrisches Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine und einer elektrischen Maschine, die mit dem Stromrichter der Vorrichtung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt ist. An electrical drive system with a device according to the invention for controlling the electrical machine and an electrical machine which is electrically coupled to the converter of the device for controlling the electrical machine.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Ansteuerung elektrischer Maschine verschiedene Ansteuerverfahren möglich sind. The present invention is based on the knowledge that various control methods are possible for controlling electrical machines.
Insbesondere können die Wechselspannungen für das Ansteuern einer elektrischen Maschine unter Verwendung einer zeitsynchronen Taktung oder alternativ unter Verwendung einer winkelsynchronen Taktung generiert werden. Je nach Betriebszustand können dabei unterschiedliche Ansteuerverfahren vorteilhaft sein. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Erkenntnis zugrunde, dass ein Übergang zwischen einer PWM-synchronen Taktung und einer winkelsynchronen Blocktaktung eine Herausforderung darstellt. In particular, the alternating voltages for driving an electrical machine can be generated using a time-synchronous clocking or alternatively using an angle-synchronous clocking. Depending on the operating state, different control methods can be advantageous. The present invention is also based on the finding that a transition between a PWM-synchronous clocking and an angle-synchronous block clocking is a challenge.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Ansteuerung für eine elektrische Maschine zu schaffen, die einen verbesserten Übergang zwischen einer PWM-synchronen und einer winkelsynchronen Taktung ermöglicht. Für einen möglichst optimalen Betrieb ist es vorgesehen, drei verschiedene Betriebsmodi für das Erzeugen der elektrischen Spannungen zur Ansteuerung der elektrischen Maschine einzusetzen. In einem ersten Betriebsmodus können die elektrischen Spannungen zur Ansteuerung der elektrischen Maschine unter Verwendung einer zeitsynchronen Taktung, insbesondere einer PWM-Taktung, generiert werden. Eine solche Taktung ermöglicht gerade für kleinere It is therefore an idea of the present invention to take this knowledge into account and to provide a control for an electrical machine which enables an improved transition between a PWM-synchronous and an angle-synchronous clocking. For optimal operation, it is provided to use three different operating modes for generating the electrical voltages to control the electrical machine. In a first operating mode, the electrical voltages for controlling the electrical machine can be generated using a time-synchronized clocking, in particular a PWM clocking. Such a timing enables especially for smaller ones
Spannungszeiger bis zu einer gewissen maximalen Spannungszeigerlänge eine sehr gute Regelung der Ausgangsspannungen bzw. Ausgangsströme in einem Stromrichter für das Ansteuern der elektrischen Maschine. Darüber hinaus ist eine solche zeitsynchrone Taktung insbesondere für nur langsam rotierende oder gar stillstehende elektrische Maschinen vorteilhaft. Für sehr hohe Voltage pointers up to a certain maximum voltage pointer length provide very good regulation of the output voltages or output currents in a converter for controlling the electrical machine. In addition, such a time-synchronous clocking is particularly advantageous for electrical machines that only rotate slowly or even stand still. For very high ones
Ausgangsspannungen, insbesondere bei höheren Motordrehzahlen ist dagegen eine winkelsynchrone Taktung, insbesondere eine winkelsynchrone Blocktaktung für das Erzeugen der elektrischen Spannungen in dem Stromrichter zur Output voltages, in particular at higher motor speeds, on the other hand, is an angularly synchronous clocking, in particular an angularly synchronous block clocking for generating the electrical voltages in the converter
Ansteuerung der elektrischen Maschine vorteilhaft. Control of the electrical machine advantageous.
Pulsbreitenmodulierte Verfahren erreichen aufgrund theoretischer und praktischer Grenzen nur einen Modulationsindex < 1. Je höher der stellbare Modulationsindex desto höher ist die Spannungsausbeute der Span Due to theoretical and practical limits, pulse width modulated methods only achieve a modulation index <1. The higher the adjustable modulation index, the higher the voltage yield of the chip
nungsmodulation am Elektromotor bei gleicher Batteriespannung. voltage modulation on the electric motor with the same battery voltage.
Der gestellte Modulationsindex ist eine normierte Größe, welche sich direkt aus der Spannungszeigerlänge ergibt. Er definiert sich als Quotient aus The modulation index provided is a standardized quantity which results directly from the voltage pointer length. It defines itself as the quotient
Spannungszeigerlänge und der Spannungsamplitude beim Blockbetrieb. Beim Blockbetrieb entspricht die Spannunfgsamplitude der verfügbaren Voltage pointer length and the voltage amplitude in block operation. In block mode, the voltage amplitude corresponds to that available
Eingangsspannung, der Batteriespannung. Beispielsweise ist gegenwärtig mit konventionellen PWM-Verfahren ohne Übermodulation ein Modulationsindex von maximal etwa 0,907 zu erreichen. Im Blockbetrieb bei winkelsynchroner Input voltage, the battery voltage. For example, a modulation index of at most about 0.907 can currently be achieved with conventional PWM methods without overmodulation. In block mode with angle synchronous
Blocktaktung dagegen liegt der Modulationsindex bei 1. Bei einem direkten Übergang von einer PWM-synchronen Taktung zu einer winkelsynchronen Blocktaktung muss dieser Unterschied im Modulationsindex daher sprunghaft überwunden werden. Ein solcher Übergang wirkt sich jedoch akustisch, elektrisch und auch mechanisch negativ auf das Gesamtsystem aus. In contrast, block clocking has a modulation index of 1. In the case of a direct transition from a PWM-synchronous clocking to an angle-synchronous block clocking, this difference in the modulation index must be overcome suddenly. However, such a transition has an acoustically, electrically and mechanically negative effect on the overall system.
Zur Vermeidung dieses sprunghaften Übergangs ist es daher erfindungsgemäß vorgesehen, für den Übergang zwischen zeitsynchroner PWM-Taktung und winkelsynchroner Blocktaktung einen weiteren Betriebsmodus vorzusehen, bei welchem die Taktung winkelsynchron mit einer einstellbaren Spannungszeigerlänge erfolgt. Hierzu sind grundsätzlich beliebige To avoid this abrupt transition, it is therefore provided according to the invention to provide a further operating mode for the transition between time-synchronous PWM clocking and angle-synchronous block clocking, in which the clocking is synchronous with an adjustable one Voltage pointer length takes place. There are basically any
winkelsynchrone Regelverfahren möglich, welche eine Variation der angle-synchronous control methods possible, which vary the
Spannungszeigerlänge erlauben. Insbesondere kann beispielsweise eine nachfolgend noch näher erläuterte Dreifach-Mittelpulstaktung eingesetzt werden. Allow voltage pointer length. In particular, a triple central pulse clocking, which is explained in more detail below, can be used, for example.
Durch die Verwendung einer winkelsynchronen Taktung mit einstellbarer Spannungszeigerlänge kann insbesondere der Modulationsindex von dem limitierten Modulationsindex einer zeitsynchronen PWM-Taktung bis hin zu dem Modulationsindex von 1 der winkelsynchronen Blocktaktung hin stetig angepasst werden. Auf diese Weise können Sprünge vermieden werden. By using an angle-synchronous clocking with an adjustable voltage pointer length, in particular the modulation index can be continuously adapted from the limited modulation index of a time-synchronous PWM clocking to the modulation index of 1 of the angle-synchronous block clocking. In this way, jumps can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ein Übergang zwischen dem Ansteuern der elektrischen Maschine in dem ersten Betriebsmodus und dem Ansteuern der elektrischen Maschine in dem dritten Betriebsmodus mittels dem Ansteuern der elektrischen Maschine in dem zweiten Betriebsmodus. Wie zuvor bereits ausgeführt, kann durch eine winkelsynchrone Taktung mit einer variabel einstellbaren Spannungszeigerlänge ein stetiger Übergang zwischen der maximalen Spannungszeigerlänge während der zeitsynchronen Taktung im ersten Betriebsmodus und der Spannungszeigerlänge bei der winkelsynchronen Blocktaktung erreicht werden. Auf diese Weise kann das Betriebsverhalten des elektrischen Antriebssystems beim Übergang zwischen zeitsynchroner Taktung und Blocktaktung verbessert werden. According to one embodiment, there is a transition between driving the electrical machine in the first operating mode and driving the electrical machine in the third operating mode by driving the electrical machine in the second operating mode. As already stated above, an angularly synchronous clocking with a variably adjustable voltage pointer length can achieve a steady transition between the maximum voltage pointer length during the time-synchronous clocking in the first operating mode and the voltage pointer length with the angularly synchronous block clocking. In this way, the operating behavior of the electrical drive system can be improved in the transition between time-synchronous clocking and block clocking.
Gemäß einer Ausführungsform wird während des Übergangs von dem ersten Betriebsmodus zu dem dritten Betriebsmodus die einstellbare zweite According to one embodiment, the adjustable second becomes during the transition from the first operating mode to the third operating mode
Spannungszeigerlänge stetig von der vorbestimmten maximalen ersten Voltage pointer length steadily from the predetermined maximum first
Spannungszeigerlänge für die zeitsynchrone Taktung bis hin zu der Voltage pointer length for the time-synchronous clocking up to the
vorbestimmten dritten Spannungszeigerlänge der winkelsynchronen predetermined third voltage pointer length of the angle synchronous
Blocktaktung geregelt. Durch das stetige Anpassen der einstellbaren zweiten Spannungszeigerlänge kann ein kontinuierlicher Übergang zwischen der zeitsynchronen Taktung und der winkelsynchronen Blocktaktung erreicht werden. Insbesondere können somit Sprünge vermieden werden. Dies wirkt sich sowohl auf das mechanische Verhalten, als auch auf die akustischen Eigenschaften positiv aus. Block timing regulated. By continuously adjusting the adjustable second voltage pointer length, a continuous transition between the time-synchronous clocking and the angle-synchronous block clocking can be achieved. In particular, jumps can be avoided. This has a positive effect both on the mechanical behavior and on the acoustic properties.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der zweite Betriebsmodus eine According to one embodiment, the second operating mode comprises one
Mittelpulsdreifachtaktung. Bei einer Mittelpulsdreifachtaktung können, ausgehend von einer Blocktaktung, zwei weitere Schaltvorgänge vorgesehen sein. Die beiden zusätzlichen Schaltvorgänge können beispielsweise symmetrisch zur Mitte des Blocks erfolgen. Auf diese Weise wird ein Einzelblock einer Middle pulse triple clock. With a middle pulse triple clocking, starting from a block clocking, two further switching operations can be provided. The Both additional switching operations can take place symmetrically to the center of the block, for example. In this way, a single block becomes one
Blocktaktung in zwei symmetrische Teilblöcke unterteilt, wobei die Gesamtlänge der beiden Teilblöcke kürzer ist als die Blocklänge eines Blocks während der Blocktaktung. Auf diese Weise kann eine winkelsynchrone Taktung mit verringerter Spannungszeigerlänge erreicht werden. Block timing divided into two symmetrical sub-blocks, the total length of the two sub-blocks being shorter than the block length of a block during block timing. In this way, angularly synchronous clocking with a reduced voltage pointer length can be achieved.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Pulsbreite des Mittelpulses der Mittelpulsdreifachtaktung unter Verwendung der einstellbaren zweiten According to one embodiment, the pulse width of the middle pulse of the middle pulse triple clocking using the adjustable second
Spannungszeigerlänge eingestellt. Durch die Variation der Pulsbreite des Mittelpulses kann dabei die zweite Spannungszeigerlänge angepasst werden. Insbesondere kann die Spannungszeigerlänge im Vergleich zu der maximal erzielbaren Spannungszeigerlänge bei Blocktaktung vermindert werden. Voltage pointer length set. The second voltage pointer length can be adapted by varying the pulse width of the middle pulse. In particular, the voltage pointer length can be reduced in comparison to the maximum achievable voltage pointer length with block timing.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ein Übergang von dem zweiten According to one embodiment, there is a transition from the second
Betriebsmodus zu dem dritten Betriebsmodus, wenn die Pulsbreite des Operating mode to the third operating mode when the pulse width of the
Mittelpulses der Mittelpulsdreifachtaktung eine vorbestimmte Mindestpulsbreite unterschreitet. Die Mindestpulsbreite definiert, welche Zeit nicht unterschritten werden darf, während dessen ein Schaltelement des Stromrichters ein- und ausgeschaltet wird oder entsprechend umgekehrt. Die Mindestpulsbreite kann dabei beispielsweise aufgrund der Bauelementeigenschaften, insbesondere der Eigenschaften der Schaltelemente, in einem Stromrichter vorgegeben sein. Darüber hinaus können gegebenenfalls auch Totzeiten oder weitere Mean pulse of the middle pulse triple clock falls below a predetermined minimum pulse width. The minimum pulse width defines which time must not be exceeded, during which a switching element of the converter is switched on and off or vice versa. The minimum pulse width can be specified in a converter, for example, on the basis of the component properties, in particular the properties of the switching elements. In addition, dead times or others may also occur
charakteristische Parameter für das Spezifizieren der Mindestpulsbreite berücksichtigt werden. characteristic parameters for specifying the minimum pulse width are taken into account.
Gemäß einer Ausführungsform wird während eines Übergangs von dem dritten Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus die einstellbare zweite According to one embodiment, the adjustable second becomes during a transition from the third operating mode to the first operating mode
Spannungszeigerlänge in dem zweiten Betriebsmodus stetig von einem vorbestimmten dritten Spannungszeiger bis zu dem vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeiger geregelt. Auf diese Weise kann auch ein stetiger, kontinuierlicher Übergang von der winkelsynchronen Blocktaktung zur zeitsynchronen PWM-Taktung erreicht werden. Voltage pointer length in the second operating mode is continuously regulated from a predetermined third voltage pointer to the predetermined maximum first voltage pointer. In this way, a steady, continuous transition from the angle-synchronous block clocking to the time-synchronous PWM clocking can be achieved.
In einer Ausführungsform umfasst die zweite synchrone Taktung eine In one embodiment, the second synchronous clocking comprises one
Pulsbreitenmodulation. Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Pulse width modulation. The above refinements and developments can be combined with one another as desired. Further refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of previously or below not explicitly mentioned with respect to the
Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Features of the invention described embodiments. In particular, the person skilled in the art will also consider individual aspects as improvements or
Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Add additions to the respective basic forms of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: The present invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments given in schematic figures of the drawings. Show:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines Figure 1 is a schematic representation of a block diagram of a
elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform; electric drive system according to an embodiment;
Figur 2: eine schematische Darstellung einer zeitsynchronen Taktung; Figure 2 is a schematic representation of a time-synchronized clocking;
Figur 3: eine schematische Darstellung einer winkelsynchronen Blocktaktung; Figure 3 is a schematic representation of an angular synchronous block timing;
Figur 4: eine schematische Darstellung einer winkelsynchronen Taktung für eine einstellbare Spannungszeigerlänge; und FIG. 4: a schematic representation of an angle-synchronous clocking for an adjustable voltage pointer length; and
Figur 5: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms wie es einem Figure 5 is a schematic representation of a flow chart as it one
Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Method for controlling an electrical machine according to one embodiment.
Beschreibung der Ausführungsformen Description of the embodiments
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbilds eines elektrischen Antriebssystems 1 mit einer Vorrichtung 10 zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine 30. Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst FIG. 1 shows a schematic illustration of a block diagram of an electrical drive system 1 with a device 10 for controlling an electrical machine 30. The electrical drive system 1 comprises
beispielsweise eine elektrische Maschine 30, die von einem Stromrichter 11 gespeist werden kann. Hierzu kann der Stromrichter 11 beispielsweise von einer Gleichspannungsquelle wie einer Batterie 30 oder ähnlichem gespeist werden. Das hier dargestellte Beispiel einer dreiphasigen elektrischen Maschine 30 dient nur dem besseren Verständnis und stellt dabei keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung dar. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige elektrische Maschinen 30 mit einer von drei abweichenden Anzahl von elektrischen Phasen möglich. Beispielsweise kann es sich auch um eine sechsphasige elektrische Maschine 30 oder um eine elektrische Maschine 30 mit einer beliebigen anderen Anzahl von Phasen handeln. Zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 30 kann der Stromrichter 11 die von der Batterie 20 bereitgestellte Gleichspannung in eine geeignete Wechselspannung for example an electrical machine 30 that can be fed by a power converter 11. For this purpose, the converter 11 can be fed, for example, from a DC voltage source such as a battery 30 or the like. The example of a three-phase electrical machine 30 shown here serves only for a better understanding and does not represent a restriction of the present invention. In addition, of course, any electrical machines 30 with a number of electrical phases differing from three are also possible. For example, it can also be a six-phase electrical machine 30 or an electrical machine 30 with any other number of phases. To control the electrical machine 30, the converter 11 can convert the DC voltage provided by the battery 20 into a suitable AC voltage
konvertieren. Im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine 30 kann der Stromrichter 11 beispielsweise die Gleichspannung in eine dreiphasige convert. In the case of a three-phase electrical machine 30, the converter 11 can convert the DC voltage into a three-phase, for example
Wechselspannung umwandeln. Hierbei kann insbesondere die Amplitude der Wechselspannung und/oder der Wert des Ausgangsstroms vom Stromrichter 11 zur elektrischen Maschine 30 auf Grundlage eines vorgegebenen Sollwertes S eingestellt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Stromrichter 11 um einen Stromrichter mit mehreren Halbbrücken handeln. Insbesondere kann der Stromrichter 11 für jede Phase der elektrischen Maschine 30 mindestens eine Halbbrücke mit zwei Schaltelementen umfassen. So kann der Stromrichter 11 für eine dreiphasige elektrische Maschine 30 beispielsweise eine B6-Topologie aufweisen. Die Schaltelemente des Stromrichters 11 können dabei unter Convert AC voltage. In particular, the amplitude of the AC voltage and / or the value of the output current from the converter 11 to the electrical machine 30 can be set on the basis of a predetermined setpoint S. For example, the converter 11 can be a converter with a plurality of half bridges. In particular, the converter 11 can comprise at least one half bridge with two switching elements for each phase of the electrical machine 30. For example, the converter 11 for a three-phase electrical machine 30 can have a B6 topology. The switching elements of the converter 11 can be under
Verwendung der Sollwertvorgabe S von der Steuereinrichtung 12 mittels geeigneter Steuersignale angesteuert werden. Hierbei kann die Use of the setpoint specification S can be controlled by the control device 12 by means of suitable control signals. Here, the
Steuereinrichtung 12 beispielsweise für jedes Schaltelement des Stromrichters 11 ein Steuersignal bereitstellen, um das entsprechende Schaltelement zu öffnen oder zu schließen. In der nachfolgenden Beschreibung wird insbesondere das Steuersignal für ein Schaltelement der Schaltelemente eines Stromrichters 11 beschrieben. Die Steuersignale der übrigen Schaltelemente werden auf gleiche Weise gebildet. Dabei erfolgt die Ansteuerung eines oberen Schaltelements einer Halbbrücke komplementär zu der Ansteuerung des korrespondierenden unteren Schaltelements. Darüber hinaus sind gegebenenfalls auch Totzeiten oder ähnliches zu berücksichtigen. Control device 12, for example, provide a control signal for each switching element of converter 11 in order to open or close the corresponding switching element. The following description describes in particular the control signal for a switching element of the switching elements of a converter 11. The control signals of the other switching elements are formed in the same way. The control of an upper switching element of a half bridge is complementary to the control of the corresponding lower switching element. In addition, dead times or the like may also have to be taken into account.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ansteuersignals einer zeitsynchronen Taktung für die Ansteuerung eines Schaltelements in einem Stromrichter 11 zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 30. Zum besseren Verständnis sind hierbei nur wenige Pulse für eine Periode des Ausgangssignals dargestellt. Wie in Figur 2 zu erkennen ist, erfolgt die Ansteuerung des FIG. 2 shows a schematic representation of a control signal of a time-synchronous clocking for the control of a switching element in a converter 11 for controlling the electrical machine 30. For better understanding, only a few pulses are shown for a period of the output signal. As can be seen in Figure 2, the control of the
Schaltelements in dem Stromrichter 11 auf Grundlage eines festen Zeitrasters mit der Periodendauer T. Innerhalb jedes Zeitrasters wird das entsprechende Schaltelement maximal einmal ein- und ausgeschaltet. Durch die Variation des Verhältnisses zwischen Einschaltdauer und Ausschaltdauer kann die Switching element in the converter 11 based on a fixed time grid with the period T. Within each time grid, the corresponding Switching element switched on and off at most once. By varying the ratio between the on-time and the off-time, the
Spannungshöhe des Ausgangssignals entsprechend eingestellt werden. Voltage level of the output signal can be set accordingly.
Beispielsweise kann die Periodendauer T eines Takts 100 ps betragen, so dass die Taktfrequenz des Signals 10 kHz beträgt. Darüber hinaus sind For example, the period T of a clock can be 100 ps, so that the clock frequency of the signal is 10 kHz. Beyond that
selbstverständlich auch beliebige andere Periodendauern T bzw. Taktfrequenzen möglich. Wie in Figur 2 weiter zu erkennen ist, ergibt sich in Abhängigkeit von der Einschaltdauer eines Pulses eine korrespondierende Spannungshöhe des Ausgangssignals A. any other period T or clock frequencies are of course also possible. As can also be seen in FIG. 2, a corresponding voltage level of the output signal A results as a function of the duty cycle of a pulse.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuersignals für die Figure 3 shows a schematic representation of a control signal for the
Ansteuerung eines Schaltelements in dem Stromrichter 11 für eine Control of a switching element in the converter 11 for a
winkelsynchrone Blocktaktung. Wie hierbei zu erkennen ist, ist das angular synchronous block timing. As can be seen here, that is
entsprechende Schaltelement für eine halbe Periodendauer T des corresponding switching element for half a period T of
Ausgangssignals eingeschaltet, und für eine weitere halbe Periodendauer ausgeschaltet. Die Periodendauer T variiert dabei in Abhängigkeit der Frequenz des Ausgangssignals A. Darüber hinaus kann jedoch die Amplitude des Output signal turned on, and turned off for another half period. The period T varies depending on the frequency of the output signal A. In addition, however, the amplitude of the
Ausgangssignals A bei einer winkelsynchronen Blocktaktung nicht beeinflusst werden. Output signal A can not be influenced with an angular synchronous block clocking.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuersignals für ein Figure 3 shows a schematic representation of a control signal for a
Halbleiterschaltelement eines Stromrichters 11 für eine winkelsynchrone Taktung mit einstellbarer Spannungszeigerlänge, insbesondere für eine Semiconductor switching element of a converter 11 for an angular synchronous clocking with adjustable voltage pointer length, in particular for one
Mittelpulsdreifachtaktung. Auch hierbei ist die Periodendauer T abhängig von der Frequenz des Ausgangssignals A. Die Mittelpulsdreifachtaktung unterscheidet sich von der in Figur 3 beschriebenen Blocktaktung dadurch, dass für jede Halbwelle des Ausgangssignals A zwei weitere Schaltvorgänge vorgesehen sind. Hierbei ist jeweils symmetrisch zur Mitte einer halben Periodendauer ein Ein- und ein Ausschaltvorgang vorgesehen. Durch diese zusätzlichen Ein- bzw. Middle pulse triple clock. Here too, the period T depends on the frequency of the output signal A. The middle pulse triple clock differs from the block clocking described in FIG. 3 in that two further switching operations are provided for each half-wave of the output signal A. A switch-on and switch-off process is provided symmetrically to the middle of half a period. This additional input or
Ausschaltvorgänge entsteht jeweils zur Mitte eines Blocks im Bereich von Antriebssystem Spannungszeigerlänge TT/4 und 3TT/4 jeweils ein Mittelpuls M mit einer Pulsbreite t_M. Dieser Mittelpuls M führt dazu, dass die Amplitude des Ausgangssignals A bei einer Mittelpulsdreifachtaktung geringer ist, als die Amplitude eines Ausgangssignals A’, wie es bei einer winkelsynchronen Switch-off processes each result in a middle pulse M with a pulse width t_M in the middle of a block in the area of the drive system voltage pointer length TT / 4 and 3TT / 4. This center pulse M has the result that the amplitude of the output signal A with a center pulse triple clocking is lower than the amplitude of an output signal A ’, as is the case with an angle-synchronous
Blocktaktung der Fall wäre. Zur besseren Veranschaulichung ist das Block clocking would be the case. This is for better illustration
Ausgangssignal A gemäß der Mittelpulsdreifachtaktung als durchgezogene Linie dargestellt, und das Ausgangssignal A’ einer winkelsynchronen Blocktaktung als gestrichelte Linie. Durch Variation der Pulsbreite t_M des Mittelpulses M kann somit die Output signal A according to the middle pulse triple clocking shown as a solid line, and the output signal A 'of an angular synchronous block clocking as a dashed line. By varying the pulse width t_M of the middle pulse M the
Spannungszeigerlänge variiert werden. Voltage pointer length can be varied.
Im realen Betrieb ist es dabei nicht möglich, die Zeit zwischen einem In real operation, it is not possible to set the time between one
Einschaltvorgang und einem daraus folgenden Ausschaltvorgang bzw. einem Ausschaltvorgang und einem darauffolgenden Einschaltvorgang beliebig kurz zu wählen. Vielmehr sind hierbei vorgegebene Rahmenbedingungen einzuhalten. Daher kann auch die Pulsbreite t_M des Mittelpulses M nicht beliebig kurz gewählt werden. Soll im Rahmen der Regelung einer elektrischen Maschine 30 beispielsweise der Spannungszeiger erhöht werden, so wird bei einer zeitsynchronen Taktung die Pulsbreite t_M des Mittelpulses M zunehmend verkürzt. Erreicht dabei die Pulsbreite t_M des Mittelpulses M die minimal einstellbare Pulsbreite, so erfolgt ein unmittelbarer Übergang zur Switch-on process and a subsequent switch-off process or a switch-off process and a subsequent switch-on process as short as desired. Rather, specified framework conditions must be observed. Therefore, the pulse width t_M of the middle pulse M cannot be chosen to be as short as desired. If, for example, the voltage pointer is to be increased as part of the regulation of an electrical machine 30, the pulse width t_M of the center pulse M is increasingly shortened in the case of a time-synchronous clocking. If the pulse width t_M of the middle pulse M reaches the minimum adjustable pulse width, there is an immediate transition to
winkelsynchronen Blocktaktung ohne Mittelpuls M, wie dies zuvor im angular synchronous block timing without center pulse M, as previously in
Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben worden ist. Umgekehrt kann, wenn die Spannungszeigerlänge im Rahmen einer Regelung abgesenkt werden soll, erst dann von der winkelsynchronen Blocktaktung in die Mittelpulsdreifachtaktung übergegangen werden, wenn der Mittelpuls M eine Pulsbreite t_M aufweist, welche mindestens die erforderliche Mittelpulsbreite aufweist. In connection with Figure 3 has been described. Conversely, if the voltage pointer length is to be reduced in the context of a regulation, it is only possible to transition from the angularly synchronous block clocking to the middle pulse triple clocking when the middle pulse M has a pulse width t_M which has at least the required middle pulse width.
Für den Betrieb des elektrischen Antriebssystems mit der elektrischen Maschine 30 ist es möglich, je nach Betriebszustand zwischen den oben beschriebenen Ansteuerverfahren zu wechseln. Insbesondere bei Stillstand oder geringen Drehzahlen der elektrischen Maschine 30 erfolgt die Ansteuerung vorzugsweise auf Basis einer zeitsynchronen Taktung gemäß der im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen pulsbreitenmodulierten Taktung. Die zeitsynchrone Taktung auf Basis des PWM-Verfahrens ermöglicht dabei in der Regel nur eine Modulation bis zu einem Modulationsgrad von etwa 0,907. Gegebenenfalls kann der Modulationsgrad durch den Einsatz einer Übermodulation noch etwas erhöht werden. Allerdings ist eine derartige Übermodulation auch mit Nachteilen verbunden, so dass sie gegebenenfalls nicht erwünscht ist. For the operation of the electric drive system with the electric machine 30, it is possible to switch between the control methods described above, depending on the operating state. Particularly when the electrical machine 30 is at a standstill or at low speeds, the control is preferably carried out on the basis of a time-synchronous clocking in accordance with the pulse-width-modulated clocking described in connection with FIG. The time-synchronous clocking based on the PWM method generally only allows modulation up to a degree of modulation of approximately 0.907. If necessary, the degree of modulation can be increased somewhat by using overmodulation. However, such overmodulation also has disadvantages, so that it may not be desirable.
Die winkelsynchrone Blocktaktung wie sie im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben wurde, weist dagegen einen Modulationsgrad von 1 auf. In contrast, the angularly synchronous block clocking as described in connection with FIG. 3 has a degree of modulation of 1.
Entsprechend ist diese winkelsynchrone Blocktaktung auch mit einem festen Spannungszeiger verbunden. Bei einem direkten Übergang von der Accordingly, this angularly synchronous block clocking is also connected to a fixed voltage pointer. With a direct transition from the
zeitsynchronen pulsbreitenmodulierten Taktung zur winkelsynchronen Blocktaktung muss daher der Unterschied des Modulationsgrades vom Maximum der PWM-Taktung zur Blocktaktung sprunghaft überwunden werden. time-synchronous pulse width modulated clocking for angle-synchronous Block clocking, therefore, the difference in the degree of modulation from the maximum of PWM clocking to block clocking must be overcome by leaps and bounds.
Um einen derartigen Sprung zu vermeiden, kann während des Übergangs eine winkelsynchrone Taktung mit variabler Spannungszeigerlänge erfolgen, wie sie exemplarisch im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben worden ist. In order to avoid such a jump, an angularly synchronous clocking with variable voltage pointer length can take place during the transition, as has been described by way of example in connection with FIG. 3.
Hierbei kann beispielsweise für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 3 zunächst eine zeitsynchrone PWM-Taktung erfolgen. Eine derartige Here, for example, a time-synchronous PWM clocking can take place for the control of the electrical machine 3. Such
zeitsynchrone PWM-Taktung kann beispielsweise bis zu einer vorbestimmten maximalen Spannungszeigerlänge erfolgen. Soll ausgehend von der PWM- Taktung in eine winkelsynchrone Taktung übergegangen werden, so erfolgt zunächst eine winkelsynchrone Taktung mit variabler Spannungszeigerlänge, beispielsweise einer Mittelpulsdreifachtaktung, wie sie im Zusammenhang mit Figur 4 beschrieben worden ist. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Time-synchronous PWM clocking can take place, for example, up to a predetermined maximum voltage pointer length. If, starting from the PWM clocking, a transition is made to an angularly synchronous clocking, an angularly synchronous clocking with variable voltage pointer length, for example a middle pulse triple clocking, as described in connection with FIG. 4, is carried out first. Basically, however, there are others
Ansteuerverfahren für einer winkelsynchrone Taktung mit variabler Control method for an angular synchronous clocking with variable
Spannungszeigerlänge möglich. Durch Variation der Pulsbreite t_M des Voltage pointer length possible. By varying the pulse width t_M des
Mittelpulses M kann dabei die Spannungszeigerlänge variiert werden. Mean pulse M the voltage pointer length can be varied.
Gegebenenfalls ist hierbei zu berücksichtigen, dass die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Maschine eine ausreichend hohe elektrische Frequenz aufweist, wie sie für eine winkelsynchrone Taktung erforderlich ist. Im weiteren Verlauf kann die Spannungszeigerlänge während der winkelsynchronen Taktung stetig angepasst und insbesondere erhöht werden. Erreicht die Spannungszeigerlänge während der winkelsynchronen Taktung einen oberen Grenzwert, so kann relativ problemlos in die winkelsynchrone Blocktaktung ohne Mittelpuls übergegangen werden. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn die Pulsbreite t_M des Mittelpulses M eine zuvor festgelegte Mindestpulsbreite unterschreitet. If necessary, it must be taken into account here that the rotational speed of the electrical machine has a sufficiently high electrical frequency, as is required for angularly synchronous clocking. In the further course, the voltage pointer length can be continuously adjusted and in particular increased during the angular synchronous clocking. If the voltage pointer length reaches an upper limit value during the angular synchronous clocking, it is relatively easy to transition to the angularly synchronous block clocking without a middle pulse. This can take place in particular if the pulse width t_M of the middle pulse M falls below a predetermined minimum pulse width.
Analog kann ausgehend von der winkelsynchronen Blocktaktung in die winkelsynchrone Taktung, beispielsweise die in Figur 4 beschriebene Analogously, starting from the angularly synchronous block clocking into the angularly synchronous clocking, for example that described in FIG. 4
Mittelpulsdreifachtaktung gewechselt werden, wobei hierbei der Mittelpuls ebenfalls mindestens die erforderliche Mindestpulsbreite aufweisen muss. The middle pulse triple clock is changed, whereby the middle pulse must also have at least the required minimum pulse width.
Daraufhin kann die Spannungszeigerlänge stetig variiert und insbesondere abgesenkt werden, bis ein Übergang zu einer zeitsynchronen PWM-Taktung möglich wird. Selbstverständlich kann während des Betriebs in der The length of the voltage pointer can then be varied continuously and in particular reduced until a transition to a time-synchronous PWM clocking becomes possible. Of course, during operation in the
winkelsynchronen Taktung mit variabler Spannungszeigerlänge auch angular synchronous clocking with variable voltage pointer length too
kontinuierlich auf erforderliche Regleränderungen eingegangen werden. So kann zum Beispiel die Spannungszeigerlänge den Erfordernisse angepasst werden. So ist es beispielsweise möglich, nach einem Wechsel von der PWM-Taktung in die winkelsynchrone Taktung mit variabler Spannungszeigerlänge auch wieder in die PWM-Taktung zurückzukehren ohne zuvor in die winkelsynchrone necessary controller changes are continuously addressed. For example, the voltage pointer length can be adapted to the requirements. It is possible, for example, to switch back to PWM clocking after changing from PWM clocking to angularly synchronous clocking with a variable voltage pointer length without first changing to angularly synchronous clocking
Blocktaktung gewechselt zu haben. Entsprechend kann auch von der To have changed block timing. Correspondingly, the
winkelsynchronen Blocktaktung in die winkelsynchrone Taktung mit variabler Spannungszeigerlänge gewechselt werden und anschließend wieder zurück in die winkelsynchrone Blocktaktung, ohne dass zwischenzeitlich eine angular-synchronous block clocking can be changed to the angular-synchronous clocking with variable voltage pointer length and then back to the angular-synchronous block clocking, without a
zeitsynchrone PWM-Taktung erfolgt ist. time-synchronous PWM clocking has taken place.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. In Schritt S1 erfolgt eine Ansteuerung der elektrischen Maschine 30 in einem ersten Betriebsmodus. In dem ersten FIG. 5 shows a schematic illustration of a flowchart as it is based on a method for controlling an electrical machine according to one embodiment. In step S1, the electrical machine 30 is activated in a first operating mode. In the first
Betriebsmodus erfolgt die Ansteuerung der elektrischen Maschine unter Operating mode, the electrical machine is controlled under
Verwendung einer zeitsynchronen Taktung mit einer vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeigerlänge. In Schritt S3 erfolgt das Ansteuern der elektrischen Maschine in einem dritten Betriebsmodus. In dem dritten Use of a time-synchronous clocking with a predetermined maximum first voltage pointer length. In step S3, the electrical machine is activated in a third operating mode. In the third
Betriebsmodus erfolgt das Ansteuern der elektrischen Maschine unter Operating mode, the electrical machine is controlled under
Verwendung einer winkelsynchronen Blocktaktung mit einer vorbestimmten dritten Spannungszeigerlänge. Der Übergang zwischen dem ersten Using an angle-synchronous block timing with a predetermined third voltage pointer length. The transition between the first
Betriebsmodus und dem dritten Betriebsmodus kann durch ein Ansteuern S2 der elektrischen Maschine 30 in einem zweiten Betriebsmodus erfolgen. In dem zweiten Betriebsmodus erfolgt das Ansteuern der elektrischen Maschine 30 unter Verwendung einer winkelsynchronen Taktung mit einer einstellbaren zweiten Spannungszeigerlänge. Operating mode and the third operating mode can be done by driving S2 of the electrical machine 30 in a second operating mode. In the second operating mode, the control of the electrical machine 30 takes place using an angle-synchronous clocking with an adjustable second voltage pointer length.
Die erste Spannungszeigerlänge ist dabei insbesondere durch den maximalen Modulationsgrad der zeitsynchronen Taktung bestimmt. Die dritte The first voltage pointer length is determined in particular by the maximum degree of modulation of the time-synchronous clocking. The third
Spannungszeigerlänge für die winkelsynchrone Blocktaktung ergibt sich beispielsweise aus der Eingangsspannung des Stromrichters 11. Die zweite Spannungszeigerlänge kann darüber hinaus beispielsweise zwischen der maximalen ersten Spannungszeigerlänge und der dritten Spannungszeigerlänge im winkelsynchronen Blocktaktungsbetrieb schwanken. Aufgrund der The voltage pointer length for the angularly synchronous block clocking results, for example, from the input voltage of the converter 11. The second voltage pointer length can also fluctuate, for example, between the maximum first voltage pointer length and the third voltage pointer length in the angularly synchronous block clocking operation. Due to the
erforderlichen Mindestpulsbreite kann die maximal erzielbare required minimum pulse width can be the maximum achievable
Spannungszeigerlänge für die winkelsynchrone Taktung mit variabler Voltage pointer length for angular synchronous clocking with variable
Spannungszeigerlänge gegebenenfalls geringfügig kleiner sein als die dritte Spannungszeigerlänge in der winkelsynchronen Blocktaktung. Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Ansteuerung einer elektrischen Maschine mit einem Wechsel zwischen zeitsynchroner PWM- Taktung und winkelsynchroner Blocktaktung. Hierzu wird vorgeschlagen, für den Übergang eine winkelsynchrone Taktung mit einstellbarer Spannungszeigerlänge vorzusehen. Auf diese Weise können Sprünge im Betriebsverhalten der elektrischen Maschine bei einem Wechsel zwischen zeitsynchroner Taktung und winkelsynchroner Taktung minimiert oder gegebenenfalls ganz verhindert werden. The voltage pointer length may be slightly smaller than the third voltage pointer length in the angular synchronous block timing. In summary, the present invention relates to a control of an electrical machine with a change between time-synchronous PWM clocking and angle-synchronous block clocking. For this purpose, it is proposed to provide an angularly synchronous clocking with an adjustable voltage pointer length for the transition. In this way, jumps in the operating behavior of the electrical machine when changing between time-synchronous clocking and angle-synchronous clocking can be minimized or, if necessary, completely prevented.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine (30), mit den Schritten: 1. Method for controlling an electrical machine (30), with the steps:
Ansteuern (Sl) der elektrischen Maschine (30) in einem ersten Control (Sl) of the electrical machine (30) in a first
Betriebsmodus unter Verwendung einer zeitsynchronen Taktung mit einer vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeigerlänge; Operating mode using a time-synchronous clocking with a predetermined maximum first voltage pointer length;
Ansteuern (S2) der elektrischen Maschine (30) in einem zweiten Activation (S2) of the electrical machine (30) in a second
Betriebsmodus unter Verwendung einer winkelsynchronen Taktung mit einer einstellbaren zweiten Spannungszeigerlänge; und Operating mode using an angle-synchronous clocking with an adjustable second voltage pointer length; and
Ansteuern (S3) der elektrischen Maschine (30) in einem dritten Control (S3) of the electrical machine (30) in a third
Betriebsmodus unter Verwendung einer winkelsynchronen Blocktaktung mit einer vorbestimmten dritten Spannungszeigerlänge. Operating mode using an angular synchronous block timing with a predetermined third voltage pointer length.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Übergang zwischen dem 2. The method of claim 1, wherein a transition between the
Ansteuern (Sl) der elektrischen Maschine (30) in dem ersten Control (Sl) of the electrical machine (30) in the first
Betriebsmodus und dem Ansteuern (S3) der elektrischen Maschine (30) in dem dritten Betriebsmodus mittels dem Ansteuern (S2) der elektrischen Maschine (30) in dem zweiten Betriebsmodus erfolgt. Operating mode and the control (S3) of the electrical machine (30) in the third operating mode by means of the control (S2) of the electrical machine (30) in the second operating mode.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei während des Übergangs von dem ersten Betriebsmodus zu dem dritten Betriebsmodus die einstellbare zweite Spannungszeigerlänge stetig von der vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeigerlänge bis zur vorbestimmten dritten 3. The method of claim 2, wherein during the transition from the first operating mode to the third operating mode, the adjustable second voltage pointer length continuously from the predetermined maximum first voltage pointer length to the predetermined third
Spannungszeigerlänge geregelt wird. Voltage pointer length is regulated.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the second
Betriebsmodus eine Mittelpulsdreifachtaktung umfasst. Operating mode includes a middle pulse triple clock.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Pulsbreite (t_M) eines 5. The method of claim 4, wherein a pulse width (t_M) one
Mittelpulses unter Verwendung der einstellbaren zweiten Center pulse using the adjustable second
Spannungszeigerlänge eingestellt wird. Voltage pointer length is set.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei ein Übergang von dem zweiten Betriebsmodus zu den dritten Betriebsmodus erfolgt, wenn die Pulsbreite (t_M) des Mittelpulses eine vorbestimmte Mindestpulsbreite 6. The method according to claim 4 or 5, wherein a transition from the second operating mode to the third operating mode takes place when the pulse width (t_M) of the central pulse is a predetermined minimum pulse width
unterschreitet. falls below.
7 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei während eines 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein during a
Übergangs von dem dritten Betriebsmodus zu dem ersten Betriebsmodus in dem zweiten Betriebsmodus die einstellbare zweite Transition from the third operating mode to the first operating mode in the second operating mode, the adjustable second
Spannungszeigerlänge stetig von vorbestimmten dritten Voltage pointer length steadily from predetermined third
Spannungszeigerlänge bis zu der vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeigerlänge geregelt wird. Voltage pointer length is regulated up to the predetermined maximum first voltage pointer length.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die zeitsynchrone Taktung eine Pulsbreitenmodulation umfasst. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the time-synchronous clocking comprises pulse width modulation.
9. Vorrichtung (10) zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine (30), mit: einem Stromrichter (11), der dazu ausgelegt ist, mit einer elektrischen Maschine (30) gekoppelt zu werden und eine elektrische Spannung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (30) bereitzustellen; und einer Steuereinrichtung (12), die mit dem Stromrichter (11) elektrisch gekoppelt ist, und die dazu ausgelegt ist, Steuersignale zur Ansteuerung des Stromrichters (11) bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung (11) dazu ausgelegt ist, 9. Device (10) for controlling an electrical machine (30), comprising: a converter (11) which is designed to be coupled to an electrical machine (30) and an electrical voltage for controlling the electrical machine (30) to provide; and a control device (12) which is electrically coupled to the converter (11) and which is designed to provide control signals for controlling the converter (11), the control device (11) being designed to
- die elektrische Maschine (30) in einem ersten Betriebsmodus unter Verwendung einer zeitsynchronen Taktung mit einer vorbestimmten maximalen ersten Spannungszeigerlänge anzusteuern, die elektrische Maschine (30) in einem zweiten Betriebsmodus unter Verwendung einer winkelsynchronen Taktung mit einer einstellbaren zweiten Spannungszeigerlänge anzusteuern, und die elektrische Maschine (30) in einem dritten Betriebsmodus unter Verwendung einer winkelsynchronen Blocktaktung mit einer vorbestimmten dritten Spannungszeigerlänge anzusteuern. - to control the electrical machine (30) in a first operating mode using a time-synchronous clocking with a predetermined maximum first voltage pointer length, to control the electrical machine (30) in a second operating mode using an angle-synchronous clocking with an adjustable second voltage pointer length, and the electrical machine (30) in a third operating mode using an angle-synchronous block timing with a predetermined third voltage pointer length.
10. Elektrisches Antriebssystem (1), mit: einer Vorrichtung (10) zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine (30) nach Anspruch 9, und einer elektrischen Maschine (30), die mit dem Stromrichter (11) der Vorrichtung (10) zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (30) elektrisch gekoppelt ist. 10. Electrical drive system (1), comprising: a device (10) for controlling an electrical machine (30) according to claim 9, and an electrical machine (30) with the converter (11) of the device (10) for controlling the electrical machine (30) is electrically coupled.
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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3244845B2 (en) * 1992-06-23 2002-01-07 東芝トランスポートエンジニアリング株式会社 Control method of PWM inverter and control device using the same
JP2923727B2 (en) * 1993-09-07 1999-07-26 株式会社日立製作所 Power converter
DE10301826A1 (en) 2003-01-20 2004-07-29 Robert Bosch Gmbh Control system with a simple hardware unit for controlling an electrical machine optionally in PWM or block operation
JP4506889B2 (en) * 2008-10-23 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 AC motor control apparatus and control method
BR112014007621A2 (en) * 2011-09-30 2017-04-18 Mitsubishi Electric Corp control device and method for an electric motor, electric motor, and vehicle drive system
DE102012210667A1 (en) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Method and device for driving an inverter

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