WO2009083324A1 - Verfahren zur bestimmung der temperatur eines rotors einer synchronmaschine - Google Patents

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Gunther Goetting
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/66—Controlling or determining the temperature of the rotor
    • H02P29/662—Controlling or determining the temperature of the rotor the rotor having permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the temperature of a rotor of a permanent-magnet synchronous machine.
  • a determination of the temperature of a rotor having a magnetic rotor field of a permanent-magnet synchronous machine is possible, wherein the synchronous machine is equipped with a field-oriented current controller.
  • the synchronous machine has a stator with a stator winding, which consists of at least two phase windings.
  • the invention provides that an electrical machine equation for a transverse to the rotor field direction component U sq of a stator voltage vector U s is placed in a field-oriented coordinate system, wherein the machine equation includes a magnetic flux ⁇ of the rotor, and wherein the Component of the stator voltage vector U s replaced by a voltage control variable U sq cc of the current controller or calculated using the voltage control variable and thus determines the magnetic flux ⁇ becomes. From the magnetic flux then the temperature of the rotor is determined.
  • the abscissa of the field-oriented and thus rotor-fixed coordinate system runs in a d-direction and the ordinate in a q-direction of the field-oriented coordinate system.
  • the electrical machine equation is a voltage equation of the permanent-magnet synchronous machine in the field-oriented coordinate system, wherein equations for two components of the stator voltage vector U s , namely in d- and in q-direction as U Sd and U sq can be set up.
  • U s the stator voltage vector
  • U sq the transverse to the rotor field direction component
  • U S d the component of the rotor
  • the used machine equation comprising the component U sq contains, inter alia, the magnetic flux of the rotor, which represents a measure of the rotor temperature.
  • R s is the ohmic resistance of the stator winding
  • l sq is the torque-forming component of a stator winding current vector I 8
  • co is the angular frequency of the rotor field and thus the electrical angular frequency of the stator variables
  • L sd the longitudinal inductance of the stator winding
  • l s d the field-forming component of the stator winding current vector l s
  • ⁇ is the magnetic flux of the rotor.
  • the function f is calculated as a function of the voltage manipulated variable U sq cc, the angular frequency ⁇ and the measured stator winding current vector l s .
  • the function f can be found by means of measurements, for example on the test bench.
  • the temperature of the rotor is - as already mentioned - in connection with the magnetic flux of the rotor. This relationship is determined by a characteristic curve and / or a characteristic diagram which consequently makes it possible to determine the temperature of the rotor from the calculated magnetic flux of the rotor.
  • the permanent-magnet synchronous machine used has certain design parameters, which result from the specifications or the like. These are, for example, the ohmic resistance of the stator winding R 8 and the longitudinal inductance L sd
  • the figure shows a circuit diagram illustrating a method for determining the temperature of a rotor of a synchronous machine.
  • the figure shows a circuit diagram for explaining a method for determining the temperature of a rotor of a permanent-magnet synchronous machine.
  • the figure explains a total of a control loop 1, in which setpoints are marked with the additional designation Des, manipulated variables with the supplementary designation CC and actual values with the additional designation Act.
  • a nominal value calculation circuit 2 is provided which receives a maximum value UsMax as input variables, a torque nominal value TrqDes and as a manipulated variable limit for a stator voltage of a permanently excited synchronous machine.
  • the setpoint calculation circuit supplies two setpoints IsdDes and IsqDes for two field-oriented stator winding currents, the index d designating a field-forming current and the index q a torque-forming current (active current).
  • the two setpoint values are each fed to a subtractor 3 or 4 for a setpoint / actual value comparison.
  • the output of the subtractors are fed to a current regulator 5, which supplies voltage values UsdCC and UsqCC as output variables, wherein the index q designates a profile transverse to the rotor field direction of the synchronous machine and the index d a profile in the direction of the rotor field of the synchronous machine.
  • the two voltages mentioned are supplied as input variables to an output transformation element 6, which also has an intermediate circuit voltage UDC of a not shown
  • Power electronics circuit of the synchronous machine receives.
  • a standardization of the voltages by means of the intermediate circuit voltage receives as an input variable the respective current rotor field angle RhoAct of the synchronous machine and, by means of the rotor field angle, carries out a transformation of the voltage control variables from the field-oriented coordinate system.
  • the results are then fed to a pulse width modulation PWM and then the permanent-magnet synchronous machine PSM via a converter circuit.
  • Inverter and synchronous machine are indicated in the figure by the reference numeral 7.
  • the output value of the member 7 is the real output torque of the synchronous machine TrqAct, a current stator phase current IpAct and the already mentioned rotor angle RhoAct available.
  • the rotor angle RhoAct and the stator phase current IpAct are fed to a further transformation element, namely an input transformation element 8 for the transformation of the stator phase current into the field-oriented coordinate system.
  • This provides the current field-oriented stator winding currents IsdAct and IsqAct, which are each subtracting the subtractors 3 and 4, respectively.
  • the indices q and d here again mean torque-forming current (q) or field-forming current (d).
  • the basic structure of the current regulation in the field-oriented coordinate system shown in the figure operates in such a way that the voltage manipulated variables UsdCC and UsqCC are normalized by means of the output transformation element via the measured intermediate circuit voltage UDC and then transformed into a three-phase system with the measured rotor angle RhoAct. With the aid of the aforementioned pulse width modulation method, the phase voltages of the permanent-magnet synchronous machine are set via the converter.
  • the transversely active voltage component of the impressed machine voltage is equal to the corresponding output voltage of the current controller, ie the voltage manipulated variable.
  • a function f may be introduced that is voltage-magnitude, orbital-frequency, and / or current-dependent, as shown in the following equation.
  • the desired machine sizes of the synchronous machine namely the magnetic flux and the temperature of the permanent magnets of the rotor, are calculated or derived directly from at least one of the voltage equations of the synchronous machine.
  • the current machine voltages are calculated from the
  • Manipulated variables of the inner current controller 5 determined. This has the advantage that no further sensors for measuring the machine voltages are required. Furthermore, the method can in principle be used in any operating states of the synchronous machine.
  • the starting point for determining the magnetic flux ⁇ are the following machine equations of the synchronous machine in the field-oriented coordinate system. These are shown in the following equations for the two components of the stator voltage in the d and q directions LUd and U sq .
  • the transformed stator winding currents Ud and l sq can be determined with good accuracy from the phase-related components l p u and l p v of the measured stator phase current.
  • the electrical angular frequency ⁇ is calculated directly from the measured mechanical speed.
  • the two machine parameters R 8 and L sd are in principle from the Machine design known. To increase the accuracy of these parameters for each type of machine, that is, for each series, be determined once metrologically. In this case, a characteristic must be created for the stator inductance L sd that takes into account a current dependency.
  • the last unknown quantity for the calculation of ⁇ is the q-component of the stator voltage U sq . This can be calculated from the output voltage of the internal current controller U sq cc (CC: Current Control).
  • the rotor temperature T is then calculated via the associated inverse function according to equation (4).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines ein magnetisches Rotorfeld aufweisenden Rotors einer mit einem feldorientierten Stromregler versehenen permanenterregten Synchronmaschine, die einen Stator mit einer aus mindestens zwei Phasenwicklungen bestehenden Statorwicklung aufweist. Es ist vorgesehen, dass eine elektrische Maschinengleichung für eine quer zur Rotorfeld richtung verlaufende Komponente (Usq) eines Statorspannungsvektors (Us) in einem feldorientierten Koordinatensystem aufgestellt wird, die einen magnetischen Fluss (Ψ) des Rotors enthält. Weiter ist vorgesehen, dass die Komponente (Usq) des Statorspannungsvektors (Us) durch eine Spannungsstellgröße (UsqCC) des Stromreglers ersetzt oder mit Hilfe der Spannungsstellgröße (UsqCC) berechnet und damit der magnetische Fluss (Ψ) bestimmt wird. Zudem ist vorgesehen, dass aus dem magnetischen Fluss (Ψ) die Temperatur (T) des Rotors bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Rotors einer Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine.
Stand der Technik
Es ist bekannt, in elektrischen Antrieben, insbesondere für Hybrid- und Elektrofahrzeuge, permanenterregte Synchronmaschinen (PSM) einzusetzen. In einer derartigen Synchronmaschine wird ein magnetischer Fluss durch Permanentmagnete aufgebracht, die sich im Rotor befinden. Der magnetische Fluss nimmt mit steigender Temperatur des Rotors kontinuierlich ab, was zur Folge hat, dass das von der Synchronmaschine erzeugte Drehmoment bei gleichbleibender Leistungsaufnahme sinkt. Darüber hinaus ist zu beachten, dass die Permanentmagnete des Rotors nicht einer zu hohen Temperatur ausgesetzt werden, die ohne gegenläufige Maßnahmen sogar im normalen Fahrbetrieb eines die Synchronmaschine aufweisenden Fahrzeugs erreicht werden könnte, da dies zu dauerhaften Schäden der Permanentmagnete führt. Zum Schutz der Magnete muss daher sichergestellt sein, dass bei Erreichen einer kritischen Magnettemperatur Gegenmaßnahmen ergriffen werden, wie zum Beispiel das Reduzieren der Phasenströme der Synchronmaschine. Aus alledem wird deutlich, dass die Temperatur des Rotors für eine geeignete Betriebsführung zu ermitteln ist. Diese Ermittlung ist angesichts des Rotors als drehendes Bauteil relativ aufwändig, wobei eine Temperaturermittlung mit vertretbarem Aufwand nur durch indirekte Messung realisierbar ist.
Es ist bekannt, aus einer gemessenen Temperatur eines Stators der Synchronmaschine auf die Rotortemperatur zu schließen. Hierbei wird in der Regel ein konstantes Verhältnis zwischen Stator- und Rotortemperatur vorausgesetzt. Ferner wird unterstellt, dass der Rotor und die in ihm verbauten Permanentmagnete die gleiche Temperatur besitzen. Diese bekannte Methode ist - insbesondere bei transienten Vorgängen - stark fehlerbehaftet. Um die vorstehend erwähnte Magnetschädigung aufgrund zu hoher Temperaturen zu verhindern, muss die kritische Temperaturschwelle um einen maximal zu erwartenden Fehler bei der Temperaturermittlung erniedrigt werden. Dies führt in vielen Betriebsfällen zu einer verfrühten Leistungsreduzierung des elektrischen Antriebs.
Andere bekannte Methoden nutzen bei generatorischem Betrieb der Synchronmaschine, das heißt bei Zuführung eines Drehmomentes von außen in die Synchronmaschine, die in deren Statorwicklungen induzierte Spannung, welche direkt proportional zur Drehzahl des Rotors und zur Größe des magnetischen Flusses des Rotors ist. Aus dem magnetischen Fluss kann anschließend die Temperatur errechnet werden. Nachteilig ist, dass zur Erfassung der induzierten Statorspannung ein Spannungssensor eingesetzt werden muss und während der Messung kein elektrischer Strom der
Synchronmaschine zugeführt oder aus der Synchronmaschine abgeführt werden darf. Ferner wird aus dem Vorstehenden deutlich, dass die Temperatur nicht in beliebigen Betriebszuständen der Synchronmaschine, sondern nur bei generatorischem Betrieb ermittelt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist eine Bestimmung der Temperatur eines ein magnetisches Rotorfeld aufweisenden Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine möglich, wobei die Synchronmaschine mit einem feldorientierten Stromregler ausgestattet ist. Die Synchronmaschine weist einen Stator mit einer Statorwicklung auf, die aus mindestens zwei Phasenwicklungen besteht. Zur Ermittlung der Temperatur T des Rotors ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine elektrische Maschinengleichung für eine quer zur Rotorfeld richtung verlaufende Komponente Usq eines Statorspannungsvektors Us in einem feldorientierten Koordinatensystem aufgestellt wird, wobei die Maschinengleichung einen magnetischen Fluss Ψ des Rotors enthält, und wobei die Komponente des Statorspannungsvektors Us durch eine Spannungsstellgröße Usqcc des Stromreglers ersetzt oder mit Hilfe der Spannungsstellgröße berechnet und damit der magnetische Fluss Ψ bestimmt wird. Aus dem magnetischen Fluss wird dann die Temperatur des Rotors bestimmt. Die Abszisse des feldorientierten und damit rotorfesten Koordinatensystems verläuft in einer d-Richtung und die Ordinate in einer q-Richtung des feldorientierten Koordinatensystems. Bei der elektrischen Maschinengleichung handelt es sich um eine Spannungsgleichung der permanenterregten Synchronmaschine im feldorientierten Koordinatensystem, wobei Gleichungen für zwei Komponenten des Statorspannungsvektors Us, nämlich in d- und in q-Richtung als USd und Usq aufgestellt werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird lediglich die quer zur Rotorfeldrichtung verlaufende Komponente Usq verwendet und nicht die Komponente USd, die in Rotorfeld richtung verläuft. Die verwendete, die Komponente Usq aufweisende Maschinengleichung enthält unter Anderem den magnetischen Fluss des Rotors, der ein Maß für die Rotortemperatur darstellt. Durch die erfindungsgemäße Erkenntnis, dass anstelle der Komponente Usq des Statorspannungsvektors Us die Spannungsstellgröße UsqCc des Stromreglers der Synchronmaschine eingesetzt werden kann oder eine entsprechende Berechnung durchgeführt werden kann, lässt sich die genannte Maschinengleichung lösen, so dass der magnetische Fluss Ψ und daraus die Rotortemperatur T bestimmt werden können.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Maschinengleichung für die quer zur Rotorfeld richtung verlaufende Komponente Usq des Statorspannungsvektors U8 wie folgt lautet:
Us, = Rs ■ Is, + co • Lsä ■ Isä + ω • Ψ,
wobei Rs der ohmsche Widerstand der Statorwicklung, lsq die drehmomentbildende Komponente eines Statorwicklungsstromvektors I8, co die Kreisfrequenz des Rotorfeldes und damit die elektrische Kreisfrequenz der Statorgrößen, Lsd die Längsinduktivität der Statorwicklung, lSd die feldbildende Komponente des Statorwicklungsstromvektors ls und Ψ der magnetische Fluss des Rotors ist.
Sofern nicht anstelle der Komponente Usq des Statorspannungsvektors die Spannungsstellgröße UsqCc des Stromreglers direkt gesetzt wird, ist es alternativ auch möglich, die Komponente des Statorspannungsvektors Us aus einer maschinenspezifischen Funktion f wie folgt zu berechnen:
Figure imgf000006_0001
L) ,
wobei die Funktion f in Abhängigkeit der Spannungsstellgröße Usqcc, der Kreisfrequenz ω und des gemessenen Statorwicklungsstromvektors ls berechnet wird. Die Funktion f kann mit Hilfe von Messungen zum Beispiel am Prüfstand aufgefunden werden.
Die Temperatur des Rotors steht - wie bereits erwähnt - im Zusammenhang mit dem magnetischen Fluss des Rotors. Dieser Zusammenhang wird über eine Kennlinie und/oder ein Kennfeld bestimmt, das es demzufolge ermöglicht, aus dem errechneten magnetischen Fluss des Rotors die Temperatur des Rotors zu ermitteln.
Die zum Einsatz gelangende permanenterregte Synchronmaschine weist bestimmte konstruktive Kenngrößen auf, die sich aus dem Lastenheft oder dergleichen ergeben. Hierbei handelt es sich beispielsweise um den ohmschen Widerstand der Statorwicklung R8 und die Längsinduktivität Lsd der
Statorwicklung. Da diese physikalischen Kenngrößen bei Verwendung der genannten elektrischen Maschinengleichung benötigt werden, wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf diese bekannten Kenngrößen zurückgegriffen, das heißt, sie werden bei der Bestimmung der Temperatur als bekannte Größen verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Figur zeigt ein Schaltbild, das ein Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines Rotors einer Synchronmaschine verdeutlicht.
Ausführungsform der Erfindung
Die Figur zeigt ein Schaltbild zur Erläuterung eines Verfahrens zur Bestimmung der Temperatur eines Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine. Die Figur erläutert insgesamt einen Regelkreis 1 , bei dem Sollwerte mit der ergänzenden Bezeichnung Des, Stellgrößen mit der ergänzenden Bezeichnung CC und Istwerte mit der ergänzenden Bezeichnung Act gekennzeichnet sind. Es ist eine Sollwertberechnungsschaltung 2 vorgesehen, die als Eingangsgrößen ein Drehmomentsollwert TrqDes und als Stellgrößenbeschränkung für eine Statorspannung einer permanenterregten Synchronmaschine einen Maximalwert UsMax erhält. Als Ausgangsgrößen liefert die Sollwertberechnungsschaltung zwei Sollwerte IsdDes sowie IsqDes für zwei feldorientierte Statorwicklungsströme, wobei der Index d einen feldbildenden Strom und der Index q einen drehmomentbildenden Strom (Wirkstrom) kennzeichnet. Die beiden Sollwerte werden für einen Soll-/Istwert-Vergleich jeweils einem Subtrahierer 3 beziehungsweise 4 zugeführt. Die Ausgangsgröße der Substrahierer werden einem Stromregler 5 zugeführt, der als Ausgangsgrößen Spannungsstellgrößen UsdCC und UsqCC liefert, wobei der Index q einen Verlauf quer zur Rotorfeld richtung der Synchronmaschine und der Index d einen Verlauf in Richtung des Rotorfeldes der Synchronmaschine kennzeichnet. Die beiden genannten Spannungen werden als Eingangsgrößen einem Ausgangstransformationsglied 6 zugeführt, das ferner eine Zwischenkreisspannung UDC einer nicht dargestellten
Leistungselektronikschaltung der Synchronmaschine erhält. Hier erfolgt eine Normierung der Spannungen mittels der Zwischenkreisspannung. Ferner erhält das Ausgangstransformationsglied 6 als Eingangsgröße den jeweils aktuellen Rotorfeldwinkel RhoAct der Synchronmaschine und führt mittels des Rotorfeldwinkels eine Transformation der Spannungsstellgrößen aus dem feldorientierten Koordinatensystem durch. Die Ergebnisse werden anschließend einer Pulsweitenmodulation PWM und dann der permanenterregten Synchronmaschine PSM über eine Umrichterschaltung zugeführt. Umrichter und Synchronmaschine sind in der Figur mit dem Bezugszeichen 7 gekennzeichnet. Als Ausgangswert des Bauglieds 7 steht das reale Ausgangsdrehmoment der Synchronmaschine TrqAct, ein aktueller Statorphasenstrom IpAct und der bereits erwähnte Rotorwinkel RhoAct zur Verfügung. Der Rotorwinkel RhoAct und der Statorphasenstrom IpAct werden einem weiteren Transformationsglied, nämlich einem Eingangstransformationsglied 8 für die Transformation des Statorphasenstroms in das feldorientierte Koordinatensystem zugeführt. Dieses liefert die aktuellen feldorientierten Statorwicklungsströme IsdAct und IsqAct, die jeweils subtrahierend den Subtrahierern 3 beziehungsweise 4 zugeführt werden. Die Indizes q und d bedeuten hierbei wieder drehmomentbildender Strom (q) beziehungsweise feldbildender Strom (d).
Der in der Figur dargestellte prinzipielle Aufbau der Stromregelung im feldorientierten Koordinatensystem arbeitet derart, dass die Spannungsstellgrößen UsdCC und UsqCC mittels des Ausgangstransformationsglieds über die gemessene Zwischenkreisspannung UDC normiert und anschließend mit dem gemessenen Rotorwinkel RhoAct in ein Dreiphasensystem transformiert werden. Mit Hilfe des genannten Pulsweitenmodulationsverfahrens werden über den Umrichter die Phasenspannungen der permanenterregten Synchronmaschine eingestellt.
Bei Vernachlässigung aller Schalt- und Leitungsverluste gilt, dass die in Querrichtung wirksame Spannungskomponente der eingeprägten Maschinenspannung gleich der entsprechenden Ausgangsspannung des Stromreglers, also der Spannungsstellgröße ist. Zur Verbesserung der Genauigkeit kann eine Funktion f eingeführt werden, die Spannungsstellgrößen-, kreisfrequenz- und/oder stromabhängig ist, wie dies aus der folgenden Gleichung ersichtlich ist.
U*, = f(UsqCC, ω, l)
Dadurch kann zum Einen der Spannungsabfall an den Leistungshalbleitern des Umrichters und zum Anderen der Einfluss von Schalt- und Totzeiten berücksichtigt werden. Das Auffinden dieser Funktion f erfolgt beispielsweise mit Hilfe von Messungen am Prüfstand. Hierdurch wird der gesamte Betriebsbereichs des Antriebs durchlaufen. Daran müssen jeweils die regelungsinternen Größen lsd, lsq, Uscιcc, Usqcc sowie ω sowie die geschalteten Phasenspannungen mitgemessen werden. An die Messergebnisse kann dann eine automatische Anpassung der Funktion f über geeignete Suchverfahren erfolgen. Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die gesuchten Maschinengrößen der Synchronmaschine, nämlich magnetischer Fluss und Temperatur der Permanentmagneten des Rotors, direkt aus zumindest einer der Spannungsgleichungen der Synchronmaschine berechnet beziehungsweise hergeleitet. Dabei werden die aktuellen Maschinenspannungen aus den
Stellgrößen des inneren Stromreglers 5 ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass keine weiteren Sensoren zur Messung der Maschinenspannungen erforderlich sind. Ferner kann das Verfahren prinzipiell in beliebigen Betriebszuständen der Synchronmaschine angewendet werden.
Ausgangspunkt für die Ermittlung des magnetischen Flusses Ψ sind die nachfolgenden Maschinengleichungen der Synchronmaschine im feldorientierten Koordinatensystem. Diese sind in den nachfolgenden Gleichungen für die beiden Komponenten der Statorspannung in d- und in q-Richtung LUd und Usq dargestellt.
Usä = R, - L - ω • Lsg ■ L, (1 a)
U,q = R ■ Lq + CO • U ■ L + CO • Ψ (1 b) mit
Rs: Ohmscher Widerstand der Statorwicklung
Ud, Lsq: Längs- und Querinduktivität der Statorwicklung ω: el. Kreisfrequenz der Statorgrößen lSd, lsq: d- und q-Komponente des transformierten Statorstroms
Aus Gleichung (1 b) kann der gesuchte Fluss nun wie folgt berechnet werden:
Figure imgf000009_0001
Dabei können die transformierten Statorwicklungsströme Ud und lsq mit guter Genauigkeit aus den phasenbezogenen Komponenten lpu und lpv des gemessenen Statorphasenstroms ermittelt werden. Die elektrische Kreisfrequenz ω wird unmittelbar aus der gemessenen mechanischen Drehzahl berechnet. Die beiden Maschinenparameter R8 und Lsd sind prinzipiell aus der Maschinenauslegung bekannt. Zur Erhöhung der Genauigkeit können diese Parameter für jeden Maschinentypen, das heißt für jede Baureihe, einmalig messtechnisch bestimmt werden. Dabei muss für die Statorinduktivität Lsd eine Kennlinie angelegt werden, die eine Stromabhängigkeit berücksichtigt.
Als letzte unbekannte Größe zur Berechnung von Ψ bleibt noch die q-Komponente der Statorspannung Usq. Diese kann aus der Ausgangsspannung des inneren Stromreglers Usqcc (CC: Current Control) berechnet werden.
Bei Kenntnis von Usq kann der Fluss Ψ nun direkt aus Gleichung (2) ermittelt werden. Zusätzlich ist die Temperaturabhängigkeit des magnetischen Flusses nach Gleichung (3) bekannt.
Ψ = f{T) (3)
Diese kann entweder aus dem Datenblatt des Magnetmaterials oder aus Messungen bestimmt werden. Über die zugehörige Umkehrfunktion nach Gleichung (4) wird dann die Rotortemperatur T berechnet.
r = /"1 (ψ) (4)
Damit ist gezeigt, wie im Betrieb der Maschine sowohl der magnetische Fluss als auch die Rotortemperatur unmittelbar aus messbaren Größen berechnet werden können. Hierdurch kann zum Einen das Magnetmaterial vor Überhitzung und damit vor einer Entmagnetisierung optimal geschützt werden, ohne dass der Betrieb des Antriebs frühzeitig eingeschränkt werden muss. Zum Anderen wird bei genauer Kenntnis des magnetischen Flusses auch die Genauigkeit des berechneten Drehmoments verbessert.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung der Temperatur eines ein magnetisches Rotorfeld aufweisenden Rotors einer mit einem feldorientierten Stromregler versehenen permanenterregten Synchronmaschine, die einen Stator mit einer aus mindestens zwei Phasenwicklungen bestehenden Statorwicklung aufweist, dadurch gekennzeichnet,
- dass eine elektrische Maschinengleichung für eine quer zur Rotorfeldrichtung verlaufende Komponente (Usq) eines Statorspannungsvektors (Us) in einem feldorientierten Koordinatensystem aufgestellt wird, die einen magnetischen Fluss (Ψ) des Rotors enthält,
- dass die Komponente (Usq) des Statorspannungsvektors (Us) durch eine Spannungsstellgröße (UsqCc) des Stromreglers ersetzt oder mit Hilfe der
Spannungsstellgröße (Usqcc) berechnet und damit der magnetische Fluss (Ψ) bestimmt wird, und
- dass aus dem magnetischen Fluss (Ψ) die Temperatur (T) des Rotors bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinengleichung für die quer zur Rotorfeld richtung verlaufende Komponente (Usq) des Statorspannungsvektors (Us) wie folgt lautet:
wobei Rs der ohmsche Widerstand der Statorwicklung, lsq die drehmomentbildende Komponente eines Statorwicklungsstromvektors (ls), ω die Kreisfrequenz des Rotorfeldes, Lsd die Längsinduktivität der Statorwicklung, Ud die feldbildende Komponente des Statorstromvektors (ls) und Ψ der magnetische Fluss des Rotors ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die quer zur Rotorfeldrichtung verlaufende Komponente (USq) des Statorspannungsvektors (U8 ) aus einer maschinenspezifischen Funktion f wie folgt berechnet wird:
aq = f{agCC, ω, /,) ,
wobei die Funktion f in Abhängigkeit der Spannungsstellgröße (Usqcc), der Kreisfrequenz (ω) und des gemessenen Statorwicklungsstromvektors (ls) berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T) aus dem magnetischen Fluss (Ψ) des Rotors über eine Kennlinie und/oder über ein Kennfeld bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand (Rs) der Statorwicklung und die Längsinduktivität (LSd) der Statorwicklung als konstruktive Kenngrößen der Synchronmaschine bekannt sind.
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