WO2010043454A1 - Verfahren und vorrichtung zur feldorientierten regelung einer synchronmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur feldorientierten regelung einer synchronmaschine Download PDF

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WO2010043454A1
WO2010043454A1 PCT/EP2009/061726 EP2009061726W WO2010043454A1 WO 2010043454 A1 WO2010043454 A1 WO 2010043454A1 EP 2009061726 W EP2009061726 W EP 2009061726W WO 2010043454 A1 WO2010043454 A1 WO 2010043454A1
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longitudinal
microcomputer
soll
synchronous machine
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PCT/EP2009/061726
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Karl-Bernhard Lederle
Gunther Goetting
Axel Jacob
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02P2207/05—Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for field-oriented control of a synchronous machine.
  • control ranges are defined, within which the control of the generator takes place according to different criteria.
  • the determination of the control ranges is in particular speed-dependent and dependent on the desired target performance.
  • the control extends both to the excitation current and the stator current and is carried out by means of different, mutually exchanging information controller.
  • a method with the features specified in claim 1 has the advantage that the degrees of freedom in the determination of the setpoints for the longitudinal flow and the cross flow at each operating point are used in such a way that the respective sum of all losses is minimized.
  • a lesser loss in the operation of a synchronous machine has an advantageous effect on the efficiency of the drive. If a method according to the invention is used, for example, in a motor vehicle with hybrid drive, in which the energy for charging the vehicle battery is largely supplied by the internal combustion engine, an improved efficiency of the drive by a lower fuel consumption is noticeable.
  • FIG. 1 shows a block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine.
  • 2 shows a sketch to explain the operation of a microcomputer, which provides the setpoints for the cross flow and the longitudinal flow.
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating the selection of an operating point from in each case one torque characteristic curve.
  • 4 shows a more detailed block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine.
  • FIG. 1 shows a block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine.
  • This regulation is based on an actual value measurement of the phase currents of a 3-phase three-phase system and a determination of a longitudinal and a transverse component of the control voltage relative to the rotor position based on the measured actual values.
  • the current Id_ist represents the actual value for the longitudinal flow of the machine.
  • the current Iq is the actual value for the cross-flow of the machine.
  • the longitudinal current actual value Id_ist and the cross current actual value Iq are fed to a regulator R.
  • This nominal value transmitter is preferably a microcomputer 14, the mode of operation of which is explained in connection with FIGS. 2 and 3.
  • the controller R determines from its input signals Id soll, Iq soll, Id and Iq is a longitudinal voltage component ud and a transverse voltage component uq, which are supplied as a control voltage components to an inverse Park transformer 6. It has the task of converting the control voltage components ud and uq present in the rectangular coordinate system into control voltage components, among others, and uc of a 3-phase three-phase system. These are converted in a pulse inverter 7 into drive pulses for the synchronous machine 8.
  • the microcomputer which provides the setpoint signal Id for the longitudinal current and the setpoint signal Iq_setpoint for the crossflow, determines these setpoint signals such that the existing degrees of freedom at each operating point are utilized so that the sum of all losses at the respective operating point is minimized. This will be explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 2 shows a sketch for explaining the mode of operation of the microcomputer 14.
  • This microcomputer is provided with information M soll as input variables. desired torque, information about the speed n of the synchronous machine and information about the intermediate circuit voltage U supplied to the synchronous machine.
  • the microcomputer 14 uses a map stored in a memory 14a of the microcomputer, determines setpoints Id_soll for the longitudinal flow and Iq soll for the crossflow and provides these setpoints on the output side.
  • Said characteristic map has been determined in advance by determining the electrical power consumed by the pulse inverter 7 by measuring and multiplying a respectively suitable current and an associated voltage.
  • the currents Id and Iq are varied between predetermined limit values Lim 1 and Lim 2 along a characteristic curve which corresponds to a predetermined torque of the synchronous machine. This is illustrated in FIG. This shows a diagram in which along the ordinate of the transverse current Iq and along the abscissa of the longitudinal flow Id is recorded.
  • the curves M1, M2, M3 and M4 are each associated with a predetermined torque, wherein said variation between the limits Lim 1 and Lim 2 is made. These are illustrated in FIG. 3 only in the case of the curve M1 and limit the usable range of the respective characteristic in practice.
  • Each such torque characteristic represents a family of operating points, all producing the same torque on the shaft of the synchronous machine. From this group of operating points the one is determined which is characterized by the lowest total loss.
  • the value pair of currents Id and Iq which gives a minimum power consumption of the pulse inverter, is noted as the operating point for the predetermined torque. This procedure is repeated for the entire operating range of the synchronous machine, ie for a Variety of torques, speeds and DC link voltages.
  • This map is stored non-volatile in the memory 14a of the microcomputer 14 and is available in later operation for determining the respectively optimal value pair for Id_soll and Iq_soll, the microcomputer determining the respectively optimum value pair from its input variables M_soll, n and U. If required, interpolation between the named interpolation points can also take place.
  • An alternative embodiment is to formally represent all relevant loss mechanisms and to deposit these formulas in the memory 14a of the microcomputer 14. In operation, then using the stored formulas, a determination of the value pair for Id should and Iq should, in which the lowest total losses occur. When using such formulas, the interpolation mechanism necessary in the above-described embodiment and a metrological examination of a plurality of operating points are not necessary.
  • Another alternative is to modify the formula given above such that the complex formulaic relationship is approximately described by a simpler context, for example by an approximation by a polynomial of order x. This allows a determination of the setpoints for the cross flow and the longitudinal flow with a reduced need for computing resources. Furthermore, this avoids the case possibly occurring in the formulaic representation that no closed formula representation exists for the longitudinal flow and the transverse flow at the location of the loss minimum.
  • FIG 4 shows a block diagram for explaining a field-oriented control of a synchronous machine, in which a possible embodiment for the controller shown in FIG 1 is shown in more detail.
  • This regulation is based on an actual value measurement of the phase currents of a 3-phase three-phase system and a determination of a longitudinal and a transverse component of the control voltage based on the measured actual values with respect to the rotor position.
  • phase currents ia, ib, ic derived from the 3-phase three-phase system of the synchronous machine are converted to the currents Id_act and Iq of a rectangular coordinate system in consideration of the field angle CC in a parking transformer 13.
  • the current Id_ist represents the actual value for the longitudinal flow of the machine.
  • the current Iq is the actual value for the cross-flow of the machine.
  • the longitudinal current actual value Id_ist is fed via a superimposition member 12 to a series current regulator 1, the cross current actual value Iq_act as an actual value to a cross-flow regulator 2.
  • the superposition member 12 receives as a further input signal a feedback signal which is obtained from the output quantity uq 'of a stationary decoupling network 5 .
  • the stationary decoupling network 5 fulfills not only the decoupling which is important for the control, but also the task of achieving field weakening in the upper speed range in cooperation with the output limiters 3 and 4 and an anti-windup method on the longitudinal current regulator 1.
  • This field weakening of the synchronous machine at higher speeds is required because otherwise the induced machine voltage would be greater than the maximum power converter output voltage. The latter is limited by the supply voltage, which is the vehicle electrical system voltage of the motor vehicle. In this field weakening operation, the power converter is operated in the overdriven state, so that the power converter output voltage is no longer sinusoidal.
  • the setpoint input of the series current regulator 1 is supplied with a setpoint signal generated by a longitudinal current setpoint generator and the setpoint input of the crossflow controller 2 with a desired value signal generated by a crossflow setpoint generator, these setpoint generators being formed by a microcomputer not shown in FIG.
  • a manipulated variable Id * for the longitudinal flow
  • a manipulated variable Iq * provided for the cross-flow.
  • These manipulated variables are supplied to a decoupling network 5, which determines a longitudinal voltage component ud 'and a transverse voltage component uq' for the control voltage of the synchronous machine by using the aforementioned manipulated variables.
  • control voltage components ud 'and uq' which are control voltage components in a rectangular coordinate system, are supplied via the output limiters 3 and 4, respectively, to an inverse park transformer 6.
  • This has the task of converting the limited control voltage components ud and uq present in the rectangular coordinate system into control voltage components ua, ub and uc of the 3-phase three-phase system. These are converted in a pulse inverter 7 into drive pulses for the synchronous machine 8.
  • the output at the output of the decoupling network 5 output transverse component uq 'of the control voltage is a Amount generator 10 supplied, which determines the amount luq'lder said transverse stress component.
  • the output signal of the absolute value generator 10 is used as an input signal for a threshold value switch 11. If the amount luq'leinen predetermined threshold value, then the value 0 is output at the output of the threshold switch 11. If the amount falls below the predetermined threshold value, the value 1 is output at the output of the threshold value switch 11.
  • the microcomputer which provides the setpoint signal Id for the longitudinal flow and the setpoint signal Iq_setpoint for the crossflow, determines these setpoint signals - as already explained above in connection with FIGS. 1-3 - in such a way that the existing degrees of freedom are exploited at each operating point are that the sum of all losses at the respective operating point is minimized.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine. Dabei erfolgt eine Ermittlung eines Querstrom-Sollwertes, eines Längsstrom-Sollwertes, eines Querstrom-Istwertes und eines Längsstrom-Istwertes. Die genannten Werte werden einem Regler zugeführt, der eine Längsspannungskomponente und eine Querspannungskomponente ermittelt. Diese werden in Spannungen eines Mehrphasen-Drehstromsystems umgewandelt und dann an einen Pulswechselrichter weitergeleitet. Eine Regelung der Synchronmaschine erfolgt durch die Ausgangssignale des Pulswechselrichters. Die Ermittlung des Querstrom-Sollwertes und des Längsstrom- Sollwertes erfolgt derart, dass die Summe der Verluste in jedem Betriebspunkt der Synchronmaschine minimiert ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine.
Stand der Technik
Es ist bereits bekannt, bei elektrischen Antrieben, die im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen verwendet werden, Synchronmaschinen einzusetzen. Dabei wird in vielen Fällen eine feldorientierte Regelung verwendet. Bei einer derartigen feldorientierten Regelung wird der Betrieb der Synchronmaschine durch zwei charakteristische Ströme beschrieben, den Längsstrom und den Querstrom. Ferner ist es bereits bekannt, im sogenannten Feldschwächbetrieb die bei der Berechnung der Sollwerte für den Längsstrom und den Querstrom verfügbaren Freiheitsgrade derart zu nutzen, dass die ohmschen Verluste minimiert werden. Dieses Vorgehen basiert auf der Annahme, dass bei Werkzeugma- schinen die ohmschen Verluste dominant sind bzw. dass wegen der optimierten Bauformen der in den Werkzeugmaschinen verwendeten Synchronmaschinen andere Verlustmechanismen gegenüber den ohmschen Verlusten vernachlässigbar sind.
Bei einem Einsatz von Synchronmaschinen in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise als Antriebsaggregat in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb, kann im Allgemeinem aufgrund der zahlreichen Einschränkungen des jeweils vorhandenen Bauraums keine im Hinblick auf die Verluste optimale Bauform der Synchronmaschine gewählt werden. Dies führt dazu, dass auch andere Verlustmechanismen, beispielsweise Eisenverluste und Verluste im Magnetmaterial, eine nicht vernachlässigbare Rolle spielen.
Aus der DE 198 49 889 Al ist bereits ein Verfahren zur leistungs- und wirkungsgradoptimierten Regelung von Synchronmaschinen bekannt. Bei diesem Verfahren werden wenigstens drei Regelbereiche definiert, innerhalb derer die Regelung des Generators nach unterschiedlichen Kriterien erfolgt. Die Festlegung der Regelbereiche erfolgt insbesondere drehzahlabhängig und abhängig von der gewünschten Sollleistung. Die Regelung erstreckt sich dabei sowohl auf den Erregerstrom als auch auf den Ständerstrom und wird mittels verschiedener, miteinander Informationen austauschender Regler durchgeführt.
Vorteile der Erfindung
Ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist den Vorteil auf, dass die Freiheitsgrade bei der Ermittlung der Sollwerte für den Längsstrom und den Querstrom in jedem Betriebspunkt derart genutzt werden, dass die jeweilige Summe aller Verluste minimiert ist.
Ein geringerer Verlust beim Betrieb einer Synchronmaschi- ne wirkt sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des Antriebs aus. Wird ein Verfahren gemäß der Erfindung beispielsweise in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb verwendet, bei dem die Energie zum Laden der Fahrzeugbatterie zum Großteil vom Verbrennungsmotor geliefert wird, dann macht sich ein verbesserter Wirkungsgrad des Antriebs durch einen geringeren Kraftstoffverbrauch bemerkbar .
Ein verbesserter Wirkungsgrad hat des weiteren einen ge- ringeren Wärmeeintrag in die Synchronmaschine zur Folge. Dies bedeutet, dass die Dauergrenzlinie der Synchronmaschine, die eine erlaubte dauerhafte thermische Maximalbelastung beschreibt, hin zu höheren Leistungen bzw. hö- heren Drehmomenten verschoben werden kann. Dies erlaubt im zeitlichen Mittel bessere Fahrleistungen. Des Weiteren ist ein kurzzeitiger Betrieb oberhalb dieser Dauergrenzlinie ohne Schädigung der Synchronmaschine aufgrund des verbesserten Wirkungsgrades der Synchronmaschine häufiger möglich als beim Stand der Technik.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Fi- guren.
Zeichnung
Die FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine. Die FIG 2 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise eines Mikrocomputers, der die Sollwerte für den Querstrom und den Längsstrom bereitstellt. Die FIG 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wahl eines Betriebspunk- tes aus jeweils einer Drehmomentkennlinie. Die FIG 4 zeigt ein detaillierteres Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine.
Beschreibung
Die FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine.
Diese Regelung beruht auf einer Istwertmessung der Pha- senströme eines 3-Phasen-Drehstromsystems und einer auf den gemessenen Istwerten beruhenden Ermittlung einer Längs- und einer Querkomponente der Regelspannung bezüglich der Rotorlage.
Bei dieser Regelung werden die aus dem 3-Phasen-
Drehstromsystem der Synchronmaschine abgeleiteten Phasenströme ia, ib, ic unter Berücksichtigung des Feldwinkels CC in einem Park-Transformator 13 in die Ströme Id ist und Iq ist eines rechtwinkligen Koordinatensystems umgewandelt. Der Strom Id_ist stellt dabei den Istwert für den Längsstrom der Maschine dar. Der Strom Iq ist bezeichnet den Istwert für den Querstrom der Maschine.
Der Längsstrom-Istwert Id_ist und der Querstrom-Istwert Iq ist werden einem Regler R zugeführt. Dieser erhält als weitere Eingangssignale einen Längsstrom-Sollwert Id_soll und einen Querstrom-Sollwert Iq soll, die von einem in der FIG 1 nicht dargestellten Sollwertgeber zur Verfügung gestellt werden. Bei diesem Sollwertgeber handelt es sich vorzugsweise um einen Mikrocomputer 14, dessen Arbeitsweise im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 erläutert wird.
Der Regler R ermittelt aus seinen Eingangssignalen Id soll, Iq soll, Id ist und Iq ist eine Längsspannungskomponente ud und eine Querspannungskomponente uq, die als Regelspannungskomponenten einem inversen Park- Transformator 6 zugeführt werden. Dieser hat die Aufgabe, die im rechtwinkligen Koordinatensystem vorliegenden Regelspannungskomponenten ud und uq in Regelspannungskomponenten ua, üb und uc eines 3-Phasen-Drehstromsystems umzuwandeln. Diese werden in einem Pulswechselrichter 7 in Ansteuerimpulse für die Synchronmaschine 8 umgewandelt.
Der Mikrocomputer, der das Sollwertsignal Id soll für den Längsstrom und das Sollwertsignal Iq_soll für den Querstrom bereitstellt, ermittelt diese Sollwertsignale der- art, dass die bestehenden Freiheitsgrade in jedem Betriebspunkt so ausgenutzt sind, dass die Summer aller Verluste im jeweiligen Betriebspunkt minimiert ist. Dies wird nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert.
Die FIG 2 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Arbeitsweise des Mikrocomputers 14. Diesem Mikrocomputer werden als Eingangsgrößen eine Information M soll über ein ge- wünschtes Drehmoment, eine Information über die Drehzahl n der Synchronmaschine und eine Information über die Zwi- schenkreisspannung U der Synchronmaschine zugeführt. Der Mikrocomputer 14 ermittelt unter Verwendung eines Kenn- feldes, welches in einem Speicher 14a des Mikrocomputers abgespeichert ist, Sollwerte Id_soll für den Längsstrom und Iq soll für den Querstrom und stellt diese Sollwerte ausgangsseitig bereit.
Das genannte Kennfeld wurde im Voraus dadurch ermittelt, dass die vom Pulswechselrichter 7 aufgenommene elektrische Leistung ermittelt wird, indem ein jeweils geeigneter Strom und eine zugehörige Spannung gemessen und miteinander multipliziert werden. Die Ströme Id und Iq wer- den entlang einer Kennlinie, die einem vorgegebenen Drehmoment der Synchronmaschine entspricht, zwischen vorgegebenen Grenzwerten Lim 1 und Lim 2 variiert. Dies ist in der FIG 3 veranschaulicht. Diese zeigt ein Diagramm, in welchem längs der Ordinate der Querstrom Iq und längs der Abszisse der Längsstrom Id aufgezeichnet ist. Die Kurven Ml, M2 , M3 und M4 sind jeweils einem vorgegebenen Drehmoment zugeordnet, wobei die genannte Variation zwischen den Grenzen Lim 1 und Lim 2 vorgenommen wird. Diese sind in der FIG 3 nur bei der Kurve Ml veranschaulicht und be- grenzen den in der Praxis nutzbaren Bereich der jeweiligen Kennlinie.
Jede derartige Drehmomentkennlinie repräsentiert eine Schar von Betriebspunkten, die alle das gleiche Drehmo- ment an der Welle der Synchronmaschine erzeugen. Aus dieser Schar von Betriebspunkten wird derjenige ermittelt, der sich durch den geringsten Gesamtverlust auszeichnet.
Das Wertepaar von Strömen Id und Iq, das eine minimale Leistungsaufnahme des Pulswechselrichters ergibt, wird als Betriebspunkt für das vorgegebene Drehmoment vermerkt. Dieses Vorgehen wird für den gesamten Betriebsbereich der Synchronmaschine wiederholt, d.h. für eine Vielzahl von Drehmomenten, Drehzahlen und Zwischenkreis- spannungen .
Ergebnis dieses Vorgehens ist ein Kennfeld mit einer Vielzahl von Stützstellen, wobei jede dieser Stützstellen ein im Hinblick auf eine Minimierung aller Verluste optimiertes Wertepaar für den Querstrom und den Längsstrom enthält :
(Id, Iq) = f (M,n,U) .
Dieses Kennfeld wird im Speicher 14a des Mikrocomputers 14 nichtflüchtig hinterlegt und steht im späteren Betrieb zur Ermittlung des jeweils optimalen Wertepaares für Id_soll und Iq_soll zur Verfügung, wobei der Mikrocompu- ter das jeweils optimale Wertepaar aus seinen Eingangsgrößen M_soll, n und U ermittelt. Bei Bedarf kann auch eine Interpolation zwischen den genannten Stützstellen erfolgen .
Eine alternative Ausführungsform besteht darin, alle relevanten Verlustmechanismen formelmäßig darzustellen und diese Formeln im Speicher 14a des Mikrocomputers 14 zu hinterlegen. Im Betrieb erfolgt dann unter Verwendung der abgespeicherten Formeln eine Ermittlung des Wertepaares für Id soll und Iq soll, bei welchem die geringsten Gesamtverluste auftreten. Bei Verwendung von derartigen Formeln sind der bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform notwendige Interpolationsmechanismus und eine messtechnische Untersuchung einer Vielzahl von Betriebs- punkten nicht notwendig.
Eine weitere Alternative besteht darin, die vorstehend angegebene formelmäßige Darstellung derart zu modifizieren, dass der komplexe formelmäßige Zusammenhang durch einen einfacheren Zusammenhang näherungsweise beschrieben wird, beispielsweise durch eine Approximation durch ein Polynom der Ordnung x. Dies erlaubt eine Ermittlung der Sollwerte für den Querstrom und den Längsstrom mit einem verringerten Bedarf an Rechnerressourcen. Des weiteren vermeidet dies den bei der formelmäßigen Darstellung möglicherweise auftretenden Fall, dass für den Längsstrom und den Querstrom am Ort des Verlustminimums keine ge- schlossene formelmäßige Darstellung existiert.
Die FIG 4 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine, in welchem ein mögliches Ausführungsbeispiel für den in der FIG 1 gezeigten Regler in detaillierterer Form dargestellt ist. Diese Regelung beruht auf einer Istwertmessung der Phasenströme eines 3-Phasen-Drehstromsystems und einer auf den gemessenen Istwerten beruhenden Ermittlung einer Längs- und einer Querkomponente der Regelspannung bezüg- lieh der Rotorlage.
Bei dieser Regelung werden die aus dem 3-Phasen- Drehstromsystem der Synchronmaschine abgeleiteten Phasenströme ia, ib, ic unter Berücksichtigung des Feldwinkels CC in einem Park-Transformator 13 in die Ströme Id_ist und Iq ist eines rechtwinkligen Koordinatensystems umgewandelt. Der Strom Id_ist stellt dabei den Istwert für den Längsstrom der Maschine dar. Der Strom Iq ist bezeichnet den Istwert für den Querstrom der Maschine.
Der Längsstrom-Istwert Id_ist wird über ein Überlagerungsglied 12 einem Längsstromregler 1 zugeführt, der Querstrom-Istwert Iq_ist als Istwert einem Querstromregler 2. Das Überlagerungsglied 12 erhält als weiteres Ein- gangssignal ein Rückkopplungssignal, welches aus der Ausgangsgröße uq' eines stationären Entkopplungsnetzwerks 5 erhalten wird. Das stationäre Entkopplungsnetzwerk 5 erfüllt neben der für die Regelung wichtigen Entkopplung auch noch die Aufgabe, in Zusammenarbeit mit den Aus- gangsbegrenzern 3 und 4 und einem Anti-Windup-Verfahren am Längsstromregler 1 eine Feldschwächung im oberen Drehzahlbereich zu erzielen. Diese Feldschwächung der Synchronmaschine bei höheren Drehzahlen ist erforderlich, weil sonst die induzierte Maschinenspannung größer wäre als die maximale Stromrichterausgangsspannung. Letztere ist durch die Versorgungsspannung, bei der es sich um die Bordnetzspannung des Kraftfahrzeugs handelt, begrenzt. Bei diesem Feldschwächbetrieb wird der Stromrichter im übersteuerten Zustand betrieben, so dass die Stromrichterausgangsspannung nicht mehr sinusförmig ist.
Dem Sollwerteingang des Längsstromreglers 1 wird ein von einem Längsstrom-Sollwertgeber generiertes Sollwertsignal und dem Sollwerteingang des Querstromreglers 2 ein von einem Querstrom-Sollwertgeber generiertes Sollwertsignal zugeführt, wobei diese Sollwertgeber von einem in der Figur 1 nicht gezeichneten Mikrocomputer gebildet sind.
Am Ausgang des Längsstromreglers 1 wird eine Stellgröße Id* für den Längsstrom und am Ausgang des Querstromreglers 2 eine Stellgröße Iq* für den Querstrom zur Verfügung gestellt. Diese Stellgrößen werden einem Entkopp- lungsnetzwerk 5 zugeführt, welches unter Verwendung der genannten Stellgrößen eine Längsspannungskomponente ud' und eine Querspannungskomponente uq' für die Regelspannung der Synchronmaschine ermittelt.
Diese Regelspannungskomponenten ud' und uq' , bei denen es sich um Regelspannungskomponenten in einem rechtwinkligen Koordinatensystem handelt, werden über die Ausgangsbegrenzer 3 bzw. 4 einem inversen Park-Transformator 6 zugeführt. Dieser hat die Aufgabe, die im rechtwinkligen Koordinatensystem vorliegenden begrenzten Regelspannungskomponenten ud und uq in Regelspannungskomponenten ua, üb und uc des 3-Phasen-Drehstromsystems umzuwandeln. Diese werden in einem Pulswechselrichter 7 in Ansteuerimpulse für die Synchronmaschine 8 umgewandelt.
Die am Ausgang des Entkopplungsnetzwerks 5 ausgegebene Querspannungskomponente uq' der Regelspannung wird einem Betragsbildner 10 zugeführt, welcher den Betrag luq'lder genannten Querspannungskomponente ermittelt.
Das Ausgangssignal des Betragsbildners 10 wird als Ein- gangssignal für einen Schwellwertschalter 11 verwendet. Überschreitet der Betrag luq'leinen vorgegebenen Schwellenwert, dann wird am Ausgang des Schwellwertschalters 11 der Wert 0 ausgegeben. Unterschreitet der Betrag luq'lden vorgegebenen Schwellenwert, dann wird am Ausgang des Schwellwertschalters 11 der Wert 1 ausgegeben.
Ausführungsbeispiele für die Ausgestaltung eines Entkopplungsnetzwerks, in welchem ein stationäres Maschinenmodell abgelegt ist, sind in der DE 100 44 181.5 der Anmel- derin beschrieben.
Der Mikrocomputer, der das Sollwertsignal Id soll für den Längsstrom und das Sollwertsignal Iq_soll für den Querstrom bereitstellt, ermittelt diese Sollwertsignale - wie es bereits oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 - 3 erläutert wurde - derart, dass die bestehenden Freiheitsgrade in jedem Betriebspunkt so ausgenutzt sind, dass die Summe aller Verluste im jeweiligen Betriebspunkt minimiert ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine mit folgenden Schritten:
Ermittlung eines Querstrom-Sollwertes (Iq_soll), Ermittlung eines Längsstrom-Sollwertes (Id soll), - Ermittlung eines Querstrom-Istwertes (Iq_ist), Ermittlung eines Längsstrom-Istwertes (Id ist), Zuführen des Querstrom-Sollwertes, des Längsstrom- Sollwertes, des Querstrom-Istwertes und des Längsstrom-Istwertes an einen Regler, - Ermittlung einer Längsspannungskomponente und einer Querspannungskomponente mittels des Reglers, Umwandeln der ermittelten Längsspannungskomponente und der ermittelten Querspannungskomponente in Spannungen eines Mehrphasen-Drehstromsystems, - Zuführen der Spannungen an einen Pulswechselrichter und
Regelung der Synchronmaschine durch die Ausgangssignale des Pulswechselrichters, dadurch gekennzeichnet , dass die Ermittlung des Querstrom-Sollwertes (Iq soll) und des Längsstrom-Sollwertes (Id_soll) derart erfolgt, dass die Summe der Verluste in jedem Betriebspunkt der Synchronmaschine minimiert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass jeder Betriebspunkt durch eine Drehzahl (n) , ein Drehmoment (M) und eine Zwischenkreisspan- nung (U) gekennzeichnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Ermittlung des Querstrom- Sollwertes und des Längstrom-Sollwertes unter Verwendung eines Mikrocomputers (14) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge kennz e i chne t , dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom- Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung ei- nes Kennfeldes ermittelt, wobei dieses Kennfeld eine
Vielzahl von Datensätzen enthält, die folgende Beziehung erfüllen :
(Iq_soll, Id_soll) = f(M,n,U) ,
wobei Iq soll ein Querstrom-Sollwert, Id_soll ein Längsstrom-Sollwert, M ein Drehmoment, n eine Drehzahl und U eine Zwischenkreisspannung ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge kennz e i chne t , dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom- Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung von Formeln ermittelt, die die Summe der Verluste beschrei¬ ben .
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge kennz e i chne t , dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom- Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung ei¬ ner Näherung ermittelt, die die Summe der Verluste be¬ schreibt .
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge kenn- z e i chne t , dass der Mikrocomputer (14) den Querstrom- Sollwert und den Längsstrom-Sollwert unter Verwendung ei¬ nes die Summe der Verluste näherungsweise beschreibenden Polynoms ermittelt.
8. Vorrichtung zur feldorientierten Regelung einer Synchronmaschine, mit einem Sollwertgeber (14) für einen Querstrom und einen Längsstrom, einem Istwertgeber (13) zur Bereitstellung eines Querstrom-Istwertes und eines Längsstrom-Istwertes, einem Regler (R) zur Ermittlung einer Längsspannungskomponente und einer Querspannungskomponente, - einem Wandler (6) zur Umwandlung der Längsspannungskomponente und der Querspannungskomponente in Spannungen eines Mehrphasen-Drehstromsystems und einem Pulswechselrichter, dessen Ausgang mit der Synchronmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Sollwertgeber (14) ausgebildet ist, um einen Querstrom-Sollwert und einen Längsstrom-Sollwert derart bereitzustellen, dass die Summe der Verluste in jedem Betriebspunkt der Synchronmaschine minimiert ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass der Sollwertgeber ein Mikrocomputer (14) ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem ein Kennfeld abgespeichert ist, welches eine Vielzahl von Datensätzen enthält, die jeweils die folgende Beziehung erfüllen:
(Iq_soll, Id_soll) = f(M,n,U),
wobei Iq_soll ein Querstrom-Sollwert,
Id soll ein Längsstrom-Sollwert, M ein Drehmoment, n eine Drehzahl und
U eine Zwischenkreisspannung ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet , dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem Formeln abgespeichert sind, die die Summe der Verluste beschreiben.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennz e i chne t , dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem eine Näherung abgespeichert ist, die die Summe der Verluste beschreibt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge kennz e i chne t , dass der Mikrocomputer (14) einen Speicher (14a) aufweist, in welchem ein Polynom abgespeichert ist, das die Summe der Verluste beschreibt.
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