WO2019170495A1

WO2019170495A1 - Verfahren und vorrichtung zur totzeitkompensation mittels überlagerung eines korrektursignals

Info

Publication number: WO2019170495A1
Application number: PCT/EP2019/054869
Authority: WO
Inventors: Timo Kuehn
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2019-09-12
Also published as: DE102018203571A1

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Korrektursignals (41, 42, 43) zur Überlagerung eines Ansteuersignals (31, 32, 33) für eine Endstufenansteuerung (9) eines Leistungsschalters eines Wechselrichters (50), zur Bereitstellung eines Phasenstroms einer mittels dem Wechselrichter (50) zu betreibenden elektrischen Maschine (8), mit den folgenden Schritten: Ermittlung eines Kompensationssignals (51, 52, 53) in Abhängigkeit eines Phasenstromwinkels (61, 62, 63); Ermittlung eines Verstärkungsfaktors (44); Ermittlung des Korrektursignals (41, 42, 43) in Abhängigkeit des Kompensationssignals (51, 52, 53) und des Verstärkungsfaktors (44).

Description

Beschreibung

Titel

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR TOTZEITKOMPENSATION MITTELS ÜBERLAGERUNG EINES KORREKTURSIGNALS

Stand der Technik

Es sind Wechselrichter mit Leistungsschaltern, insbesondere Halbleiter- Schaltern, bekannt, die beispielsweise für die Ansteuerung von elektrischen Maschinen verwendet werden. Ein Wechselrichter besteht im Kern aus

Halbbrücken, die zwei in Serie geschalteten Halbleiter-Schalter umfassen. Dabei wird eine solche Serienschaltung der beiden Leistungsschalter mit einer

Gleichspannung, beispielsweise aus einer Batterie, über den sogenannten Zwischenkreis gepuffert, verbunden. Eine elektrische Maschine kann mehrere Phasen aufweisen. Ein Wechselrichter umfasst mindestens eine Halbbrücke je Phase der elektrischen Maschine. Jede Phase der elektrischen Maschine wird elektrisch mit einem Mittelabgriff zwischen den beiden Leistungsschaltern einer Halbbrücke verbunden. In Abbildung 1 ist ein Wechselrichter mit drei

Halbbrücken, einer sogenannte B6-Brücke, für den Betrieb einer dreiphasigen elektrischen Maschine dargestellt. Für den Betrieb der elektrischen Maschine werden die beiden Leistungsschalter einer Halbbrücke abwechselnd angesteuert, so dass die Spule einer elektrischen Maschine eingangsseitig abwechselnd mit dem positiven oder dem negativen Pol der Gleichspannung verbunden wird. Zu keinem Zeitpunkt dürfen beide in Serie geschaltete Leistungsschalter einer Halbbrücke gleichzeitig geschlossen sein, da dies ein Kurzschluss an der angeschlossenen Gleichspannungsquelle, oder Gleichspannnungssenke, hervorruft, welcher zu einem so hohen Stromfluss führt, bei dem die

Leistungsschalter oder andere Bauteile des elektrischen Systems zerstört werden oder gegebenenfalls in Brand geraten. Daher wird einer der

Leistungsschalter erst geschlossen, nachdem eine sogenannte Reserve-Zeit verstrichen ist nach dem Öffnen des anderen Schalters. Während dieser Reserve-Zeit ist eine Spule einer elektrischen Maschine eingangsseitig wenigstens zeitweise mittels der Leistungsschalter weder mit dem positiven oder dem negativen Pol der Gleichspannung verbunden, da beide Schalter geöffnet sind. Die Leistungsschalter umfassen Freilaufdioden, so dass der sich einstellende Spannungswert an der Eingangsseite der Spule von dem Stromfluss innerhalb der Phase abhängig ist, der nur über eine der beiden Freilauf-Dioden der Leistungsschalter fließen kann. Der sich während der Reserve-Zeit in Abhängigkeit der Stromrichtung selbst einstellende Spannungswert wird als „Totzeit- Effekt“ des Wechselrichters bezeichnet. Nachteilig verursachen diese „Totzeit- Effekte“ bei Elektromotoren, die mit dem erzeugten Wechselstrom betrieben werden, Geräusche und/oder Drehmomentwelligkeiten.

Aus der DE 10 2012 111 696 Al ist ein Verfahren zur Kompensation einer Totzeit bekannt.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Korrektursignals zur Überlagerung eines Ansteuersignals für eine Endstufenansteuerung eines Leistungsschalters eines Wechselrichters, zur Bereitstellung eines Phasenstroms einer mittels dem Wechselrichter zu betreibenden elektrischen Maschine, mit den folgenden Schritten bereitgestellt: Ermittlung eines Kompensationssignals in Abhängigkeit eines Phasenstromwinkels; Ermittlung eines Verstärkungsfaktors; Ermittlung des Korrektursignals in Abhängigkeit des Kompensationssignals und des Verstärkungsfaktors.

Somit wird ein Korrektursignal zur Überlagerung eines Ansteuersignals für eine Endstufenansteuerung eines Leistungsschalters eines Wechselrichters bereitgestellt. Das Ansteuersignal ist bevorzugt ein Signal, welches als

Ausgangssignal eines Reglers als Eingangssignal an eine Endstufenansteuerung übertragen oder gesendet wird. Der Regler ist bevorzugt ein Stromregler, welcher den Strom regelt und insbesondere eine Spannung als Stellgröße verwendet. Der Regler kann auch als Spannungsregler ausgestaltet sein. Eine Endstufenansteuerung ist bevorzugt eine Hardwaretreiberschaltung zur

Ansteuerung eines Steueranschlusses eines Schalters, bevorzugt eines

Leistungshalbleiterschalters. Beim Überlagern des Ansteuersignals mit dem Korrektursignal werden die beiden Signalwerte bevorzugt addiert oder multipliziert und das Ergebnis als Signalwerte als Ansteuersignal an die

Endstufenansteuerung übertragen. Zur Ermittlung des Korrektursignals wird ein Kompensationssignal in Abhängigkeit eines Phasenstromwinkels, bevorzugt der aktuellen Phasenströme, ermittelt sowie ein Verstärkungsfaktor berücksichtigt. Insbesondere werden hierfür die aktuellen Phasenströme mittels dafür geeigneter Sensoren gemessen. Bevorzugt wird das Korrektursignal mit dem Verstärkungsfaktor multipliziert und das Ergebnis als Korrektursignal dem Ansteuersignal überlagert. Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines Korrektursignals zur Minimierung des„Totzeit- Effektes“ bereitgestellt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ermittlung des

Kompensationssignals in Abhängigkeit einer Kompensationskurve, bei der mindestens eine Orientierungsordnung ausgewählt und ausgelöscht ist.

Die Ermittlung des Kompensationssignals erfolgt in Abhängigkeit einer

Kompensationskurve, welche, insbesondere vorgegeben und, mittels einer Frequenzanalyse analysiert und modifiziert wird. Gewöhnliche

Kompensationskurven, bspw. negierte SIGNUM-Funktionen, haben lediglich ungerade Ordnungen (1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, ...). Da Anteile der

Kompensationskurve, die mittels der Frequenzanalyse als 3er-Ordungen (3, 6, 9, ...) der Kompensationskurven dargestellt werden, keine Auswirkung auf den resultierenden Phasenstrom und damit auf das abgegebene Drehmoment einer, bevorzugt dreiphasigen, elektrischen Maschine haben, können diese

beispielsweise von einer Kompensationskurve entfernt oder gelöscht werden, ohne dass dies einen Einfluss auf den Betrieb des elektrischen Antriebs und auf die Kompensation des Totzeit- Effektes hat. Daher wird bevorzugt eine derartige Orientierungsordnung der Kompensationskurve ausgewählt. Der spektrale Anteil der Kompensationskurve, der die Ursache dieser Orientierungsordnung ist, wird aus der Kompensationskurve entfernt oder gelöscht. Derartige

Kompensationskurven können in einem Software-algorithmus analytisch oder auch mittels eines Kennfeldes abgelegt sein. Dennoch bewirkt eine so modifizierte Kompensationskurve in gleicher Weise wie eine nicht modifizierte Kompensationskurve eine Reduktion des Totzeit- Effektes beim Schalten der Schalter. Bei einer anschließenden Frequenzanalyse der, insbesondere gemessenen, Phasenspannungsverläufe ist nicht zu erkennen, welcher Anteil des Totzeit Effektes aufgrund des System und welcher Anteil aufgrund der Kompensation reduziert wurde. Einzig bei der ausgewählten und gelöschten Ordnung, der sogenannten Orientierungsordnung, hat keine Kompensation stattgefunden. Daher kann mittels Analyse genau dieses

Phasenspannungssignalanteils der zuvor gelöschten Orientierungsordnung der nun tatsächlich im System vorliegende Totzeit- Effekt erfasst werden und das Kompensationssignal im Folgenden entsprechend angepasst werden. Vorteilhaft wird somit ein verändertes Kompensationssignal bereitgestellt, welches verbesserte Auswertemöglichkeiten bietet.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die ausgelöschte

Orientierungsordnung eine ungerade 3er-Ordnung der Kompensationskurve, insbesondere die neunte Ordnung der Kompensationskurve.

Bei der Auswahl und Löschung der Orientierungsordnung wird eine ungerade 3er-Ordnung der Kompensationskurve, bevorzugt die neunte Ordnung der Kompensationskurve, gewählt. Eine analytische Berechnungsvorschrift für die 9. Ordnung lautet beispielsweise:

Fk_omp,_mmJ (Phi) = - [ SIGNUM(cos(Phi)) - ORDNUNG_9{ SIGNUM(co$(Phi)) } ]

Durch diese Funktion kann der Totzeit- Effekt in den Phasen-Spannungen in allen Ordnungen außer der 9. Ordnung kompensiert werden. Die 9. Ordnung in der Phasen-Spannung hat jedoch keinerlei Einfluss auf den Phasenstrom und somit auch nicht auf ein Drehmoment einer damit betriebenen elektrischen Maschine, d.h. die Elimination dieser 9. Ordnung verursacht keinen Drehmoment- Effekt. Da jedoch nun die 9. Ordnung in den Phasen-Spannungen ausschließlich vom aktuell wirksamen Totzeit- Effekt verursacht wird, und nicht aus einer

Überlagerung aus Totzeit- Effekt und Totzeit-Kompensation, kann diese 9.

Ordnung als sogenannte Orientierungs-Ordnung in dem rückgelesenen

Phasenspannungsverlauf als Maß für den aktuell wirksamen Totzeit- Effekt verwendet werden. Eine allgemeine Schreibweise für eine derart modifizierte Kompensationskurve lautet:

F komp.norm z (Phi) = - [ f(Phi) - ORDNUNG_Z{ f(Phi) } ]

Dabei ist Fkom_P,norm_z die Kompensationskurve mit der gelöschten

Orientierungsordnung Z, Phi der Phasen-Winkel der entsprechenden Phase des Wechselstroms und f die ursprüngliche Kompensationskurve.

ORDNUNG_Z{f(Phi)} steht für die Z-te Ordnung von f(Phi).

Bei mehreren gelöschten Orientierungsordnungen ist die Kompensationskurve folgendermaßen gegeben:

Dabei sind Zi, Z₂, ... die Orientierungsordnungen und cp der Phasen-Winkel [Phi]. Vorteilhaft wird ein Beispiel für eine modifizierte Kompensationskurve

bereitgestellt, wobei die eliminierte Orientierungsordnung keine Auswirkung auf einen Phasenstrom für den elektrischen Antrieb verursacht.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die ermittelte

Kompensationskurve eine SIGNUM-Funktion oder eine TRAPEZ-Funktion.

Als Kompensationskurve wird bevorzugt eine SIGNUM-Funktion oder eine TRAPEZ-Funktion verwendet. Bevorzugt sind dies normierte und/ oder negierte Funktionen, bevorzugt des jeweiligen Phasenstroms. Je nach Induktivität der Last, beispielsweise der angeschlossenen elektrischen Maschine ist der Null- Durchgang-Bereich eines Phasen-Stromes länger oder kürzer. Bei längerem Null-Durchgang-Bereich kann bevorzugt alternativ zu einer auf einer SIGNUM- Funktion basierenden Kompensationskurve eine TRAPEZ-Funktion verwendet werden. Im Gegensatz zur SIGNUM-Funktion sind die Flanken der TRAPEZ- Funktion abgeflacht. Der Winkel der Abflachung stellt ein zusätzlicher

Freiheitsgrad dieser Funktion dar und wird bevorzugt an die Anwendung angepasst. Bevorzugt wird die Kompensationskurve als Tabelle abgelegt. So können auch komplexere Kurven, die individuell auf die Problemstellung zugeschnitten sind, bevorzugt einfach im SW-Algorithmus verwendet werden. Vorteilhaft werden geeignete Funktionen als Grundlage für die

Kompensationskurve bereitgestellt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Phasenstromwinkel in Abhängigkeit des Stromwinkels der Phasenströme ermittelt.

Der Phasenstromwinkel wird in Abhängigkeit des Stromwinkels der

Phasenströme ermittelt. Der Stromwinkel der Phasenströme wird für die

Regelung elektrischer Maschinen benötigt. Dieser wird insbesondere in

Abhängigkeit mittels geeignetere Sensoren gemessener Phasenströme ermittelt. Vorteilhaft wird der Phasenstromwinkel auf Basis bereits bei elektrischen

Antrieben vorhandener Parameter oder gemessener Werte ermittelt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die Phasenstromwinkel in Abhängigkeit eines Führungswinkels bestimmt, welcher insbesondere mittels der Clarke-Transformation der Phasenströme einer mittels dem Wechselrichter betriebenen elektrischen Maschine ermittelt wird.

Bevorzugt wird mittels einer Clarke-Transformation der Phasenströme der mit dem Wechselrichter betriebenen elektrischen Maschine ein Führungswinkel genannter Parameter bestimmt. Basierend auf diesem Führungswinkel werden die Phasenstromwinkel bestimmt. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur

Bestimmung der Phasenstromwinkel bereitgestellt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ermittlung des

Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit mindestens einer der

Phasenspannungsverläufe der mittels dem Wechselrichter betriebenen elektrischen Maschine.

Der Verstärkungsfaktor wird in Abhängigkeit eines Phasenspannungsverlaufs der mit dem Wechselrichter betriebenen elektrischen Maschine ermittelt. Die

Intensität des Korrektursignals hängt sehr stark davon ab, in welchem

Betriebspunkt sich der Wechselrichter befindet (z.B. Temperatur der Halbleiter- Schalter) und welche Reserve-Zeiten (bedingt durch HW- und SW- Einstellungen) bei der Ansteuerung eingestellt sind. Mittels einer Analyse des

Phasenspannungsverlaufs einer oder aller rückgelesenen Phasen-Spannungen kann der aktuell wirksame Totzeit- Effekt gemessen werden. Vorteilhaft wird eine Basis zur Ermittlung des Verstärkungsfaktors bereitgestellt.

In einer anderen Gestaltung der Erfindung erfolgt die Ermittlung des

Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit einer Ordnungsanalyse der ausgewählten Orientierungsordnung mindestens einer der Phasenspannungsverläufe einer mittels dem Wechselrichter betriebenen elektrischen Maschine.

Die Ermittlung des Verstärkungsfaktors erfolgt in Abhängigkeit einer

Ordnungsanalyse der ausgewählten Orientierungsordnung von mindestens einem Phasenspannungsverlauf der mit dem Wechselrichter betriebenen elektrischen Maschine. Da bei der Kompensationskurve eine

Orientierungsordnung gelöscht wurde, ist der resultierende

Phasenspannungsverlauf in der entsprechenden Ordnung nicht kompensiert und stellt somit ein Signal dar, welches nicht verändert ist. Über die Ordnungs- Analyse der ausgewählten Orientierungs-Ordnung einer oder aller rückgelesenen Phasenspannungsverläufe ist bevorzugt der aktuell wirksame Totzeit- Effekt ermittelbar. Anschließend wird bevorzugt der ermittelte Wert noch über den Anpassfaktor auf die gewählte Orientierungs-Ordnung angepasst um die

Verstärkung des Kompensationssignals auf den tatsächlich wirksamen Totzeit- Effekt anzupassen. Der Anpassfaktor ergibt sich bevorzugt aus dem Kehrwert des ausgewählten Orientierungs-Ordnung-Anteils der Kompensationskurve ohne Elimination der Orientierungs-Ordnung. Oder anders ausgedrückt, der

Anpassfaktor stellt den Kehrwert des Elimination-Anteils dar. Analytisch ausgedrückt, wobei K der Anpassfaktor ist, ergibt sich:

K = 1 / AMP[ ORDNUNG_Z{ f{Phi) } ]

Der Signalanteil dieser Ordnung wird daher vorteilhaft als Grundlage für die Ermittlung eines Verstärkungsfaktors bereitgestellt. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Ermittlung des

Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit eines Anpassfaktors, welcher in

Abhängigkeit des Kehrwerts des Anteils der normierten Kompensationskurve der ausgewählten Orientierungsordnung ermittelt wird.

In Abhängigkeit des Kehrwerts des Anteils der normierten Kompensationskurve der ausgewählten Orientierungsordnung wird ein Anpassfaktor ermittelt. Bei der Ermittlung des Verstärkungsfaktors wird dieser Anpassfaktor berücksichtigt. Bevorzugt wird der Anpassfaktor mit einem Mittelwert der Amplituden des Anteils der vorgebbaren Orientierungsordnung der einzelnen Phasenspannungsverläufe multipliziert. Vorteilhaft wird eine Möglichkeit zur Ermittlung des Anpassfaktor bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, die bisher beschriebenen Verfahren auszuführen.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines

Korrektursignals zur Überlagerung eines Ansteuersignals für eine

Endstufenansteuerung eines Leistungsschalters eines Wechselrichters zur Bereitstellung eines Phasenstroms einer mittels dem Wechselrichter zu betreibenden elektrischen Maschine,

mit einer Logikeinheit und einer Ausgangsschnittstelle zur Bereitstellung des Korrektursignals, wobei die Vorrichtung dazu eingerichtet ist ein

Kompensationssignal in Abhängigkeit eines Phasenstromwinkels zu ermitteln, einen Verstärkungsfaktor zu ermitteln und das Korrektursignal in Abhängigkeit des Kompensationssignals und des Verstärkungsfaktors bereitzustellen.

Somit wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Korrektursignal zur

Überlagerung eines Ansteuersignals für eine Endstufenansteuerung eines Leistungsschalters eines Wechselrichters bereitgestellt. Das Ansteuersignal ist bevorzugt ein Signal, welches als Ausgangssignal von einem Regler als

Eingangssignal an eine Endstufenansteuerung übertragen wird. Eine

Endstufenansteuerung ist bevorzugt eine Kombination aus Logik und Hardwaretreiberschaltung. In der Logik werden die Eingangswerte (Soll- Spannungswerte) abhängig von der Endstufen-Versorgungsspannung in sogenannte Duty-Cycle-Signale umgerechnet und schließlich als digitale PWM- Signale dargestellt, also bevorzugt als

Information bzw.„Ein“/„Aus“-

Informationen. Die Hardwaretreiberschaltung dient zur Ansteuerung eines Steueranschlusses eines Schalters, bevorzugt eines

Endstufenansteuerung übertragen. Zur Ermittlung des Korrektursignals wird von einer Logikeinheit, welche von der Vorrichtung umfasst ist, ein

Kompensationssignals in Abhängigkeit eines Phasenstromwinkels, bevorzugt der aktuellen Phasenströme, ermittelt sowie ein Verstärkungsfaktor berücksichtigt. Bevorzugt wird das Korrektursignal mit dem Verstärkungsfaktor multipliziert und das Ergebnis an einer Ausgangschnittstelle als Korrektursignal ausgegeben zur Überlagerung mit dem Ansteuersignal überlagert. Vorteilhaft wird eine

Vorrichtung zur Bereitstellung eines Korrektursignals zur Minimierung des „Totzeit- Effektes“ bereitgestellt.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des

erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Vorrichtung bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten

Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsystems mit einer Endstufenansteuerung,

Fig. 2: eine Darstellung eines Frequenzspektrums einer Kompensationskurve, Fig. 3: eine Darstellung einer Kompensationskurve mit einer ausgelöschten Orientierungsordnung,

Fig. 4: eine Darstellung von Phasen-Strömen,

Fig. 5: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Korrektursignals und

Fig. 6: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Korrektursignals.

Fig. 1 zeigt ein elektrisches Antriebsystems 1 mit einem Wechselrichter 50 und einer Endstufenansteuerung 9. Der Wechselrichter 50 weist drei Halbbrücken, bestehend aus je einer Reihenschaltung aus einem ersten Schalter 2 und einem zweiten Schalter 3 auf. Die Schalter 2, 3 sind beispielhaft als Transistoren ausgeführt. Die Halbbrücken sind jeweils mit einem hohen Potential 4 und einem niedrigen Potential 5 einer Gleichspannungsquelle verbunden. Bevorzugt ist in dem Gleichspannungszwischenkreis ein Kondensator an das hohe Potential 4 und das niedrige Potential 5 zur Pufferung der beim Schalten der Schalter entstehenden Stromspitzen geschaltet. Mit dem Mittelabgriff zwischen den Schaltern einer Halbbrücke wird jeweils eine Phase einer elektrischen Maschine 8 zu deren Versorgung verbunden. Beispielhaft ist eine dreiphasige elektrische Maschine dargestellt. Die Schalter 2, 3 werden über voneinander unabhängigen ersten Steuerleitungen 6 bzw. über zweite Steuerleitungen 7 mit Steuersignalen geschaltet, die von einer Steuereinheit 9, bevorzugt einer Endstufenansteuerung, abgegeben werden.

Fig. 2 zeigt einen Plot eines Frequenzspektrums 37 einer Kompensationskurve, bevorzugt einer Vorzeichenfunktion oder SIGNUM-Funktion. Aufgetragen ist eine Amplitude 11 der Kompensationskurve über die spektralen Ordnungen 10 der Kompensationskurve. Die Amplitude einer Ordnung ist ein Maß für den Anteil der Ordnung an der Kompensationskurve. Die Vorzeichenfunktion bzw.

Vorzeichenkurve hat nur ungerade Ordnungen, also eine 1., 3., 5., 7., 9., 11., .... Ordnung 10. Fig. 3 zeigt eine Darstellung eines Verlaufs einer Kompensationskurve 14, wobei die 9. Ordnung einer SIGN UM-Funktion ausgelöscht ist. Aufgetragen ist der Funktionswert 38 der Kompensationskurve über einem Führungswinkel 12 der Kompensationskurve. Die Kompensationskurve 14 entspricht der SIGNUM- Funktion mit eliminierter 9. Ordnung, welche beispielhaft als

Orientierungsordnung gewählt wurde.

Fig. 4 zeigt einen Plot eines ersten Phasen-Stromes 16, eines zweiten Phasen- Stromes 17 und eines dritten Phasen-Stromes 18, die sich beim Betrieb des elektrischen Antriebs 1 ohne Kompensation des Totzeit- Effektes ergeben.

Aufgetragen ist die Stromstärke 15 über dem Führungswinkel 12. Zu erkennen ist, dass die Phasen-Ströme 16, 17, 18 von einer idealen Sinus-Form abweichen. Das ist insbesondere durch den Totzeit- Effekt bedingt.

Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 100 zur

Bereitstellung eines Korrektursignals 41, 42, 43 zur Überlagerung eines

Ansteuersignals 31, 32, 33 für eine Endstufenansteuerung 9 eines Schalters 2, 3 eines Wechselrichters 50 zur Bereitstellung eines Phasenstroms einer mittels dem Wechselrichter 50 zu betreibenden elektrischen Maschine 8. Weiter zeigt Fig. 5 einen Regler 34, welcher Ansteuersignale 31, 32, 33 an die

Endstufenansteuerung 9 ausgibt. Die Ansteuersignale 31, 32, 33 werden mittels Korrektursignalen 41, 42, 43 überlagert zur Minimierung des Totzeit- Effektes. Die Korrektursignale 41, 42, 43 werden bevorzugt über eine Ausgangsschnittstelle 90 aus der Logikeinheit 80 der Vorrichtung 100 zur Überlagerung der

Ansteuersignale 31, 32, 33 herausgeführt. Zur Ermittlung der Korrektursignale 41, 42, 43 werden innerhalb der Logikeinheit, welche sowohl als Hardware als auch als Software ausgeführt sein kann, eine Vielzahl an Verfahrensschritten durchgeführt. Aus den, insbesondere gemessenen, Phasenströmen 16, 17, 18 werden über eine Clarke-Transformation 22 die Größen i_pha und I _Beta, bestimmt. Mittels einer Bestimmungseinrichtung 23 wird deren Stromwinkel 13 bestimmt. Bevorzugt wird mittels eines Filters 24, bevorzugt mittels Beobachterstrukturen im DQ-System bzw. in Alpha-Beta Darstellung, aus diesen Größen ein

Führungswinkel 12 für die Kompensation des Totzeit- Effektes bestimmt. Dem Filter 24 wird insbesondere der Rotorlagewinkel 70 als weiteres Signal zur Verbesserung der Güte des Führungswinkels 12 zugeführt. Die Phasen-Winkel- Anpassungseinrichtungen 26 geben je nach Anzahl der Phasen des elektrischen Antriebs je eine resultierende Phasenverschiebung einer Phase aus,

beispielsweise bei einer 3 phasigen Maschine 0°, 120° bzw. 240° für je eine Phase. Diese Phasenverschiebung wird jeweils dem gefilterten Führungswinkel 12 aufaddiert. Es ergeben sich die Phasenstromwinkel 61, 62, 63 in Abhängigkeit des Führungswinkels 12 der Phasenströme 16, 17, 18. In Abhängigkeit des Phasenstromwinkels 61, 62, 63 und einer in 27 abgelegten normierten

Kompensationskurve, bei der eine Ordnung, die Orientierungsordnung, bevorzugt die 9. Ordnung, eliminiert oder gelöscht ist, wird ein normiertes Kompensationssignal 51, 52, 53 ermittelt. Jedes Kompensationssignal 51, 52, 53 wird mit einem Verstärkungsfaktor 44 multipliziert. Das Ergebnis ist das

Korrektursignal 41, 42, 43, mit dem das jeweilige Ansteuersignals 31, 32, 33 überlagert wird. Für die Ermittlung des Verstärkungsfaktors 44 werden die Phasenspannungsverläufe 19, 20, 21 gemessen und analysiert. Mittels einer Frequenzanalyse oder Ordnungsanalyse 28, insbesondere einer Fourieranalyse, der einzelnen Phasen wird eine Amplitude des Anteils der vorgebbaren

Orientierungsordnung der einzelnen Phasenspannungsverläufe 19, 20, 21 ermittelt. Hierbei wird insbesondere der Rotorlagewinkel 70 als weiteres Signal zur Durchführung der Fourieranalyse berücksichtigt. Aus den ermittelten

Amplituden wird in einer Mittelwertbildung 29 ein Mittelwert gebildet. Dieser wird mit einem Anpassfaktor 30 multipliziert. Der Anpassfaktor 30 wird in Abhängigkeit des Kehrwerts des Anteils der normierten Kompensationskurve der

ausgewählten Orientierungsordnung ermittelt. Aus der Multiplikation des

Anpassfaktors 30 mit dem Mittelwert ergibt sich der Verstärkungsfaktor 44.

Jedes, insbesondere normierte, Kompensationssignal 51, 52, 53 wird mit diesem Verstärkungsfaktor 44 multiplizert, woraus sich das Korrektursignal 41, 42, 43, ergibt, mit dem das jeweilige Ansteuersignals 31, 32, 33 überlagert wird. Die so veränderten Ansteuersignale werden der Endstufenansteuerung 9 zugeführt, die entsprechend die Schalter 2, 3 des Wechselrichters 50 betätigt. Mit dieser Ansteuerung wird der Totzeit- Effekt minimiert.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung 100 zur

Bereitstellung eines Korrektursignals 41, 42, 43 zur Überlagerung eines

Ansteuersignals 31, 32, 33 für eine Endstufenansteuerung 9 eines Schalters 2, 3 eines Wechselrichters 50 zur Bereitstellung eines Phasenstroms einer mittels dem Wechselrichter 50 zu betreibenden elektrischen Maschine 8.

Im Unterschied zu dem in Fig. 5 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel werden hier zudem bei der Ordnungsanalyse 28 Phasen-Winkel der Anteile der

Orientierungsordnung der Phasenspannungsverläufe 19, 20, 21 ermittelt. Hierbei wird insbesondere der Rotorlagewinkel 70 als weiteres Signal für die

Fourieranalyse verwendet. Ein Mittelwert der Phasen-Winkel wird bei einer Mittelwertbildung 36 der Phasen-Winkel gebildet. Dieser Mittelwert wird dem Filter 24 zur qualitativen Verbesserung des Stromwinkels 13 zugeführt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung eines Korrektursignals (41, 42, 43) zur Überlagerung eines Ansteuersignals (31, 32, 33) für eine Endstufenansteuerung (9) eines Leistungsschalters eines Wechselrichters (50), zur Bereitstellung eines Phasenstroms einer mittels dem Wechselrichter (50) zu betreibenden elektrischen Maschine (8), mit den folgenden Schritten:

Ermittlung eines Kompensationssignals (51, 52, 53) in Abhängigkeit eines Phasenstromwinkels (61, 62, 63);

Ermittlung eines Verstärkungsfaktors (44);

Ermittlung des Korrektursignals (41, 42, 43) in Abhängigkeit des

Kompensationssignals (51, 52, 53) und des Verstärkungsfaktors (44).

2. Verfahren nach Anspruch 1,

wobei die Ermittlung des Kompensationssignals (51, 52, 53) in Abhängigkeit einer Kompensationskurve (27) erfolgt, bei der mindestens eine

Orientierungsordnung ausgewählt und ausgelöscht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

wobei die ausgelöschte Orientierungsordnung eine ungerade 3er-Ordnung der Kompensationskurve (27) ist, insbesondere die neunte Ordnung der

Kompensationskurve (27) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,

wobei die Kompensationskurve (27) eine SIGNUM-Funktion oder eine

TRAPEZ-Funktion ist.

5. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche,

wobei die Ermittlung des Phasenstromwinkels (61, 62, 63) in Abhängigkeit des Stromwinkels (13) der Phasenströme (16, 17, 18) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

wobei die Phasenstromwinkel (61, 62, 63) in Abhängigkeit eines

Führungswinkels (12) bestimmt werden, welcher insbesondere mittels der Clarke-Transformation (22) der Phasenströme (16, 17, 18) einer mittels dem Wechselrichter (50) betriebenen elektrischen Maschine (8) ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der bisherigen Ansprüche,

wobei die Ermittlung des Verstärkungsfaktors (44) in Abhängigkeit mindestens eines der Phasenspannungsverläufe (19, 20, 21) einer mittels dem

Wechselrichter (50) betriebenen elektrischen Maschine (8) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7,

wobei die Ermittlung des Verstärkungsfaktors (44) in Abhängigkeit einer Ordnungsanalyse (28) der ausgewählten Orientierungsordnung mindestens einer der Phasenspannungsverläufe (19, 20, 21) einer mittels dem

Wechselrichter (50) betriebenen elektrischen Maschine (8) erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

wobei die Ermittlung des Verstärkungsfaktors (44) in Abhängigkeit eines Anpassfaktors (30) erfolgt, welcher in Abhängigkeit des Kehrwerts des Anteils der Kompensationskurve der ausgewählten Orientierungsordnung ermittelt wird.

10. Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der

Ansprüche 1-9 auszuführen.

11. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 10 gespeichert ist.

12. Vorrichtung (100) zur Bereitstellung eines Korrektursignals (41, 42, 43) zur Überlagerung eines Ansteuersignals (31, 32, 33) für eine

Endstufenansteuerung (9) eines Leistungsschalters eines Wechselrichters (50) zur Bereitstellung eines Phasenstroms einer mittels dem Wechselrichter (50) zu betreibenden elektrischen Maschine (8),

mit einer Logikeinheit (80) und einer Ausgangsschnittstelle (90) zur

Bereitstellung des Korrektursignals (41, 42, 43),

wobei die Vorrichtung (100) dazu eingerichtet ist,

ein Kompensationssignal (51, 52, 53) in Abhängigkeit eines Phasenstromwinkels (61, 62, 63) zu ermitteln,

einen Verstärkungsfaktor (44) zu ermitteln und

das Korrektursignal (41, 42, 43) in Abhängigkeit des Kompensationssignals (51, 52, 53) und des Verstärkungsfaktors (44) bereitzustellen.