WO2021110404A1 - Verfahren zum betreiben einer elektrischen maschine - Google Patents

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WO2021110404A1
WO2021110404A1 PCT/EP2020/082333 EP2020082333W WO2021110404A1 WO 2021110404 A1 WO2021110404 A1 WO 2021110404A1 EP 2020082333 W EP2020082333 W EP 2020082333W WO 2021110404 A1 WO2021110404 A1 WO 2021110404A1
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WO
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time
specific
converter
measurement
switching
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PCT/EP2020/082333
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English (en)
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Inventor
Martin Viereckel
Christian Freitag
Goekhan Tokgoez
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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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating an electrical machine with a converter and a control unit and a computer program for its implementation.
  • Electrical machines can be operated as a motor on a power converter, in particular an inverter or inverter, which is fed by a DC voltage circuit.
  • a power converter in particular an inverter or inverter, which is fed by a DC voltage circuit.
  • inverters also referred to as traction inverters
  • switching elements in particular semiconductor switches such as MOSFETs or IGBTs, for example by way of block commutation.
  • BRM boost recuperation machines
  • the absence of electrical isolation means that switching operations, ie the opening and closing of switching elements, can result in potential jumps in the logic supply.
  • switching operations ie the opening and closing of switching elements
  • the measurement of the phase current and / or the measurement of the rotor position of the rotor of the electrical machine can be disrupted in this way.
  • This can be remedied by calculating the measurement time depending on the switching processes and adapting it variably.
  • the search for undisturbed measurement times is time-consuming.
  • negative aspects for the regulation due to non-equidistant measurements as well as additional effort for plausibility checks due to safety aspects according to ISO 26262 can arise.
  • the ISO 26262 standard is generally used, in which the so-called “Automotive Safety Integrity Level” (ASIL) - these are safety levels in vehicles - are defined .
  • ASIL Automotive Safety Integrity Level
  • the generated torque is usually assigned a safety load, i.e. the generated torque must have a specified accuracy.
  • the torque of an electrical machine can be determined using measured phase currents and corresponding machine equations; a torque sensor is then not necessary.
  • the phase currents are usually included in the current control, by means of which a target torque can be achieved. Inaccurately recorded phase currents therefore lead to an inaccurately set torque, which in turn can result in the violation of safety goals according to ISO 26262.
  • the specific switching times are adapted to the specific measurement times in such a way that the semiconductor switches are not closed and opened in a specific interval around a specific measurement time.
  • the interval can in particular be a time interval or a rotation angle interval (of the rotor).
  • the interval is chosen to be as long as possible so that the time for the measurement is sufficient, but on the other hand it is chosen as short as possible so that the measurement does not unnecessarily delay the opening or closing of the semiconductor switch.
  • a time interval of 10 ps, in particular 5 ps, is preferably used.
  • the specific switchover time is shifted outside the specific interval. This is advantageous because it prevents the measurement from being influenced or disturbed by the switching of the semiconductors.
  • the specific switchover time can be shifted in such a way that the specific switchover time is shifted to the last possible time before the interval or to the earliest possible time after the interval. This can also depend on the position of the switching point in the interval, i.e. it is closer to the beginning or the end.
  • a switching time of a first semiconductor switch (in particular high side) of a branch of the converter is shifted before the time interval and a switching time of a second semiconductor switch (in particular lowside) of the branch of the converter is shifted after the time interval.
  • the shift preferably takes place symmetrically to the actual switching time. On in this way, the occurrence of torque fluctuations (ripples) can be avoided.
  • the determined measurement times are advantageously equidistant in time.
  • the measurements are therefore carried out at regular time intervals. This means that measured values that are equidistant over time can be obtained in order, for example, to meet the requirements mentioned at the beginning.
  • the sensor is advantageously used to measure a phase current flowing through one of the stator windings or a rotor position of the rotor.
  • the phase current can be measured, for example, using so-called shunts.
  • shunts are not installed directly in the phases of the stator windings, but rather, for example, in a low-side path and / or in the high-side path of the converter.
  • the phase current can only be measured when the lowside path is switched on. The same applies to the highside path.
  • the stator winding is advantageously operated in block commutation. From a certain speed, the so-called corner speed, the electrical machine reaches the so-called voltage limit. In this case, the generated pole wheel voltage is greater than the voltage applied to the phases. So that the machine can generate a motor torque above this speed, it is operated in so-called field weakening mode. Since this operating mode has a lower efficiency, the corner speed should be as high as possible, which can be achieved, for example, by a higher phase voltage. Corresponding machines in the field weakening range are therefore controlled in block mode, since a greater effective voltage can be generated on the stator winding in this area than with PWM control.
  • block commutation With block commutation, no fixed control frequency (i.e. no PWM commutation) is used, but the semiconductor switches are synchronized with the electrical angular speed of the electrical machine. shaped on and off. Different block widths can be implemented depending on the number of phases.
  • the type of control that generates the greatest effective phase voltage is the so-called 180 ° block commutation, in which the high-side and low-side semiconductor switches are switched on for an electrical angle of 180 ° per phase within one electrical revolution.
  • the specific switching times and the specific measuring times are advantageously determined by a control unit.
  • the control unit initially calculates or determines, for example, the measurement times.
  • the control unit then calculates or determines the switching times of the semiconductor switches and compares the determined measurement times with the determined switching times. If a specific switchover point in time lies in an interval around a specific measurement point in time, the control unit determines whether the switchover point in time is shifted to a point in time before or to a point in time after the interval.
  • control unit according to the invention for example a control unit of a motor vehicle, is set up to carry out a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc.
  • a program can also be downloaded via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 shows schematically an electrical machine with a converter in which a method according to the invention can be carried out.
  • FIG. 2 schematically shows a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 1 an electrical machine 100 with a converter 110 is shown schematically, in which a method according to the invention can be carried out.
  • the electrical machine has (in a stator, not shown) six phases (windings) that form two three-phase groups as subsystems and are denoted by U 1, V1 and W1 and U2, V2 and W2.
  • U 1, V1 and W1 and U2, V2 and W2 For example, an electrical phase offset of 30 ° applies between the two three-phase subsystems U 1, V1, W1 and U2, V2, W2.
  • a three-phase group is characterized by an electrical connection of the phase windings in the stator, here for example a common star point, but is not electrically connected to phases of other three-phase groups in the stator and can therefore have its own control scheme, which in principle is different from control schemes of other three-phase groups can.
  • the converter 110 has two parts 111 and 112, each designed as a conventional bridge rectifier, and six (unspecified) switching elements, e.g. semiconductor switches such as MOSFETS, and each for controlling (ie for connecting to the DC voltage connections of the converter) one of the three-phase subsystems U1, V1, W1 or U2, V2, W2 are used.
  • the converter 110 with a positive and a negative connection, for example in an on-board network, is connected via two (unspecified) capacitors integrated into a vehicle as DC voltage connections.
  • a control and / or regulating unit 150 is shown as an example, which is used to control the converter 110, in particular to open and close the switching elements. It goes without saying that such a device can also be integrated into the converter 110.
  • phase currents can be measured or recorded, for example, by means of a phase current sensor or a current measuring device - such a device is schematically and exemplarily denoted by 120.
  • switching processes i.e. the opening and closing of switching elements, can result in potential jumps in the logic supply.
  • the measurement of the phase current of the electrical machine 100 can be disrupted in this way.
  • FIG. 2 a sequence of a method according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment.
  • the electrical machine 100 with converter 110 as shown in FIG. 1 can be used.
  • the two three-phase subsystems U1, V1, W1 is shown, which is operated here with 180 ° block commutation.
  • FIG. 2a of FIG. 2 certain time intervals around certain measuring times of the measurement of the phase current are shown. Measurements take place here by way of example at the times 50 ps, 150 ps, 250 ps, 350 ps and 450 ps. A total of five measurements are therefore carried out (for the present speed) during one complete revolution of the rotor. There is an equidistant distance of 100 ps between the specific measurement times.
  • the time interval around a specific measurement time is 10 ps, with the time interval starting 5 ps before a specific measurement time and ending 5 ps after a specific measurement time (see arrow).
  • the time interval around the The correct measurement time 250 ps thus begins at time 245 ps and ends at time 255 ps.
  • the high-side FET is already switched off at time 245 ps, which represents the last possible time before the time interval around the specific measurement time at 250 ps.
  • the low-side FET is not switched on at time 250 ps, but only at time 255 ps, which is the earliest possible time after the time interval around the specific measurement time at 250 ps.
  • this reduces the length of the available voltage pointer.
  • the switching times can also be shifted depending on the angle, i.e. e.g. at 175 ° and 185 °. It goes without saying, however, that both the high-side FET and the low-side FET can also be switched together before or after the interval. However, this changes the control angle, which leads to a torque ripple.
  • the calculation of the specific measurement times and the specific switchover times is carried out by the control unit 150 (see FIG. 1). To- The control unit 150 then determines whether a specific switchover point in time lies in the specific interval around a specific measurement point in time and shifts the switchover point in time if necessary.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (100) mit einem Ständer mit Ständerwicklungen und einem Läufer, mit einem Stromrichter (110) und mit einem Sensor (120) zum Erfassen einer Messgröße, wobei der Stromrichter (110) Gleichstromanschlüsse, Wechselstromanschlüsse und Halbleiterschalter zum Verbinden jeweils eines der Gleichstromanschlüsse mit einem der Wechselstromanschlüsse aufweist, wobei die Ständerwicklungen mit den Wechselstromanschlüssen verbunden sind, wobei zu bestimmten Umschaltzeitpunkten die Halbleiterschalter des Stromrichters (110) geschlossen und geöffnet werden, wobei zu bestimmten Messzeitpunkten jeweils eine Messung durch den Sensor (120) durchgeführt wird, wobei die bestimmten Umschaltzeitpunkte derart an die bestimmten Messzeitpunkte angepasst werden, dass in einem bestimmten Zeitintervall um einen bestimmten Messzeitpunkt herum die Halbleiterschalter nicht geschlossen und geöffnet werden, sowie eine Steuereinheit (150) und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter sowie eine Steuereinheit und ein Computerpro gramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Elektrische Maschinen, insbesondere bei einem Einsatz in einem Fahrzeug, kön nen motorisch an einem Stromrichter, insbesondere Wechselrichter bzw. Inver ter, betrieben werden, der von einem Gleichspannungskreis gespeist wird. Üblich für solche Inverter, auch als Traktionsinverter bezeichnet, ist ein getaktetes Öff nen und Schließen von Schaltelementen, insbesondere Halbleiterschaltern wie MOSFETs oder IGBTs, beispielsweise im Wege einer Blockkommutierung.
Üblicherweise findet zwischen der Ansteuerelektronik und dem Stromrichter eine Potentialtrennung statt. In 48V-Systemen, beispielsweise in sogenannten Boost- Rekuperationsmaschinen (BRM), sind Anwendungen denkbar, bei denen aus Bauraum- und Kostengründen diese Potentialtrennung nicht vorhanden ist.
Jedoch führt eine nicht vorhandene Potentialtrennung dazu, dass sich Schaltvor gänge, d.h. das Öffnen und Schließen von Schaltelementen, in Potentialsprün gen an der Logikversorgung auswirken können. Beispielsweise kann so die Mes sung des Phasenstroms und/oder die Messung der Rotorlage des Läufers der elektrischen Maschine gestört werden. Zur Abhilfe kann man den Messzeitpunkt in Abhängigkeit von den Schaltvorgän gen berechnen und variabel anpassen. Insbesondere bei mehrphasigen elektri schen Maschinen und steigenden Ansteuerfrequenzen ist die Suche nach unge störten Messzeitpunkten aufwendig. Ferner können dabei negative Aspekte für die Regelung aufgrund von nicht-äquidistanten Messungen sowie zusätzlicher Aufwand für Plausibilisierungen auf Grund von Sicherheitsaspekten gemäß ISO 26262 entstehen.
Bei elektrischen Maschinen (oder Antrieben) im Automotive-Bereich findet in der Regel die Norm ISO 26262 Anwendung, in der dies sog. "Automotive Safety In- tegrity Level" (ASIL) - hierbei handelt es sich um Sicherheitsstufen in Fahrzeu gen - definiert werden. Für elektrische Maschinen mit einer ASIL-Einstufung wird in der Regel das erzeugte Drehmoment mit einer Sicherheitslast belegt, d.h. das erzeugte Drehmoment muss eine vorgegebene Genauigkeit aufweisen.
Aus Kostengründen kann das Drehmoment einer elektrischen Maschine anhand gemessener Phasenströme und entsprechender Maschinengleichungen ermittelt werden, ein Drehmomentsensor ist dann nicht nötig. Dabei ist aber eine mög lichst genaue Erfassung der Phasenströme wichtig, um den Anforderungen der ISO 26262 zu genügen. Die Phasenströme finden in der Regel Eingang in die Stromregelung, mittels weicher ein Solldrehmoment realisiert werden kann. Un genau erfasste Phasenströme führen daher zu einem ungenau gestellten Dreh moment, was wiederrum die Verletzung von Sicherheitszielen nach ISO 26262 nach sich ziehen kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Ma schine mit einem Stromrichter sowie eine Steuereinheit und ein Computerpro gramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Pa tentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die Erfindung basiert auf der Maßnahme, ungestörte und insbesondere äqui distante Messungen dadurch zu erreichen, dass die Umschaltzeitpunkte der Halbleiterschalter notfalls verschoben werden.
Dabei werden die bestimmten Umschaltzeitpunkte derart an die bestimmten Messzeitpunkte angepasst, dass in einem bestimmten Intervall um einen be stimmten Messzeitpunkt die Halbleiterschalter nicht geschlossen und geöffnet werden. Das Intervall kann insbesondere ein Zeitintervall oder ein Drehwinkelin tervall (des Läufers) sein.
Dies hat den Vorteil, dass die Messung durch den Sensor, beispielsweise durch Potentialsprünge an der Logikversorgung, nicht beeinflusst oder gestört wird.
Das Intervall wird einerseits möglichst so lang gewählt, dass die Zeit für die Mes sung ausreicht, aber andererseits möglichst kurz gewählt, so dass die Messung nicht das Öffnen oder das Schließen der Halbleiterschalter unnötig verzögert. Bevorzugt wird ein Zeitintervall von 10 ps, insbesondere von 5 ps verwendet.
Vorteilhafterweise wird in einem Fall, in dem ein bestimmter Umschaltzeitpunkt in dem bestimmten Intervall um einen bestimmten Messzeitpunkt liegt, der be stimmte Umschaltzeitpunkt nach außerhalb des bestimmten Intervalls verscho ben. Dies ist vorteilhaft, da dadurch verhindert wird, dass die Messung durch das Schalten der Halbleiter beeinflusst oder gestört wird. Dabei kann der bestimmte Umschaltzeitpunkt derart verschoben werden, dass der bestimmte Umschaltzeit punkt auf den letztmöglichen Zeitpunkt vor dem Intervall oder auf den frühest möglichen Zeitpunkt nach dem Intervall verschoben wird. Dies kann auch von der Position des Umschaltzeitpunkts im Intervall abhängen, d.h. liegt er näher am Beginn oder am Ende.
Vorzugsweise wird ein Umschaltzeitpunkt eines ersten Halbleiterschalters (ins besondere Highside) eines Zweigs des Stromrichters vor das Zeitintervall und ein Umschaltzeitpunkt eines zweiten Halbleiterschalters (insbesondere Lowside) des Zweigs des Stromrichters nach das Zeitintervall verschoben. Weiter vorzugswei se erfolgt die Verschiebung symmetrisch zum eigentlichen Schaltzeitpunkt. Auf diese Weise kann die Entstehung von Drehmomentschwankungen (Rippel) ver mieden werden.
Vorteilhafterweise sind die bestimmten Messzeitpunkte zeitlich äquidistant. Die Messungen werden somit in regelmäßigen zeitlichen Abständen durchgeführt. Somit können zeitlich äquidistante Messwerte erhalten werden, um beispielswei se die eingangs genannten Anforderungen zu erfüllen.
Vorteilhafterweise wird der Sensor zur Messung eines durch eine der Ständer wicklungen fließenden Phasenstroms oder einer Rotorlage des Läufers verwen det. Der Phasenstrom kann beispielsweise über sogenannte Shunts gemessen werden. In der Regel sind diese Shunts nicht direkt in den Phasen der Ständer wicklungen verbaut, sondern beispielsweise in einem Lowside-Pfad und/oder im Highside-Pfad des Stromrichters.
Sind die Shunts nur im Lowside-Pfad verbaut, kann der Phasenstrom nur dann gemessen werden, wenn der Lowside-Pfad eingeschaltet ist. Analoges gilt für den Highside-Pfad.
Vorteilhafterweise wird die Ständerwicklung in Blockkommutierung betrieben. Ab einer bestimmten Drehzahl, der sogenannten Eckdrehzahl, erreicht die elektri sche Maschine die sogenannte Spannungsgrenze. Bei dieser ist die erzeugte Polradspannung größer als die an den Phasen anliegende Spannung. Damit die Maschine oberhalb dieser Drehzahl ein motorisches Moment erzeugen kann, wird sie im sogenannten Feldschwächbetrieb betrieben. Da diese Betriebsart je doch einen geringeren Wirkungsgrad aufweist, sollte die Eckdrehzahl möglichst hoch liegen, was beispielsweise durch eine höhere Phasenspannung erreicht werden kann. Daher werden entsprechende Maschinen im Feldschwächbereich im Blockbetrieb angesteuert, da in diesem eine größere effektive Spannung an der Ständerwicklung erzeugt werden kann als bei einer PWM-Ansteuerung.
Bei einer Blockkommutierung wird keine feste Ansteuerfrequenz (also keine PWM-Kommutierung) verwendet, sondern die Halbleiterschalter werden syn chron zur elektrischen Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine block- förmig ein- und ausgeschaltet. Je nach Phasenzahl lassen sich verschiedene Blockbreiten realisieren. Die Ansteuerart, die die größte effektive Phasenspan nung erzeugt, ist die sogenannte 180°-Blockkommutierung, bei welcher pro Pha se innerhalb einer elektrischen Umdrehung die Highside- und Lowside- Halbleiterschalter jeweils für einen elektrischen Winkel von 180° eingeschaltet sind.
Vorteilhafterweise werden die bestimmten Umschaltzeitpunkte und die bestimm ten Messzeitpunkte von einer Steuereinheit bestimmt. Die Steuereinheit berech net bzw. bestimmt beispielsweise zunächst die Messzeitpunkte. Anschließend berechnet bzw. bestimmt die Steuereinheit die Umschaltzeitpunkte der Halb leiterschalter und vergleicht die bestimmten Messzeitpunkte mit den bestimmten Umschaltzeitpunkten. Sofern ein bestimmter Umschaltzeitpunkt in einem Intervall um einen bestimmten Messzeitpunkt liegt, bestimmt die Steuereinheit, ob der Umschaltzeitpunkt auf einen Zeitpunkt vor oder auf einen Zeitpunkt nach dem In tervall verschoben wird.
Ferner ist die erfindungsgemäße Steuereinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraft fahrzeugs, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcodemit teln zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeig nete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash- Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und der beiliegenden Zeichnung. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schema tisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine mit Stromrichter bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
Figur 2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch eine elektrische Maschine 100 mit Stromrichter 110 dargestellt, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Die elekt rische Maschine weist (in einem nicht dargestellten Stator) sechs Pha- sen(wicklungen) auf, die zwei Drehstromgruppen als Teilsysteme bilden und mit U 1 , V1 und W1 sowie U2, V2 und W2 bezeichnet sind. Dabei gilt zwischen den beiden dreiphasigen Teilsystemen U 1 , V1 , W1 sowie U2, V2, W2 beispielsweise ein elektrischer Phasenversatz von 30°. Eine Drehstromgruppe ist durch eine elektrische Verbindung der Phasenwicklungen im Ständer, hier beispielsweise einen gemeinsamen Sternpunkt, charakterisiert, ist jedoch im Ständer nicht elektrisch mit Phasen anderer Drehstromgruppen verbunden und kann daher ei ne eigenes Ansteuerschema haben, welches im Prinzip unterschiedlich von An steuerschemata anderer Drehstromgruppen sein kann.
Der Stromrichter 110 weist zwei Teile 111 und 112 auf, die jeweils als übliche Brückengleichrichter ausgebildet sind, und sechs (nicht näher bezeichnete) Schaltelemente, z.B. Halbleiterschalter wie MOSFETS, aufweisen und jeweils zum Ansteuern (d.h. zum Verbinden mit den Gleichspannungsanschlüssen des Stromrichter) eines der dreiphasigen Teilsysteme U1, V1, W1 bzw. U2, V2, W2 dienen. Über zwei (nicht näher bezeichnete) Kondensatoren ist der Stromrichter 110 mit einem positiven und einem negativen Anschluss z.B. in ein Bordnetz ei- nes Fahrzeugs als Gleichspannungsanschlüsse eingebunden. Zudem ist beispielhaft eine Steuer- und/oder Regeleinheit 150 gezeigt, die zum Ansteuern des Stromrichters 110, insbesondere zum Öffnen und Schließen der Schaltelemente, dient. Es versteht sich, dass eine solche auch in den Stromrichter 110 integriert sein kann.
Die Ansteuerung der beiden dreiphasigen Teilsysteme U 1 , V1, W1 bzw. U2, V2, W2 erfolgt hier über zwei getrennte Ansteuerschaltungen 115 und 116. In den Phasen fließt dabei jeweils ein Phasenstrom lui , lvi, und lwi bzw. Iu2, Iv2 und Iw2. Diese Phasenströme können z.B. mittels eines Phasenstromsensors bzw. einer Strommesseinrichtung - eine solche ist schematisch und beispielhaft mit 120 bezeichnet - gemessen bzw. erfasst werden.
Wenn zwischen den Ansteuerschaltungen 115 und 116 und dem Stromrichter 110 keine Potentialtrennung existiert, können sich Schaltvorgänge, d.h. das Öffnen und Schließen von Schaltelementen, in Potentialsprüngen an der Logikversorgung auswirken. Beispielsweise kann so die Messung des Phasenstroms der elektrischen Maschine100 gestört werden.
In Figur 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu kann die elektrische Maschine 100 mit Stromrichter 110 wie in Figur 1 gezeigt verwendet werden. Zur Vereinfachung wird nur eines der beiden dreiphasigen Teilsysteme U1, V1, W1 dargestellt, das hier in 180°-Blockkommutierung betrieben wird.
Im Diagramm 2a der Figur 2 sind bestimmte Zeitintervalle um bestimmte Messzeitpunkte der Messung des Phasenstroms gezeigt. Zu den Zeitpunkten 50 ps, 150 ps, 250 ps, 350 ps und 450 ps finden hier beispielhaft jeweils Messungen statt. Insgesamt werden somit (für die vorliegende Drehzahl) während einer vollständigen Umdrehung des Läufers fünf Messungen durchgeführt. Zwischen den bestimmten Messzeitpunkten liegt ein äquidistanter Abstand von 100 ps. Das Zeitintervall um einen bestimmten Messzeitpunkt beträgt hier 10 ps, wobei das Zeitintervall 5 ps vor einem bestimmten Messzeitpunkt beginnt und 5 ps nach einem bestimmten Messzeitpunkt endet (siehe Pfeil). Das Zeitintervall um den be- stimmten Messzeitpunkt 250 ps beginnt somit zum Zeitpunkt 245 ps und endet zum Zeitpunkt 255 ps.
In den Diagrammen 2b bis 2d werden jeweils die bestimmten Umschaltzeitpunk te, d.h. der Zeitpunkt des Einschaltens bzw. des Ausschaltens, der einzelnen Phasen U 1 , V1 und W1 gezeigt. Ein eingeschalteter (leitender) Highside-FET und ausgeschalteter (nicht-leitender) Lowside-FET wird dabei durch den Wert 1, ein eingeschalteter Lowside-FET und ausgeschalteter Highside-FET durch den Wert -1 repräsentiert. Zu einem Umschaltzeitpunkt werden somit üblicherweise immer beide einer Phase zugehörigen Schaltelemente umgeschaltet. Dabei ist sinnvollerweise darauf zu achten, dass kein Kurzschluss entsteht, dass also im mer ein Schaltelement nicht-leitend ist. Sind beide Schalter ausgeschaltet, wird dies durch den Wert 0 repräsentiert.
Während die Messungen zu den Zeitpunkten 50 ps, 150 ps, 350 ps, 450 ps stö rungsfrei stattfinden, d.h. ohne dass ein gleichzeitiger Schaltvorgang durchge führt wird, würden zum Zeitpunkt 250 ps eine Messung des Phasenstroms mit einem Umschaltzeitpunkt der Phase U 1 , d.h. Ausschalten des Highside-FETs und Einschalten des Lowside-FETs der Phase U 1 , kollidieren.
Daher wird Highside-FET schon zum Zeitpunkt 245 ps ausgeschaltet, was den letztmöglichen Zeitpunkt vor dem Zeitintervall um den bestimmten Messzeitpunkt bei 250 ps darstellt. Ferner wird der Lowside-FET nicht zum Zeitpunkt 250 ps eingeschaltet wird, sondern erst zum Zeitpunkt 255 ps, was den frühestmögli chen Zeitpunkt nach dem Zeitintervall um den bestimmten Messzeitpunkt bei 250 ps darstellt. Dabei verringert sich jedoch die Länge des verfügbaren Spannungs zeigers. Alternativ kann die Verschiebung der Umschaltzeitpunkte auch winkel abhängig erfolgen, d.h. z.B. bei 175° und 185°. Es versteht sich, dass jedoch auch sowohl Highside-FET als auch Lowside-FET gemeinsam vor oder nach dem Intervall geschaltet werden können. Dadurch ändert sich jedoch der An steuerwinkel, wodurch es zu einem Drehmomententrippel kommt.
Die Berechnung der bestimmten Messzeitpunkte und der bestimmten Umschalt zeitpunkte wird dabei von der Steuereinheit 150 (siehe Figur 1) durchgeführt. Zu- dem bestimmt die Steuereinheit 150, ob ein bestimmter Umschaltzeitpunkt in dem bestimmten Intervall um einen bestimmten Messzeitpunkt liegt und ver schiebt den Umschaltzeitpunkt gegebenenfalls.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (100) mit einem Stän der mit Ständerwicklungen und einem Läufer, mit einem Stromrichter (110) und mit einem Sensor (120) zum Erfassen einer Messgröße, wobei der Stromrichter (110) Gleichstromanschlüsse, Wechselstroman schlüsse und Halbleiterschalter zum Verbinden jeweils eines der Gleich stromanschlüsse mit einem der Wechselstromanschlüsse aufweist, wobei die Ständerwicklungen mit den Wechselstromanschlüssen verbunden sind, wobei zu bestimmten Umschaltzeitpunkten die Halbleiterschalter des Stromrichters (110) geschlossen und geöffnet werden, wobei zu bestimmten Messzeitpunkten jeweils eine Messung durch den Sensor (120) durchgeführt wird, wobei die bestimmten Umschaltzeitpunkte derart an die bestimmten Messzeitpunkte angepasst werden, dass in einem bestimmten Intervall um einen bestimmten Messzeitpunkt herum die Halbleiterschalter nicht ge schlossen und geöffnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem Fall, in dem ein bestimmter Um schaltzeitpunkt in dem bestimmten Intervall um einen bestimmten Messzeit punkt herum liegt, der bestimmte Umschaltzeitpunkt nach außerhalb des be stimmten Zeitintervalls verschoben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Umschaltzeitpunkt eines ersten Halb leiterschalters eines Zweigs des Stromrichters (110) vor das Zeitintervall und ein Umschaltzeitpunkt eines zweiten Halbleiterschalters des Zweigs des Stromrichters (110) nach das Zeitintervall verschoben wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die bestimmten Messzeitpunkte zeitlich äquidistant sind.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Sensor (120) zur Messung eines durch eine der Ständerwicklungen fließenden Phasen stroms oder einer Rotorlage des Läufers verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ständerwick lungen in Blockkommutierung betrieben werden.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die bestimmten Umschaltzeitpunkte und die bestimmten Messzeitpunkte von einer Steuer einheit (150) bestimmt werden.
8. Steuereinheit (150), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das eine Steuereinheit (150) veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprü che 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Steuereinheit (150), insbesonde re nach Anspruch 8, ausgeführt wird.
10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Com puterprogramm nach Anspruch 9.
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