WO2014187749A2 - Drehgeberfreies, feldorientiertes regeln einer drehzahl einer mittels einer gestuften spannung betreibbaren asynchronmaschine - Google Patents

Drehgeberfreies, feldorientiertes regeln einer drehzahl einer mittels einer gestuften spannung betreibbaren asynchronmaschine Download PDF

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    • H02P2207/01—Asynchronous machines

Definitions

  • Encoder-free, field-oriented control of a speed of an asynchronous machine which can be operated by means of a stepped voltage
  • the present invention relates to a method and a device for rotary encoder-free, field-oriented control of an asynchronous machine.
  • an asynchronous machine which is fed by means of a mains voltage, which is fed via a rectifier and an inverter of the asynchronous machine.
  • a rotary encoder-free and field-oriented control of this asynchronous machine is adapted to determine based on a measured current in stator windings of a stator of the asynchronous and a measured at output terminals of the inverter voltage or a detected intermediate circuit voltage a control value for the length of a stator voltage vector, which is fed to the inverter.
  • the described power supply of the asynchronous machine can be complex and require a large amount of space.
  • the described control of the asynchronous machine can also operate imprecisely, since only one stator current of the stator of the asynchronous machine is detected.
  • a method for encoder-free, field-oriented control of a speed of an asynchronous machine operated by a voltage source outputting a stepped voltage, detecting a stator voltage of a stator of the asynchronous machine, detecting a stator current of the stator, simulating at least one field-oriented size of the asynchronous machine based on the detected stator voltage and the detected stator current, generating a field-oriented stator voltage based on the at least one simulated field-oriented quantity and the detected stator voltage and supplying a nominal stator voltage to the voltage source based on the generated field-oriented stator voltage to control the speed of the asynchronous machine.
  • the asynchronous machine can be operated independently of a voltage network by means of a separate voltage source, such as a battery direct inverter.
  • a separate voltage source such as a battery direct inverter.
  • inverter systems can be avoided, which are usually arranged between the voltage source such as the voltage network and the asynchronous machine and can have a DC intermediate circuit and a downstream, three-phase LC output filter or an intermediate circuit and a downstream, three-phase C output filter.
  • the voltage supply of the asynchronous machine can be performed simply, accurately and cost-effectively.
  • Space for an arrangement with the asynchronous machine and the voltage source can be particularly small.
  • An inventive control of the speed of the induction machine can be encoder-free, i. without direct detection of a rotor position of a rotor of
  • Asynchronous machine and / or a rotor speed of the rotor of the asynchronous machine take place in a field-oriented coordinate system, which may have a so-called longitudinal axis "d" and a perpendicular to this longitudinal axis transverse axis "q".
  • the field-oriented coordinate system can be oriented on a rotor flux of a rotor of the asynchronous machine.
  • the number of asynchronous machines can be a detected stator voltage and a detected stator current of a stator of the asynchronous machine, on the basis of which a simulated size of the asynchronous machine can be simulated or simulated by means of a corresponding machine model, in particular a mathematical machine model.
  • a field-oriented Sollstatorschreib can be generated as a control variable for the voltage source based on the at least one simulated size, the detected stator voltage and the detected stator current, which then after a corresponding transformation in
  • Stator-oriented coordinate system with corresponding at least two, in particular three, mutually perpendicular axes can be supplied as Sollstatorschreib the voltage source.
  • the voltage source can in turn output a correspondingly adapted stepped voltage for the asynchronous machine based on the supplied nominal stator voltage, which can be fed or impressed in particular using appropriate control method in an innermost control loop of the scheme, for example directly in machine terminals of the asynchronous machine.
  • the voltage source can implement a corresponding control method.
  • the method may thus allow a particularly simple and accurate control of the rotational speed of the asynchronous machine, since measured quantities such as the detected stator voltage and the detected stator current can be used in combination with exactly simulated variables for controlling the stepped voltage output by the voltage source.
  • a control method associated with the device for controlling the speed of the asynchronous machine may be particularly compact and have a small space, especially as compared to a encoder-based control of the asynchronous machine, a rotary encoder for the asynchronous can be avoided. Overall, the method can also be carried out particularly inexpensively and the device can be realized particularly inexpensive.
  • the method according to the invention can be suitable for the regulation of normally rotating and rapidly rotating asynchronous machines whose rotation frequency can be greater than a few kilohertz.
  • the inventive method in particular, be free from an inaccurate control of capacitor currents of the above-described three-phase output filter of conventional control systems and not based on the complex realizable principle of discrete-time switching state change.
  • the generation of the field-oriented nominal stator voltage can additionally be based on the detected stator current.
  • the at least one field-oriented variable may correspond to a simulated magnetization current of a rotor of the asynchronous machine, and the method may further simulate a further field-oriented variable of the asynchronous machine based on the detected stator voltage and the detected stator current, which may correspond to a simulated speed of the rotor the field-oriented desired stator voltage by controlling a field-oriented magnetizing current of the rotor using the simulated
  • Speed can be generated.
  • the mode of operation of the asynchronous machine can be described in the method by means of a speed control path in the field-oriented coordinate system, which is based on a
  • Statortons in particular a stator current, work and can output a speed of the rotor of the asynchronous machine.
  • the device can have a field-oriented speed controller, which can be set up to regulate a magnetizing current of the rotor and thus a rotational speed of the rotor.
  • the method may further comprise simulating yet another field-oriented size of the asynchronous machine based on the detected stator voltage and the detected stator current, which may correspond to stator stator voltage stably required in an asynchronous machine operation, wherein the field-oriented stator voltage is controlled by controlling a field-oriented stator current using the simulated, in the operation of the asynchronous stationary required field-oriented stator voltage, a field-oriented nominal stator and the detected field-oriented stator voltage can be generated, wherein the field-oriented stator current can be generated by means of the Regge of the magnetizing current.
  • the field-oriented nominal stator voltage can additionally be generated using the field-oriented detected stator current.
  • the controller may comprise a field-oriented stator current regulator for regulating the stator current, whose input variable is the set field-oriented nominal stator current and the latter
  • Output variable represent the field-oriented Sollstatorschreib and in particular may have a real integral behavior.
  • the stator current regulator can be set up to set the given stator current setpoint values as actual values as quickly as possible, independently of an operating state of the asynchronous machine, without significant control deviations.
  • An assigned in the Statorstromregler integrated reference variable generator for stationary during operation required stator voltage, especially in very fast rotating asynchronous machines, facilitate guidance of the asynchronous machine, since only a basic principle of an associated from
  • Stator current controller to leading controlled system which can describe the operation of the asynchronous machine in the field-oriented coordinate system, must be replicated and an accurate structural simulation of this controlled system can be omitted with partially dependent on the speed or the stator frequency loop sizes.
  • the Statorstromregelitate can work on the detected field-oriented stator voltage and a field-oriented to be detected
  • the method and the device can enable a two-stage cascaded control of the asynchronous machine, in which a magnetization current regulation and thus a speed control takes place in a first stage, which can be followed by a stator current regulation in a second stage.
  • a longitudinal component of the field-oriented nominal stator current can be generated by determining a target torque of the rotor for which the determined target torque of the rotor determines a field-oriented desired magnetization current of the rotor using the simulated rotational speed of the rotor field-oriented desired magnetizing current can be adjusted using the simulated magnetizing current, and the longitudinal component of the field-oriented desired stator current can be determined based on the set Sollmagnet Deutschensstrom, wherein a transverse component of the field-oriented stator stator current for the specific target torque of the rotor can be determined based on the simulated magnetizing current of the rotor ,
  • This measure can be based on a recognition that, in the case of a field-oriented guidance of an asynchronous machine, control ranges for the internal torque of the rotor and for the magnetizing current of the rotor can be decoupled, since a transverse component of the field-oriented stator current has a direct effect on the torque of the rotor, but is free from may be an
  • Sollstatorstroms are supplied to the stator current regulator.
  • an operating point of the asynchronous machine can therefore be taken into account by using the simulated rotational speed of the rotor, the current setpoint torque of the rotor and the torque control reserves which can be quickly retrieved during dynamic processes.
  • the method may further include comparing the simulated speed of the rotor with a speed threshold and controlling the speed of the rotor when the simulated speed is greater than or equal to the speed threshold or controlling the speed of the rotor using a control speed of the rotor when the simulated speed can be less than the speed threshold.
  • the speed threshold value can in particular be fixed or be adjustable during operation of the asynchronous machine.
  • the device may in particular have a corresponding switching unit, which may be configured to compare the rotational speed of the rotor with the speed threshold value and to switch over in dependence on a result of the comparison between the rotational speed control and a rotational speed control.
  • the speed control can be realized by a corresponding speed control unit, which can be part of the speed controller or designed as a separate unit.
  • This measure can make it possible, when the asynchronous machine is at a standstill and / or at very low speeds, for the rotor of the asynchronous machine instead of a rotary encoder-free speed control, which may not be possible due to correspondingly very small voltages induced in the stator due to rotor flux linkages, can be converted into a speed control.
  • At least one of the simulations described above may be based on the field-oriented detected stator voltage and / or the field-oriented
  • the method may operate using the respective component values of said parameter, such as the stator current or the stator voltage, in the stator-oriented, field-oriented and / or simulated coordinate system.
  • said parameter such as the stator current or the stator voltage
  • the method according to the invention can be carried out using values of these variables and / or take into account a time-dependent course of these variables, in which a multiplicity of the corresponding values can be considered.
  • these parameters can represent vectorial quantities except for the magnetization current.
  • the invention further relates to a device for the encoder-free, field-oriented control of a rotational speed of an asynchronous machine, which is operable by means of a voltage source outputting a stepped voltage, comprising a first sensor for detecting a stator voltage of a stator of the asynchronous machine, a second sensor for detecting a stator current of the stator, a simulation unit for simulating at least one field-oriented quantity of the asynchronous machine based on the detected stator voltage and the detected stator current, a field-oriented controller for generating a field-oriented desired stator voltage based on the at least one simulated field-oriented quantity and the detected stator voltage and optionally on the detected stator current and an actuator for feeding one
  • Sollstatorschreib to the voltage source based on the generated field-oriented Sollstatorschreib to control the speed of the asynchronous machine.
  • the aforementioned simulation unit and / or the aforementioned simulation units and / or the controller may be part of a processing unit, in particular a processor, and / or by means of integration, Reinforcement, division, addition and / or subtraction units or - members be realized.
  • the invention further relates to an arrangement, in particular a drive system, with an asynchronous machine and a voltage source, which is set up for outputting a stepped voltage to the asynchronous machine.
  • the arrangement may comprise a device for encoder-free, field-oriented control of a speed of the asynchronous machine, which is described above.
  • the voltage source can be set up to adjust the output voltage which can be supplied to the asynchronous machine in stages or in stages and / or be designed as a battery direct inverter.
  • the invention further relates to a use of a voltage source adapted to output a stepped voltage to an asynchronous machine for operating the asynchronous machine.
  • the asynchronous machine can be controlled by means of a device described above for encoder-free, field-oriented control of a speed of the asynchronous machine.
  • the voltage source can be designed as explained above.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an arrangement with an asynchronous machine, a battery direct inverter and a device for encoder-free, field-oriented control of a speed of an asynchronous machine according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an output voltage of the Batte- riedirektinverters in Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic block diagram of the device in FIG. 1;
  • Figure 4 is a schematic block diagram of a portion of the apparatus in Figure 3;
  • Figure 5 is a schematic block diagram of a speed control line for controlling the speed of the asynchronous machine in Figure 3;
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of a stator current control path in FIG. 3
  • FIG. 7 shows a schematic block diagram of a first and a second simulation unit of the device in FIGS. 3 and 4, and FIG.
  • FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of the asynchronous machine in FIG. 1 in a field-oriented coordinate system.
  • FIG. 1 An arrangement shown in FIG. 1 in the form of a transaction drive has a voltage source 12 designed as a battery direct inverter, which forms a three-phase, stepwise adjustable voltage system and is connected to an asynchronous machine 14 of the arrangement 10.
  • the asynchronous machine 14 is designed as a cage rotor with an external stationary stator in the form of a stator and an internal, rotatable rotor in the form of a rotor.
  • the assembly 10 may also be part of an electric drive that may be used in stationary equipment, such as in a wind power plant, or in a vehicle, such as a hybrid or electric vehicle.
  • a device 16 of the arrangement 10 for the encoder-free, field-oriented control of a speed of the asynchronous machine 14 is electrically coupled to the asynchronous machine 14 and the battery direct inverter 12.
  • Positive poles of three branches 17a, 17b, 17c of the direct battery inverter 12 are designated by U, V, W.
  • Minus poles of the three branches 17a, 17b, 17c of the battery direct inverter 12 are electrically connected as a neutral point.
  • the negative poles of the three branches 17a, 17b, 17c of the battery direct inverter 12 may be electrically isolated from each other.
  • each branch 17a, 17b, 17c of Batteriedirektinverters 12 a plurality of battery modules are provided with respective coupling devices, which are provided in Figure 1 for the sake of clarity only in the branch 17c with the reference numerals 18a, 18b and each with an optional separator 20a and a op- tional charging and disconnecting device 20b may be connected.
  • the voltage source 12 is designed to be rechargeable and represents a rechargeable battery or a rechargeable battery system, the voltage source 12 is referred to as a battery or as a battery system according to common usage.
  • FIG. 2 shows an output voltage of the battery direct inverter 12 plotted along an ordinate 22 of a diagram as a function of a number n of the battery modules 28a, 28b of the battery direct inverter 12 plotted along an abscissa 24.
  • U Mo duie designates the output voltage of a battery module 18a, 18b.
  • the output voltage of the battery direct inverter 12 scales with the number n of the battery modules 28a, 28b of the battery direct inverter 12.
  • first sensor 28 for detecting a stator voltage u s , i, 2 3 of the stator of the asynchronous machine 14
  • second sensor 30 for detecting a stator current i s , i, 2, 3 of the stator
  • first simulation unit 32 for simulating a field-oriented stator voltage u s , s t, which is required during operation of the asynchronous machine 14.
  • Slip circular frequency oo r, # and field-oriented rotor flux linkages ⁇ ⁇ # means of the machine model, a field-oriented speed controller 36 for controlling the speed n of the rotor of the asynchronous machine 14, a field-oriented Statorstromregler 38 for controlling the stator current of the asynchronous machine 14, a first and second Park transformation unit 40, 42 and an actuator 44 for outputting a manipulated variable to the battery direct inverter 12.
  • a field-oriented Statorstromregelholder 46 for controlling the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ of the stator of the induction machine 14 and a field-oriented speed control section 48 for controlling the speed n of the rotor of the induction machine 14 and for regulating a magnetizing current i mg of the rotor of the asynchronous machine 14 form the asynchronous machine 14 in the Field-oriented coordinate system by means of the corresponding relationships between respective input variables u s, ⁇ p or ⁇ 5 ⁇ and output variables ⁇ 5 ⁇ and ⁇ , n, ⁇ of the controlled systems 46, 48 for.
  • ⁇ denotes a mechanical angular frequency of the rotor in the stator-oriented coordinate system.
  • sensors 28, 30 are shown in circuit technology as the sensors 28, 30 are arranged to detect the field-oriented quantities, it is understood that the sensors detect values in the stator-oriented coordinate system, which are converted by the transformation unit 22 into corresponding sizes of the field-oriented coordinate system become.
  • Axes of the stator-oriented coordinate system are denoted by “1", “2” and “3” in Figures 3 to 6.
  • Axes of the field-oriented coordinate system are indicated by “d", “q” in Figures 3 to 6.
  • a set value of a parameter or the parameter is marked in FIGS. 3 to 6 by means of an asterisk * ".
  • a field-oriented value of a parameter or the field-oriented parameter is denoted by " ⁇ " in FIGS. 3 to 6 and a simulated field-oriented value of a parameter or the simulated field-oriented parameter is indicated in FIGS. 3 to 6 by means of a diamond “#".
  • a vectorial parameter is indicated by means of an arrow.
  • At least one of the first and second simulation units 32, 34 is realized by means of hardware and / or software. Furthermore, the first and second simulation units 32, 34 can be implemented in one piece or as a common code.
  • Statorstromregelate 46 and the speed control line 48 which simulate the asynchronous machine 14, as part of the device 16 or separately from the device 16, so as not part of the device 16, can be considered.
  • the speed controller 36 has a unit 50 for determining a target torque m, the rotor, a magnetizing current controller 52 for controlling a magnetizing current i mg of the rotor of the asynchronous machine 14, and a unit 54 for determining a quadratic component i sq, * of a space vector of the field-oriented nominal stator current i s, on.
  • Switching means 56 The device 16 is connected to the speed controller 36 and configured to switch between controlling the speed n of the rotor and controlling the speed n of the rotor using a control speed value n * based on a comparison between a simulated speed n # and a speed threshold.
  • the algorithm implemented in the switching means 56 is configured to activate the speed control when the simulated speed n # is less than the speed threshold, and to activate the speed control when the simulated speed n # is greater than and equal to the speed threshold.
  • the associated unit of the speed control which is part of the speed controller 36, not shown in Figure 4.
  • a stator voltage u s , i, 2,3 of the stator of the asynchronous machine 14 is detected by means of the sensor 28 as a three-dimensional vector in the stator-oriented coordinate system and by means of the first transformation unit 42 in a space vector of the field-oriented stator voltage u s , cp Considering the field angle ⁇ transferred.
  • the space vector of the field-oriented stator voltage u s , p is the Statorstromregelpole 46, the first simulation unit 32, the second simulation unit 34 and the
  • the stator current i s 1 , 2 , 3 is determined by means of the sensor
  • the detected stator current ⁇ 5 ⁇ can also be supplied to the stator current regulator 38.
  • the speed control path 48 also operates on the space vector of the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ and outputs a speed n des
  • Stator voltage u s , ⁇ p the space vector of the induced stator voltage u in d, (p #) and outputs this to the second simulation unit 34.
  • the second simulation unit 34 generates using the space vector of the detected field-oriented
  • Stator current i s , ⁇ p the space vector of the field-oriented stator voltage u s , cp and of the simulated induced stator voltage u in d, (p # a simulated field angle ⁇ # , a simulated rotor speed n # and a simulated magnetizing current i mg, # of the rotor
  • the unit 50 of the speed controller 36 sets a desired setpoint torque, that of the unit 52 of the speed controller is fed to 36 by using the simulated speed n #, during dynamic processes quickly retrievable torque reserves and the torque m,, * a desired set magnetization i mg, calculated *.
  • the unit 52 based on the simulated magnetizing current i mg , # the nominal magnetizing current i mg, * by means of Regge of the magnetizing current i mg in the speed control path 48 and outputs a longitudinal component ⁇ sd * of a space vector of a field-oriented stator current i s
  • the unit 54 of the speed controller 36 calculates based on the generated longitudinal component i sc i, * a transverse component i sq, * of the space vector of the So
  • the stator current i s, the longitudinal component i sc i, * and the transverse component i sq, * of the nominal stator current i s, is applied as the space vector to the
  • Statorstromregler 38 passing the field-oriented stator current ⁇ 5 ⁇ using the simulated, stationary in operation required field-oriented stator voltage u s , s t, cp #, the set field-oriented stator current i s, and the detected field-oriented stator voltage u s , ⁇ p and optional the detected field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ regulates and outputs as output a space vector of a field-oriented nominal stator voltage u s, which is transferred to the actuator 44 by means of the transformation unit 42 as vectorial quantity u s , i, 2,3.
  • the actuator 44 supplies the setpoint stator voltage u s , i, 2,3 to the battery direct inverter 12, which adjusts its stepped output voltage accordingly and feeds it directly into corresponding contacts of the asynchronous machine 14.
  • the speed control path 48 shown in FIG. 5 has, for the longitudinal component i S d of the space vector of the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ , a subtraction element 58 which subtracts the magnetization current i mg on of the longitudinal component ⁇ sd , and a first-order integrator 60 with one through the rotor time constant T r formed delay time constant, which outputs the magnetizing current i mg .
  • the magnetizing current i mg is fed to a divider 62, which as a non-linear coupling of the two components i sd , i sq of the stator current ⁇ 5, ⁇ a quotient between the transverse component i sq of the space vector of the field-oriented stator current i s , ⁇ p and the magnetizing current i mg forms.
  • a gain element 64 which multiplies a proportionality factor 1 / K Tr to the output signal and outputs as output value the slip angular frequency oo r .
  • An adder 66 adds the slip circuit frequency oo r to a rotational speed n and outputs the stator loop frequency oo s , which is integrated by means of an integrator 68 with a reference time constant T B , so that the field angle ⁇ is generated.
  • the transverse component i sq of the space vector of the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ is supplied to a multiplier 70 in addition to the divider 62, which serves as a non-linear coupling of the two components i sd , i sq of the stator current ⁇ 5, ⁇ the magnetizing current i i output from the integrator 60 mg multiplied by the transverse component i sq .
  • the output value of the multiplier 70 is supplied to a gain member 72 which multiplies a proportionality factor K mi to the output signal and outputs a torque m m to a subtracter 74 subtracting a torque m w from the torque m m.
  • the output value of the subtractor 74 is supplied to an integrator 76 having a time constant T j representing the moment of inertia of the asynchronous machine 14 whose output signal is the rotational frequency ⁇ of the rotor in the stator-based coordinate system.
  • the rotational frequency ⁇ is fed to a gain element 78, which multiplies the rotational frequency ⁇ by a pole pair number Z p of the asynchronous machine 14 and outputs the rotational speed n, which is a non-linear coupling between the two components i sd , i sq of the stator current ⁇ 5, ⁇ the adder 66 is supplied.
  • the quantities n and ⁇ output from the speed control section 48 may represent physical quantities, while the corresponding simulated quantities n # and ⁇ # generated by the second simulation unit 34 may be regarded as calculated quantities.
  • Statorstromregelumble 46 illustrates a control relationship between the field-oriented stator voltage u s, ⁇ p and the field-oriented stator current ⁇ 5 ⁇ .
  • a longitudinal component of the field-oriented stator voltage u is applied by means of a first subtraction element 80a to a disturbance in the form of a longitudinal component u of the field-oriented stator voltage u which is required during operation.
  • the output signal u of the first subtraction element 80a is integrated by means of a first integration element 82a, which has an integration constant
  • the integration constant T Lo is assigned to a stator inductance.
  • the longitudinal component ⁇ sd of the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ is supplied to a first gain element 84a, which multiplies a path parameter K Rs , which is indicative of the stator resistance R s , by the supplied signal.
  • An output signal of the first amplifying element 84a is fed to an adder 86a whose output signal is the longitudinal component u S d, st of the field-oriented stator voltage u s , s t, cp that is stationarily required during operation.
  • the longitudinal component ⁇ sd of the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ is supplied to a second subtraction element 88, which subtracts a magnetization current i mg from the longitudinal component ⁇ sd of the field-oriented stator voltage ⁇ 5 ⁇ . It is the
  • Magnetizing current i mg generated by means of a second integration member 90, which integrates the output signal of the second subtraction element 88 with an integration constant T r .
  • the output signal of the second subtraction element 88 is also fed to a second gain element 92a, which multiplies a distance parameter K Rr , which is indicative of the rotor resistance R r , by its input signal and as output signal a longitudinal component u in dd of the field-oriented induced voltage u in d , cp, which is added to the adder 86a.
  • Stator voltage u s , ⁇ p takes place in the same way as the previously described signal processing of the longitudinal component u S d of the field-oriented stator voltage u s , ⁇ p.
  • a non-linear coupling between the longitudinal component i S d and the transverse component i sq of the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ is generated by means of a third controllable gain element 94a having an input signal, the transverse component i sq of the field-oriented stator current ⁇ 5, ⁇ Distance parameter - ⁇ 5 ⁇
  • Stator current i s , ⁇ p is also supplied to a third controllable gain element 94b, which multiplies the input signal by a track parameter ⁇ 5 ⁇
  • the path parameter of the third gain member 94b is indicative of a product of the stator circuit frequency oo s and the route parameter K Lo .
  • An output signal of the third gain element 94b is supplied to the adder 86b.
  • the field-oriented stator voltage u s , s t, cp # required for operation and the stator-induced field-oriented voltage u in d, (p #) are determined by means of the first simulation unit 32 based on the detected stator current i s 1, 2,3 and the detected stator voltage u s, i, 2,3 as well as the simulated field angle ⁇ # produced.
  • the simulated field angle ⁇ # and a simulated Stator Vietnamese handrequenz oo s, # is based by means of a first stage 96 of the second simulation unit 34 generated on the simulated induced voltage u in d (p #.
  • the simulated rotor flux linkages ⁇ ⁇ # and the simulated magnetizing current i mg, # are generated by means of a third stage 100 of the second simulation unit 34 based on the simulated stator circuit frequency oo s, # and the simulated slip circuit frequency ⁇ ⁇ , # .
  • An exemplary embodiment of an equivalent circuit diagram of the asynchronous machine 14 shown in FIG. 8 has a stator branch 102 with a stator inductance 104 with the designation ⁇ _ ⁇ , a stator resistor 106 with the designation R s and a unit 108, in particular a voltage source.
  • the stator branch 102 is coupled to a rotor branch 110, which has a rotor inductor 12 with the designation L r , a rotor resistor 14 with the designation R r , a first unit 16, in particular a voltage source, and a second unit 118, in particular another voltage source.
  • the magnitude oo s denotes a field-oriented stator circuit frequency with which the field-oriented coordinate system rotates relative to the stator-oriented coordinate system.
  • the size z P denotes a pole pair number of the rotor of the asynchronous machine 14.
  • the equivalent circuit shown can be regarded as the basis for the representation of the asynchronous machine 14 by means of the stator current control path 46 and the speed control path 48.

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Abstract

Es ist ein Verfahren zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl (n) einer Asynchronmaschine (14)beschrieben, die mittels einer eine gestufte Spannung (us,1,2,3) ausgebenden Spannungsquelle betrieben wird, mit Erfassen einer Statorspannung (us,1,2,3) eines Stators der Asynchronmaschine (14), Erfassen eines Statorstroms (is,1,2,3) des Stators, Simulieren zumindest einer feldorientierten Größe (us,st,φ#; uind,φ; φ#; ωs,#; ωr,#; n#; img,#) der Asynchronmaschine (14) basierend auf der erfassten Statorspannung (us,1,2,3) und dem erfassten Statorstrom (is,1,2,3), Erzeugen einer feldorientierten Sollstatorspannung (us,*φ) basierend auf der zumindest einen simulierten feldorientierten Größe (us,st,φ#; uind,φ;φ#; ωs,#; ωr,#; n#; img,#) und der erfassten Statorspannung (us,1,2,3) und Zuführen einer Sollstatorspannung (us,*1,2,3) zu der Spannungsquelle basierend auf der erzeugten feldorientierten Sollstatorspannung (us,*φ), um die Drehzahl (n) der Asynchronmaschine (14) zu regeln.

Description

Beschreibung
Drehgeberfreies, feldorientiertes Regeln einer Drehzahl einer mittels einer gestuften Spannung betreibbaren Asynchronmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dreh- geberfreien, feldorientierten Regeln einer Asynchronmaschine.
Stand der Technik
Aus DE 10 2007 058 209 B4 ist eine Asynchronmaschine bekannt, die mittels einer Netzspannung gespeist wird, die über einen Gleichrichter und einen Wechselrichter der Asynchronmaschine zugeführt wird. Eine drehgeberfreie und feldorientierte Regelung dieser Asynchronmaschine ist dazu eingerichtet, basierend auf einem gemessenen Strom in Statorwicklungen eines Stators der Asynchronmaschine und einer an Ausgangsklemmen des Wechselrichters gemessenen Spannung oder einer erfassten Zwischenkreisspannung einen Stellwert für die Länge eines Statorspannungsvektors zu ermitteln, der dem Wechselrichter zuführbar ist.
Die beschriebene Stromspeisung der Asynchronmaschine kann aufwändig sein und einen großen Bauraum benötigen. Die beschriebene Regelung der Asynchronmaschine kann ferner ungenau arbeiten, da lediglich ein Statorstrom des Stators der Asynchronmaschine erfasst wird.
Offenbarung der Erfindung
Es besteht ein allgemeines Bedürfnis, eine einfache Stromspeisung einer Asynchronmaschine und eine entsprechende Regelung einer derart gespeisten Asynchronmaschine bereitzustellen, die jeweils einen geringen Bauraum benötigen und kostengünstig realisierbar sind. Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl einer Asynchronmaschine bereitgestellt, die mittels einer eine gestufte Spannung ausgebenden Spannungsquelle betrieben wird, mit Erfassen einer Statorspannung eines Stators der Asynchronmaschine, Erfassen eines Statorstroms des Stators, Simulieren zumindest einer feldorientierten Größe der Asynchronmaschine basierend auf der erfassten Statorspannung und dem er- fassten Statorstrom, Erzeugen einer feldorientierten Sollstatorspannung basierend auf der zumindest einen simulierten feldorientierten Größe und der erfassten Statorspannung und Zuführen einer Sollstatorspannung zu der Spannungsquelle basierend auf der erzeugten feldorientierten Sollstatorspannung, um die Drehzahl der Asynchronmaschine zu regeln.
Die Asynchronmaschine kann insbesondere unabhängig von einem Spannungsnetz mittels einer separaten Spannungsquelle, wie beispielsweise einem Batte- riedirektinverter, betrieben werden. Dabei können Umrichtersysteme vermieden werden, die üblicherweise zwischen der Spannungsquelle wie dem Spannungsnetz und der Asynchronmaschine angeordnet sein und einen Gleichspannungszwischenkreis und einen nachgeschalteten, dreiphasigen LC-Ausgangsfilter oder einen Zwischenstromkreis und einen nachgeschalteten, dreiphasigen C- Ausgangsfilter aufweisen können. Dadurch kann die Spannungsspeisung der Asynchronmaschine einfach, genau und kostengünstig durchgeführt werden. Ein
Bauraum für eine Anordnung mit der Asynchronmaschine und der Spannungsquelle kann besonders klein sein.
Eine erfindungsgemäße Regelung der Drehzahl der Asynchronmaschine kann drehgeberfrei, d.h. ohne direkte Erfassung einer Rotorposition eines Rotors der
Asynchronmaschine und/oder einer Rotordrehzahl des Rotors der Asynchronmaschine, in einem feldorientierten Koordinatensystem erfolgen, das eine sogenannte Längsachse„d" und eine senkrecht zu dieser Längsachse stehende Querachse„q" aufweisen kann. Das feldorientierte Koordinatensystem kann an einem Rotorfluss eines Rotors der Asynchronmaschine orientiert sein. Eingangsgröße bzw. zu regelnde Regelgröße für die drehgeberfreie Regelung der Dreh- zahl der Asynchronmaschine kann eine erfasste Statorspannung und ein erfass- ter Statorstrom eines Stators der Asynchronmaschine sein, auf deren Basis eine simulierte Größe der Asynchronmaschine mittels eines entsprechenden Maschinenmodells, insbesondere eines mathematischen Maschinenmodells, simuliert oder nachgebildet werden kann. Eine feldorientierte Sollstatorspannung kann als Stellgröße für die Spannungsquelle basierend auf der zumindest einen simulierten Größe, der erfassten Statorspannung und dem erfassten Statorstrom erzeugt werden, die dann nach einer entsprechenden Transformation in ein
statororientiertes Koordinatensystem mit entsprechenden zumindest zwei, insbesondere drei, zueinander senkrecht stehenden Achsen als Sollstatorspannung der Spannungsquelle zugeführt werden kann. Die Spannungsquelle kann dann wiederum basierend auf der zugeführten Sollstatorspannung eine entsprechend angepasste gestufte Spannung für die Asynchronmaschine ausgeben, die insbesondere unter Verwendung von entsprechenden Regelverfahren in eine innerste Regelschleife der Regelung, beispielsweise direkt in Maschinenklemmen der Asynchronmaschine, eingespeist oder eingeprägt werden kann. Um Istwerte der gestuften Spannung in der Spanungsquelle einzustellen, kann die Spannungsquelle ein entsprechendes Steuerverfahren implementieren.
Das Verfahren kann folglich eine besonders einfache und genaue drehgeberfreie Regelung der Drehzahl der Asynchronmaschine ermöglichen, da gemessene Größen wie die erfasste Statorspannung und der erfasste Statorstrom in Kombination mit genau simulierten Größen zur Regelung der von der Spannungsquelle ausgegebenen gestuften Spannung verwendet werden können. Eine dem Regelverfahren zugeordnete Vorrichtung zum Regeln der Drehzahl der Asynchronmaschine kann besonders kompakt ausgebildet sein und einen geringen Bauraum aufweisen, da insbesondere im Vergleich zu einer drehgeberbasierten Regelung der Asynchronmaschine ein Drehgeber für die Asynchronmaschine vermieden werden kann. Insgesamt kann das Verfahren auch besonders kostengünstig durchgeführt werden und die Vorrichtung kann besonderes kostengünstig realisiert sein.
Da die Sollstatorspannung direkt der Spannungsquelle zugeführt werden kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Regeln von normal drehenden und schnell drehenden Asynchronmaschinen geeignet sein, deren Drehfrequenz größer als einige Kilohertz sein kann. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere frei von einer ungenauen Regelung von Kondensatorströmen der oben beschriebenen dreiphasigen Ausgangsfilter von üblichen Regelsystemen sein und nicht auf dem aufwändig realisierbaren Prinzip der zeitdiskreten Schalt- zustandsänderung basieren.
Das Erzeugen der feldorientierten Sollstatorspannung kann zusätzlich auf dem erfassten Statorstrom basieren.
Die zumindest eine feldorientierte Größe kann einem simulierten Magnetisie- rungsstrom eines Rotors der Asynchronmaschine entsprechen, und das Verfahren kann ferner Simulieren einer weiteren feldorientierten Größe der Asynchronmaschine basierend auf der erfassten Statorspannung und dem erfassten Statorstrom aufweisen, die einer simulierten Drehzahl des Rotors entsprechen kann, wobei die feldorientierte Sollstatorspannung mittels Regeln eines feldorien- tierten Magnetisierungsstroms des Rotors unter Verwendung der simulierten
Drehzahl erzeugt werden kann. Die Funktionsweise der Asynchronmaschine kann bei dem Verfahren mittels einer Drehzahlregelstrecke im feldorientierten Koordinatensystem beschrieben werden, die basierend auf einer
Statorspannung, insbesondere einem Statorstrom, arbeiten und eine Drehzahl des Rotors der Asynchronmaschine ausgeben kann. Die Vorrichtung kann dabei einen feldorientiert arbeitenden Drehzahlregler aufweisen, der dazu eingerichtet sein kann, einen Magnetisierungsstrom des Rotors und somit eine Drehzahl des Rotors zu regeln. Das Verfahren kann ferner Simulieren einer noch weiteren feldorientierten Größe der Asynchronmaschine basierend auf der erfassten Statorspannung und dem erfassten Statorstrom aufweisen, die einer in einem Betrieb der Asynchronmaschine stationär erforderlichen Statorspannung des Stators entsprechen kann, wobei die feldorientierte Sollstatorspannung mittels Regeln eines feldorientierten Statorstroms unter Verwendung der simulierten, in dem Betrieb der Asynchronmaschine stationär erforderlichen feldorientierten Statorspannung, einem feldorientierten Sollstatorstrom und der erfassten feldorientierten Statorspannung erzeugt werden kann, wobei der feldorientierte Sollstatorstrom mittels des Regeins des Magnetisierungsstroms erzeugt werden kann. Insbesondere kann die feld- orientierte Sollstatorspannung zusätzlich unter Verwendung des feldorientierten erfassten Statorstroms erzeugt werden. Dabei kann eine Führungsgröße, die auch als Störgröße für den Statorstromregler interpretiert werden kann, durch die in dem Betrieb stationär erforderliche feldorientierte Statorspannung gebildet sein. Anschaulich kann sich die im Betrieb stationär erforderliche feldorientierte Statorspannung dadurch erklären lassen, dass diese mittels in das feldorientierte Koordinatensystem transformierten Drehspannungen mit konstanter Amplitude und Frequenz an Klemmen der Asynchronmaschine gebildet sein kann, die wiederum durch einen konstanten Statorstrom raumvektor im feldorientierten Koordinatensystem gefordert sein können. Bei der Vorrichtung kann der Regler einen feldorientierten Statorstromregler zum Regeln des Statorstroms aufweisen, des- sen Eingangsgröße der eingestellte feldorientierte Sollstatorstrom und dessen
Ausgangsgröße die feldorientierte Sollstatorspannung darstellen und der insbesondere ein echtes Integralverhalten aufweisen kann. Insbesondere kann der Statorstromregler dazu eingerichtet sein, die vorgegebenen Statorstromsollwerte unabhängig von einem Betriebszustand der Asynchronmaschine ohne nennens- werte Regelabweichungen schnellstmöglich als Ist-Werte einzustellen. Ein zugeordneter in dem Statorstromregler integrierter Führungsgrößengenerator für die im Betrieb stationär erforderliche Statorspannung kann, insbesondere bei sehr schnell drehenden Asynchronmaschinen, eine Führung der Asynchronmaschine erleichtern, da lediglich ein Grundprinzip einer zugeordneten vom
Statorstromregler zu führenden Regelstrecke, die die Funktionsweise der Asynchronmaschine im feldorientierten Koordinatensystem beschreiben kann, nachgebildet werden muss und eine genaue Strukturnachbildung dieser Regelstrecke mit teilweise von der Drehzahl bzw. der Statorkreisfrequenz abhängigen Größen unterbleiben kann. Die Statorstromregelstrecke kann auf der erfassten feldorien- tierten Statorspannung arbeiten und einen zu erfassenden feldorientierten
Statorstrom ausgeben. Folglich kann das Verfahren und die Vorrichtung eine zweistufig kaskadierte Regelung der Asynchronmaschine ermöglichen, bei der in einer ersten Stufe eine Magnetisierungsstromregelung und somit eine Drehzahlregelung erfolgt, der in einer zweite Stufe eine Statorstromregelung nachgeschal- tet sein kann. Insbesondere kann die Statorstromregelstrecke stromaufwärts der
Magnetisierungsregelstrecke bzw. der Drehzahlregelstrecke angeordnet sein.
Eine Längskomponente des feldorientierten Sollstatorstroms kann erzeugt werden, indem ein Solldrehmoment des Rotors bestimmt, für das bestimmte Soll- drehmoment des Rotors ein feldorientierter Sollmagnetisierungsstrom des Rotors unter Verwendung der simulierten Drehzahl des Rotors bestimmt, wobei der feldorientierte Sollmagnetisierungsstrom unter Verwendung des simulierten Magnetisierungsstroms eingestellt werden kann, und die Längskomponente des feldorientierten Sollstatorstroms basierend auf dem eingestellten Sollmagnetisierungsstrom bestimmt werden kann, wobei eine Querkomponente des feldorien- tierten Sollstatorstroms für das bestimmte Solldrehmoment des Rotors basierend auf dem simulierten Magnetisierungsstrom des Rotors bestimmt werden kann. Diese Maßnahme kann auf einer Erkenntnis beruhen, dass bei einer feldorientierten Führung einer Asynchronmaschine Regelstrecken für das innere Drehmoment des Rotors und für den Magnetisierungsstrom des Rotors entkoppelt sein können, da eine Querkomponente des feldorientierten Statorstroms sich unmittelbar auf das Drehmoment des Rotors auswirken, aber frei von einer Auswirkung auf den Magnetisierungsstrom sein kann. Die Längskomponente des feldorientierten Statorstroms kann den Magnetisierungsstrom und über diesen das Drehmoment beeinflussen. Die von dem Drehzahlregler eingestellten, aus- gegebenen Sollwerte der Längskomponente und der Querkomponente des
Sollstatorstroms werden dem Statorstromregler zugeführt. Bei dem Bestimmen oder Einstellen des Sollmagnetisierungsstroms kann folglich ein Betriebspunkt der Asynchronmaschine unter Verwendung der simulierten Drehzahl des Rotors, des aktuellen Solldrehmoments des Rotors sowie der bei dynamischen Vorgän- gen schnell abrufbaren Drehmomentstellreserven berücksichtigt werden.
Das Verfahren kann ferner Vergleichen der simulierten Drehzahl des Rotors mit einem Drehzahlschwellwert und Regeln der Drehzahl des Rotors, wenn die simulierte Drehzahl größer als der oder gleich dem Drehzahlschwellwert ist, oder Steuern der Drehzahl des Rotors mittels einer Steuerdrehzahl des Rotors aufweisen, wenn die simulierte Drehzahl kleiner als der Drehzahlschwellwert sein kann. Der Drehzahlschwellwert kann insbesondere fest vorgegeben sein oder während des Betriebs der Asynchronmaschine einstellbar sein. Die Vorrichtung kann insbesondere eine entsprechende Umschalteinheit aufweisen, die dazu eingerichtet sein kann, die Drehzahl des Rotors mit dem Drehzahlschwellwert zu vergleichen und in Abhängigkeit eines Ergebnisses des Vergleichs zwischen der Drehzahlregelung und einer Drehzahlsteuerung umzuschalten. Die Drehzahl Steuerung kann durch eine entsprechende Drehzahlsteuereinheit verwirklicht sein, die Teil des Drehzahlreglers oder als separate Einheit ausgeführt sein kann. Diese Maßnahme kann es ermöglichen, dass bei Stillstand der Asynchronmaschine und/oder bei sehr kleinen Drehzahlen des Rotors der Asynchronmaschine anstelle einer drehgeberfreien Drehzahlregelung, die aufgrund entsprechend sehr kleinen in dem Stator aufgrund von Rotorflussverkettungen induzierten Spannungen nicht möglich sein kann, in eine Drehzahlsteuerung überführt werden kann.
Insbesondere kann zumindest eine der oben beschriebenen Simulationen auf der feldorientierten erfassten Statorspannung und/oder dem feldorientierten
Statorstrom durchgeführt werden.
Es wird angemerkt, dass das Verfahren unter Verwendung der jeweiligen Komponentenwerte des genannten Parameters, wie beispielsweise des Statorstroms oder der Statorspannung, in dem statororientierten, feldorientierten und/oder simulierten Koordinatensystem arbeiten kann. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung von Werten dieser Größen durchgeführt werden und/oder einen zeitabhängigen Verlauf dieser Größen berücksichtigen, bei dem eine Vielzahl der entsprechenden Werte betrachtet werden kann. Insbesondere können diese Parameter bis auf den Magnetisierungstrom vektorielle Größen darstellen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl einer Asynchronmaschine, die mittels einer eine gestufte Spannung ausgebenden Spannungsquelle betreibbar ist, mit einem ersten Sensor zum Erfassen einer Statorspannung eines Stators der Asynchronmaschine, einem zweiten Sensor zum Erfassen eines Statorstroms des Stators, einer Simulationseinheit zum Simulieren zumindest einer feldorientierten Größe der Asynchronmaschine basierend auf der erfassten Statorspannung und dem erfassten Statorstrom, einem feldorientiert arbeitenden Regler zum Erzeugen einer feldorientierten Sollstatorspannung basierend auf der zumindest einen simulierten feldorientierten Größe und der erfassten Statorspannung und optional auf dem erfassten Statorstrom und einem Stellglied zum Zuführen einer
Sollstatorspannung zu der Spannungsquelle basierend auf der erzeugten feldorientierten Sollstatorspannung, um die Drehzahl der Asynchronmaschine zu regeln. Insbesondere können die zuvor genannte Simulationseinheit und/oder die zuvor genannten Simulationseinheiten und/oder der Regler Teil einer Verarbeitungseinheit, insbesondere eines Prozessors, sein und/oder mittels Integrations-, Verstärkungs-, Divisions-, Additions- und/oder Subtraktionseinheiten oder - glieder realisiert sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung, insbesondere ein Antriebssystem, mit einer Asynchronmaschine und einer Spannungsquelle, die zum Ausgeben einer gestuften Spannung an die Asynchronmaschine eingerichtet ist. Die Anordnung kann eine Vorrichtung zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl der Asynchronmaschine aufweisen, die oben beschrieben ist. Die Spanungsquelle kann insbesondere eingerichtet sein, die der Asynchronmaschine zuführbare Ausgabespannung stufig oder in Stufen einzustellen und/oder als Bat- teriedirektinverter ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer Spannungsquelle, die zum Ausgeben einer gestuften Spannung an eine Asynchronmaschine eingerichtet ist, zum Betreiben der Asynchronmaschine. Die Asynchronmaschine kann mittels einer oben beschriebenen Vorrichtung zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl der Asynchronmaschine regelbar sein. Die Spannungsquelle kann wie oben erläutert ausgebildet sein.
Die mit Bezug auf das Verfahren, die Vorrichtung und die Anordnung und insbesondere die Verwendung beschriebenen Ausführungsformen gelten auch für die jeweils anderen Gegenstände.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Anordnung mit einer Asynchronmaschine, einem Batteriedirektinverter und einer Vorrichtung zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl einer Asynchronmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Figur 2 ein schematisches Diagramm, das eine Ausgangsspannung des Batte- riedirektinverters in Figur 1 zeigt; Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild der Vorrichtung in Figur 1 ;
Figur 4 ein schematisches Blockschaltbild eines Teils der Vorrichtung in Figur 3; Figur 5 ein schematisches Blockschaltbild einer Drehzahlregelstrecke zum Regeln der Drehzahl der Asynchronmaschine in Figur 3;
Figur 6 eine schematische Blockdarstellung einer Statorstromregelstrecke in Figur 3;
Figur 7 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten und zweiten Simulationseinheit der Vorrichtung in Figuren 3 und 4, und
Figur 8 ein Ersatzschaltbild der Asynchronmaschine in Figur 1 in einem feldori- entierten Koordinatensystem.
Eine in Figur 1 gezeigte Anordnung in Form eines Transaktionsantriebs weist eine als Batteriedirektinverter ausgebildete Spanungsquelle 12 auf, die ein dreiphasiges, stufig einstellbares Spannungssystem bildet und mit einer Asynchronmaschine 14 der Anordnung 10 verbunden ist. Die Asynchronmaschine 14 ist als Käfigläufer mit einem außenliegenden stationären Stator in Form eines Ständers und einem innenliegenden, rotierbaren Rotor in Form eines Läufers ausgebildet. Die Anordnung 10 kann auch Teil eines Elektroantriebs sein, der in stationären Anlagen, wie beispielsweise in einem Windkraftwerk, oder in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, verwendet werden kann.
Eine Vorrichtung 16 der Anordnung 10 zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl der Asynchronmaschine 14 ist mit der Asynchronmaschine 14 und dem Batteriedirektinverter 12 elektrisch gekoppelt. Pluspole dreier Zweige 17a, 17b, 17c des Batteriedirektinverters 12 sind mit U, V, W bezeichnet. Minus- pole der drei Zweige 17a, 17b, 17c des Batteriedirektinverters 12 sind elektrisch als Sternpunkt verbunden. Alternativ können die Minuspole der drei Zweige 17a, 17b, 17c des Batteriedirektinverters 12 elektrisch voneinander isoliert sein. In jedem Zweig 17a, 17b, 17c des Batteriedirektinverters 12 sind eine Mehrzahl von Batteriemodulen mit jeweiligen Koppeleinrichtungen vorgesehen, die in Figur 1 der Übersicht halber lediglich im Zweig 17c mit den Bezugszeichen 18a, 18b versehen sind und jeweils mit einer optionalen Trenneinrichtung 20a bzw. einer op- tionalen Lade- und Trenneinrichtung 20b verbunden sein können. Obwohl die Spannungsquelle 12 als wiederaufladbar ausgebildet ist und einen Akkumulator bzw. ein Akkumulatorsystem darstellt, wird die Spannungsquelle 12 entsprechend des üblichen Sprachgebrauchs als Batterie bzw. als Batteriesystem be- zeichnet.
Figur 2 zeigt eine entlang einer Ordinate 22 eines Diagramms aufgetragene Ausgangsspannung des Batteriedirektinverters 12 in Abhängigkeit einer entlang einer Abszisse 24 aufgetragenen Anzahl n der Batteriemodule 28a, 28b des Batte- riedirektinverters 12. UModuie bezeichnet dabei die Ausgangsspannung eines Batteriemoduls 18a, 18b. Wie aus einer Kurve 26 entnommen werden kann, skaliert die Ausgangsspannung des Batteriedirektinverters 12 mit der Anzahl n der Batteriemodule 28a, 28b des Batteriedirektinverters 12. Die in Figur 3 gezeigte Vorrichtung 16 weist einen ersten Sensor 28 zum Erfassen einer Statorspannung us,i ,2,3 des Stators der Asynchronmaschine 14, einen zweiten Sensor 30 zum Erfassen eines Statorstroms is,i ,2,3 des Stators, eine erste Simulationseinheit 32 zum Simulieren einer bei einem Betrieb der Asynchronmaschine 14 stationär erforderlichen feldorientierten Statorspannung us,st,cp# des Sta- tors und einer durch Rotorflussverkettungen im Stator induzierten feldorientierten
Statorspannung uind,# unter Verwendung eines die Asynchronmaschine 14 nachbildenden Maschinenmodells, eine zweite Simulationseinheit 34 zum Simulieren eines feldorientierten Magnetisierungsstroms img,#, einer feldorientierten Drehzahl n#, einem Feldwinkel φ#, einer feldorientierten induzierten Spannung uind,cp# des Stators, einer feldorientierten Statorkreisfrequenz oos,#, einer feldorientierten
Schlupfkreisfrequenz oor,# und feldorientierten Rotorflussverkettungen Ψη# mittels des Maschinenmodells, einen feldorientiert arbeitenden Drehzahlregler 36 zum Regeln der Drehzahl n des Rotors der Asynchronmaschine 14, einen feldorientiert arbeitenden Statorstromregler 38 zum Regeln des Statorstroms der Asyn- chronmaschine 14, eine erste und zweite Park-Transformationseinheit 40, 42 und ein Stellglied 44 zum Ausgeben einer Stellgröße an den Batteriedirektinverter 12 auf. Eine feldorientiert arbeitende Statorstromregelstrecke 46 zum Regeln des feldorientierten Statorstroms ί5,φ des Stators der Asynchronmaschine 14 und eine feldorientiert arbeitende Drehzahlregelstrecke 48 zum Regeln der Drehzahl n des Rotors der Asynchronmaschine 14 und zum Regeln eines Magnetisierungsstrom img des Rotors der Asynchronmaschine 14 bilden die Asynchronmaschine 14 im feldorientierten Koordinatensystem mittels der entsprechenden Zusammenhänge zwischen jeweiligen Eingangsgrößen us,<p bzw. ί5 φ und Ausgangsgrößen ί5 φ bzw. Ω, n, φ der Regelstrecken 46, 48 nach. Dabei bezeichnet Ω eine mechanische Kreisfrequenz des Rotors im statororientierten Koordinatensystem.
Obwohl die Sensoren 28, 30 schaltungstechnisch dargestellt sind, als dass die Sensoren 28, 30 zum Erfassen der feldorientierten Größen eingerichtet sind, versteht es sich, dass die Sensoren Werte im statororientierten Koordinatensystem erfassen, die mittels der Transformationseinheit 22 in entsprechende Größen des feldorientierten Koordinatensystems umgewandelt werden.
Achsen des statororientierten Koordinatensystems sind in den Figuren 3 bis 6 mit „1 ",„2" und„3" bezeichnet. Achsen des feldorientierten Koordinatensystems sind in den Figuren 3 bis 6 mit„d",„q" bezeichnet. Ein Sollwert eines Parameters bzw. der Parameter ist in den Figuren 3 bis 6 mittels eines Sterns , *" gekennzeichnet. Ein feldorientierter Wert eines Parameters bzw. der feldorientierte Parameter ist in den Figuren 3 bis 6 mittels ,,φ" und ein simulierter feldorientierter Wert eines Parameters bzw. der simulierte feldorientierte Parameter ist in den Figuren 3 bis 6 mittels einer Raute„#" gekennzeichnet. In den Figuren 3 bis 6 ist im Vergleich zum nachfolgenden Text eine vektorielle Größe eines Parameters mittels eines Pfeils gekennzeichnet.
Zumindest eine der ersten und zweiten Simulationseinheit 32, 34 ist mittels Hardware und/oder Software realisiert. Ferner können die erste und zweite Simulationseinheit 32, 34 einstückig bzw. als gemeinsamer Code realisiert sein.
Es versteht sich, dass die Statorstromregelstrecke 46 und die Drehzahlregelstrecke 48, die die Asynchronmaschine 14 nachbilden, als Teil der Vorrichtung 16 oder separat von der Vorrichtung 16, also als nicht Teil der Vorrichtung 16, betrachtet werden können.
Wie in Figur 4 dargestellt, weist der Drehzahlregler 36 eine Einheit 50 zum Bestimmen eines Solldrehmoments m, des Rotors, einen Magnetisierungsstromregler 52 zum Regeln eines Magnetisierungsstroms img des Rotors der Asynchronmaschine 14 und eine Einheit 54 zum Bestimmen einer Querkomponente isq,* eines Raumvektors des feldorientierten Sollstatorstroms is, auf. Umschaltmittel 56 der Vorrichtung 16 sind mit dem Drehzahlregler 36 verbunden und dazu eingerichtet, zwischen einer Regelung der Drehzahl n des Rotors und einer Steuerung der Drehzahl n des Rotors unter Verwendung eines Steuerdrehzahlwertes n* basierend auf einem Vergleich zwischen einer simulierten Drehzahl n# und einem Drehzahlschwellwert umzuschalten. Der in den Umschaltmitteln 56 implementierte Algorithmus ist dazu eingerichtet, die Drehzahlsteuerung zu aktivieren, wenn die simulierte Drehzahl n# kleiner als der Drehzahlschwellwert ist, und die Drehzahlregelung zu aktivieren, wenn die simulierte Drehzahl n# größer als der und gleich dem Drehzahlschwellwert ist. Der Übersicht halber ist die zugehörige Ein- heit der Drehzahlsteuerung, die Teil des Drehzahlreglers 36 ist, in Figur 4 nicht dargestellt.
Im Betrieb der Vorrichtung 16 wird mittels des Sensors 28 eine Statorspannung us, i ,2,3 des Stators der Asynchronmaschine 14 als dreidimensionaler Vektor in dem statororientierten Koordinatensystem erfasst und mittels der ersten Transformationseinheit 42 in einem Raumvektor der feldorientierten Statorspannung us,cp unter Berücksichtigung des Feldwinkels φ überführt. Der Raumvektor der feldorientierten Statorspannung us,<p wird der Statorstromregelstrecke 46, der ersten Simulationseinheit 32, der zweiten Simulationseinheit 34 und dem
Statorstromregler 38 zugeführt. Der Statorstrom is 1 ,2,3 wird mittels des Sensors
40 erfasst und in den Raumvektor des feldorientierten Statorstroms ί5,φ überführt, der der ersten Simulationseinheit 32 und der zweiten Simulationseinheit 34 zugeführt wird. Der erfasste Statorstrom ί5 φ kann ebenfalls dem Statorstromregler 38 zugeführt werden. Die Drehzahlregelstrecke 48 arbeitet ebenfalls auf dem Raumvektor des feldorientierten Statorstroms ί5,φ und gibt eine Drehzahl n des
Rotors aus. Mittels der ersten Simulationseinheit 32 wird unter Verwendung des Raumvektors des feldorientierten Statorstroms ί5,φ und des Raumvektors der feldorientierten Statorspannung us,<p ein Raumvektor der zum Betrieb der Asynchronmaschine 14 stationär erforderlichen feldorientierten Statorspannung us,st,q># nachgebildet und an den Statorstromregler 38 ausgegeben. Die erste Simulationseinheit 32 erzeugt ebenfalls unter Verwendung des Raumvektors des feldorientierten Statorstroms is,<p und des Raumvektors der feldorientierten
Statorspannung us,<p den Raumvektor der induzierten Statorspannung uind,(p# und gibt diese an die zweite Simulationseinheit 34 aus. Die zweite Simulationseinheit 34 erzeugt unter Verwendung des Raumvektors des erfassten feldorientierten
Statorstroms is,<p, des Raumvektors der feldorientierten Statorspannung us,cp und der simulierten induzierten Statorspannung uind,(p# einen simulierten Feldwinkel φ#, eine simulierte Drehzahl n# des Rotors und einen simulierten Magnetisierungsstrom img,# des Rotors. Die Einheit 50 des Drehzahlreglers 36 setzt ein gewünschtes Solldrehmoment mutest, das der Einheit 52 des Drehzahlreglers 36 zugeführt wird, die unter Verwendung der simulierten Drehzahl n#, bei dynamischen Vorgängen schnell abrufbaren Drehmomentreserven und dem Drehmoment m,,* eine gewünschte Sollmagnetisierung img,* ermittelt. Danach stellt die Einheit 52 in Abhängigkeit des simulierten Magnetisierungsstroms img,# den Sollmagnetisierungsstrom img,* mittels Regeins des Magnetsierungsstroms img in der Drehzahlregelstrecke 48 ein und gibt eine Längskomponente \sd * eines Raumvektors eines feldorientierten Sollstatorstroms is, aus. Die Einheit 54 des Drehzahlreglers 36 errechnet basierend auf der erzeugten Längskomponente isci,* eine Querkomponente isq,* des Raumvektors des Sollstatorstroms is, Die Längskomponente isci,* und die Querkomponente isq,* des Sollstatorstroms is, wird als Raumvektor an den
Statorstromregler 38 übergeben, der den feldorientierten Statorstrom ί5 φ unter Verwendung der simulierten, im Betrieb stationär erforderlichen feldorientierten Statorspannung us,st,cp#, des eingestellten feldorientierten Sollstatorstroms is, und der erfassten feldorientierten Statorspannung us,<p und optional des erfassten feldorientierten Statorstroms ί5,φ regelt und als Ausgangssignal einen Raumvektor einer feldorientierten Sollstatorspannung us, ausgibt, die mittels der Transformationseinheit 42 als vektorielle Größe us,i ,2,3 an das Stellglied 44 übergeben wird. Das Stellglied 44 führt die Sollstatorspannung us,i ,2,3 dem Batteriedirektin- verter 12 zu, der seine gestufte Ausgabespannung entsprechend anpasst und direkt in entsprechende Kontakte der Asynchronmaschine 14 einspeist.
Die in Figur 5 gezeigte Drehzahlregelstrecke 48 weist für die Längskomponente iSd des Raumvektors des feldorientierten Statorstroms ί5,φ ein Substraktionsglied 58, das den Magnetisierungsstrom img on der Längskomponente \sd subtrahiert, und ein Integrierglied 60 erster Ordnung mit einer durch die Rotorzeitkonstante Tr gebildeten Verzögerungszeitkonstante auf, das den Magnetisierungsstrom img ausgibt. Der Magnetisierungsstrom img wird einem Dividierglied 62 zugeführt, das als nicht lineare Kopplung der beiden Komponenten isd, isq des Statorstroms ί5,φ einen Quotienten zwischen der Querkomponente isq des Raumvektors des feldorientierten Statorstroms is,<p und dem Magnetisierungsstrom img bildet. Ein Aus- gabewert des Dividierglieds 62 wird einem Verstärkungsglied 64 zugeführt, das einen Proportionalitätsfaktor 1/KTr zu dem Ausgabesignal multipliziert und als Ausgabewert die Schlupfkreisfrequenz oor ausgibt. Ein Addierglied 66 addiert die Schlupfkreisfrequenz oor zu einer Drehzahl n und gibt die Statorkreisfrequenz oos aus, die mittels eines Integrierglieds 68 mit einer Bezugszeitkonstanten TB integriert wird, so dass der Feldwinkel φ erzeugt wird. Die Querkomponente isq des Raumvektors des feldorientierten Statorstroms ί5,φ wird neben dem Dividierglied 62 einem Multiplikationsglied 70 zugeführt, das als nicht lineare Kopplung der beiden Komponenten isd, isq des Statorstroms ί5,φ den von dem Integrierglied 60 ausgegebenen Magnetisierungsstrom img mit der Querkomponente isq multipliziert. Der Ausgabewert des Multiplikationsglied 70 wird einem Verstärkungsglied 72 zugeführt, das einen Proportionalitätsfaktor Kmi zu dem Ausgabesignal multipliziert und ein Drehmoment m, an ein Substraktionsglied 74 ausgibt, das ein Drehmoment oder Widerstandsmoment mw von dem Drehmoment m, abzieht. Der Ausgabewert des Subtraktionsglied 74 wird einem Integrierglied 76 mit einer Zeitkonstanten Tj, die das Trägheitsmoment der Asynchronmaschine 14 repräsentiert, zugeführt, dessen Ausgabesignal die Drehfrequenz Ω des Rotors im statorbasierten Koordinatensystem ist. Die Drehfrequenz Ω wird einem Verstärkungsglied 78 zugeführt, das die Drehfrequenz Ω mit einer Polpaarzahl Zp der Asynchronmaschine 14 multipliziert und die Drehzahl n ausgibt, die als nicht lineare Kopplung zwischen den beiden Komponenten isd, isq des Statorstroms ί5,φ dem Additionsglied 66 zugeführt wird. Die von der Drehzahlregelstrecke 48 ausgegebenen Größen n und φ können physikalische Größen darstellen, während die entsprechenden simulierten bzw. nachgebildeten Größen n# und φ#, die mittels der zweiten Simulationseinheit 34 erzeugt werden, als berechnete Größen angesehen werden können.
Die in Figur 6 dargestelltes Ausführungsbeispiel der Statorstromregelstrecke 46 verdeutlicht einen regelungstechnischen Zusammenhang zwischen der feldorien- tierten Statorspannung us,<p Und dem feldorientierten Statorstrom ί5 φ. Eine Längskomponente der feldorientierten Statorspannung u wird mittels eines ersten Subtraktionsglieds 80a mit einer Störung in Form einer Längskomponente u der feldorientierten im Betrieb stationär erforderlichen Statorspannung u beaufschlagt. Das Ausgabesignal u des ersten Subtraktionsglieds 80a wird mit- tels eines ersten Integrationsglieds 82a integriert, das eine Integrationskonstante
Τ|_σ aufweist und eine Längskomponente \sd des feldorientierten Statorstroms ί5,φ ausgibt. Dabei ist die Integrationskontante TLo einer Statorinduktivität zugeordnet. Die Längskomponente \sd des feldorientierten Statorstroms ί5,φ wird einem ersten Verstärkungsglied 84a zugeführt, das einen Streckenparameter KRs, der indikativ für den Statorwiderstand Rs ist, mit dem zugeführten Signal multipliziert. Ein Aus- gabesignal des ersten Verstärkungsglieds 84a wird einem Additionsglied 86a zugeführt, dessen Ausgabesignal die Längskomponente uSd,st der feldorientierten im Betrieb stationär erforderlichen Statorspannung us,st,cp ist. Ferner wird die Längskomponente \sd des feldorientierten Statorstroms ί5,φ einem zweiten Subtraktionsglied 88 zugeführt, das einen Magnetisierungsstrom img von der Längs- komponente \sd der feldorientierten Statorspannung ί5 φ subtrahiert. Dabei wird der
Magnetisierungsstrom img mittels eines zweiten Integrationsglieds 90 erzeugt, das mit einer Integrationskonstante Tr das Ausgabesignal des zweiten Subtraktionsglieds 88 integriert. Das Ausgabesignal des zweiten Subtraktionsglieds 88 wird auch einem zweiten Verstärkungsglied 92a zugeführt, das einen Streckenpara- meter KRr, der indikativ für den Rotorwiderstand Rr ist, mit seinem Eingabesignal multipliziert und als Ausgabesignal eine Längskomponente uindd der feldorientierten induzierten Spannung uind,cp ausgibt, die dem Additionsglied 86a zugefügt wird. Eine Verarbeitung einer Querkomponente usq der feldorientierten
Statorspannung us,<p erfolgt in gleicher Weise wie die zuvor beschriebene Signal- Verarbeitung der Längskomponente uSd der feldorientierten Statorspannung us,<p.
Dabei wird allerdings die mittels des zweiten Subtraktionsglieds 88 ausgeführte Subtraktion und die mittels des zweiten Integrationsglieds 90 ausgeführte Integration nicht durchgeführt und die zugehörigen Komponenten 88, 90 sind in einem zugeordneten Signalverarbeitungsabschnitt nicht vorhanden.
Eine nicht-lineare Kopplung zwischen der Längskomponente iSd und der Querkomponente isq des feldorientierten Statorstroms ί5,φ wird mittels eines dritten regelbaren Verstärkungsglieds 94a erzeugt, das ein Eingangssignal, die Querkomponente isq des feldorientierten Statorstroms ί5,φ, mit einen Streckenparameter -ω5Κ|_σ multipliziert, der indikativ für ein Produkt aus der Statorkreisfrequenz oos und dem Streckenparameter KLo ist, und dessen Ausgabesignal dem Additionsglied 86a zugeführt wird. Die Längskomponente iSd des feldorientierten
Statorstroms is,<p wird ebenfalls einem dritten regelbaren Verstärkungsglied 94b zugeführt, das das Eingabesignal mit einem zum Streckenparameter des Ver- Stärkungsglieds 94a vorzeichenvertauschten Streckenparameter ω5Κ|_σ multipliziert. Der Streckenparameter des dritten Verstärkungsglieds 94b ist indikativ für ein Produkt aus der Statorkreisfrequenz oos und dem Streckenparameter KLo. Ein Ausgabesignal des dritten Verstärkungsglieds 94b wird dem Additionsglied 86b zugeführt.
Wie in Figur 7 dargestellt, wird die zum Betrieb stationär erforderliche feldorientierte Statorspannung us,st,cp# und die in dem Stator induzierte feldorientierte Spannung uind,(p# mittels der ersten Simulationseinheit 32 basierend auf dem er- fassten Statorstrom is 1 ,2,3 und der erfassten Statorspannung us,i ,2,3 sowie dem simulierten Feldwinkel φ# erzeugt. Der simulierte Feldwinkel φ# und eine simulierte Statorkreisfrequenz oos,#wird mittels einer ersten Stufe 96 der zweiten Simulationseinheit 34 basierend auf der simulierten induzierten Spannung uind,(p# erzeugt. Eine simulierte Schlupfkreisfrequenz oor,# des Rotors und eine simulierte Drehzahl n# des Rotors wird mittels einer zweiten Stufe 98 der zweiten Simulationseinheit 34 basierend auf der simulierten Statorkreisfrequenz oos,#, dem erfassten
Statorstrom is,i ,2,3, dem simulierten Feldwinkel φ# und simulierten Rotorflussverkettungen Ψη# erzeugt. Die simulierten Rotorflussverkettungen Ψη# und der simulierte Magnetisierungsstrom img,# werden mittels einer dritten Stufe 100 der zweiten Simulationseinheit 34 basierend auf der simulierten Statorkreisfrequenz oos,# und der simulierten Schlupfkreisfrequenz ωΓ,# erzeugt.
Ein in Figur 8 dargestelltes Ausführungsbeispiel eines Ersatzschaltbilds der Asynchronmaschine 14 weist einen Statorzweig 102 mit einem Statorinduktivität 104 mit der Bezeichnung Ι_σ, einem Statorwiderstand 106 mit der Bezeichnung Rs und einer Einheit 108, insbesondere eine Spannungsquelle, auf. Der Statorzweig 102 ist mit einem Rotorzweig 1 10 gekoppelt, der eine Rotorinduktivität 1 12 mit der Bezeichnung Lr, einen Rotorwiderstand 1 14 mit der Bezeichnung Rr, eine erste Einheit 1 16, insbesondere eine Spannungsquelle, und eine zweite Einheit 1 18, insbesondere eine weitere Spannungsquelle, aufweist. Die Größe oos bezeichnet eine feldorientierte Statorkreisfrequenz, mit der das feldorientierte Koordinatensystem relativ zum statororientierten Koordinatensystem rotiert. Die Größe zP bezeichnet eine Polpaaranzahl des Rotors der Asynchronmaschine 14. Das gezeigte Ersatzschaltbild kann als Grundlage für die Darstellung der Asynchronmaschine 14 mittels der Statorstromregelstrecke 46 und der Drehzahlregelstrecke 48 angesehen werden.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl (n) einer Asynchronmaschine (14), die mittels einer eine gestufte Spannung (us,i,2,3) ausgebenden Spannungsquelle (12) betrieben wird, mit:
Erfassen einer Statorspannung (us,i,2,3) eines Stators der Asynchronmaschine (14),
Erfassen eines Statorstroms (is,i,2,3) des Stators,
Simulieren zumindest einer feldorientierten Größe (us,st,q>#;
Figure imgf000019_0001
φ#; ω5,#; ωΓ,#; n#; Ψη#; img,#) der Asynchronmaschine (14) basierend auf der erfass- ten Statorspannung (us,i,2,3) und dem erfassten Statorstrom (is,i,2,3)> Erzeugen einer feldorientierten Sollstatorspannung (us, ) basierend auf der zumindest einen simulierten feldorientierten Größe (us,st,q>#;
Figure imgf000019_0002
φ#; ω5,#; ωΓ,#; n#; Ψη#; img,#) und der erfassten Statorspannung (us,i,2,3) und - Zuführen einer Sollstatorspannung (us,*i,2,3) zu der Spannungsquelle (12) basierend auf der erzeugten feldorientierten Sollstatorspannung (us, ), um die Drehzahl (n) der Asynchronmaschine (14) zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die zumindest eine feldorientierte Größe (us,st,(p#; Umd.q,; φ#; ω5,#; ωΓ,#; n#; Ψη#; img,#) einem simulierten Magnetisierungsstrom (img,#) eines Rotors der Asynchronmaschine (14) entspricht, ferner mit:
Simulieren einer weiteren Größe (us,st,q>#;
Figure imgf000019_0003
φ#; ω5,#; ωΓ,#; n#; Ψη#) der Asynchronmaschine (14) basierend auf der erfassten Statorspannung (us,i,2,3) und dem erfassten Statorstrom (is,i,2,3)> die einer simulierten Drehzahl (n#) des Rotors entspricht,
wobei die feldorientierte Sollstatorspannung (us, ) mittels Regeln eines Magnetisierungsstroms (img) des Rotors unter Verwendung der simulierten Drehzahl (n#) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit:
Simulieren einer noch weiteren feldorientierten Größe (us,st,q>#;
Figure imgf000019_0004
φ#; ω5,#; ωΓ,#; ΨΓ,#) der Asynchronmaschine (14) basierend auf der erfassten Statorspannung (us,i,2,3) und dem erfassten Statorstrom (is,i,2,3)> die einer in einem Betrieb der Asynchronmaschine (14) stationär erforderlichen Statorspannung (us,st,q>#) des Stators entspricht,
wobei die feldorientierte Sollstatorspannung (us, ) mittels Regeln eines feldorientierten Statorstroms (is) unter Verwendung der simulierten, in dem Betrieb der Asynchronmaschine (14) stationär erforderlichen feldorientierten Statorspannung (us,st,q>#), einem feldorientierten Sollstatorstrom (ί5,*φ) und der erfassten feldorientierten Statorspannung (us,cp) erzeugt wird, wobei der feldorientierte Sollstatorstrom (ί5,»φ) mittels des Regeins des Magnetisierungsstroms (img) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine Längskomponente (isci,*) des feldorientierten Sollstatorstroms (is, ) erzeugt wird, indem
ein Solldrehmoment (m,,*) des Rotors bestimmt wird,
— für das bestimmte Solldrehmoment (m,,*) des Rotors ein feldorientierter Sollmagnetisierungsstrom (img, ) des Rotors unter Verwendung der simulierten Drehzahl (n#) des Rotors bestimmt wird, wobei der feldorientierte Sollmagnetisierungsstrom (img,*q>) unter Verwendung des simulierten Magnetisierungsstroms (is,<p) eingestellt wird, und
die Längskomponente (iSd,*q>) des feldorientierten Sollstatorstroms (is, ) basierend auf dem eingestellten Sollmagnetisierungsstrom (ί5,»φ) bestimmt wird,
wobei eine Querkomponente (isq, ) des feldorientierten Sollstatorstroms (is, ) für das bestimmte Solldrehmoment (m,,*) des Rotors basierend auf dem simulierten Magnetisierungsstrom (img,#) des Rotors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, ferner mit:
Vergleichen der simulierten Drehzahl (n#) des Rotors mit einem Drehzahlschwellwert und
Regeln der Drehzahl (n) des Rotors, wenn die simulierte Drehzahl (n#) größer als der oder gleich dem Drehzahlschwellwert ist oder Steuern der Drehzahl (n) des Rotors mittels einer Steuerdrehzahl (n*) des Rotors, wenn die simulierte Drehzahl (n#) kleiner als der Drehzahlschwellwert ist.
6. Vorrichtung (16) zum drehgeberfreien, feldorientierten Regeln einer Drehzahl (n) einer Asynchronmaschine (14), die mittels einer eine gestufte Spannung (us,i ,2,3) ausgebenden Spannungsquelle (12) betreibbar ist, mit:
einem ersten Sensor (28) zum Erfassen einer Statorspannung (us,i ,2,3) eines Stators der Asynchronmaschine (14),
einem zweiten Sensor (30) zum Erfassen eines Statorstroms (is,i ,2,3) des Stators,
einer Simulationseinheit (32, 34) zum Simulieren zumindest einer feldorientierten Größe (us,st,<p#; Uind.q,; φ#; ω5,#; ωΓ,#; n#; Ψη#; img,#) der Asynchronmaschine (14) basierend auf der erfassten Statorspannung (us,i ,2,3) und dem erfassten Statorstrom (is,i ,2,3),
einem feldorientiert arbeitenden Regler (36, 38) zum Erzeugen einer feldorientierten Sollstatorspannung (us, ) basierend auf der zumindest einen simulierten feldorientierten Größe (us,st,q>#;
Figure imgf000021_0001
φ#; ω5,#; ωΓ,#; n#; ΨΓ,#; img,#) und der erfassten Statorspannung (us,i ,2,3) und
einem Stellglied (44) zum Zuführen einer Sollstatorspannung (us,*i ,2,3) zu der Spannungsquelle (12) basierend auf der erzeugten feldorientierten Sollstatorspannung (us, ), um die Drehzahl (n) der Asynchronmaschine (14) zu regeln.
7. Verwendung einer Spannungsquelle (12), die zum Ausgeben einer gestuften Spannung an eine Asynchronmaschine (14) eingerichtet ist, zum Betreiben der Asynchronmaschine (14).
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