Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen einer elektrischen Maschine, insbesondere durchgeführt mittels eines Frequenzumrichters, und einen Frequenzumrichter.

Elektrische Maschinen (Elektromotoren) in Form von permanenterregten Synchronmaschinen (PMSM) und synchronen Reluktanzmaschinen (SynRM) bieten gegenüber den heute weit verbreiteten Asynchron- bzw. Induktionsmaschinen erhebliche Vorteile bezüglich ihrer Energieeffizienz, insbesondere im Teillast- und Teildrehzahlbereich, sowie Leistungsdichte und Drehzahl- synchronität. Ein kostengünstiger, geberloser Betrieb dieser synchron arbeitenden Elektromotoren setzt jedoch eine sehr genaue Kenntnis der Eigenschaften der Elektromotoren in Form von kenngrößenbasierten Ersatzschaltbilddaten voraus. Aufgrund der sättigungsabhängigen Eigenschaften der Elektromotoren verändern sich Kenngrößen wie Induktivitäten typisch mit dem Strom oder in Abhängigkeit der Rotorlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ermitteln bzw. zur Identifikation von stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen einer elektrischen Maschine und einen Frequenzumrichter zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und einen Frequenzumrichter nach Anspruch 12.

Das Verfahren dient zum Ermitteln von stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen einer elektrischen Maschine.

Die Kenngrößen können z.B. für eine modellbasierte, geberlose Regelung der PMSM oder SynRM sowie für eine effizienz- oder stromoptimale Regelung (Maximum Torque per Ampere Control bzw. MTPA) oder zur Prüfung der Eigenschaften des Motors weiterverwendet werden. Weiterhin kann die Information für eine verbesserte Stromsollwertvorsteuerung verwendet werden.

Zunächst wird eine Drehwinkelstellung eines Rotors der elektrischen Maschine eingestellt. Nach Erreichen der gewünschten Drehwinkelstellung wird der Rotor, insbesondere mechanisch, blockiert, so dass der Rotor seine Drehwinkelstellung nicht mehr verändern kann. Diese Blockierung kann z.B. mit einer Betriebs- oder Haltebremse realisiert werden.

Anschließend wird ein Längsstromsollwert durch Addieren eines Längsstromsollwert- Arbeitspunkts und eines Längsstromsollwert-Wechselsignals gebildet, wobei sich das Längs- stromsollwert-Wechselsignal periodisch mit einer Längsstromsollwertfrequenz verändert und der Längsstromsollwert-Arbeitspunkt zumindest während bestimmter Zeitdauern konstant bleibt. Alternativ oder zusätzlich wird ein Querstromsollwert durch Addieren eines Querstromsollwert- Arbeitspunkts und eines Querstromsollwert-Wechselsignals gebildet, wobei sich das Querstromsollwert-Wechselsignal periodisch mit einer Querstromsollwertfrequenz verändert und der Querstromsollwert-Arbeitspunkt zumindest während bestimmter Zeitdauern konstant bleibt. Die periodischen Wechselsignale, die z.B. sinusförmig ausgeführt sein können, dienen hierbei zur Identifikation der differentiellen Impedanz bzw. Induktivität in dem durch die konstanten Stromanteile definierten Arbeitspunkt.

Es werden nun Phasenströme (Ströme in den Motorphasen) der elektrischen Maschine gemessen und ein sich einstellender Längsstrom und/oder ein sich einstellender Querstrom herkömmlich aus den gemessenen Phasenströmen und einer gemessenen oder geschätzten Rotorflusslage ermittelt. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.

Der Längsstrom i _d wird nun herkömmlich auf den Längsstromsollwert geregelt und/oder der Querstrom i _q wird herkömmlich auf den Querstromsollwert geregelt, wobei zum Regeln herkömmlich Stellgrößen in Form einer Längs-Stellspannung und/oder einer Quer-Stellspannung erzeugt und in Motorphasen der elektrischen Maschine eingeprägt werden. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen.

Um sowohl ein bezüglich des Arbeitspunkts als auch bezüglich des HF-Anteils gutes Führungsverhalten des Stromreglers sowie eine gute Entkopplung zwischen Längs- und Querzweig zu realisieren, bietet sich die Verwendung eines Pl-P-Resonanzreglers sowohl für den Quer- als auch für den Längsstrom an.

Die eingeprägten Längs- und Quer-Stellspannungen und die ermittelten Längs- und Querströme können weiterhin dazu verwendet werden, die differentielle Impedanz der Maschine in dem eingestellten Arbeitspunkt zu ermitteln. Falls die Stellspannungen oder die gemessenen Ströme störende Rauschanteile oder andere störende bzw. überlagernde Signalanteile aufweisen, kann ein Filter (z.B. Bandpassfilter 2. Ordnung) zur Filterung eingesetzt werden. Es ist von Bedeutung, dass der Filter auf alle in die Berechnung eingehenden Stellspannungen sowie Längs- und Querströme anzuwenden ist, sodass die durch den Filter verursachte Phasenverschiebung und die Amplitudendämpfung bei allen Größen gleichermaßen eintreten.

Auf die ungefilterten oder gefilterten Stellspannungen sowie auf die ungefilterten oder gefilterten Ströme wird jeweils ein diskrete-Fourier-Transformation(DFT)-Algorithmus angewendet, dessen Ergebnis die komplexen Fourier-Koeffizienten für Längs- und Querstrom und Längs- und Quer- Stellspannung in Abhängigkeit von der Frequenz ist. Wenn zur Anregung ein HF-Signal mit einer festen Frequenz (z.B. sinusförmiges Testsignal) verwendet wird, kann die diskrete Fourier- Transformation durch den wesentlich einfacheren Goertzel-Algorithmus ersetzt werden, der die Fourier-Koeffizienten für Strom und Spannung für die gewünschte Anregungsfrequenz mit deutlich geringerem Aufwand hinsichtlich Rechenzeit und Speicherbedarf berechnen kann

Schließlich werden die Kenngrößen in Abhängigkeit von den Längs-Stellspannungs- Koeffizienten und den Längsstrom-Koeffizienten und/oder den Quer-Stellspannungs- Koeffizienten und den Querstrom-Koeffizienten berechnet. Zu diesen Kenngrößen kann die Impedanz Z für den Arbeitspunkt gehören. Aus der Impedanz können durch eine gesonderte Betrachtung des Imaginär- und Realanteils der ohmsche Widerstand sowie unter Berücksichtigung der Anregefrequenz die differentiellen Induktivitäten Ldd, Lqq, Ldq und Lqd gewonnen werden.

In Schritt b) kann/können der Längsstromsollwert-Arbeitspunkt verändert werden und/oder der Querstromsollwert-Arbeitspunkt verändert werden, wobei die Schritte c) bis f) bei geändertem Längsstromsollwert-Arbeitspunkt und/oder bei geändertem Querstromsollwert-Arbeitspunkt wiederholt werden.

Das Regeln des Längsstroms i _d auf den Längsstromsollwert und/oder das Regeln des Querstroms i _q auf den Querstromsollwert kann basierend auf Regelungsparameter für die Stromregler durchgeführt werden, die von dem Längsstromsollwert-Arbeitspunkt und/oder dem Querstromsollwert-Arbeitspunkt abhängen. Nutzt man zur Regelung des Stromes z.B. einen PI oder einen Pl-P-Resonanzregler, so können diese Regler nach aus der Literatur bekannten Einstellverfahren (z.B. Betragsoptimum) eingestellt werden. Die für dieses Verfahren notwendigen Kenngrößen (Induktivitäten) können z.B. aus einem Arbeitspunkt gewonnen werden, der bereits zuvor identifiziert wurde und der nur einen geringfügigen Unterschied zum aktuell zu identifizierenden Arbeitspunkt aufweist. Auf diese Weise kann z.B. auch bei SynRM, deren differentielle Induktivität sich zum Teil um Faktor 3 in Abhängigkeit des Stromes ändern kann, ein stabiles und dynamisches Verhalten der Stromregler sichergestellt werden. Der Längsstromsollwert-Arbeitspunkt und/oder der Querstromsollwert-Arbeitspunkt kann/können derart fortlaufend verändert werden, dass eine Änderung des Längsstroms und/oder des Querstroms einen vorgebbaren Schwellenwert nicht überschreitet. Die Schwellwerte für positive und negative Längs- und Querströme begrenzen damit das Feld der Arbeitspunkte bzw. definieren den zu identifizierenden Suchraum.

Das Berechnen der Kenngrößen kann in Abhängigkeit von einer Totzeit des Wechselrichters und/oder in Abhängigkeit von Signallaufzeiten von Filtern erfolgen, die zum Messen der Phasenströme dienen. Die aus der Totzeit resultierende Phasenverschiebung auf das Spannungssignal kann z.B. bei der Berechnung der Impedanz verwendet und so eine fehlerhafte Berechnung des Imaginär- und Realteils der Impedanz vermieden werden.

In Schritt a) kann unter Lösen der Blockierung die Drehwinkelstellung verändert werden und anschließend der Rotor bei veränderter Drehwinkelstellung erneut blockiert werden, wobei die Schritte b) bis f) bei geänderter Drehwinkelstellung wiederholt werden, um derart die Kenngrößen drehwinkelabhängig zu bestimmen.

Die stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen können aus der folgenden Menge von Kenngrößen ausgewählt werden: differentielle (nach dem Strom abgeleitete) Längsinduktivität(en) L _dd , differentielle (nach dem Strom abgeleitete) Querinduktivität(en) L _qq , Kreuzsättigung L _dq und L _qd , und Widerstände.

Weiterhin können auch die aus Induktivität und Widerstand zusammengesetzten Impedanzen direkt verwendet werden.

Ldd (}d> iq> <P)—

Lqd (}d> iq> <P)—

Zur besseren Verständlichkeit sind die Spannungsgleichungen einer PMSM und einer SynRM in vereinfachter Form dargestellt. Bei SynRM ist zu beachten, dass der Permanentfluss ψ _ΡΜ null ist.

_ dl _d dl _q

Ud ⁼ Rs ^' Id + Ldd ^' ~T + ^dq ^{' "} TT ~~ ^ω εΙ ^' L _sq I _q _ dl _d dl _q

Uq ⁼ Rs ' Iq + Lqd ^m —7 + L _qq ^■ —— + 0) _{e i} ^■ L _sd · I _d + 0) _{e i} ^■ ψ _ΡΜ

Es können stromabhängige und/oder ortsabhängige Flussverkettungen in Längsrichtung und Querrichtung Psi_d, Psi_q aus den berechneten differentiellen Längsinduktivitäten und Querinduktivitäten Ldd, Lqq sowie der berechneten Kreuzsättigung berechnet werden. Bei permanenterregten Synchronmaschinen kann dies insbesondere unter Berücksichtigung der durch die Magnete bewirkten Flussverkettung in Längsrichtung erfolgen. l ^J d { d _> iq) =

rlq,max

^' t q Üd' iq) = I L _qq (i _d , i _q ^~ ) di _q

Es können stromabhängige und/oder ortsabhängige absolute Induktivitäten in Längs- und Querrichtung aus den Flussverkettungen in Längsrichtung und Querrichtung sowie aus den zugehörigen Längsströmen und Querströmen berechnet werden.

, _ ^d jid. iq) . _ ^q jid. iq)

^sd ^y j-di ^l q)— ■ '-'sq ^y j-di ^l q) ^~

ld ^l q

Die aus der Messung der Phasenströme gewonnen Längsströme und/oder Querströme können gefiltert, beispielsweise bandpassgefiltert, werden.

Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine oder einer Reluktanzmaschine sein. Das Verfahren kann auch für Induktionsmaschinen verwendet werden

Der Frequenzumrichter weist eine Steuereinheit auf, beispielsweise in Form eines Mikroprozessors und zugehöriger Software, die dazu ausgebildet ist, ein oben genanntes Verfahren durchzuführen. Es versteht sich, dass der Frequenzumrichter geeignete Messmittel zur Messung der benötigten Größen aufweist.

Die Grundidee des Verfahrens besteht darin, dass für jeden relevanten Arbeitspunkt die Kennbzw. Ersatzschaltbildgrößen ermittelt werden. Hierfür werden bei einer SynRM oder PMSM, die ein einem definierten Drehwinkelstellung festgebremst ist, unterschiedliche Arbeitspunkte, die sich durch einen konstanten Längs- und Querstrom auszeichnen, angefahren. Mittels einer Testsignalinjektion in Längs- und/oder Querrichtung können anschließend für den Arbeitspunkt die differentiellen Impedanzen bzw. Induktivitäten ermittelt werden. Anhand weiterer mathematischer Berechnungen können aus den differentiellen Größen anschließend die absoluten Induktivitäten und Flüsse gewonnen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein grundlegendes schematisches Struktogramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln von stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen einer elektrischen Maschine,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer Struktur des erfindungsgemäßen Verfahrens in höherer Detaillierung zur Ermittlung der stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen,

Fig. 3 eine Darstellung des Prinzips einer alternierenden Anregung für einen Arbeitspunkt,

Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf eines Längsstromsollwerts und eines Querstromsollwerts,

Fig. 5 einen zeitlichen Verlauf eines Zustande einer Zustandssteuerung in Verbindung mit einem zugehörigen zeitlichen Verlauf eines Längsstromsollwerts und eines Querstromsollwerts, und

Fig. 6 einen Teil des in Fig. 2 gezeigten Blockschaltbilds in größerer Detaillierung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Identifikation der stromabhängigen Ersatzschaltbilddaten bzw. Kenngrößen einer permanenterregten Synchronmaschine, einer synchronen Reluktanzmaschine und/oder einer Induktionsmaschine. Das Verfahren kann ohne einen Lagegeber durchgeführt werden. Es besteht jedoch die Notwendigkeit, die Maschine während des Verfahrens zumindest während bestimmter Zeitabschnitte festzubremsen.

Das Verfahren basiert auf der alternierenden Injektion von HF-Signalen. Die Signalinjektion kann grundsätzlich mittels HF-Spannungssignalen oder durch Einprägung eines HF-Stromes in feldorientieren Koordinatensystem erfolgen. Das nachfolgend Beschriebene basiert auf der Einprägung des HF-Stromes. Die Messung erfolgt beim blockierten Rotor, wobei die Position des Rotors bekannt ist oder geschätzt wird. Die Identifikation der Rotorlage bzw. Drehwinkelstellung kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Eisenverluste werden erst bei höheren Drehzahlen signifikant und können deshalb bei der Messung von Induktivität im Stillstand der Maschine vernachlässigt werden.

Fig. 1 zeigt als Überblick ein Struktogramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln von stromabhängigen und/oder drehwinkelstellungsabhängigen Kenngrößen in Form von differentiellen Längsinduktivitäten L _dd , differentiellen Querinduktivitäten L _qq , Kreuzsättigungen L _dq und L _qd und optional Widerständen bzw. Impedanzen.

Bezugnehmend auf Fig. 1 erfolgt in einem optionalen Eingabeschritt 11 zunächst eine Paramet- rierung der vorhandenen Regler aus Bemessungsdaten. Weiterhin werden in 11 die zu messenden Arbeitspunkte festgelegt.

Nachfolgend erfolgt in einem Schritt S1 ein Einstellen einer Drehwinkelstellung des Rotors der elektrischen Maschine, d.h. eine Ausrichtung des Rotors.

Nachfolgend wird in einem Eingabeschritt 12 der Rotor der elektrischen Maschine blockiert, so dass sich die Drehwinkelstellung des Rotors nicht mehr verändern kann.

In einem Schritt S2 werden ein Wicklungswiderstand und eine Wechselrichterkennlinie ermittelt. Weiterhin werden über einfache Testsignale (z.B. Sprungantworten) die Induktivitäten grob bestimmt. Die so gewonnenen Erkenntnisse werden zur Auslegung der Frequenz des späteren Wechselsignals sowie zur Voreinstellung der Regelparameter der Stromregler verwendet.

In einem Schritt S3 findet das eigentliche Verfahren zur Identifikation der differentiellen Induktivitäten, Widerstände und Induktivitäten statt.

Aus den differentiellen Induktivitäten werden in einem Schritt S4 die Flussverkettungen Psi_d und Psi_q sowie die absoluten Induktivitäten ermittelt.

In einem Schritt S5 wird eine Verkettung des Permanentmagnetflusses unter Berücksichtigung einer Spannungskonstante ke ermittelt, die in einem Eingabeschritt 13 eingegeben wird.

Die ermittelten Kenngrößen werden in einer Datenbank 14 abgespeichert.

Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild einer Struktur des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Bremse 2 dient zum Blockieren einer elektrischen Maschine 1 in Form einer Synchronmaschine, einer Reluktanzmaschine oder einer Induktionsmaschine.

Eine Zustandssteuerung 3 dient zur Erzeugung einer Zustandsvariablen k. Die Zustandssteue- rung 3 in Verbindung mit einer Sollwertgenerierung 18 dient zum Vorgeben eines Längsstrom- sollwert-Arbeitspunkts I _i0 und eines Querstromsollwert-Arbeitspunkts / ₀ , jeweils in Abhängigkeit vom Zustand k. Der Zustand k kann ganzzahlige Werte zwischen 0 und 2 annehmen.

Ein HF-Generator 4 empfängt den Zustand k und erzeugt - nachdem der stationäre Arbeitspunkt angefahren und die stationären Ströme eingeschwungen sind - in Abhängigkeit davon entweder ein Längsstromsollwert-Wechselsignal oder ein Querstromsollwert- Wechselsignal iq _:HF .

Eine Stromregelung 5 empfängt den Längsstromsollwert-Arbeitspunkt I _i0 , den Querstromsollwert-Arbeitspunkt Iqp , das Längsstromsollwert-Wechselsignal das Querstromsollwert- Wechselsignal iq _HF und den Zustand k. In der Stromregelung 5 werden ein Längsstromsollwert durch Addieren des Längsstromsollwert-Arbeitspunkts und des Längsstromsollwert- Wechselsignals und ein Querstromsollwert durch Addieren des Querstromsollwert- Arbeitspunkts und des Querstromsollwert-Wechselsignals gebildet. Zur Verdeutlichung sei auch auf Fig. 6 verwiesen. Der Stromregler kann hierbei als z.B. als PI- oder Pl-P-Resonanzregler ausgeführt und bezüglich seiner Reglerparameter von Arbeitspunkt zu Arbeitspunkt nachgeführt werden.

Die Stromregelung 5 regelt den Längsstrom i _d auf den Längsstromsollwert und regelt den Querstrom i _q auf den Querstromsollwert, wobei zum Regeln Stellgrößen in Form einer Längs- Stellspannung u und einer Quer-Stellspannung u erzeugt und in Motorphasen der elektrischen Maschine 1 eingeprägt werden. Hierzu wird herkömmlich eine Transformation der feldorientierten Stellspannungsgrößen (dq-System) in das ständerfeste α,β-System bzw. in das phasenspannungsbasierte uvw-System durchgeführt (beispielsweise zur inversen Clarke- Transformation 6). Die Einprägung der Spannung kann mittels einer Pulsweitenmodulati- on(PWM)-Erzeugungseinheit 7 und eines dreiphasigen H-Brücken-Wechselrichters 8 erfolgen. Bei den Elementen 6, 7 und 8 handelt es sich um herkömmliche Elemente, die beispielsweise bei so genannten feldorientierten Regelung oder auch Vektor-Regelungen zum Einsatz kommen. Insoweit sei auch auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Bezugnehmend auf Fig. 6, werden Phasenströme i _u j _s t, ivjst, iwjst der elektrischen Maschine 1 mittels herkömmlicher, nicht gezeigter Messmittel gemessen, wobei basierend auf den gemessenen Phasenströmen i _u j _st , i _v j _s t, iwjst mittels eines herkömmlichen uvw-dq-Wandlers 9 (beispielsweise zur Clarke-Parks-Transformation) ein sich einstellender Längsstroms i _d ,i _S t und ein sich einstellender Querstrom i _q , _is t aus den gemessenen Phasenströmen i _u j _s t, i _v j _s t, iwjst ermittelt werden. Die Phasenströme i _u j _s t, ivjst, iwjst können sowohl mit 3 als auch mit 2 Messgliedern gemessen werden, wobei im Falle von 2 Messgliedern der dritte Phasenstrom aus den beiden anderen Phasenströmen zu berechnen ist. Insoweit sei ebenfalls auf die einschlägige Fachliteratur verwiesen. Die Ströme i _d j _s t und i _q j _s t werden als Istwerte der Stromregelung 5 zur Verfügung gestellt.

Die Stromregelung 5 kann einen Pl-Regler und einen dem Pl-Regler parallel geschalteten P- Resonanzregler (PR-Regler) aufweisen.

Erneut Bezug nehmend auf Fig. 2, dient eine Identifikationseinheit 10 zur Kenngrößenermittlung basierend auf dem ermittelten Längsstrom i _d , dem ermittelten Querstrom i _q , der Längs- Stellspannung der Quer-Stellspannung u und dem Zustand k.

Ein Schalter bzw. Multiplexer 15 ist mit dem Längsstrom i _d , dem Querstrom i _q und dem Zustand k beaufschlagt und gibt in Abhängigkeit vom Zustand k entweder den Längsstrom i _d oder den Querstrom i _q an ein optionales Filter 1 1 aus, das beispielsweise in Form eines Bandpasses realisiert sein kann. Das Filter 1 1 (bzw. entsprechende weitere, parallele Instanzen des Filters 1 1 ) ist/sind weiter mit der Längs-Stellspannung u und der Quer-Stellspannung u beaufschlagt.

Eine DFT-Einheit 12 wendet einen diskrete-Fourier-Transformation(DFT)-Algorithmus oder einen Görtzel-Algorithmus auf die Längs-Stellspannung und/oder die Quer-Stellspannung u , und/oder den Längsstrom i _d und/oder den Querstrom i _q zur Erzeugung von Längs- Stellspannungs-Koeffizienten, Quer-Stellspannungs-Koeffizienten, Längsstrom-Koeffizienten bzw. Querstrom-Koeffizienten an.

Eine Berechnungseinheit 13 berechnet schließlich die (Impedanz-) Kenngrößen bzw. differenti- ellen Induktivitäten in Abhängigkeit von den Längs-Stellspannungs-Koeffizienten und den Längsstrom-Koeffizienten sowie den Quer-Stellspannungs-Koeffizienten und den Querstrom- Koeffizienten. Hierzu kann die Berechnungseinheit 13 die Längsstrom-Koeffizienten durch die Längs-Stellspannungs-Koeffizienten dividieren und die Querstrom-Koeffizienten durch die Quer- Stellspannungs-Koeffizienten dividieren. Aus den derart berechneten differentiellen Induktivitä- ten können die Flussverkettungen und die absoluten Flüsse berechnet werden. Bei der Berechnung können Totzeiten des Wechselrichters sowie unterschiedliche Filterzeiten z.B. bei der Stromerfassung berücksichtigt und kompensiert werden.

Die berechneten Kenngrößen werden in der Datenbank 14 abgespeichert.

Weiterhin können die ermittelten Kenngrößen zur Nachführung der Stromregelung für einen der folgenden Arbeitspunkte verwendet werden. Hierfür ist eine Nachführung der Reglerparameter 16 und 17 vorgesehen.

Weiter ist für einen Normalbetrieb ein Sollwertgeber 19, ein nachgeschalteter Lageregler 20 und eine nachgeschaltete Drehzahlregelung 21 vorgesehen, wobei ein Ausgang der Sollwertgene- rierung 18 und ein Ausgang der Drehzahlregelung 21 auf einen Umschalter 22 geführt sind, der in Abhängigkeit von einem Bremszustand entweder den Ausgang der Sollwertgenerierung 18 oder den Ausgang der Drehzahlregelung 21 auf die Stromregelung 5 gibt.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Prinzips der alternierenden Anregung für einen Arbeitspunkt, was nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 näher erläutert wird.

Fig. 4 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Längsstromsollwerts bzw. des Längsstroms und des Querstromsollwerts bzw. des Querstroms. Die Führung der Arbeitspunkte ist hierbei derart optimiert, dass zwischen 2 aufeinander folgenden Arbeitspunkten jeweils nur ein geringer Unterschied entweder im Längsstromsollwert oder im Querstromsollwert besteht. Diese vorteilhaft ausgeführte Aneinanderreihung von Arbeitspunkten macht es möglich, dass die gemessenen Impedanzen des vorherigen Arbeitspunktes zur adaptiven Nachführung der Reglerparameter für die Messung des folgenden Arbeitspunkts verwendet werden können. Somit können auch Maschinen mit extremem Sättigungsverhalten und stark veränderlichen Induktivitäten stabil, robust und sicher identifiziert werden. Eine mögliche Ausführung besteht darin, dass zunächst der Längsstromsollwert bei den Arbeitspunkten konstant gehalten und der Querstromsollwert von 0 bis zum maximal zu identifizierenden Querstromsollwert variiert wird. Nach Erreichen des max. Querstromsollwerts wird der Längsstromsollwert erhöht und es können dann die Arbeitspunkte für diesen Längsstromsollwert in dem gewünschten Quadranten durch schrittweises Dekrementieren des Querstromsollwerts von max. Sollwert bis 0 angefahren werden. Durch geschickte Aneinanderreihung können alle 4 Quadranten eines Motors auf diese Weise gemessen werden. Die weiter oben beschriebenen Schritte zur Ermittlung der Kenngrößen werden bei den veränderten Arbeitspunkten wiederholt.

Weiter kann die Drehwinkelstellung verändert und anschließend der Rotor bei veränderter Drehwinkelstellung blockiert werden, wobei die oben beschriebenen Schritte zur Ermittlung der Kenngrößen bei veränderter Drehwinkelstellung wiederholt werden.

Fig. 5 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Zustande k der Zustandssteuerung 3 in Verbindung mit einem zugehörigen zeitlichen Verlauf des Längsstroms bzw. Längsstromsollwerts und des Querstroms bzw. Querstromsollwerts.

Der Zustand k hat anfänglich einer Wert von 0, ändert anschließend seinen Wert auf 1 , dann auf 2 und kehrt zurück zu 0. Dieser Zyklus wird fortlaufend wiederholt.

Während des ersten Zyklus bleiben sowohl der Längsstromsollwert-Arbeitspunkt als auch der Querstromsollwert-Arbeitspunkt konstant. In diesem Zustand werden die neuen Längs- und Querstromsollwerte des Arbeitspunktes angefahren. Es wird auf ein Einschwingen der Regler sowie auf ein stationäres Verhalten gewartet, um eine unerwünschte Überlagerung des Anregelvorgangs des Arbeitspunkts und der eigentlichen Identifikation (k=1 , k=2) zu vermeiden.

Im Zustand k = 0 werden weder das Längsstromsollwert-Wechselsignal noch das Querstromsollwert-Wechselsignal erzeugt, so dass auch der Längsstromsollwert und der Querstromsollwert konstant bleiben.

Im Zustand k = 1 wird nur das Längsstromsollwert-Wechselsignal als sinusförmiges Signal mit einer Längsstromsollwertfrequenz erzeugt, so dass sich der Längsstromsollwert um seinen Arbeitspunkt wie dargestellt sinusförmig mit der Längsstromsollwertfrequenz verändert. Der Querstromsollwert bleibt konstant. Im Zustand k = 1 werden Längsinduktivitäten Ldd und Kreuzsättigungen Ldq berechnet. Der Schalter 15 (Fig. 2) und damit das Berechnungsverfahren 10 werden hierbei erst freigeschaltet, nachdem das Wechselsignal für mehrere Perioden angestanden hat und die Regler sich einschwingen konnten. Der Schalter wird dann für eine ganzzahlige Anzahl von Wechselsignalperioden durchgeschaltet.

Im Zustand k = 2 wird nur das Querstromsollwert-Wechselsignal als sinusförmiges Signal mit einer Querstromsollwertfrequenz erzeugt, so dass sich der Querstromsollwert um seinen Arbeitspunkt wie dargestellt sinusförmig mit der Querstromsollwertfrequenz verändert. Der Längsstromsollwert bleibt konstant. Im Zustand k = 2 werden Querinduktivitäten Lqq und Kreuzsätti- gungen Lqd berechnet. Der Schalter 15 (Fig. 2) und damit das Berechnungsverfahren 10 werden hierbei erst freigeschaltet, nachdem das Wechselsignal für mehrere Perioden angestanden hat und die Regler sich einschwingen konnten. Der Schalter wird dann für eine ganzzahlige Anzahl von Wechselsignalperioden durchgeschaltet.

Längsstromsollwertfrequenz und Querstromsollwertfrequenz können identisch sein. Die Auslegung der Frequenz für das Verfahren ist in Abhängigkeit des zu identifizierenden Motors und der zur Verfügung stehenden Stellspannung zu wählen. Je nach Motor kann sie zwischen 100 und 600 Hz liegen. Die Amplitude des Stromsignals ist in Abhängigkeit der Auflösung der Stromerfassung und des zu messenden Strombereichs festzulegen. In der Regel sollte die Amplitude zwischen 5-15% des Nennstroms der Maschine betragen.

Im folgenden Zyklus wird, wie in Fig. 5 dargestellt, der Querstromarbeitspunkt erhöht, wobei der Längsstromarbeitspunkt konstant bleibt. Im Übrigen entspricht der zweite Zyklus dem ersten Zyklus. Über einen längeren Zeitraum ergibt sich schließlich das in Fig. 4 dargestellt zeitliche Profil der Stromsollwerte.

Erfindungsgemäß werden Längs- und Querstrom mit parallel geschaltetem Pl-Regler und PR- Regler (Proportional-Resonanz-Regler) geregelt. Die zugehörigen Stromsollwerte werden mit einer Zustandssteuerung 3 in Verbindung mit einer Sollwertgenerierung 18 erzeugt. Die entsprechenden Sollspannungen aus dem Ausgang des Reglers 5 und die gemessenen Ströme werden mit dem Goertzel-Algorithmus bezüglich der Längsstromsollwertfrequenz bzw. Querstromsollwertfrequenz analysiert, wobei je nach Injektionsrichtung nur eine Stromkomponente untersucht wird. Die Umschaltung erfolgt mit dem zustandsabhängigen Schalter 15.

Falls die Messgrößen stark verrauscht sind, kann ein Bandpassfilter 1 1 eingesetzt werden. Empfohlen wird ein Bandpassfilter 2. Ordnung, wobei das Bandpassfilter 1 1 auf alle in die Berechnung eingehenden Messgrößen anzuwenden ist, sodass die Phasenverschiebung und die Amplitudendämpfung bei allen Größen gleichermaßen eintreten.

Der Goertzel-Algorithmus liefert die DFT-Koeffizienten der Spannungen und des Injektionsstromes.

Kurz vor dem Wechsel des Arbeitspunktes (Zustand 2 -> 0) wird aus den DFT-Koeffizienten die (differentielle) Impedanz der Maschine 1 berechnet. Die identifizierten Induktivitäten werden zur Optimierung der Regelung nachgeführt und im Speicher 14 abgelegt. Die Reglerparameter des PI- und P-Resonanzreglers werden automatisch ermittelt und durch die Ablaufsteuerung 3 von Messpunkt zu Messpunkt adaptiv nachgeführt.

Die Auslegung des Testsignals erfolgt automatisch.

Die Totzeit des Wechselrichters 8 wird berücksichtigt.

Die differentiellen Induktivitäten werden durch eine Division der DFT-Koeffizienten von Strom und Spannung berechnet. Dies ermöglicht bei Berücksichtigung der Totzeit eine hochgenaue Bestimmung der differentiellen Induktivitäten und der Kreuzkopplungen.

Aus den differentiellen Induktivitäten können die Flussverkettungen und die absoluten Flüsse berechnet werden.

Der P-Resonanzregler kann kurzzeitig deaktiviert werden, um eine schnelle und stabile Anpassung der Gleichanteile des Längs- und Querstroms zu ermöglichen.