Verfahren zum Betrieb einer Synchronmaschine Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Synchronmaschine mit einem permanent erregten Rotor und einem mit Phasenwicklungen versehenen Stator, bei der eine Ermittlung der Rotorlage durchgeführt wird. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Synchronmaschine mit einem permanent erregten Rotor und einem mit Phasenwicklungen versehenen Stator, die mit einer Ansteuerelektronikeinheit, die einen Datenspeicher für Rotorlagenwerte aufweist, verbunden ist, wobei ein Auslesen des im Datenspeicher gespeicherten Rotorlagenwertes durchge- führt wird.

Aus der Offenlegungsschrift DE 103 11 028 Al ist ein Verfah- ren zur Bestimmung einer Startrotorlage und Drehzahl bei Im- pulsfreigabe einer stromrichtergespeisten, permanent erreg- ten Synchronmaschine ohne Lage-und Drehzahlgeber bekannt.

Bei dem vorbekannten Verfahren wird zunächst die Rotorlage nach dem Start der Synchronmaschine ermittelt, wobei dieser Vorgang nach einer vorbestimmten Zeitspanne wiederholt wird.

Zusätzlich wird dabei die Drehzahl der Synchronmaschine er- mittelt. Bei der Ermittlung der Rotorlage kann es allerdings zu Fehlern kommen, die im gesamten weiteren Betrieb der Syn- chronmaschine auftreten, da keine Überprüfung der ermittel- ten Rotorlagenwerte vorgesehen ist, was als weniger vorteil- haft anzusehen ist.

Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren darzustellen, das Fehler und insbesondere Win- kelfehler bei der Ermittlung der Rotorlage eliminiert. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren darzustellen, das Fehler und insbesondere Winkel- fehler des gespeicherten Rotorlagenwertes eliminiert.

Die erste Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass zur Korrektur eines etwaigen Winkelfehlers bei lastloser Synchronmaschine in die Phasenwicklungen mindestens ein Strom-und/oder Spannungsvektor mit definierter Zeitdauer in Richtung der ermittelten Rotorlage eingespeist wird. Dadurch wird eine Ausrichtung des Rotors der Synchronmaschine in die entsprechende Winkellage erzwungen.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zeitgleich zur Einspeisung des mindestens einen Spannungs- oder Stromvektors, die relative Änderung der Rotorlage mit einem Sensorelement bestimmt wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die relative Änderung bei einer weiteren Ermittlung der Ro- torlage berücksichtigt wird.

Bei der Ermittlung der Rotorlage werden an die Phasenwick- lungen rechteckförmige Spannungsimpulse angelegt. Dabei ist vorgesehen, dass zeitgleich zum Anlegen der rechteckförmigen Spannungsimpulse eine etwaige relative Änderung der Rotorla- ge mit einem Sensorelement bestimmt wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass weitere Strom-und/oder Spannungsvektoren in von der aktuellen Rotorlage abweichenden Winkel eingespeist werden und dass das Maß der relativen Änderung der Rotorlage als Kriterium für die Beurteilung der Freigängigkeit (Lastlosig- keit) der Synchronmaschine verwendet wird.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemä- ßen Verfahrens sieht vor, dass der sich durch das Anlegen des Spannungsvektors einstellende Stromvektor mit Hilfe ei- ner Strommesseinrichtung ermittelt wird und als Kriterium für die Beurteilung des Zustandes der elektrischen Anschlüs- se der Phasenwicklungen verwendet wird.

Die zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird verfah- rensmäßig dadurch gelöst, dass zur Korrektur eines etwaigen Winkelfehlers bei lastloser Synchronmaschine in die Phasen- wicklungen mindestens ein Strom-und/oder Spannungsvektor mit definierter Zeitdauer in Richtung der gespeicherten Ro- torlage eingespeist wird. Durch diese Maßnahme wird eine Ausrichtung des Rotors der Synchronmaschine in die entspre- chende Winkellage erzwungen.

Dabei ist vorgesehen, dass vor dem Auslesen des im Daten- speicher gespeicherten Rotorlagenwertes überprüft wird, ob der Rotor seit der letzten Speicherung des Rotorlagenwertes mit einer Verdrehsicherung gegen Verdrehen gesichert war.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung wird zeitgleich zur Einspeisung des mindestens einen Spannungs-oder Stromvek- tors, die relative Änderung der Rotorlage mit einem Sensor- element bestimmt und das Maß'der relativen Änderung der Ro- torlage als Kriterium für die Qualität der gespeicherten Ro- torlagenwerte verwendet.

Außerdem ist vorgesehen, dass der sich durch das Anlegen des Spannungsvektors einstellende Stromvektor mit Hilfe einer Strommesseinrichtung ermittelt wird und als Kriterium für die Beurteilung des Zustandes des elektrischen Anschlusses der Phasenwicklungen verwendet wird.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit der bei- liegenden Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung der vor- hin erläuterten, erfindungsgemäßen Verfahren zeigt.

Die in Fig. 1 dargestellte Synchronmaschine 1 weist einen Stator auf, der mit einer symmetrischen, zweipoligen und dreisträngigen Drehstromwicklung versehen ist. Ein mit dem Stator zusammenwirkender Rotor wird durch einen Permanent- magneten gebildet. Außerdem ist der Synchronmaschine 1 eine Ansteuerelektronikeinheit 2 zugeordnet, die einen Datenspei- cher 6 für Rotorlagenwerte und weitere Speicherwerte, wie etwa Regler-und Maschinenparameter, aufweist. Die Ansteue- rungselektronikeinheit 2 weist ein Ansteuerungssoftwaremodul 3 sowie eine Leistungsendstufe 4, in die eine Strommessein- richtung integriert ist, auf. Dabei werden die Spannungssig- nale der Leistungsendstufe 4 an die Phasenwicklungen U, V und W der Synchrohmaschine 1 angelegt. Dem eben erwähnten Ansteuerungssoftwaremodul 3 werden die eine Rotorlageände- rung der Synchronmaschine 1 repräsentierenden Ausgangssigna- le Ag eines relativen Rotorlagesensors 5 zugeführt.

Bei bisher bekannten Verfahren zur Ermittlung der Rotorlage werden die Rotorlagenwerte nicht auf ihre Richtigkeit über- prüft und der weitere Betrieb der Synchronmaschine 1 mit den mit Unsicherheiten behafteten Rotorlagewerten fortgesetzt.

Gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren wird nun vorgeschlagen, dass nach einer Ermittlung der Rotorlage bei lastloser Synchronmaschine 1 von der Leistungsendstufe 4 mindestens ein Strom-oder Spannungsvektor in Richtung der ermittelten Rotorlage in die Phasenwicklungen U, V und W eingespeist wird. Durch diese Maßnahme wird eine Ausrichtung des Rotors in die durch den eingespeisten Strom-bzw. Span- nungsvektor vorgegebene Winkellage durchgeführt. Dadurch ist sichergestellt, dass sich der Rotor in der zuvor ermittelten Winkellage befindet. Zeitgleich zur eben beschriebenen Ein- speisung eines Strom-oder Spannungsvektors erfasst der re- lative Rotorlagesensor 5 die während der Ausrichtung vollzo- gene relative Änderung der Rotorlage, falls die ermittelte Rotorlage von der tatsächlichen Rotorlage abweichen sollte.

Diese relative Änderung Ag der Rotorlage wird dem Ansteue- rungssoftwaremodul 3 zugeführt und bei einer weiteren Er- mittlung der Rotorlage berücksichtigt, indem die relative Änderung Ag in eine Korrekturfunktion einfließt. Diese Kor- rekturfunktion wird bei einer erneuten Ermittlung der Rotor- lage auf die ermittelten Rotorlagenwerte angewendet. Durch diese Maßnahme kann eine weitere Rotorlagenermittlung mit erhöhter Präzision durchgeführt werden.

Bei der eben erwähnten Ermittlung der Rotorlage wird die durch die Rotorbewegungen verursachte Induktivitätsänderung der Phasenwicklungen U, V und W bestimmt. Dies erfolgt, in- dem rechteckförmige Spannungsimpulse an die Phasenwicklungen U, V und W angelegt werden. Gleichzeitig wird der Verlauf des durch die Phasenwicklungen U, V und W fließenden Stroms Iu, Iv und Iw von der Strommesseinrichtung in der Leistungs- endstufe 4 ermittelt und dem Ansteuerungssoftwaremodul 3 zu- geführt. Der Stromverlauf Iu, Iv und Iw lässt auf die Positi- on des Rotors schließen. Verändert sich die Position des Ro- tors, so ändert sich auch der Verlauf des durch die Phasen- wicklungen fließenden Stroms. Zusätzlich wird zeitgleich zum Anlegen der rechteckförmigen Spannungsimpulse eine etwaige relative Änderung der Rotorlage mit dem relativen Rotorlage- sensor 5 erfasst und ebenfalls dem Ansteuerungssoftwaremodul 3 zugeführt. Von der Leistungsendstufe 4 werden weitere Strom-bzw. Span- nungsvektoren in von der ermittelten Rotorlage abweichenden Winkeln in die Phasenwicklungen U, V und W der Synchronma- schine 1 eingespeist, wenn die Synchronmaschine 1 lastlos ist, das heißt wenn sich die Synchronmaschine 1 im Still- stand befindet. Gleichzeitig wird die relative Änderung der Rotorlage durch den relativen Rotorlagesensor 5 bestimmt.

Dabei ist das Maß der relativen Änderung der Rotorlage ein Kriterium für die Freigängigkeit der Synchronmaschine 1.

Außerdem wird der Zustand der elektrischen Anschlüsse der Phasenwicklüngen U, V und W der Synchronmaschine 1 beur- teilt. Dies geschieht, indem der sich durch das Anlegen des Spannungsvektors einstellende Stromvektor mit Hilfe der Strommesseinrichtung in der Leistungsendstufe 4 ermittelt wird. Falls der ermittelte Stromvektor eine andere Winkella- ge als der eingespeiste Spannungsvektor aufweist, ist davon auszugehen, dass mindestens einer der elektrischen Anschlüs- se der Phasenwicklungen U, V und W nicht funktionstüchtig ist. Außerdem wird über den Betrag des Stromvektors der e- lektrische Widerstand in den Phasenwicklungen U, V und W er- mittelt.

Falls keine Ermittlung der Rotorlage vorgesehen ist, sondern der Betrieb der Synchronmaschine 1 mit Hilfe von im Daten- speicher 6 der Ansteuerelektronikeinheit 2 gespeicherten Ro- torlagenwerte durchgeführt wird, so sieht ein weiteres Ver- fahren der vorliegenden Erfindung vor, dass mindestens ein Strom-bzw. Spannungsvektor mit definierter Zeitdauer in Richtung der gespeicherten Rotorlage in die Phasenwicklungen U, V und W eingespeist wird. Dadurch wird eine Ausrichtung des Rotors in die durch den eingespeisten Strom-bzw. Span- nungsvektor vorgegebene Winkellage durchgeführt und es ist sichergestellt, dass sich der Rotor tatsächlich in der ge- speicherten Winkellage befindet. Falls der gespeicherte Ro- torlagenwert von der tatsächlichen Rotorlage abweichen soll- te, so erfasst der relative Rotorlagesensor 5 die während der Ausrichtung vollzogene relative Änderung der Rotorlage zeitgleich zur eben beschriebenen Einspeisung eines Strom- oder Spannungsvektors. Diese relative Änderung d der Rotor- lage wird dem Ansteuerungssoftwaremodul 3 zugeführt und ist ein Kriterium für die Qualität der im Datenspeicher 6 der Ansteuerelektronikeinheit 2 gespeicherten Rotorlagenwerte.

Außerdem ist die relative Änderung Ag ein Kriterium für die Qualität aller im Datenspeicher 6 gespeicherten Speicherwer- te, wie Regler-und Maschinenparameter.

Eine weitere Verbesserung der sicheren Inbetriebnahme der Synchronmaschine 1 besteht darin, dass vor dem Auslesen des im Datenspeicher 6 der Ansteuerelektronikeinheit 2 gespei- cherten Rotorlagenwertes überprüft wird, ob der Rotor seit der letzten Speicherung des Rotorlagenwertes mit einer Ver- drehsicherung gegen Verdrehen gesichert war. In diesem Fall wird erwartet, dass ein Einspeisen eines Strom-bzw. Span- nungsvektors in Richtung der gespeicherten Rotorlage keine relative Lageänderung des Rotors zur Folge hat. Dies wird, wie bereits beschrieben, mit dem relativen Rotorlagesensor 5 ermittelt.

Auch bei diesem Verfahren wird der Zustand der elektrischen Anschlüsse der Phasenwicklungen U, V und W der Synchronma- schine 1 beurteilt. Der sich durch das Anlegen des Span- nungsvektors einstellende Stromvektor wird dabei mit Hilfe der Strommesseinrichtung in der Leistungsendstufe 4 ermit- telt. Falls der ermittelte Stromvektor eine andere Winkella- ge als der eingespeiste Spannungsvektor aufweist, ist davon auszugehen, dass mindestens eine der Phasenwicklungen U, V und W nicht an die Leistungsendstufe 4 angeschlossen ist.

Außerdem wird über den Betrag des Stromvektors der elektri- sche Widerstand in den Phasenwicklungen U, V und W ermit- telt.