Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
OPERATING A PERMANENTLY EXCITED SYNCHRONOUS MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/052640
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a permanently excited synchronous machine (1), which has a stator (2) having a stator winding, a rotor (3) and a thyristor controller (4) for controlling phase currents (iu, iv, iw) of the stator winding. In the method, at least two terminal voltages of the synchronous machine (1) are continually sensed. To start the synchronous machine (1), the stator winding is energized with at least one current pulse. After each current pulse, it is checked whether a voltage characteristic value formed from the terminal voltages exceeds a specified voltage threshold value. As soon as the voltage characteristic value exceeds the voltage threshold value, the synchronous machine (1) is operated in that, repeatedly, the present pole wheel angle (φ) is determined by using the sensed present terminal voltages, a present optimal firing angle for the synchronous machine (1) is calculated by using the present pole wheel angle (φ), and the thyristor controller (4) is controlled in accordance with the present optimal firing angle.

Inventors:
NANNEN, Hauke (Ohmstraße 12, Nürnberg, 90443, DE)
ZATOCIL, Heiko (Germersheimerstraße 145, Nürnberg, 90469, DE)
Application Number:
EP2017/073005
Publication Date:
March 21, 2019
Filing Date:
September 13, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02P1/52; H02P6/182; H02P6/20; H02P27/16
Foreign References:
DE19820929A11999-11-11
DE102008057701A12010-05-20
DE102011085859A12013-05-08
EP2016074880W2016-10-17
EP2016077201W2016-11-10
Other References:
NANNEN HAUKE ET AL: "Sensorless start-up of soft starter driven line-start PMSM based on back EMF measurement", 2017 IEEE 26TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON INDUSTRIAL ELECTRONICS (ISIE), IEEE, 19 June 2017 (2017-06-19), pages 354 - 361, XP033136538, DOI: 10.1109/ISIE.2017.8001272
ZATOCIL HEIKO ET AL: "Sensorless start-up of soft starter driven IE4 motors", 2017 19TH EUROPEAN CONFERENCE ON POWER ELECTRONICS AND APPLICATIONS (EPE'17 ECCE EUROPE), JOINTLY OWNED IEEE-PELS AND EPE ASSOCIATION, 11 September 2017 (2017-09-11), XP033250354, DOI: 10.23919/EPE17ECCEEUROPE.2017.8098972
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine (1), die einen Stator (2) mit einer Statorwicklung, einen Rotor (3) und einen Thyristorsteller (4) zum Stellen von Phasenströmen ( iu, iv, i ) der Statorwicklung aufweist, wobei

- fortlaufend wenigstens zwei Klemmenspannungen der Synchronmaschine (1) erfasst werden,

- zum Starten der Synchronmaschine (1) die Statorwicklung mit wenigstens einem Strompuls bestromt wird,

- nach jedem Strompuls geprüft wird, ob ein aus den Klemmen¬ spannungen gebildeter Spannungskennwert einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert überschreitet, bei dem ein Polradwin- kel (φ) des Rotors (3) unter Verwendung der Klemmenspannungen ermittelbar ist, und

- sobald der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert überschreitet, die Synchronmaschine (1) betrieben wird, indem wiederholt unter Verwendung der jeweils erfassten aktuellen Klemmenspannungen der jeweils aktuelle Polradwinkel (φ) er¬ mittelt wird, unter Verwendung des jeweils aktuellen Polrad¬ winkels (φ) ein jeweils aktueller optimaler Zündwinkel für die Synchronmaschine (1) berechnet wird und der Thyristor¬ steller (4) entsprechend dem jeweils aktuellen optimalen Zündwinkel angesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Phasenströ¬ me ( iu, iv, iw) erfasst werden und der jeweils aktuelle Pol- radwinkel (φ) unter Verwendung der erfassten Phasenströme ( iu, iv, iw) ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Phasenströ- me ( iu, iv, iw) erfasst werden und der jeweils aktuelle Zünd¬ winkel unter Verwendung der erfassten Phasenströme ( iu, iv, iw) berechnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsschwellenwert ei minimaler Spannungskennwert ist, bei dem der Polradwinkel unter Verwendung der Klemmenspannungen ermittelbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehmomentfenster und ein Phasenstromfenster vorgegeben werden und der jeweils aktuelle optimale Zündwinkel ein Zündwinkel ist, bei dem ein auf den Rotor (3) wirkendes Drehmoment innerhalb des Drehmomentfens¬ ters liegt und jeder Phasenstrom (iu, iv, i ) der Statorwick¬ lung innerhalb des Phasenstromfensters liegt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromraumzeiger eines Strompulses gegenüber dem Stromraumzeiger des vorhergehenden

Strompulses geändert wird, wenn der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert nicht überschreitet. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromraumzeiger jedes Strompulses gegenüber dem Stromraumzeiger des ihm vorhergehenden Strompulses geändert wird, solange der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert nicht überschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,

dadurch gekennzeichnet, dass bei der Änderung des Stromraumzeigers aufeinander folgender Strompulse der Stromraumzeiger in einer Drehrichtung eines Drehfelds der Synchronmaschi- ne (1) gedreht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, dass bei der Änderung des Stromraumzeigers aufeinander folgender Strompulse der Stromraumzeiger um 60 Grad oder ein Vielfaches von 60 Grad gedreht wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maximaländerungsanzahl vorgegeben wird und das Bestromen der Statorwicklung mit Strompulsen abgebrochen wird, wenn die Anzahl von Änderungen der Stromraumzeiger aufeinander folgender Strompulse die Maximaländerungsanzahl erreicht, ohne dass der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert überschreitet .

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maximalpulsanzahl von

Strompulsen vorgegeben wird und das Bestromen der Statorwicklung mit Strompulsen abgebrochen wird, wenn die Anzahl der Strompulse die Maximalpulsanzahl erreicht, ohne dass der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert überschreitet.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungskennwert ein Maxi¬ mum der Beträge der erfassten Klemmenspannungen oder ein Betrag eines aus den Klemmenspannungen gebildeten Spannungsraumzeigers ist.

13. Permanenterregte Synchronmaschine (1), umfassend

- einen Stator (2) mit einer Statorwicklung,

- einen Rotor (3) ,

- einen Thyristorsteller (4) zum Stellen von Phasenströmen (iu, iv, i ) der Statorwicklung,

- eine Spannungsmessvorrichtung zur Erfassung wenigstens zweier Klemmenspannungen der Synchronmaschine (1), und

- eine Steuereinheit (5) zum Ansteuern des Thyristorstel¬ lers (4) gemäß dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche .

Description:
Beschreibung

Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine, die einen Stator mit einer Statorwicklung, einen Rotor und einen Thyristorsteller zum Stellen von Phasenströmen der Statorwicklung aufweist. Drehstrommaschinen werden gemäß der IEC-Norm 60034 anhand ihres Wirkungsgrades in verschiedene Energieeffizienzklassen eingeteilt. Gerade im unteren Leistungsbereich bis etwa 20 kW lassen sich Vorgaben für Wirkungsgrade von Hocheffizienzmoto ¬ ren (IE 4) nur schwer einhalten. Deshalb wird vermehrt die Verwendung von Permanentmagneten im Rotor angestrebt, insbesondere die Verwendung von permanenterregten Synchronmaschinen. Dieser Maschinentyp ermöglicht zwar hohe Energieeffizienzgrade, jedoch sind der Start sowie der Betrieb der Maschi ¬ nen dieses Typs am starren Netz nicht ohne weiteres möglich.

Um den Start und den Betrieb einer permanenterregten Synchronmaschine am starren Netz zu ermöglichen, kann ein Dämpferkäfig im Rotor der Maschine vorgesehen werden. Ein Dämpferkäfig ermöglicht zwar einen sicheren Hochlauf am starren Netz, belastet jedoch das speisende Netz durch sehr hohe Anlaufströme sehr stark.

DE 10 2011 085 859 AI offenbart ein Verfahren zum Betrieb ei ¬ ner Synchronmaschine mittels eines drei Halbleitersteller um- fassenden dreiphasigen Drehstromstellers, der an ein Drehstromnetz angeschlossen wird. Dabei wird ein Drehmomentverlauf für die Synchronmaschine für einen festlegbaren Zeitraum bei Anschaltung wenigstens zweier der Halbleitersteller unter Berücksichtigung einer Phasendifferenz zwischen einer Polrad- Spannung der Synchronmaschine und einer Netzspannung des

Drehstromnetzes, einer Drehzahl des Rotors der Synchronma ¬ schine, einem Statorstrom der Synchronmaschine und einer Pha ¬ senlage des Drehstromnetzes vorausberechnet. Anhand der Vo- rausberechnung wird ein SchaltZeitpunkt bestimmt, zu dem die wenigstens zwei Halbleitersteller angeschaltet werden. Dieses Verfahren benötigt jedoch den aktuellen Polradwinkel und die akuteile Drehzahl der Synchronmaschine, so dass die Synchron- maschine mit einem entsprechenden Drehgebersystem zum Erfassen des Polradwinkels und der Drehzahl ausgestattet sein muss .

Die Patentanmeldung mit der Anmeldungsnummer

PCT/EP2016/074880 offenbart ein Verfahren zur Ausrichtung ei ¬ ner Drehstrommaschine, bei dem in einem ersten Schritt ein optimaler Zündwinkel ermittelt wird, in einem zweiten Schritt eine erste Ausrichtung unter Verwendung des ermittelten optimalen Zündwinkels erfolgt, und in einem dritten Schritt eine Plausibilisierung der Ausrichtung des Läufers durchgeführt wird, indem der Läufer mit dem zuvor ermittelten Zündwinkel in einer anderen Stromrichtung beaufschlagt wird. Zur Ausrichtung des Läufers gemäß diesem Verfahren werden in der Regel mehrere Sekunden benötigt. Nach der Ausrichtung des Läu- fers kann die Maschine gestartet werden. Durch die Ausrich ¬ tung des Läufers wird der Läufer in eine definierte initiale Position gedreht, um für das Starten der Maschine einen ersten Zündwinkel zu ermitteln. Zum Starten kann beispielsweise ein Verfahren verwendet werden, das aus der Patentanmeldung mit der Anmeldungsnummer PCT/EP2016/077201 bekannt ist. Dabei wird der Läufer aus der bekannten initialen Position mit einem maximalen Drehmoment mittels Zündung von Thyristoren gedreht, eine durch die Drehung des Läufers induzierte Spannung wird gemessen, und ein optimaler Zündwinkel der Synchronma- schine wird ermittelt. Dieses Verfahren ermöglicht einen

Start der Maschine ohne ein Drehgebersystem, sieht jedoch eine dem Starten vorausgehende Ausrichtung des Läufers vor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine anzugeben, das insbesondere hinsichtlich der zum Starten der Synchronmaschine benötigten Zeit verbessert ist und ohne ein Drehgeber ¬ system zum Erfassen des Polradwinkels auskommt. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An ¬ spruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine, die einen Stator mit einer Statorwicklung, einen Rotor und einen Thyristorsteller zum Stellen von Phasenströmen der Statorwicklung aufweist, werden fortlaufend wenigstens zwei Klemmenspannungen der Synchronma ¬ schine erfasst. Zum Starten der Synchronmaschine wird die Statorwicklung mit wenigstens einem Strompuls bestromt. Nach jedem Strompuls wird geprüft, ob ein aus den Klemmenspannun ¬ gen gebildeter Spannungskennwert, beispielsweise ein Maximum der Beträge der erfassten Klemmenspannungen oder ein Betrag eines aus den Klemmenspannungen gebildeten Spannungsraumzeigers, einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert überschrei ¬ tet, bei dem der Polradwinkel unter Verwendung der Klemmenspannungen ermittelbar ist. Sobald der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert überschreitet, wird die Synchronma ¬ schine betrieben, indem wiederholt unter Verwendung der jeweils erfassten aktuellen Klemmenspannungen der jeweils aktueller Polradwinkel ermittelt wird, unter Verwendung des je ¬ weils aktuelle Polradwinkels ein jeweils aktueller optimaler Zündwinkel für die Synchronmaschine berechnet wird und der Thyristorsteller entsprechend dem jeweils aktuellen optimalen Zündwinkel angesteuert wird. Unter der Statorwicklung einer Synchronmaschine wird hier eine dreiphasige Statorwicklung, das heißt die Gesamtheit der Phasenwicklungen des Stators verstanden .

Die Erfindung sieht also vor, Klemmenspannungen einer permanenterregten Synchronmaschine zu erfassen und unter Verwendung der erfassten Klemmenspannungen den Polradwinkel des Rotors der Synchronmaschine zu ermitteln. Im Betrieb der Syn ¬ chronmaschine wird der Polradwinkel wiederholt ermittelt und unter Verwendung des jeweils aktuellen Polradwinkels wird ein jeweils optimaler Zündwinkel berechnet, mit dem ein Thyris ¬ torsteller zum Stellen von Phasenströmen der Statorwicklung der Synchronmaschine angesteuert wird. Dadurch kann vorteil ¬ haft ein kostspieliges Drehgebersystem zum Erfassen des Pol- radwinkels und anschließenden Berechnen des optimalen Zündwinkels entfallen.

Ferner sieht die Erfindung vor, zum Starten der Synchronmaschine die Statorwicklung solange mit Strompulsen zu bestrom- en bis ein aus den Klemmenspannungen gebildeter Spannungskennwert einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert über ¬ schreitet, der zur Ermittlung des Polradwinkels ausreicht. Dabei wird ausgenutzt, dass wenigstens eine Klemmenspannung erfahrungsgemäß in der Regel bereits nach nur wenigen Strom ¬ pulsen groß genug ist, um den Polradwinkel zu ermitteln. Eine zeitaufwändige Ausrichtung des Rotors kann dadurch entfallen, so dass die Synchronmaschine deutlich schneller gestartet werden kann als bei einem zweistufigen Verfahren, bei dem der Rotor zunächst ausgerichtet wird, indem ein definierter Pol ¬ radwinkel eingestellt wird. Typischerweise kann der Polrad ¬ winkel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits nach 10 ms bis 100 ms aus den Klemmenspannungen ermittelt werden, während die vollständige Ausrichtung des Rotors in der Regel mehrere Sekunden erfordert, so dass zum Starten der Synchronmaschine mehrere Sekunden eingespart werden.

Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass wenigstens zwei Phasenströme erfasst werden, und dass der jeweils aktuelle Polradwinkel unter Verwendung der erfassten Phasenströme er- mittelt wird, und/oder der jeweils aktuelle Zündwinkel unter Verwendung der erfassten Phasenströme berechnet wird. Diese Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen, neben den Klemmenspannungen auch die Phasenströme bei der Bestimmung des Polradwinkels und/oder des optimalen Zündwinkels zu berücksich- tigen. Dadurch kann die Bestimmung des Polradwinkels verbes ¬ sert werden und/oder der Zündwinkel kann auch in Abhängigkeit von den Phasenströmen berechnet und damit weiter optimiert werden . Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Spannungsschwellenwert ein minimaler Spannungskennwert ist, bei dem der Polradwinkel unter Verwendung der Klemmenspannungen ermittelbar ist. Dadurch wird der oben bereits genannte Zeitgewinn beim Starten der Synchronmaschine maximiert.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Drehmomentfenster und ein Phasenstromfenster vorgegeben werden und der jeweils aktuelle optimale Zündwinkel ein Zündwin ¬ kel ist, bei dem ein auf den Rotor wirkendes Drehmoment in ¬ nerhalb des Drehmomentfensters liegt und jeder Phasenstrom der Statorwicklung innerhalb des Phasenstromfensters liegt. Diese Ausgestaltung der Erfindung verhindert vorteilhaft, dass ein zu großes Drehmoment oder ein zu hoher Phasenstrom die Synchronmaschine oder ein mit ihr verbundenes Stromnetz und daran angeschlossene Verbraucher zu stark belasten.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Stromraumzeiger eines Strompulses gegenüber dem Stromraumzei ¬ ger des vorhergehenden Strompulses geändert wird, wenn der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert nicht über ¬ schreitet. Insbesondere kann der Stromraumzeiger jedes Strompulses gegenüber dem Stromraumzeiger des ihm vorhergehenden Strompulses geändert werden, solange der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert nicht überschreitet. Bei der Ände ¬ rung des Stromraumzeigers aufeinander folgender Strompulse wird der Stromraumzeiger beispielsweise in einer Drehrichtung eines Drehfelds der Synchronmaschine gedreht. Ferner wird bei der Änderung des Stromraumzeigers aufeinander folgender

Strompulse der Stromraumzeiger beispielsweise um 60 Grad oder ein Vielfaches von 60 Grad gedreht. Durch diese Ausgestaltun ¬ gen der Erfindung kann verhindert werden, dass eine Vielzahl von Strompulsen erzeugt werden, die aufgrund der Raumzeigerrichtungen ihrer Stromraumzeiger und der momentanen Lage des Rotors keine oder nur eine geringe Drehung des Rotors bewir ¬ ken. Dadurch wird das Starten der Synchronmaschine weiter beschleunigt . Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Maximalpulsanzahl von Strompulsen vorgegeben wird und das Bestromen der Statorwicklung mit Strompulsen abgebrochen wird, wenn die Anzahl der Strompulse die Maximalpulsanzahl erreicht, ohne dass der Spannungskennwert den Spannungs ¬ schwellenwert überschreitet. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Maximaländerungsanzahl vorgegeben wird und das Bestromen der Statorwicklung mit Strompulsen abgebrochen wird, wenn die Anzahl von Änderungen der Stromraumzeiger aufeinander folgender Strompulse die Maximaländerungsanzahl erreicht, ohne dass der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert überschreitet. Diese Ausgestaltungen der Erfindung berücksichtigen einen Fehlerfall, in dem die Synchronmaschine, beispielsweise aufgrund eines Defekts oder einer Fehlfunktion, nicht gestartet werden kann. In einem derartigen Fall wird das Verfahren abgebrochen, wenn die Anzahl der Strompulse eine vorgegebene Maximalpulsanzahl erreicht und/oder die Anzahl von Änderungen der Stromraumzeiger aufeinander folgender Strompulse eine vorgegebene Maximaländerungsanzahl erreicht.

Eine erfindungsgemäße permanenterregte Synchronmaschine um- fasst einen Stator mit einer Statorwicklung, einen Rotor, einen Thyristorsteller zum Stellen von Phasenströmen der Statorwicklung, eine Spannungsmessvorrichtung zur Erfassung wenigstens zweier Klemmenspannungen der Synchronmaschine und eine Steuereinheit zum Ansteuern des Thyristorstellers gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Vorteile einer derartigen Synchronmaschine ergeben sich aus den oben genannten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen: einen Schaltplan einer permanenterregten Synchronmaschine, ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben einer permanenterregten Synchronmaschine, einen zeitlichen Verlauf von Phasenströmen einer Statorwicklung einer permanenterregten Synchronmaschine, einen zeitlichen Verlauf eines Polradwinkels eines Rotors einer permanenterregten Synchronmaschine.

Figur 1 zeigt einen Schaltplan einer permanenterregten Synchronmaschine 1. Die Synchronmaschine 1 umfasst einen Sta ¬ tor 2 mit einer (nicht dargestellten) dreiphasigen Statorwicklung, einen Rotor 3, einen Thyristorsteller 4 zum Stellen von Phasenströmen iu, i v , i der Statorwicklung und eine Steu ¬ ereinheit 5 zum Ansteuern des Thyristorstellers 4. Der Thyristorsteller 4 weist für jede Phase U, V, W der Statorwicklung ein Thyristorenpaar 6, 7, 8 zweier antiparallel geschalteter Thyristoren AI, A2, Bl, B2, Cl, C2 auf. Die Zündelektroden der Thyristoren AI, A2, Bl, B2, Cl, C2 sind an die Steuereinheit 5 angeschlossen, von der die zum Zünden der Thyristoren AI, A2, Bl, B2, Cl, C2 erforderlichen Zündsignale bereitgestellt werden. Durch Zünden der einer Phase U, V, W zugeordneten Thyristoren AI, A2, Bl, B2, Cl, C2 wird ein Phasenstrom iu, iv, i dieser Phase U, V, W der Statorwicklung erzeugt. Die Thyristoren AI, A2, Bl, B2, Cl, C2 einer Pha- se U, V, W schalten sich von selbst ab, wenn der Phasenstrom iu, i v , i dieser Phase U, V, W Null wird beziehungswei ¬ se sein Vorzeichen wechselt. Die Steuereinheit 5 ist zum An ¬ steuern des Thyristorstellers 4 gemäß dem anhand von Figur 2 näher beschriebenen Verfahren eingerichtet. Beispielsweise ist die Steuereinheit 5 als ein programmierbarer Mikrocon- troller ausgeführt, der programmiert ist, um das Verfahren aus zuführen . Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrei ¬ ben einer permanenterregten Synchronmaschine 1. Bei dem Verfahren werden fortlaufend wenigstens zwei Klemmenspannungen der Synchronmaschine 1 erfasst. Ferner werden im Folgenden beschriebene Verfahrensschritte Sl bis S7 ausgeführt.

In einem ersten Verfahrensschritt Sl wird die Statorwicklung des Stators 2 mit einem Strompuls bestromt. Dazu werden die Thyristoren AI, A2, Bl, B2, Cl, C2 zweier Phasen U, V, W ge- zündet, so dass die Phasenströme iu, i v , iw dieser Phasen be ¬ tragsmäßig gleich groß sind, aber einander entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen. Die Thyristoren AI, A2, Bl, B2, Cl, C2 der dritten Phase U, V, W werden nicht gezündet, so dass der dritte Phasenstrom iu, i v , i Null ist.

Nach dem ersten Verfahrensschritt Sl, das heißt nach dem Ab ¬ klingen des Strompulses beziehungsweise nachdem der Betrag jedes Phasenstroms iu, i v , i oder der Betrag eines aus den Phasenströmen iu, iv, iw gebildeten Stromraumzeigers einen vorgegebenen Stromschwellenwert unterschritten hat, wird das Verfahren mit einem zweiten Verfahrensschritt S2 fortgesetzt.

In dem zweiten Verfahrensschritt S2 wird geprüft, ob ein aus den Klemmenspannungen gebildeter Spannungskennwert, bei- spielsweise ein Maximum der Beträge der erfassten Klemmenspannungen oder ein Betrag eines aus den Klemmenspannungen gebildeten Spannungsraumzeigers, einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert überschreitet, bei dem ein Polradwinkel φ des Rotors 3 unter Verwendung der Klemmenspannungen ermittel- bar ist. Wenn die Prüfung ergibt, dass der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert nicht überschreitet, wird das Ver ¬ fahren mit einem dritten Verfahrensschritt S3 fortgesetzt, andernfalls wird das Verfahren mit einem fünften Verfahrens ¬ schritt S5 fortgesetzt.

In dem dritten Verfahrensschritt S3 wird der Wert einer Zähl ¬ variablen, die die zum Bestromen der Statorwicklung erzeugten Strompulse zählt, um Eins inkrementiert . Wenn der Wert der Zählvariablen danach eine vorgegebene Maximalpulsanzahl erreicht, wird das Verfahren in einem vierten Verfahrens ¬ schritt S4 abgebrochen. Andernfalls wird nach dem dritten Verfahrensschritt S3 wieder der erste Verfahrensschritt Sl ausgeführt.

In den ersten vier Verfahrensschritten Sl bis S4 wird also die Statorwicklung solange mit Strompulsen bestromt bis der Spannungskennwert den vorgegebenen Spannungsschwellenwert überschreitet oder die Anzahl der Strompulse die vorgegebene Maximalpulsanzahl erreicht. Im Fall, dass der Spannungskennwert den Spannungsschwellenwert überschreitet, dreht sich der Rotor 3 schnell genug, um aus den erfassten Klemmenspannungen den Polradwinkel φ zu ermitteln, so dass das Verfahren mit dem fünften Verfahrensschritt S5 fortgesetzt werden kann. Der Abbruch des Verfahrens im Fall, dass die Anzahl der Strompul ¬ se die vorgegebene Maximalpulsanzahl erreicht, ist vorgese ¬ hen, um auf einen Fehlerfall zu reagieren, in dem die Synchronmaschine 1 nicht gestartet werden kann.

Die weiteren Schritte S5 bis S7 entsprechen dem aus der Patentanmeldung mit der Anmeldungsnummer PCT/EP2016/077201 bekannten Verfahren zum Betreiben der Synchronmaschine 1 und werden daher hier nicht im Detail beschrieben.

In dem fünften Verfahrensschritt S5 wird unter Verwendung der erfassten aktuellen Klemmenspannungen der aktuelle Polradwinkel φ ermittelt. Nach dem fünften Verfahrensschritt S5 wird das Verfahren mit dem sechsten Verfahrensschritt S6 fortge- setzt.

In dem sechsten Verfahrensschritt S6 wird unter Verwendung des aktuellen Polradwinkels φ ein jeweils aktueller optimaler Zündwinkel für die Synchronmaschine 1 berechnet. Der optimale Zündwinkel ist ein Zündwinkel, bei dem ein auf den Rotor 3 wirkendes Drehmoment innerhalb eines vorgegebenen Drehmoment ¬ fensters liegt und jeder Phasenstrom iu, i v , i innerhalb ei ¬ nes vorgegebenen Phasenstromfensters liegt. Nach dem sechsten Verfahrensschritt S6 wird das Verfahren mit dem siebten Ver ¬ fahrensschritt S7 fortgesetzt.

In dem siebten Verfahrensschritt S7 wird der Thyristorstel- 1er 4 entsprechend dem aktuellen optimalen Zündwinkel ange ¬ steuert. Nach dem siebten Verfahrensschritt S7 wird das Ver ¬ fahren mit dem fünften Verfahrensschritt S5 fortgesetzt.

Die Figuren 3 und 4 illustrieren beispielhaft die Verfahrens- schritte Sl bis S3 und S5. Figur 3 zeigt einen Verlauf der Phasenströme iu, i v , iw in Abhängigkeit von einer Zeit t mit zwei aufeinander folgenden Strompulsen, mit denen die Statorwicklung bestromt wird. In dem gezeigten Beispiel werden die Thyristoren AI, A2, Bl, B2 der Phasen U und V gezündet, um die Strompulse zu erzeugen. Figur 4 zeigt entsprechende Ver ¬ läufe des Polradwinkels φ und eines unter Verwendung der je ¬ weils erfassten aktuellen Klemmenspannungen ermittelten Polradwinkels cp c . In dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten Fall dreht sich der Rotor 3 vor dem ersten Strompuls nicht, so dass der Polradwinkel φ bis zum ersten Strompuls konstant bleibt. Durch den ersten Strompuls wird der Rotor 3 in Dre ¬ hung versetzt und dreht sich zwischen dem ersten Strompuls und dem zweiten Strompuls aufgrund seiner Trägheit mit annä ¬ hernd gleicher Winkelgeschwindigkeit weiter, wodurch Klemmen- Spannungen induziert werden. Diese Winkelgeschwindigkeit reicht jedoch noch nicht aus, um den Polradwinkel φ unter Verwendung der jeweils erfassten aktuellen Klemmenspannungen, die durch die Rotordrehung induziert werden, zu ermitteln, das heißt, zwischen dem ersten Strompuls und dem zweiten Strompuls überschreitet der Spannungskennwert den Spannungs ¬ schwellenwert noch nicht. Durch den zweiten Strompuls wird der Rotor 3 weiter beschleunigt, so dass die Winkelgeschwindigkeit der Drehung des Rotors 3 nach dem zweiten Strompuls ausreicht, um den Polradwinkel φ unter Verwendung der erfass- ten Klemmenspannungen, die durch die Rotordrehung induziert werden, zu ermitteln, das heißt, nach dem zweiten Strompuls überschreitet der Spannungskennwert den Spannungsschwellen ¬ wert. Figur 4 zeigt auch, dass der unter Verwendung der er- fassten Klemmenspannungen ermittelte Polradwinkel cp c sehr gut mit dem tatsächlichen Polradwinkel φ übereinstimmt. In dem in den Figuren 3 und 4 gezeigten Beispiel kann der Polradwinkel φ bereits nach etwa 40 ms unter Verwendung der erfassten Klemmenspannungen ermittelt werden.

Das oben anhand von Figur 2 beschriebene Verfahren kann auf verschiedene Weisen erweitert werden. Beispielsweise kann bei einer wiederholten Durchführung des ersten Verfahrensschritts Sl ein Stromraumzeiger des Strompulses gegenüber dem Stromraumzeiger des vorhergehenden Strompulses geändert werden. Insbesondere kann der Stromraumzeiger dabei gegenüber dem Stromraumzeiger des vorhergehenden Strompulses in einer Drehrichtung eines Drehfelds der Synchronmaschine 1 gedreht werden, beispielsweise um 60 Grad oder ein Vielfaches von 60 Grad. Die Drehung des Stromraumzeigers kann dabei bei ¬ spielsweise vorgesehen sein, wenn eine vorgegebene Pulsanzahl aufeinander folgender Strompulse mit Stromraumzeigern gleicher Raumzeigerrichtung erfolgt ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Stromraumzeiger jedes Strompulses gegenüber dem Stromraumzeiger des ihm vorhergehenden Strompulses gedreht wird. Durch diese Ausgestaltungen kann verhindert werden, dass eine Vielzahl von Strompulsen mit Stromraumzeigern einer ungünstigen oder wirkungslosen Raumzeigerrichtung erzeugt werden.

In dem dritten Verfahrensschritt S3 kann entsprechend vorge ¬ sehen sein, dass das Verfahren in dem vierten Verfahrensschritt S4 abgebrochen wird, wenn die Anzahl von Änderungen der Stromraumzeiger aufeinander folgender Strompulse eine vorgegebene Maximaländerungsanzahl erreicht.

Ferner kann vorgesehen sein, dass wenigstens zwei Phasenströ- me iu, i v , iw erfasst werden und in dem fünften Verfahrens- schritt S5 der Polradwinkel φ unter Verwendung der erfassten Phasenströme iu, i v , i ermittelt wird und/oder in dem sechs- ten Verfahrensschritt S6 der Zündwinkel unter Verwendung der erfassten Phasenströme iu, i v , i -w berechnet wird. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .