Die Erfindung betrifft Verfahren und Schaltungs nordnungen zur Bestimmung maschinenbezogener elektromagnetischer und mechanischer Zustandsgro en an über Umrichter gespeisten elektrodynamischen Drehfeldmaschinen wie Asynchronmaschi¬ nen, Synchronmaschinen und Reluktanzmaschinen.

U riσhtergespeiste Asynchron-, Synchron- und Reluktanzma¬ schinen gewinnen durch die Fortschritte auf dem Sektor der Leistungs- und Informationselektronik zunehmend an Bedeu¬ tung in der Antriebstechnik.

Asynchronmaschinen:

Asynchronmaschinen zeichnen sich gegenüber Synchron- und Gleichstrommaschinen durch höhere Robustheit und geringere Herstellungskosten aus. Für die Durchführung der Regelal- gorithmen bei dynamisch hochwertigen feldorientierten Regelkonzepten ergibt sich bei tiefen Drehzahlen der Asynchronmaschinen die Notwendigkeit eines mechanischen Gebers zur Erfassung der Rotorlage oder Rotorgeschwindig¬ keit. Asynchronmaschinen können ohne Lagegeber und Tacho- generatoren dynamisch hochwertig betrieben werden, wenn die Drehzahl einen gewissen Minimal ert überschreitet, so daß aus der induzierten Spannung der magnetische Fluß aus elektrischen Größen berechnet werden kann. Im tiefen Drehzahlbereich ist dies bisher noch nicht gelungen. Es ist daher das Ziel vieler Forschungsaktivitäten, den mecha¬ nischen Geber durch mathematische Modelle und/oder durch Ausnützung physikalischer Effekte zu ersetzen.

In der Zeitschrift "etzArσhiv", Bd. 12/1990/H.11, Seite 34 bis 351, befaßt sich der Artikel "Determination of the stator flux space vector of saturated AC machines" mit ebendieser Problematik. Konkret wird dabei eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht, bei einer Wechselstrom- masσhine, die über eine pulsbreitenmodulierte Wechselrich¬ terstufe angespeiεt wird, eine Echtzeitbestimmung des Statorspannungszeigers jeweils einmal innerhalb einer Schwingungdauer durchzuführen. Mit dieser Methode können die Meßfehler der zur Berechnung benötigten Werte der Phasenströme und -Spannungen einigermaßen klein gehalten werden. Rotorgeschwindigkeitsmessungen werden hiezu nicht benötigt.

Nachteilig bei dieser Methode ist, daß explizit Indukti¬ vitäten berechnet werden, und deshalb jedenfalls eine Spannungsmessung notwendig ist.

In der Dissertation "Entwurf und Aufbau eines nichtline- aren Zustands- und Parameterbeobachters für transient betriebene Asynchronmaschinen" von Manfred Schrödl (Technische Universität Wien, 1987, _S ei _t e 14 f.) wird die Ermittlung des Rotorflusses aus der _S tatorgleichung bei Drehstrommaschinen behandelt. Dabei wird ein "Spannungsmodell" zur Hilfe^genommen, weiches basiert, y _κ ... bezogene Reaktanz X _H ._ . bezogene Hauptfeldreaktanz M. _S . .. statorspannungsraumzeiger ^ s ... Statorstromraumzeiger )i _s . . . bezogener Statorwiderstand

& Streukoeffizient _s bezogene Statorreaktanz • zeitliche Ableitung bedeute .

Das Modell bietet den Vorteil, daß der Fluß allein aus der Messung elektrischer Größen bestimmt werden kann, somit kein elektrischer Geber erforderlich ist. Wie aus der Formel ersichtlich, wirken sich bei großen Spannungsraumzeigerbeträgen - das entspricht hohen Dreh¬ zahlen - die stromabhängigen Terme, insbesondere bei geringer Belastung, nur schwach auf den Flußwert aus. Es kann also in diesen Betriebsbereichen mit einer guten Genauigkeit gerechnet werden.

Der Nachteil der vorgestellten Meßmethode besteht darin, daß - dies ergibt sich aufgrund der aus der Formel er¬ sichtlichen Integration ohne Rückkopplung - der Einfluß von Meßfehlern und des temperaturabhängigen Statorwiderstandes sowie bei analogem Aufbau die Drift der Integratoren die Modellqualität zunehmend verschlechtern.

Synchronmaschinen: Die Bedeutung der Synchronmaschinen nahm, nebst anderen

Faktoren, auch durch die Verbesserungen auf dem Sektor der Magnetmaterialien zu. Verglichen mit Asynchronmaschinen, weisen die Synchronmaschinen eine einfachere regelungs- techniεche Struktur und - aufgrund der sehr geringen Rotorverluste - einen höheren Wirkungsgrad auf.

Auch bei Synchronmaschinen ergibt sich für die Durchführung der Regelalgorithmen bei dynamisch hochwertigen feld- bzw. polradorientierten Regel onzepten die Notwendigkeit eines mechanischen Gebers zur Erfassung der Polradposition. Es sind seit längerer Zeit Bemühungen im Gange, den mechani¬ schen Geber durch mathematische Modelle oder durch Ausnü¬ tzung physikalischer Effekte zu ersetzen.

Bisher wurden bereits mehrere Verfahren vorgestellt, mit denen die Lage des Polrades einer permanentmagneterregten Synchronmaschine erfasst werden kann.

Ein derartiges Verfahren wird im Kapitel "Algorithmus zur rechnerischen Erfassung der Polradlage einer permanent¬ magneterregten Synchronmaschine ohne Lagegeber" von M. Schrödl und T. Stefan im Tagungsbuch (Seite 48 bis 54) der ETG/VDE-Konferenz "AntriebsSysteme für die Geräte- und Kraftfahrzeugtechnik", veranstaltet 1988 in Bad Nauheim, BRD, beschrieben. Dabei erfolgt die Erfassung der Polrad¬ lage bei Vollpolmaschinen durch Auswertung der induzierten Spannung. Ab einer gewissen mechanischen Drehzahl kann ein dauermagneterregter Rotor selbst als Lagegeber verwendet werden, da ein in einer Statorwicklung induzierter Span¬ nungsraumzeiger im allgemeinen in eindeutiger Weise mit der gesuchten Rotorpoεition in Zusammenhang steht. Dabei können auch nichtsinusförmige InduktionsVerteilungen im Luftspalt zugelassen werden. Dieser induzierte Spannungsraumzeiger kann aus den Klemmenspannungen unter Berücksichtigung der ohmschen und induktiven Spannungsabfalle berechnet werden.

Nachteilig dabei ist, daß diese Auswertung erst ab einer gewissen Mindestdrehzahl erfolgen kann, da der induzierte Spannungsrau zeigerbetrag proportional mit der Drehzahl abnimmt.

Über ein anderes Verfahren berichtet das Kapitel "Detection of the rotor position of a permanent magnet synchronous machine at standstill" von M. Schrödl, enthalten in den Proceedings, die zur "International Conference on Eleσtri- cal Machines" 1986 in Pisa, Italien, publiziert wurden.

Bei diesem Verfahren wird mittels elektrischer Meßsignale die von den permanenten Magneten hervorgerufene, variie¬ rende magnetische Sättigung gemessen. Da sich diese Art der Messung reproduzieren läßt, ist die Rotorposition exakt feststellbar. Die für die Durchführung der Messung notwen- dige Kenntnis der Polarität der Magnete läßt sich durch

Veränderung des magnetischen Arbeitspunktes und die Messung seiner Auswirkung auf die Impedanz feststellen. Es ist

hier die Eruierung der Rotorpoεtion auch bei stillstehender Maschine möglich.

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, daß durch die Notwendigkeit einer zusätzlichen analogen Stromquelle das Meßverfahren sehr aufwendig ist.

Auch die Disεertation "Die permanenterregte umrichterge- εpeiεte Synchronmaschine ohne Polradgeber als drehzahl- geregelter Antrieb" von H. Vogelmann (Universität Karls¬ ruhe, BRD, 1986) befasst sich mit einem Verfahren zur Ortung der Polradlage.

Dabei wird ein mittels eines Umrichters erzeugter, relativ hochfrequenter Strom als Prüfεignal dem eigentlichen

Nutzsignal überlagert. Der Grundgedanke dabei ist, daß ein in eine gewisse (Raumzeiger-) Richtung aufgeschalteteε elektrisches Wechselsignal aufgrund der unterschiedlichen Induktivitäten in Längs- und Querachse im allgemeinen auch in der orthogonalen Richtung eine Reaktion hervorruft. Nur für den Fall, daß das Wechselsignal genau in der Rotor- Längs- bzw. -Querrichtung aufgebracht wird, tritt eine derartige Verkopplung nicht auf. Damit ergibt sich ein Kriterium, ob das Signal in die gesuchte ausgezeichnete Richtung appliziert wird oder nicht. Eine Voraussetzung zur Erreichnung exakter Meßergebnisse ist eine permanentma¬ gneterregte Synchronmaschine mit SchenkelpolCharakter, also mit ungleichen Induktivitäten in Längs- und Querrichtung, wie etwa bei flußkonzentrierenden Anordnungen.

Der überwiegende Teil der permanentmagneterregten Syn¬ chronmaschinen wird jedoch nicht in flußkonzentrierender Bauweise ausgeführt, sondern mit konstantem Luftspalt und auf die Rotoroberfläche aufgeklebten Magneten. Dies ist fertigungstechnisch einfacher und erlaubt bei Verwendung von hochwertigen Samarium-Kobalt- bzw. Neodym-Eisen-Ma¬ gneten Luftspaltinduktionen von etwa 1 Tesla.

Bei den erwähnten Ortungs erfahren besteht also der Nach¬ teil, daß sich damit nur bei Maschinen mit ausgeprägter SσhenkelpolCharakteristik brauchbare Ergebnisse ergeben.

Reluktanzmaschine:

Gegenüber elektrisch oder magnetisch erregten Synchron- un Gleichstrommasσhinen zeichnen sich Reluktanzmaschinen durc höhere Robustheit aus. Auch bei den Reluktanzmaschinen ergibt sich für die Durchführung der Regelalgorithmen bei dynamisch hochwertigen feld- bzw. rotororientierten Regel- konzepten die Notwendigkeit eines mechanischen Gebers zur Erfassung der Rotorlage bzw. Rotorgeεσhwindigkeit. Dadurch wird jedoch die Robustheit der Maschine herabgesetzt und die Kosten werden erhöht. So wie bei Drehfeldmaschinen anderen Typs ist es auch bei der Reluktanzmaschine das Ziel vieler Forschungεaktivitäten, den mechanischen Geber durch mathematische Modelle und/oder durch Auεnützung physi¬ kalischer Effekte zu ersetzen.

Im Artikel "PWM-Baεed Position Sensorleεs Control of

Variable Reluctance Motor Drives" in den Proceedings (S. 4-024 - 4-029) zur "EPE - European Power Electronics Conference" in Florenz, Italien, 1991, wird ein Verfahren zur sensorlosen Rotorpositionεerfaεsung bei Reluktanzma¬ schinen vorgestellt. Dieseε Verfahren, welches lediglich bei sogenannten " switched reluctance" -Motoren anwendbar ist, beruht darauf, bei εpezieller Pulsweitenmodulationε- Steuerung eine Frequenzanalyεe durchzuführen. Durch Di i- sion von entsprechend durch Filter und Integrator aufbe¬ reiteten Spannungen und Strömen wird auf die rotorpositions- abhängige Induktivität einer momentan stromführenden Wicklung geschlossen.

Bei diesem Verfahren ist nachteilig, daß es bei einem konventionellen Stator mit Drehstromwicklungen nicht anwendbar ist. Weiters sind zur Durchführung des Verfahrens

eine Spannungsmessung sowie eine εpezielle Pulsweitenmodu¬ lation erforderlich.

In lit. 6 desselben Artikels wird unter dem Titel "Mutal inductance effects" ein Verfahren besprochen, bei welchem die Rotorposition eines Reluktanzmotors mittels eines Beobachters (supervisory microσontroller) ermittelt wird.

Auch bei diesem Verfahren besteht der Nachteil darin, daß zur Erfassung der Rotorlage eine Spannungsmessung durchge¬ führt werden muß.

In einem weiteren Artikel, "A Tourque Angle Calculator for Sensorleεs Reluctance Motor Drives", derselben Proceedings (S. 4-013 - 4-017) wird ebenfalls ein Verfahren zur sensor¬ losen Rotorpositionserfasεung bei Reluktanzmaschinen vorgeschlagen. Dabei ist der Ansatz zu diesem Verfahren so gewählt, daß eine Realisierung nur für den Fall möglich ist, daß alle zeitlichen Ableitungen vernachläεεigt werden.

Diese Verfahren ist nachteilig, weil weil es nur im (qua¬ si-) stationären Betrieb funktioniert. Ein weiterer Nach¬ teil ergibt sich auε der Notwendigkeit einer Spannungs- messung.

Unter dem Titel "Accurate Sensorless Rotor Position Detec- tion in an SR Motor" in den bereits zitierten Proceedings (S. 1-390 - 1-393) wird ein Verfahren zur Lagebestimmung eines Reluktanz otors durch Testsignale beschrieben. Dasselbe Verfahren wird mit der Bezeichnung "A New Sensor¬ less Position Detector for SR Drives" in der Conference Publication No. 324 (S. 249 - 252) der "4. International Conference Power Electronics And Variable Speed Drives", London, 1991, vorgestellt. Gegenüber den bereits genannten Verfahren weist dieses den Vorteil auf, daß es nicht nur auf "switched reluctance" -Maεchinen, εondern auch bei

1 Maschinen mit normaler Drehstromwicklung im Stator anwend¬ bar ist.

Daε Prinzip deε Verfahrenε besteht darin, daß es in einem "s. r. "-Motor ständig Motorphasen gibt, in denen für 5 gewisse Zeit kein Betriebsεtrom fließt. In dieεer Zeit wir dann ein Teεtεpannungspuls eingeprägt und einerεeitε die Fluß erkettung dieεer Wicklung durch Integration der Testspannung ermittelt, anderseits der Stromverlauf in der Wicklung gemesεen. Erreicht der Strom einen gewiεεen Wert, 10 wird die momentane FlußVerkettung gemessen und mittels einer Tabelle die korrespondierende Rotorpoεition ermit¬ telt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß es bei Drehstro - 15 Wicklungen nicht funktioniert. Weiterε ist eine Spannungs- meεεung notwendig.

Aufgabe der Erfindung iεt eε, ein Verfahren zur Beεtimmung 20. maεchinenbezogener elektromagnetiεcher und mechanischer Zuεtandε roßen an elektrodynamischen Drehfeld aεchinen durch Mesεung ausschließlich elektrischer Größen zu reali¬ sieren und dabei die Nachteile bzw. Ungenauigkeiten der bekannten Verfahren zu vermeiden. 5

Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöεt. Dieεe ist dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeldmaεσhine in ihrer Ausbildung als As nchronmaεchine vor Beginn der Messung aufmagnetisiert wird, und daß die Rückwirkung von an die 0 Asynchronmaschine abgeεetzten Meßsignalen gemesεen wird, wobei die Meßεignale vom Umrichter generierte Spannungε- εprünge sind, die Stromänderungen bewirken, welche gemeεεen und einem Rechner zugeführt werden, der eine komplexe Kenngröße ermittelt, welche dem Quotienten auε Statorεpan- 5 nungεraumzeiger und zeitlicher Änderung des Statorstrom¬ raumzeigers proportional ist, wobei die Richtung des Spannungsraumzeigers auε dem bekannten

Umrichter-Anεteuerzuεtand hervorgeht, im folgenden als komplexe Kenngröße bezeichnet, und den magnetischen Fluß berechnet, wobei die komplexe Kenngröße sowohl in ihrem Realteil als auch in ihrem Imaginärteil mit dem doppelten Wert des magnetischen Flußwinkels näherungs eise εinus- förmig schwankt und aus Real- und Imaginärteil den dop¬ pelten Wert des gesuchten magnetiεchen Flußwinkelε nach bekannten Methoden der komplexen Rechnung ermittelt.

Der Vorteil des erfindungεgemäßen Verfahrenε gegenüber bekannten Methoden, die auch bei tiefen Drehzahlen funk¬ tionieren, beεteht darin, daß kein mechanischer Geber notwendig ist und daß das Verfahren unempfindlich gegen-- über Unεicherheiten im Parameter Rotorwiderεtand ist und daß auf Spannungsmesεungen verzichtet werden kann. Weiters ist vorteilhaft, daß keine analogen Zusatzstromquellen benötigt werden, sondern der ohnehin vorhandene speisende Umrichter als Meßsignalgenerator eingesetzt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgeεtaltungen der Erfindung, be¬ treffend die Drehfeldmaεchine in ihrer Auεbildung alε Asynchronmaschine, ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 22.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Schaltungεanordnung vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stromistwerte der Stränge der Statorwicklung der Asyn¬ chronmaschine von zwischen einem Umrichter und der Asyn¬ chronmaschine angeordneten Strommeßeinrichtungen abgenommen und den ersten Eingängen eines Stromerfasεungs-Moduls zugeführt sind, und daß ein Steuerauεgang einer übergeord¬ neten Steuerung mit einem Steuereingang des Stromerfasεungs- Modules verbunden ist, und daß der Ausgang des Stromerfaε- εungε-Modulε mit jeweilε einem erεten Eingang eines Strom- anstiegsrechners und eines Feldorientierungs- und Stromre¬ gelungs-Moduls verbunden ist, und daß der Ausgang des Stromanstiegεrechnerε mit einem erεten Eingang eineε

Flußwinkelreσhnerε verbunden iεt, und daß der Auεgang des Flußwinkelrechners mit einem zweiten Eingang deε Feldori- entierungε- und Stromregelungε-Modulε verbunden iεt, und daß das Sollmoment bzw. die Sollmagnetisierung jeweils einem dritten bzw. einem vierten Eingang deε Feldorientie- rungs- und Stromregelungε-Modulε zugeführt εind, und daß der Ausgang des Feldorientierungs- und Stromregelungε- Moduls mit einem ersten Eingang einer Umschaltelogik verbunden ist, und daß ein Auεgang der Timereinheit mit einem zweiten Eingang des Stromanstiegsrechners verbunden ist, und daß ein dritter Auεgang der übergeordneten Steue¬ rung mit dem Eingang eines Umrichteranεteuerzustands- Bildnerε sowie mit einem zweiten Eingang deε Flußwinkel- rechnerε verbunden ist, und daß der Auεgang des Umrichter- ansteuerzuεtandεBildnerε mit einem zweiten Eingang der

U εehaltelogik verbunden ist, wobei die Umschaltelogik von der übergeordneten Steuerung angesteuert ist, und daß der Ausgang der Umεchaltelogik mit dem Eingang eineε Anεteu- erungεmodulε deε Umrichters verbunden iεt.

Mit dieser Sσhaltungεanordnung kann, für eine alε Aεyn- chronmaεchine ausgebildete Drehfeldmaschine, das erfindungs gemäße Verfahren auf einfache Weise auf handelεüblichen Signal- und Mikroprozeεεoren bzw. -Controllern implemen- tiert werden.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanord- nung sieht vor, daß die Verbindung zwischen Flußwinkel- rechner und Feldorientierungs- und Stromregelungs-Modul über ein dynamiεσheε Aεynchronmotor-Modell geführt iεt, und daß die Drehzahl bzw. daε Lastmoment von einem ersten bzw. einem zweiten Ausgang des dyna iεchen Aεynchron otor-Mo- dells ber eine erεte bzw. eine zweite Leitung einem oder mehreren überlagerten Regelkreisen zugeführt und eingebun- den sind.

Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren in mehrschleifige Regelungen, beiεpielεweiεe Drehzahl- und Drehmomentenrege¬ lungen, integriert werden.

Das erfindungsgemä e Verfahren ist für die Drehfeldmaschine in ihrer Ausbildung als Synchronmaschine dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Bestimmung der Rotorposition, mittels der bekannten Methoden der komplexen Rechnung, durch Subtrak¬ tion von zwei Stromanstiegεmessungen erfolgt, bei denen in beiden Teilmesεungen der gleiche Spannungsraumzeiger anliegt, und wobei die Statorstromraumzeiger, die im Mittel während der beiden Teilmesεungen anliegen, εo verεchieden sein müsεen, daß sich die Statorinduktivität aufgrund der unterschiedlichen Statorströme dabei merkbar unterscheidet, wodurch dann die gemessene Differenz der beiden Stromraum- zeigerÄnderungsgeschwindigkeiten ein komplexer Zeiger iεt, dessen Real- und Imaginärteil mit Rotor-Umlaufgeschwin¬ digkeit oszillieren, so daß das Argument dieseε komplexen Zeigers mit der elektrischen Lage des Rotors in eindeutigem Zusammenhang steht.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht, in seiner Anwendung für die Synchronmaschine, sowohl in der großen Genauigkeit als auch darin, daß für die Polradortung keine analogen Zusatzεtromquellen benötigt werden, εondern der - ohnehin vorhandene - speiεende Stromrichter alε Meßεignalgenerator eingesetzt wird. Bei dieεe Verfahren εind Zweideutigkeiten hinεichtlich der Rotorbeεtimmung vollkommen auεgeschlosεen.

Weitere vorteilhafte Auεgestaltungen der Erfindung, be¬ treffend die Drehfeldmaschine in ihrer Ausbildung alε Synchronmaschine, ergeben sich aus den Unteransprüchen 26 biε 31.

Im Rahmen der Erfindung iεt eine Schaltungsanordnung vorgesehen - wobei die zufolge der Spannungssprünge und zur

Berechnung der zeitlichen Änderung des Stromraumzeigerbe¬ trages notwendigen Stromänderungen von an den zwiεσhen Stromrichter und Synchron aεchine angeordneten Stromme߬ einrichtungen abgenommenen werden -, welche dadurch gekenn- zeichnet iεt, daß die Iεtεtrö e vom Auεgang eineε Strom¬ erfaεεungεmoduls jeweilε einem erεten Eingang eines Rotor- lagerechnerε und einem ersten Eingang einer Stromnachfüh- rungεei richtung zugeführt εind, und daß die Drehmoment¬ vorgabe über einen erεten Eingang einem Stromvorgabemodul zugeführt iεt, und daß der Ausgang des Stromvorgabemoduls mit einem zweiten Eingang der Stromnachführungseinrichtung verbunden ist, und daß eine Umεchaltelogik von einer übergeordneten Steuerung angesteuert wird, und daß der erste Eingang der Umschaltelogik mit dem Ausgang der Stromnachführungseinrichtung verbunden ist, und daß der Ausgang der Umεchaltelogik mit einem Brückenanεteuerungε- odul verbunden iεt, und daß ein zweiter Eingang der Umεchaltelogik mit einem erεten Auεgang eineε Meßεig¬ nalgenerators verbunden ist, und daß ein Eingang des Stromerfassungεmodulε mit einem dritten Ausgang der über¬ geordneten Steuerung verbunden ist, und daß ein erster Ausgang der übergeordneten Steuerung mit einem zweiten Eingang deε Stromvorgabemoduls verbunden ist, und daß ein zweiter Ausgang der übergeordneten Steuerung mit einem Eingang des Meßsignalgenerators verbunden ist, und daß ein zweiter Ausgang des Meßsignalgeneratorε mit einem zweiten Eingang deε Rotorlagerechners verbunden ist, und daß die berechnete Rotorlage vom Auεgang deε Rotorlagerechnerε über eine Leitung einem überlagerten Regler und der Drehmo- mentenvorgabe bekanntgegeben wird.

Mit der erfindungεgemäßen Schaltungεanordnung εind die vorangeführten Verfahrensεchritte für eine alε Synchronma¬ schine ausgeführte Drehfeldmaschine realisierbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für die Drehfeldmaεchine in ihrer Ausbildung alε Reluktanzmaschine dadurch

gekennzeichnet, daß die Rückwirkung von an die Reluktanz¬ maschine abgesetzten Meßsignalen gemesεen wird, wobei die Meßεignale vom Umrichter generierte Spannungεεprünge εind, die entweder zuεätzlich eingefügte oder betrieblich auf- tretende, zur Auεwertung geeignete, Signale εind, die

Stromänderungen bewirken, welche gemeεεen und einem Rechner zugeführt werden, der eine komplexe Kenngröße ermittelt, welche dem Quotienten auε Statorεpannungεraumzeiger und zeitlicher Änderung deε Statorεtromraumzeigerε proportional oder umgekehrt proportional iεt, im folgenden als komplexe Kenngröße bezeichnet, wobei die Richtung des Spannungs- raumzeigers auε dem bekannten Umrichter-Anεteuerzuεtand hervorgeht, und die Rotorlage berechnet, wobei die kom¬ plexe Kenngröße aufgrund der unterεchiedlichen Reaktanzen in Längs- und Querrichtung sowohl in ihrem Realteil alε auch in ihrem Imaginärteil mit dem doppelten Wert der Rotorlage näherungsweiεe εinu förmig εchwankt und auε Real- und Imaginärteil den doppelten Wert deε geεuchten Rotorla¬ gewinkelε nach bekannten Methoden der komplexen Rechnung ermittelt.

Der Vorteil deε erfindungεgemä en Verfahrens gegenüber be¬ kannten Methoden besteht in seiner Anwendung für die Reluktanzmaεσhine darin, daß kein mechaniεcher Geber notwendig iεt und daß auf Spannungεmeεεungen verzichtet werden kann. Weiters ist vorteilhaft, daß keine analogen Zusatzεtromquellen benötigt werden, εondern der ohnehin vorhandene speisende Umrichter als Meßsignalgenerator eingeεetzt wird.

Weitere vorteilhafte Auεgeεtaltungen der Erfindung, be¬ treffend die Drehfeld aεchine in ihrer Auεbildung als Reluktanzmaschine, sind in den Ansprüchen 34 bis 51 ange¬ geben.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Schaltungεanordnung vorgeεehen, welche dadurch gekennzeichnet iεt, daß die Stromiεtwerte der Stränge der Statorwicklung der Reluk- tanzmaεσhine von zwischen einem Umrichter und der Reluk- tanzmaschine angeordneten Strommeßeinrichtungen abgenomme und den ersten Eingängen eineε Stromerfa sungs-Moduls zugeführt sind, und daß ein Steuerausgang einer übergeord neten Steuerung mit einem Steuereingang des Stromerfas- sungεModuleε verbunden iεt, und daß der Ausgang des Stro- merfassungs-Moduls mit jeweils einem ersten Eingang eines Stromanstiegsrechnerε und eines Feldorientierungε- und Stromregelungε-Modulε verbunden ist, und daß der Auεgang deε Stromanstiegεrechners mit einem erεten Eingang eineε Rotorlagerechnerε verbunden iεt, und daß der Ausgang des Rotorlagerechners mit einem zweiten Eingang des Feldori¬ entierungs- und Stromregel ngs-Moduls verbunden iεt, und daß das Sollmoment bzw. die Sollmagnetisierung jeweils einem dritten bzw. einem vierten Eingang des Feldorientie¬ rungs- und Stromregelungs-Modulε zugeführt εind, und daß ό_er Auεgang deε Feldorientierungs- und Stromregelungs- Modulε mit einem ersten Eingang einer Umsσhaltelogik verbunden iεt, und daß ein Auεgang der Timereinheit mit einem zweiten Eingang des Stromanstiegsrechnerε verbunden iεt, und daß ein dritter Ausgang der übergeordneten Steue- rung mit dem Eingang eines Umrichteransteuerzuεtandε- Bildnerε εowie mit einem zweiten Eingang deε Rotorlage¬ rechnerε verbunden ist, und daß der Ausgang deε Umrichter- anεteuerzuεtandε-Bildnerε mit einem zweiten Eingang der Umεchaltelogik verbunden iεt, wobei die Umεchaltelogik von der übergeordneten Steuerung angeεteuert iεt, und daß der Auεgang der Umschaltelogik mit dem Eingang eines Ansteu- erungsmodulε deε Umriσhterε verbunden iεt.

Mit dieser Schaltungεanordnung kann daε erfindungεgemäße Verfahren für eine alε Reluktanzmaεchine auεgebildete

Drehfeldmaεchine auf einfache Weise auf handelsüblichen

Signal- und Mikroprozesεoren bzw. -Controllern implemen¬ tiert werden.

Eine Weiterbildung der erfindungεgemäßen Schaltungεanord- nung sieht vor, daß die Verbindung zwiεchen Rotorlagerech¬ ner und Feldorientierungs- und Stromregelungs-Modul über ein dynamisches Reluktanzmaschinen-Modell geführt ist, und daß die Drehzahl bzw. das Lastmoment von einem ersten bzw. einem zweiten Ausgang des dynamischen Reluktanzmaschinen- Modells über eine erste bzw. eine zweite Leitung einem oder mehreren überlagerten Regelkreisen zugeführt und einge¬ bunden εind.

Damit kann daε erfindungsgemäße Verfahren in mehrεchleifige Regelungen, beiεpielεweise Drehzahl- und Drehmomentenrege¬ lungen, integriert werden.

An Hand von Ausführungεbeiεpielen εoll nun die Erfindung näher erläutert werden. Dabei iεt daε erfindungεgemäße Prinzip in Fig. 1 auf eine Asynchronmaschine, in Fig. 2 auf eine Synchronmaschine, und in Fig. 3 auf eine Reluktanz¬ maschine angewendet.

In Fig. 1 wird das neue Verfahren unter Verwendung einer dreisträngigen As nσhronmaεchine näher erklärt. (Daεεelbe erfindungεgemäße Prinzip ist für Asynchronmaschinen mit anderen Strangzahlen in gleicher Weise anwendbar. )

Fig. 1 zeigt die drei Adern 18, 19, 20 einer Drehεtrom- leitung, die einem Spannungszwischenkreisumrichter 1 zugeführt sind, welcher eine Asynchronmaschine 2 speist. In den Zuleitungen zwischen SpannungεzwischenkreisUmrichter 1 und Asynchronmaschine 2 sind Strommeßeinrichtungen 3 vorgesehen. Die Stromeßeinrichtungen 3 liefern mit einem Stromerfassungsmodul 4, unter Einbeziehung einer

übergeordneten Steuerung 5, welche daε Timing übernimmt, den aktuellen Stromraumzeiger . Auε diesem wird, unter Verwendung einer Timer-Einheit 10, in einem Stromanεtiegs- rechner 6 der Stromänderungεraumzeiger ermittelt. Dieεer wird gemeinεam mit der SpannungεraumzeigerrichtungεInforma¬ tion,, die von der übergeordneten Steuerung 5 generiert wird, in einem Flußwinkelrechner 8 zur Berechnung deε Flußwinkelε herangezogen, welcher in einem Feldorientie¬ rungs- und Stromregelungεblock 7, der die Eingänge "Soll- moment" und "Sollmagnetiεierung" aufweiεt, zur Ermittlung deε Umrichteransteuerzuεtandeε verwendet wird.

Weiterε kann der vom Flußwinkelrechner 8 ermittelte Fluß- winkel in überlagerte Regelkreiεe (etwa Drehzahl- und Drehmomentregelkreiεe) eingebunden werden. Die übergeord¬ nete Steuerung 5 entεcheidet, ob die Umrichteranεteuerung im Falle der Durchführung deε erfindungεgemäßen Flußwin¬ kel-Beεtimmungεalgorithmuε in einer Umεchaltelogik 9 von einem Spannungεraumzeiger-Bildner 11 oder, im normalen Stromregelfall, vom Feldorientierungε- und Stromregelungs- Modul 7 bewerkεteiligt wird.

Da die Summe der der Aεynchronmaschine zugeführten Ströme Null sein muß, kann eine Strommeßeinrichtung 3 eingespart werden.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwen¬ dung einer dreistrangigen Synσhronmaεσhine dargeεteilt. (Daε erfindungsgemäße Prinzip ist für Synchronmaschinen mit anderen Strangzahlen in gleicher Weise anwendbar. ) Wie Fig. 2 zeigt, wird eine Synchronmaschine 102 über einen Spannungszwischenkreis-Umrichter 101 von drei Drehstrom¬ leitungen 114, 115, 116 geεpeiεt, wobei die Strangströme mit drei Stromme einrichtungen 103 erfaßt werden. Es genügt jedoch ^' auch, wenn lediglich zwei Strangströme gemesεen werden, da die Stromsumme Null sein muß.

Ein Stromerfaεεungεmodul 104 wird von einer übergeordneten Steuerung 105 geεteuert und liefert die Iεtεtröme zu den Meßzeitpunkten, ieεe Istströme werden gemeinsam mit den Sollströmen, die von einem Stromvorgabemodul 107 erzeugt werden, in einer Stromnachführungseinrichtung 106 verar¬ beitet und liefern ein Brückenansteuerεignal. Daε Strom¬ vorgabemodul 107 erhält seine Eingangswerte über eine Leitung 113 von einer Drehmomentenvorgabe und wird von der übergeordneten Steuerung 105 gesteuert. Während einer Messung mit Testzyklen aktiviert die übergeordnete Steue¬ rung 105 einen Meßεignalgenerator 108, der dann über eine von der übergeordneten Steuerung 105 bediente Umεchal¬ telogik 110 die Brückenanεteuersignale einem Brücken- anεteuerungεmodul 111 zuführt. In dieεem Fall wird das bereitε genannte, von der Stromnachführungseinrichtung 106 generierte Brückenansteuerεignal unwirkεam. Ein Rotorlagerechner 109 berechnet dann, unter Verwendung der vom Stromerfaεεungεmodul 104 gelieferten Iεtεtröme εowie dem vom Meßεignalgenerator 108 gelieferten Wechsel- richtersσhaltzuεtand, die Rotorlage und leitet diese

Information über eine Leitung 112 zur Drehmomentvorgabe εowie zu übergeordneten Reglern weiter.

Anhand von Fig. 3 εoll das erfindungsgemäß Verfahren, unter Verwendung einer dreisträngigen Reluktanzmaschine, näher erläutert werden. (Dasεelbe erfindungsgemäße Prinzip iεt für Reluktanzmaεchinen mit anderen Strangzahlen in gleicher Weiεe anwendbar. )

Fig. 3 zeigt die drei Adern 218, 219, 220 einer Drehstrom¬ leitung, die einem Spannungεzwiεchenkreiεumrichter 201 zugeführt sind, welcher eine Reluktanzmaschine 2 speiεt. In den Zuleitungen zwischen Spannungszwiεchenkreisumrichter 201 und Reluktanzmaschine 202 sind Strommeßeinrichtungen 203 vorgesehen. Die Stromeßeinrichtungen 203 liefern mit einem Stromerfassungsmodul 204, unter Einbeziehung einer

übergeordneten Steuerung 205, welche daε Timing übernimmt, den aktuellen Stromraumzeiger. Auε diesem wird, unter Verwendung einer Timer-Einheit 210, in einem Stroman- stiegεrechner 206 der Stromänderungsraumzeiger ermittelt. Dieser wird gemeinsam mit der Spannungsraumzeigerrichtungs infor ation, die von der übergeordneten Steuerung 205 generiert wird, in einem Rotorlagerechner 208 zur Be¬ rechnung des Rotorlagewinkels herangezogen, welcher in einem Feldorientierungs- und Stromregelungεblock 207, der die Eingänge "Sollmoment" und "Sollmagnetiεierung" auf¬ weiεt, zur Ermittlung deε U richteranεteuerzuεtandeε verwendet wird.

Weiterε kann der vom Rotorlagerechner 208 ermittelte Rotorlagewinkel in überlagerte Regelkreiεe (etwa Drehzahl- und Drehmomentregelkreiεe) eingebunden werden. Die über¬ geordnete Steuerung 205 entεcheidet, ob die Umrichter- anεteuerung im Falle der Durchführung deε erfindungεgemäßen Rotorlagewinkel-Bestimmungsalgorithmuεεeε in einer Umschal- telogik 209 von einem Spannungεraumzeiger-Bildner 211 oder, im normalen Stromregelfall, vom Feldorientierungε- und Stromregelungε-Modul 207 bewerkεtelligt wird.

Alternativ werden, bei Verwendung der betriebεmäßig auf- tretenden Umriσhterεchalterεtellung alε Meßεignalgenerie¬ rung, der Umεchalter 209 und der Spannungsraumzeiger- Bildner 211 durch eine Rückmeldeschaltung ersetzt, die den tatsächlichen Anεteuerzuεtand an den Rotorlagerechner 208 übergibt, wobei der Auεgang deε Feldorientierungε- und Stromregelungs-Moduls 207 ständig als Eingang des An- εteuerungεmodulε 12 dient.

Da die Summe der der Reluktanzma chine zugeführten Ströme Null sein muß, kann eine Stromme einrichtung 203 eingespart werden.