DE10162170A1 - Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators mit den Schritten: DOLLAR A Messen eines Magnetflusses im Ständer des Generators unter Verwendung einer Vielzahl von den Magnetfluss abtastenden Spulen zur Bestimmung von Größe und Position des Magnetflusses im Ständer; DOLLAR A Messen einer Gleichspannung eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter mit dem Generator funktionswirksam verbunden ist; DOLLAR A Vergleichen der gemessenen Größe des Magnetflusses im Ständer mit einem gewünschten Magnetfluss zur Bestimmung einer Fehlergröße des Magnetflusses, wobei die Magnefluss-Fehlergröße in einen Magnetfluss-Regler eingegeben wird; DOLLAR A Bestimmen einer Längsachsenspannung, um die Fehlergröße des Magnetflusses zu reduzieren; DOLLAR A Vergleichen einer gewünschten Spannung mit der gemessenen Gleichspannung zur Bestimmung einer Fehlergröße der Spannung, wobei die Spannungs-Fehlergröße in einen Spannungsregler eingegeben wird; DOLLAR A Bestimmen einer Querachsenspannung, um die Spannungs-Fehlergröße zu reduzieren; und DOLLAR A Umwandeln der Längsachsenspannung und der Querachsenspannung zu Spannungen im ortsfesten Bezugssystem unter Verwendung der Position des Magnetflusses im Ständer. DOLLAR A Ein anderes Verfahren benutzt zusätzlich das Messen eines Stroms im Generator unter Verwendung einer Vielzahl von Stromsensoren und entsprechend angepasste Methoden.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators durch Messen des Magnetflusses sowie des Messens eines Stroms im Generator und der Auswertung der Messungen.
Es gibt viele Verfahren, um die abgegebene Spannung eines Induktionsgene­ rators, der in einem sehr breiten Drehzahlbereich arbeitet, zu regeln. Die meisten dieser Verfahren berechnen innere Parameter des Generators wie den Magnetfluss aus Strom- und/oder Spannungsmessungen und sind somit empfindlich gegenüber einer Änderung der Parameter des Generators. Bei anderen Verfahren werden Wellenpositions-Sensoren als Teil des Regelkreises genutzt, wobei die sich ergebenden Kosten um den Preis der Zuverlässigkeit hingenommen werden.
Typischerweise sind Verfahren zur Steuerung entwickelt worden, um das Drehmoment eines Induktionsmotors zu regeln. Zuvor wurde zum Beispiel die direkte Drehmomentregelung (DTC) als ein Verfahren zur Drehmomentregelung für Induktionsmotore genutzt. Ein Verfahren dieses Typs einer Drehmomentregelung wurde in Japan entwickelt und ist in einem Beitrag von Takahashi et al. mit dem Titel "A New Quick Response and High Efficiency Strategy of an Induction Motor", Conf. Record, IEEE-IAS 1985 Ann. Meeting, Seiten 495-502) beschrieben. Eine weitere DTC wurde unabhängig davon in Deutschland entwickelt und in einem Beitrag von Depenbrock mit dem Titel "Direct Self Control for High Dynamic Performance of Inverter Fed AC Machines", ETZ Archiv, Vol. 7, Nr. 7, 1985, Seiten 211 bis 218 beschrieben.
Das Ziel dieser Verfahren war es, die Steuerung eines Induktionsmotors zu vereinfachen, während sein dynamisches Verhalten verbessert wird.
Während diese Ziele im allgemeinen erreicht wurden, ergab die Steuerung auch geringfügige stabile Zustandseigenschaften.
Modifizierungen dieses Verfahrens wurden vorgeschlagen von Lascu et al. in einem Beitrag mit dem Titel "A Modified Direct Torque Control (DTC) for Induction Motor Sensorless Drive", IEEE-IAS 1998 Ann. Meeting, Seiten 415-422. Jedoch war auch mit diesen Modifizierungen die Steuerung empfindlich gegenüber einer Änderung in einem Bereich von Motorparametern.
Die direkte Drehmomentregelung (DTC) wurde immer auf eine Motorregelung angewandt, wobei sich die Erfinder aber nicht bewußt sind, dass die DTC zur Steuerung eines Induktionsgenerators angewandt wird. Ferner waren zuvor für DTC vorgeschlagene sensorlose Projekte auch parameterempfindlich, wobei dies bei Anwendung in Kraftfahrzeugen ihre Brauchbarkeit zunichte macht.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators, das einfacher und weniger teuer ist als bisherige Verfahren, bereit zu stellen.
Das Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen erfasst.
Die Erfindung betrifft in erster Linie die Steuerung eines Induktionsgenerators mit einer Phasenzahl, die gleich oder größer als 3 ist. Es wird vorgeschlagen, anstelle einer Berechnung des Magnetflusses unter Verwendung von Motorgleichungen wie es im Stand der Technik vorgenommen wird, den Magnetfluss abtastende Spulen zu nutzen, um Größe und Position des Magnetflusses im Ständer zu erzielen. Das liegt daran, dass die Nutzung einer Berechnung des Magnetflusses zu Ergebnissen führt, die von Parametern des Motors abhängig sind.
Die Steuerung des Induktionsgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt durch Verwendung der direkten Drehmomentregelung (DTC). Die DTC weicht von einer Vektorregelung dadurch ab, dass die Vektorregelung Stromregler erforderlich macht, während die DTC dies nicht erfordert. In ihrer ursprünglichen Form benötigte die DTC nur eine Regelung von Drehmoment und Magnetfluss. In dieser Anwendung wird gemäß der Erfindung nicht zwangsläufig das Drehmoment, sondern vielmehr der Magnetfluss der Maschine und die abgegebene Spannung des Generators geregelt.
Die vorliegende Erfindung hat mit der Steuerung von Induktionsgeneratoren zu tun und ist durch bisher nur auf eine Motorregelung angewandte DTC Konzepte inspiriert. Die Merkmale, die diese Erfindung vom Stand der Technik unterscheiden, umfassen:
  • 1. Nutzung von Prinzipien der DIG in einer Generatorsteuerung;
  • 2. Steuerung des Magnetflusses in einer Maschine und der abgegebenen Spannung;
  • 3. Verwendung von den Magnetfluss abtastenden Spulen, um eine Größe und Position des Magnetflusses im Ständer zu erzielen (bestehende DTC Projekte nutzen eine Berechnung des Magnetflusses, der zu Ergebnissen führt, die von den Parametern des Motors abhängig sind).
Eine Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht für einen Induktionsge­ nerator zur Nutzung in Kraftfahrzeugen und speziell für eine Induktionsmaschine einer Anlasser-Drehstromlichtmachine in einem Kraftfahrzeug. Eine weitere Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung besteht bei einem Windkraftgenerator.
Die Erfindung ist außerdem auf eine Induktionsmaschine mit einer elektronisch auswählbaren Anzahl von Polen anwendbar.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine minimale Ausstattung mit Sensor bei breitem konstanten Leistungsdrehzahlbereich einer ringgewickelten Anlasser-Drehstromlichtmachine als Induktionsmaschine (S/A) und speziell zur Spannungsregelung in der Generator-Betriebsart zu verwirklichen.
Eine weiteres Ziel der Erfindung ist es, magnetflussabtastende Spulen zu nutzen, um die Empfindlichkeit von Maschinenparametern und Berech­ nungsfehler zu reduzieren, indem eine Form der Regelung mit Rückführung bereitgestellt wird.
Darüber hinaus ist das Steuerverfahren auf ein System anwendbar, bei dem ein Wechselrichter genutzt wird, um einen Generator zu steuern, wobei die Drehzahl veränderlich ist und nicht geregelt wird. Im Falle einer Kraftfahrzeuganwendung ist die Drehzahl von der Drehzahl des Kraftfahrzeugmotors abhängig und wird somit nicht geregelt. Im Falle eines Windkraftgenerators ist die Drehzahl von der Geschwindigkeit des durch die Flügel des Windrades wehenden Windes abhängig, die ebenfalls nicht geregelt wird.
Letztlich ist die Regelung des Arbeitspunktes des Generators und speziell des Lastdrehmomentes, das der Generator auf die Kraftmaschine wie einem Verbrennungsmotor oder einem Windkraftgenerator aufbringt, mit der Erfindung möglich.
Diese und andere Ziele, Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch verschiedene Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators erfüllt werden, wie es unten beschrieben wird.
Die Erfindung wird zunächst durch ein Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators realisiert, indem nur die Magnetfluss abtastenden Spulen verwendet werden, ohne dass Stromsensoren oder Positions­ sensoren erforderlich sind. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
Messen eines Magnetflusses im Ständer des Generators unter Verwendung einer Vielzahl von den Magnetfluss abtastenden Spulen zur Bestimmung einer Größe und Position des Magnetflusses im Ständer;
Messen einer Gleichspannung eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter mit dem Generator funktionswirksam verbunden ist;
Vergleichen der gemessenen Größe des Magnetflusses im Ständer mit einem gewünschten Magnetfluss zur Bestimmung einer Fehlergröße des Magnetflusses, wobei die Magnetfluss-Fehlergröße in einen Magnetflussregler eingegeben wird;
Bestimmen einer Längsachsenspannung als Ausgangswert des Magnetflussreglers, um die Fehlergröße des Magnetflusses zu reduzieren;
Vergleichen einer gewünschten Spannung mit der gemessenen Gleichspannung zur Bestimmung einer Fehlergröße der Spannung, wobei die Spannungs-Fehlergröße in einen Spannungsregler eingegeben wird;
Bestimmen einer Querachsenspannung als Ausgangswert des Spannungsreglers, um die Fehlergröße der Spannung zu reduzieren; und
Umwandeln der Längsachsenspannung und der Querachsen-Spannung in Spannungen eines ortsfesten Bezugssystems unter Verwendung der Position des Magnetflusses im Ständer.
Die Erfindung wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators realisiert, indem Magnetfluss abtastende Spulen und Stromsensoren genutzt werden. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
Messen eines Magnetflusses im Ständer des Generators unter Verwendung einer Vielzahl von den Magnetfluss abtastenden Spulen zur Bestimmung von Größe und Position des Magnetflusses im Ständer;
Messen eines Stroms im Generator unter Verwendung von mehreren Stromsensoren; Messen einer Gleichspannung eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter mit dem Generator funktionswirksam verbunden ist;
Vergleichen der gemessenen Größe des Magnetflusses im Ständer mit einem gewünschten Magnetfluss zur Bestimmung einer Fehlergröße des Magnetflusses, wobei die Magnetfluss-Fehlergröße in einen Magnetflussregler eingegeben wird;
Bestimmen eines gewünschten Längsachsenstroms als Ausgangswert des Magnetflussreglers zur Reduzierung der Fehlergröße des Magnetflusses;
Vergleichen des gewünschten Längsachsenstroms mit dem gemessenen Strom zur Bestimmung einer Fehlergröße des Längsachsenstroms, wobei die Fehlergröße des Längsachsenstroms in den Längsachsen-Stromregler eingegeben wird;
Bestimmen einer Längsachsenspannung als Ausgangswert des Längsachsen-Stromreglers, um die Fehlergröße des Längsachsenstroms zu reduzieren; Vergleichen einer gewünschten Gleichspannung mit der gemessenen Gleichspannung zur Bestimmung eines Fehlerwertes der Spannung, wobei der Spannungs-Fehlerwert in einen Spannungsregler eingegeben wird;
Bestimmen einer Querachsenspannung, um von einer Drehmoment- Fehlergröße und einer Fehlergröße des Querachsenstroms zumindest eine zu reduzieren; und
Umwandeln der Längsachsenspannung und der Querachsenspannung in Spannungen eines ortsfesten Bezugssystems unter Verwendung der Position des Magnetflusses im Ständer.
Vor einer Bestimmung der oben erörterten Querachsenspannung ist es möglich, eine Fehlergröße des Drehmoments und eine Fehlergröße des Querachsenstroms zu bestimmen wie es nachstehend erörtert werden wird.
Es ist außerdem möglich, Größe und Position des Magnetflusses im Läufer anstelle von Größe und Position des Magnetflusses im Ständer zu verwenden, da die Größe und die Position des Magnetflusses im Läufer aus der Größe und der Position des Magnetflusses im Ständer berechnet werden kann.
Die Erfindungsvarianten werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf Ausführungsbeispiele noch klarer in Verbindung mit der Zeichnung bzw. Diagrammen. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Verfahrens zur Bestimmung der Spannung in der Längsachse und der Spannung in der Querachse für einen Induktionsgenerator nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 die schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Bestimmung der Spannung in der Längsachse und der Spannung in der Querachse für einen Induktionsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 die schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Bestimmung der Spannung in der Querachse für einen Induktionsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 die schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Bestimmung der Spannung in der Querachse für einen Induktionsgenerator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 die schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zur Bestimmung der Spannung in der Längsachse und der Spannung in der Querachse für einen Induktionsgenerator nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Steuerung eines Induktions­ generators mit einem Läufer und einem Ständer, der eine Vielzahl von Phasenwicklungen aufweist. Die Anzahl der Phasen entspricht oder ist größer als 3. Eine Anzahl von Magnetfluss abtastenden Spulen ist mit dem Induktionsgenerator funktionswirksam verbunden, um die Größe und Position des Magnetflusses im Ständer bereitzustellen. Ein Wechselrichter mit mehreren elektronischen Schaltern und eine Regelung werden ebenfalls mit dem Induktionsgenerator verwendet. Der Wechselrichter kann die gleiche Anzahl von Phasen wie der Induktionsgenerator aufweisen. Der Wechselrichter ist so angeschlossen, um die Phasenwicklungen selektiv unter Strom zu setzen. Ein programmierbarer Mikroprozessor wie ein digitaler Signalprozessor ist mit dem Wechselrichter funktionswirksam verbunden und enthält ein Programm, um die Steuerung des Induktionsgenerators durchzuführen.
In ein Ausführungsbeispiel ist ein Spannungsregelkreis einbezogen. In diesem Ausführungsbeispiel sind keine Sensoren zur Messung des Stroms erforderlich, da die Ströme nicht direkt geregelt werden. Statt dessen wird die Magnetfluss-Rückkopplung von Magnetfluss abtastenden Spulen erzielt, während die Spannungsrückkopplung eine Gleichspannung des Wechselrichters oder die in der Gleichstromleitung (Batterie) gemessene Spannung darstellt.
Ein weiterer Nutzen der Verwendung von Magnetfluss abtastenden Spulen ist die direkte Messung des Magnetflusses während einer Feldschwächung.
Dies kann zu einer verbesserten Leistungsfähigkeit der Drehstromlichtmaschine in Kraftfahrzeuganwendungen führen, was die Anforderung an eine exakte Modellierung von magnetischen Nichtlinearitäten der Maschine reduziert.
In Fig. 1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Zur Steuerung des Induktionsgenerators muß eine Längsachsenspannung und eine Querachsenspannung berechnet und in Spannungen des ortsfesten Bezugssystems umgeformt werden.
Die Größe und Position des Magnetflusses im Ständer des Generators λFB bzw. θλ, werden durch Verwendung einer Vielzahl von den Magnetfluss abtastenden Spulen (nicht gezeigt) bestimmt. Die Gleichspannung VDC (gemessen) des mit dem Generator funktionswirksam verbundenen Wechselrichters (nicht gezeigt) wird ebenfalls gemessen. Dann wird die Größe des Magnetflusses λFB im Ständer mit einem gewünschten Magnet­ fluss λ* verglichen, um eine Magneafluss-Fehlergröße Δλ zu bestimmen. Die Längsachsenspannung Vd* wird anschließend als Ausgangswert des Magnet­ flussreglers MR gewählt, um die Fehlergröße Δλ des Magnetflusses zu reduzieren.
In der Beschreibung sind durchweg verschiedene Verfahren der Regelung einschließlich der Verwendung eines Proportional-Integralreglers, eines Abtastreglers, eines Reglers mit Prädiktion, eines nichtlinearen Reglers und Typen von anderen, an sich bekannten Reglern in Erwägung gezogen. Außerdem wird in jedem Regelkreis der spezifische Fehlertyp (Magnetfluss, Spannung, Drehmoment oder Strom) vorzugsweise auf Null reduziert, um den gewünschten Ausgangswert zu erzielen, der in dem Steuerverfahren weiter genutzt wird.
Fig. 1 zeigt außerdem den grundlegenden Vorgang zur Bestimmung der Querachsenspannung Vq*. Eine gewünschte oder angewiesene Spannung VDC* wird zu Anfang mit der gemessenen Gleichspannung VFB verglichen, um eine Fehlergröße ΔV der Spannung zu bestimmen. Eine Möglichkeit, die gemessene Gleichspannung VFB zu erzielen, besteht darin, die am Wechselrichter gemessene, eingegebene Gleichspannung zu nutzen. Anschließend wird die Querachsenspannung Vq* als Ausgangswert des Spannungsreglers VR gewählt, um die Fehlergröße ΔV der Spannung zu reduzieren.
Sobald die Längsachsenspannung Vd* und die Querachsenspannung Vq*, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, erzielt sind, werden sie in Spannungen des ortsfesten Bezugssystems umgewandelt, indem die Position des Magnetflusses θλ im Ständer genutzt wird wie es an sich bekannt ist. Die Umwandlung in ortsfestes physikalisches Bezugssystem ist symbolisiert durch Kästchen U. Die Ausgangswerte für diese Umwandlung sind die jeweiligen Spannungen V1 bis Vn, wobei n die Anzahl der Phasen des Generators ist. Für einen Drehstromgenerator würden diese Spannungen V1, V2 und V3 (manchmal auch als Va, Vb und Vc bezeichnet) sein.
Die Fig. 2 bis 4 stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, bei dem die Längsachsenspannung Vd* und Querachsenspannung Vq* erzielt werden können, wenn den Magnetfluss abtastende Spulen und Stromsensoren in einer Kombination genutzt werden. In dieser Art der Realisierung der Erfindung ist die Ergänzung von Stromsen­ soren nicht erforderlich, da durch solche Sensoren zusätzliche Kosten entstehen; jedoch wird durch die Ergänzung von Stromsensoren den Schutz für das Systems etwas erhöht und die Leistungsfähigkeit des Systems verbessert.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren zur Erzielung der Längsachsenspannung Vd*, wenn Stromsensoren mit den Magnetfluss abtastenden Spulen ebenfalls in Kombination genutzt werden. Wie es in Fig. 2 gezeigt wird, werden Größe und Position des Magnetflusses λFB bzw. θλ im Ständer des Generators (nicht gezeigt) bestimmt, indem mehrere Magnetfluss abtastende Spulen genutzt werden. Die Größe des gemessenen Magnetflusses λFB im Ständer wird anschließend mit einem gewünschten Magnetfluss λ* verglichen, um eine Fehlergröße Δλ des Magnetflusses zu bestimmen. Der Längsachsenstrom Id* wird dann gewählt, um die Fehlergröße Δλ des Magnetflusses zu reduzieren. Der Längsachsenstrom Id* wird dann mit dem gemessenen Längsachsenstrom Id verglichen, um eine Fehlergröße ΔId des Längsachsenstroms zu bestimmen. Die Längsachsenspannung Vd* wird dann als Ausgangswert des Längsachsenstromreglers CR gewählt, um die Fehler­ größe ΔId des Längsachsenstroms zu reduzieren.
Die Fig. 2 bis 4 zeigen drei unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung der Querachsenspannung Vq*. Diese Verfahren können miteinander vertauscht werden. In Fig. 2 wird die gewünschte Gleichspannung VDC* am Anfang mit der gemessenen Gleichspannung VDC verglichen, um eine Fehlergröße ΔV der Spannung zu bestimmen. Die Fehlergröße ΔV der Spannung wird anschließend in einen Gleichspannungsregler DC VR eingegeben. Hier wird eine gewünschte Drehmomentgröße T* bestimmt, indem der Ausgangswert des Spannungsreglers durch die Geschwindigkeit ωe des Magnetflusses im Generator dividiert wird, um die Fehlergröße ΔV der Spannung zu reduzieren. Die gewünschte Drehmomentgröße T* wird dann mit der geschätzten Drehmomentgröße Tverglichen, um die Fehlergröße ΔT des Drehmoments zu bestimmen. Die Fehlergröße ΔT des Drehmoments wird anschließend in einen Drehmomentregler TR eingegeben. Die Querachsenspannung Vq* wird dann als Ausgangswert des Drehmomentreglers TR bestimmt, um die Fehlergröße ΔT des Drehmoments zu reduzieren. Sobald die Längsachsenspannung Vd* und die Querachsenspannung Vq* nach diesem Verfahren bestimmt sind, werden sie in Spannungen V1 bis Vn des ortsfesten Bezugssystems unter Verwendung der Position des Magnetflusses im Ständer umgewandelt wie es in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben ist.
In der Fig. 3 ist ein alternatives Verfahren zur Berechnung der Querachsen­ spannung Vq* beschrieben. In Fig. 3 wird die gewünschte Gleichspannung VDC* zu Anfang mit der gemessenen Gleichspannung VDC verglichen, um eine Fehlergröße ΔV der Spannung zu bestimmen. Die Fehlergröße ΔV der Spannung wird anschließend in einen Gleichspannungsregler DC VR eingegeben. Dann wird, wie zuvor beschrieben, eine gewünschte Drehmomentgröße T* bestimmt, um die Fehlergröße ΔV der Spannung zu reduzieren. Die gewünschte Drehmomentgröße T* wird anschließend mit einem Verstärkungsfaktor K genutzt, um die Größe des gewünschten Querachsenstroms Iq* zu berechnen. Ein Verfahren zur Berechnung der Verstärkung kann die Läuferinduktivität LR, die Gegeninduktivität Lm, den Magnetfluss λR im Läufer und die Anzahl der Polpaare pp. einbeziehen. Unter Verwendung dieser Parameter kann die Verstärkung berechnet werden durch:
K = (2/3pp).(LR/Lm).(1/λR)
Andere Verfahren zur Berechnung der Verstärkung sind bekannt und möglich und diese anderen Verfahren können in Verbindung mit diesem Ausführungs­ beispiel verwendet werden.
Nachdem die Größe des gewünschten Querachsenstroms Iq* bestimmt ist, wird sie mit dem gemessenen Querachsenstrom Iq verglichen, um eine Fehlergröße Δlq des Querachsenstroms zu bestimmen. Die Fehlergröße ΔIq des Querachsenstroms wird dann in einen Querachsenstromregler Q-CR eingegeben. Anschließend wird die Querachsenspannung Vq* als Ausgangswert des Querachsenstromreglers bestimmt, um die Fehlergröße ΔIq des Querachsenstroms zu reduzieren. Sobald die Querachsenspannung Vq* nach diesem Verfahren bestimmt ist, wird sie in Verbindung mit der in der oberen Hälfte von Fig. 2 bestimmten Längsachsenspannung Vd* genutzt. Beide Spannungen werden dann unter Verwendung der Position des Magnetflusses im Ständer wie oben beschrieben in Spannungen V1 bis Vn des ortsfesten Bezugssystems umgewandelt.
In der Fig. 4 ist ein weiteres alternatives Verfahren zur Berechnung der Quer­ achsenspannung Vq* beschrieben. In Fig. 4 wird die gewünschte Gleich­ spannung VDC* zu Anfang mit der gemessenen Gleichspannung VDC verglichen, um eine Fehlergröße ΔV der Spannung zu bestimmen. Die Fehlergröße ΔV der Spannung wird dann in einen Gleichspannungsregler DC VR eingegeben. Anschließend wird, wie zuvor beschrieben, eine gewünschte Drehmomentgröße T* bestimmt, um die Fehlergröße ΔV der Spannung zu reduzieren. Die gewünschte Drehmomentgröße T* wird dann mit einer geschätzten Drehmomentgröße T verglichen, um die Fehlergröße ΔV des Drehmoments zu bestimmen. Die Drehmoment-Fehlergröße ΔV wird anschließend in einen Drehmomentregler TR eingegeben.
Der gewünschte Querachsenstrom Iq* wird dann bestimmt, um die Fehlergröße ΔT des Drehmoments zu reduzieren. Nachdem die Größe des gewünschten Querachsenstroms Iq* bestimmt ist, wird sie mit dem gemessenen Querachsenstrom Iq verglichen, um eine Fehlergröße ΔIq des Querachsenstroms zu bestimmen. Die Fehlergröße ΔIq des Querachsenstroms wird anschließend in einen Querachsenstromregler Q-CR eingegeben. Die Querachsenspannung Vq* wird dann als Ausgangswert des Querachsenstromreglers bestimmt, um die Fehlergröße ΔIq des Querachsenstroms zu reduzieren. Sobald die Querachsenspannung Vq* nach diesem Verfahren bestimmt ist, wird sie in Verbindung mit der in der oberen Hälfte der Fig. 2 bestimmten Längsachsenspannung Vd* genutzt. Beide Spannungen werden anschließend in Spannungen V1 bis Vn des ortsfesten Bezugssystems unter Verwendung der Position des Magnetflusses im Ständer wie oben beschrieben umgewandelt.
Die in den Fig. 2 und 4 beschriebene Größe des geschätzten Drehmoments T kann unter Verwendung verschiedener Verfahren berechnet werden. Ein Verfahren zur Berechnung der Größe des geschätzten Drehmoments T kann die Läuferinduktivität LR, die Gegeninduktivität Lm, den Magnetfluss λR im Läufer, den gemessenen Strom Iq und die Anzahl der Polpaare pp. einbeziehen. Unter Verwendung dieser Parameter kann die Größe des geschätzten Drehmoments T berechnet werden durch:
T = (3/2).pp.(Lm/LR).λR.Iq
Es ist an sich bekannt, dass andere Verfahren zur Berechnung der Größe des geschätzten Drehmoments möglich sind und diese Verfahren in Verbindung mit diesem Ausführungsbeispiel verwendet werden können.
Fig. 5 veranschaulicht zusätzliche Verfahren zur Bestimmung der Längsachsenspannung Vd* und der Querachsenspannung Vq*. Dies ist eine Modifizierung des in Fig. 2 gezeigten Verfahrens, wobei die Elemente, welche die gleichen von Fig. 2 sind, wegen der Kürze nicht wieder beschrieben werden. Es ist außerdem möglich, die nachstehend beschriebene Schalt- und Abbildungsfunktion durch Bestimmung der Querachsenspannung Vq* mit den in Bezug auf die Fig. 3 und 4 dargestellten und beschriebenen Verfahren einzubeziehen.
In der Leitung der Längsachsenspannung kann ein Verfahren zur Bestimmung des gewünschten Magnetflusses λ* die Drehzahl der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors oder eines Winkraftgenerators (nicht gezeigt) nutzen, die mit einem Generator verbunden sind. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, wird die Drehzahl n in den gewünschten Magnetfluss abgebildet, der einer Drehzahl-Magnetflusskurve zugrunde gefegt ist. Es ist außerdem möglich, andere Drehzahlmessungen zum Beispiel die Drehzahl einer Generatorwelle zu nutzen. Diese erzeugt den gewünschten Magnetfluss λ* der anschließend mit dem gemessenen Magnetfluss λFB verglichen wird. Die restlichen Schritte zur Berechnung der gewünschten Längsachsenspannung sind oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.
Unter Berücksichtigung der Leitung der Querachsenspannung ist es möglich, einen Schalter S1 (Hardware- oder Softwareschalter) einzubeziehen, der aus­ gewählt werden kann, um den Ablauf des Steuerverfahrens in Abhängigkeit von einer gewünschten Betriebsart zu führen. Wenn sich der Schalter S1 in der Position 1 kontaktiert, arbeitet die Leitung der Querachsenspannung in einer Art und Weise wie es in Verbindung mit Fig. 2 oben beschrieben ist. Wenn sich der Schalter S1 in der Position 0, der dargestellten Stellung, befindet, umgeht das Steuersystem den Spannungsvergleich und die Schritte des Gleichspannungsreglers. Statt dessen nutzt das Verfahren das vom Generator gewünschte Wellendrehmoment Tshaft und berechnet in der Recheneinrichtung R das gewünschte elektromagnetische Drehmoment TEM* durch eine Interpolations-Abbildungsfunktion, die eine Kompensierung wegen der Drehmomentverluste im Generator einschließt. Es sind auch andere an sich bekannte Verfahren zur Berechnung des gewünschten elektromagnetischen Drehmoments TEM* aus dem gewünschten Drehmoment der Generatorwelle möglich. Das gewünschte elektromagnetische Drehmoment TEM* wird dann mit dem geschätzten Drehmoment verglichen, und das Verfahren setzt sich fort wie es oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde.
Dies ermöglicht eine Wahl der Spannungsregelung oder Drehmomentregelung auf dem Niveau des Systems speziell für den Fall einer integrierten Anlasser-Lichtmaschine.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Bezug auf einige Ausführungsbeispiele beschrieben, aber es ist klar, dass der Fachmann andere Varianten erkennt, die vom Umfang der Patentansprüche abgedeckt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Steuerung eines Induktionsgenerators mit den Schritten:
Messen eines Magnetflusses im Ständer des Generators unter Verwendung einer Vielzahl von den Magnetfluss abtastenden Spulen zur Bestimmung von Größe und Position des Magnetflusses im Ständer;
Messen einer Gleichspannung eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter mit dem Generator funktionswirksam verbunden ist;
Vergleichen der gemessenen Größe des Magnetflusses im Ständer mit einem gewünschten Magnetfluss zur Bestimmung einer Fehlergröße des Magnetflusses, wobei die Magnetfluss-Fehlergröße in einen Magnetfluss- Regler eingegeben wird;
Bestimmen einer Längsachsenspannung, um die Fehlergröße des Magnetflusses zu reduzieren;
Vergleichen einer gewünschten Spannung mit der gemessenen Gleichspannung zur Bestimmung einer Fehlergröße der Spannung, wobei die Spannungs-Fehlergröße in einen Spannungsregler eingegeben wird;
Bestimmen einer Querachsenspannung, um die Spannungs-Fehlergröße zu reduzieren; und
Umwandeln der Längsachsenspannung und der Querachsenspannung zu Spannungen im ortsfesten Bezugssystem unter Verwendung der Position des Magnetflusses im Ständer.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Berechnens der Größe und Position eines Magnetflusses im Läufer aus dem Magnetfluss im Ständer;
Vergleichen des Magnetflusses im Ständer und/oder des Magnetflusses im Läufer zur Bestimmung einer Fehlergröße des Magnetflusses und
beim Umwandeln Verwenden der Position des Magnetflusses im Ständer und der Position des Magnetflusses im Läufer.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Reduzierung der Magnetfluss-Fehlergröße auf Null in dem Schritt der Bestimmung einer Längsachsenspannung und/oder der Verfahrensschritt der Reduzierung der Fehlergröße der Spannung auf Null in dem Schritt der Bestimmung einer Querachsenspannung angewendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die zusätzlichen Schritte:
Messen eines Stroms im Generator unter Verwendung einer Vielzahl von Stromsensoren;
Bestimmen eines gewünschten Längsachsenstroms, um die Magnetfluss- Fehlergröße zu reduzieren;
Vergleichen des gewünschten Längsachsenstroms mit dem gemessenen Strom zur Bestimmung einer Fehlergröße des Längsachsenstroms, wobei die Längsachsenstrom-Fehlergröße in einen Längsachsenstromregler eingegeben wird; und die alternativen Schritte
Bestimmen einer Längsachsenspannung, um die Fehlergröße des Längsachsenstroms zu reduzieren;
Bestimmen einer Querachsenspannung, um die Drehmoment- Fehlergröße und/oder die Querachsenstrom-Fehlergröße zu reduzieren.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmen einer gewünschten Drehmomentgröße, um die Fehlergröße der Spannung zu reduzieren;
Vergleichen der gewünschten Drehmomentgröße mit einer geschätzten Drehmomentgröße zur Bestimmung einer Fehlergröße des Drehmoments,
wobei die Drehmoment-Fehlergröße in einen Drehmomentregler eingegeben wird; und in dem der Schritt zur Bestimmung der Querachsenspannung die Drehmoment-Fehlergröße reduziert.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmen einer gewünschten Drehmomentgröße als Ausgangswert des Spannungsreglers, um die Fehlergröße der Spannung zu reduzieren;
Berechnen einer gewünschten Größe des Querachsenstroms aus der gewünschten Drehmomentgröße,
Vergleichen der gewünschten Größe des Querachsenstroms mit einer gemessenen Größe des Querachsenstroms zur Bestimmung einer Fehlergröße des Querachsenstroms, wobei die Querachsenstrom- Fehlergröße in einen Querachsenstromregler eingegeben wird; und
bei dem der Schritt zur Bestimmung der Querachsenspannung die Fehlergröße des Querachsenstroms reduziert.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmen einer gewünschten Drehmomentgröße, um die Spannungs- Fehlergröße zu reduzieren;
Vergleichen der gewünschten Drehmomentgröße mit einer geschätzten Drehmomentgröße zur Bestimmung der Fehlergröße des Drehmoments,
wobei die Drehmoment-Fehlergröße in einen Drehmomentregler eingegeben wird;
Bestimmen einer gewünschten Querachsenstromgröße zur Reduzierung der Fehlergröße des Drehmoments;
Vergleichen der gewünschten Querachsenstromgröße mit einer gemessenen Querachsenstromgröße zur Bestimmung der Fehlergröße des Querachsenstroms, wobei die Querachsenstromgröße in einen Querachsenstromregler eingegeben wird; und
bei dem der Schritt zur Bestimmung der Querachsenspannung die Fehlergröße des Querachsenstroms reduziert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
Bestimmen der gewünschten Drehmomentgröße durch Schalten zwischen den Schritten
  • a) Vergleichen einer gewünschten Gleichspannung mit der gemessenen Gleichspannung zur Festlegung einer Spannungs-Fehlergröße und Bestimmen einer gewünschten Drehmomentgröße als Ausgangswert des Spannungsreglers, um die Spannungs-Fehlergröße zu reduzieren und
  • b) Bestimmen der gewünschten Drehmomentgröße, indem eine gewünschte Drehmomentgröße der Generatorwelle erzielt wird und Umwandeln der Drehmomentgröße der Generatorwelle in die gewünschte Drehmomentgröße durch eine Abbildungsfunktion.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Messens einer Gleichspannung das Messen einer Batteriegleichspannung umfasst.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Steuerung eines ringförmig gewickelten Generators umfasst.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Regelung einer Längsachsenspannung und der Regelung einer Querachsenspannung die Verwendung eines Proportional-Integralreglers einschließt.
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