DE102004057869A1 - Verfahren zur Strommessung mit einem Shunt und Vorrichtung zur Strommessung - Google Patents

Verfahren zur Strommessung mit einem Shunt und Vorrichtung zur Strommessung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms (I¶A¶, I¶B¶, I¶C¶) bei einer elektrischen Maschine (10) mit einer Maschinensteuervorrichtung (12), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere jeweils einer Phase zugeordnete Schaltanordnungen (14) mit jeweils mindestens einem Schaltelement (16), wobei die Maschinensteuervorrichtung (12) mittels Betriebsschaltvorgängen die Schaltanordnungen (14) derart schaltet, dass zumindest zeitweise mindestens ein Phasenstrom (I¶A¶, I¶B¶, I¶C¶) zur Maschine (10) geleitet wird, um den Betrieb der Maschine (10) zu bewirken, wobei neben den den Betrieb der Maschine (10) bewirkenden Betriebsschaltvorgängen mindestens ein weiterer der Bestimmung des Phasenstroms dienender Messschaltvorgang mittels mindestens einer Schaltanordnung (14) durchgeführt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms (I¶A¶, I¶B¶, I¶C¶) bei einer elektrischen Maschine (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms bei einer elektrischen Maschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • Stand der Technik
  • Beim Betrieb von elektrischen Maschinen ist es oftmals gewünscht oder erforderlich, mindestens einen Phasenstrom zu bestimmen. Dies gilt insbesondere für Anwendungen in der Kraftfahrzeugtechnik, bei denen eine elektrische Maschine getaktet angesteuert wird, bevorzugt mittels einer pulsweitenmodulierten (PWM-) Spannung. Die Information über den mindestens einen Phasenstrom dient als ein Eingabeparameter in Steuerungs- oder Regelungskreise, die beispielsweise einer Überwachung oder einer Abschaltung bei Überschreitung eines Grenzwerts dienen. Zur Messung des Phasenstroms ist es bekannt, einen niederohmigen Strommessshunt (Shunt) einzusetzen, der im Stromkreis des Phasenstroms angeordnet ist. Die über den Shunt abfallende Spannung ist proportional zum Phasenstrom und wird über entsprechende Kontakte abgegriffen. Das Signal dieses Spannungsabfalls wird weiterverarbeitet (beispielsweise verstärkt oder digitalisiert) und ausgewertet. Für das Anwendungsbeispiel einer dreiphasigen Maschine ergibt sich, dass stets mindestens zwei Phasenströme bestimmt werden müssen – der dritte Strom ergibt sich unmittelbar aus den zwei bekannten Strömen. Um dies zu realisieren, muss ein Shunt in jeder Phase der elektrischen Maschine angeordnet sein. Im Zusammenspiel mit den benötigten Vorrichtungen zur Signalaufbereitung, entstehen durch diese Lösung hohe Kosten und ein großer Platzbedarf. Zudem ist es bekannt, mit Hilfe eines digitalen Signalprozessors (DSP) die Phasenströme mit genau einem Shunt zu messen, der in der Zusammenführung der Phasen angeordnet ist (Application note von Texas Instruments, Three Phase Current Measurements Using a Single Line Resistor on the TMS320F240, Literature number: BPRA077, May 1998). Das Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Messung asynchron mit der Taktperiode ist. Der Zeitpunkt der Messung muss für jede Taktperiode neu berechnet werden, und die Tastverhältnisse müssen auf sehr komplizierte Weise angepasst beziehungsweise korrigiert werden. Dadurch entsteht -alleine aufgrund der Strommessung- ein hoher Rechenaufwand, der sich nur mit spezialisierten Mikrocontrollern, insbesondere dem vorgeschlagenen digitalen Signalprozessor, bewältigen lässt. Es verbleibt daher, insbesondere für Anwendungen in der Kraftfahrzeugtechnik, der Wunsch nach einer einfacheren und kostengünstigeren Lösung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Für ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms bei einer elektrischen Maschine mit einer Maschinensteuervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere jeweils einer Phase zugeordnete Schaltanordnungen mit jeweils mindestens einem Schaltelement, wobei die Maschinensteuervorrichtung mittels Betriebsschaltvorgängen die Schaltanordnungen derart schaltet, dass zumindest zeitweise mindestens ein Phasenstrom zur Maschine geleitet wird, um den Betrieb der Maschine zu bewirken, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass neben den den Betrieb der Maschine bewirkenden Betriebsschaltvorgängen mindestens ein weiterer der Bestimmung des Phasenstroms dienender Messschaltvorgang mittels mindestens einer der Schaltanordnungen durchgeführt wird. Die Maschinensteuervorrichtung schaltet also eine der Maschine zugeordnete Spannungsquelle mittels der Schaltanordnungen derart auf die einzelnen Phasen der Maschine, dass der Betrieb der Maschine bewirkt wird. (Das gleiche Prinzip gilt analog auch für einen Generatorbetrieb, wenn durch eine äußere Krafteinwirkung Ströme in den Wicklungen der Maschine induziert werden.) Um nun die Phasenstrommessung durchzuführen, wird mittels mindestens einer Schaltanordnung ein Messschaltvorgang durchgeführt. Das heißt, zur Phasenstrommessung stehen nicht nur die bekannten Betriebsschaltvorgänge und Schaltzustände zur Verfügung, sondern es wird ein zusätzlicher Messschaltvorgang erzeugt. Es entsteht dadurch eine besondere Flexibilität hinsichtlich der zeitlichen Positionierung der Phasenstrommessung.
  • Vorteilhafterweise wird der Messschaltvorgang durchgeführt, wenn die Schaltzustände der Schaltanordnungen gleich sind. Dabei wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der Schaltzustand jeder einzelnen Schaltanordnung betrachtet. Stimmen die einzelnen Schaltzustände der einzelnen Schaltanordnungen überein, so ist dies dahingehend zu verstehen, dass die Schaltzustände der Schaltanordnungen gleich sind. Weisen die Schaltanordnungen mehrere Schaltelemente auf, so ist der Schaltzustand hinsichtlich der Gesamtheit der Schaltzustände der einzelnen Schaltelemente zu berücksichtigen. Für das Beispiel einer Schaltanordnung mit zwei binären Schaltelementen bedeutet dies, dass die Schaltanordnung insgesamt vier mögliche Schaltzustände haben kann: 00, 01, 10 und 11. Für den bereits genannten mehrphasigen Motor bedeutet die Gleichheit der Schaltzustände der Schaltanordnungen, dass der Motor nicht bestromt wird. Unter dem Begriff „nicht bestromt" soll verstanden werden, dass zwar innerhalb des Motors ein Strom fließen kann, aber kein Strom zur oder von der Spannungsquelle fließt. Die Zeitdauer eines Schaltzustands, in dem die Maschine nicht bestromt wird, ist in der Regel länger als die Zeitdauern, in denen die Maschine bestromt wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der Messschaltvorgang jedes Mal durchgeführt werden kann, wenn die Schaltzustände der Schaltanordnungen gleich sind, dass aber nicht jeder Zeitpunkt gleicher Schaltzustände genutzt werden muss.
  • Es ist vorteilhaft, wenn der Messschaltvorgang in der Mitte der Zeitdauer des Schaltzustands durchgeführt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Messschaltvorgang sich nicht oder möglichst wenig auf die Betriebsschaltvorgänge auswirkt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Messschaltvorgang während eines eine maximale Zeitdauer aufweisenden Schaltzustands aller Schaltanordnungen durchgeführt. Dadurch verbleibt auch bei einer Implementierung mit schnell wechselnden Schaltzuständen ausreichend Zeit für die Durchführung der Phasenstrommessung.
  • Vorteilhafterweise wird der Messschaltvorgang während eines eine minimale Zeitdauer aufweisenden Schaltzustands aller Schaltanordnungen durchgeführt. Dadurch verbleibt zeitlich genügend Raum, mögliche Kompensationsschritte durchzuführen. Diese Kompensationsschritte werden nachfolgend noch näher erläutert.
  • Mit Vorteil dauert der Messschaltvorgang nur für die der Bestimmung des Phasenstroms dienende Messdauer an. Da der Messschaltvorgang eine Veränderung hinsichtlich der Schaltvorgänge bewirkt, stellt sich auch eine gewisse Änderung des Betriebsverhaltens der elektrischen Maschine ein. Daher sollte die zur Durchführung des Messschaltvorgangs bewirkte Änderung nur solange andauern, wie dies zur Bestimmung des Phasenstroms erforderlich ist.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird mindestens ein Schaltzeitpunkt mindestens eines der Schaltvorgänge angepasst, um den Messschaltvorgang zu kompensieren. Dies bedeutet insbesondere, dass wenn durch den Messschaltvorgang ein zusätzlicher Strom durch die Maschine geflossen ist, dieser Strom durch ein früheres Abschalten oder ein späteres Einschalten dieses Stroms zu einem anderen Zeitpunkt kompensiert wird. Dadurch lassen sich die Auswirkungen des Messschaltvorgangs auf den Betrieb der Maschine reduzieren oder eliminieren.
  • Vorteilhafterweise bleibt die Periode der Schaltvorgänge (zum Beispiel die Taktperiode) bei der Kompensation unverändert. Dies reduziert den Aufwand einer Kompensation, insbesondere bei einer PWM-Ansteuerung der Maschine.
  • Bevorzugt wird der Messschaltvorgang als zeitweises Invertieren des Schaltzustands mindestens einer der Schaltanordnungen durchgeführt.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms bei einer elektrischen Maschine mit einer Maschinensteuervorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere jeweils einer Phase zugeordnete Schaltanordnungen mit jeweils mindestens einem Schaltelement, wobei die Maschinensteuervorrichtung mittels Betriebsschaltvorgängen die Schaltanordnungen derart schaltet, dass zumindest zeitweise mindestens ein Phasenstrom zur Maschine geleitet wird, um den Betrieb der Maschine zu bewirken, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung aufweist und eine neben den den Betrieb der Maschine bewirkenden Betriebsschaltvorgängen mindestens einen der Bestimmung des Phasenstroms dienenden Messschaltvorgang durchführende Messschaltvorrichtung vorgesehen ist.
  • Es ist vorteilhaft, wenn ein Messelement der Messeinrichtung in einer Zusammenführung aller Phasen angeordnet ist. Es ist demnach nicht mehr erforderlich, Messelemente für jede Phase vorzusehen.
  • Vorteilhafterweise weist die Messeinrichtung einen Messwiderstand, insbesondere einen Shunt, auf. Dadurch lässt sich die Messeinrichtung preiswert gestalten.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Schaltanordnungen jeweils zwei Schaltelemente auf. Diese Schaltelemente sind dabei bevorzugt als Halbleiterschaltelemente, insbesondere Transistoren, ausgebildet. Dabei sind die Schaltelemente insbesondere in Reihe angeordnet, wobei zwischen den Schaltelementen ein Abzweig in eine Phase der elektrischen Maschine angeordnet ist. Im Zusammenspiel mit mindestens einer weiteren Schaltanordnung lassen sich so eine oder mehrere Brückenschaltungen realisieren, mittels derer die gewünschte Bestromung der Maschine bewirkt wird.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wechseln die Schaltelemente ihre Schaltzustände gegenläufig zueinander. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der zugeführte Strom stets durch die Wicklungen der Maschine fließt, und nicht aufgrund einer durchgeschalteten Schaltanordnung ein Kurzschluss entsteht. Es können dabei zudem sogenannte Totzeiten vorgesehen werden, die bei einem Wechsel des Schaltzustands verhindern, dass das eine Schaltelement durchschaltet, insbesondere als Transistor leitend wird, bevor das andere Schaltelement öffnet, insbesondere als Transistor sperrt. Dadurch wird verhindert, dass kurzzeitig ein Kurzschlussstrom entsteht.
  • Bevorzugt ist die elektrische Maschine ein Wechselstrommotor.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Wechselstrommotor in Sternschaltung ausgebildet ist.
  • Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen
  • 1 eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms,
  • 2 eine Detailansicht der Vorrichtung gemäß 1,
  • 3 zeitlicher Ablauf der Schaltvorgänge für ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms,
  • 4 eine erste Variante zur Erzeugung der benötigten Schaltsignale und
  • 5 eine zweite Variante zur Erzeugung der benötigten Schaltsignale.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms IA, IB, IC bei einer elektrischen Maschine 10 mit einer Maschinensteuervorrichtung 12 aufweisend mehrere jeweils einer Phase zugeordnete Schaltanordnungen 14 mit jeweils zwei Schaltelementen 16. Die elektrische Maschine 10 ist hier als Wechselstrommotor 11 in Sternschaltung ausgebildet. In jeder Schaltanordnung 14 ist ein Schaltelement 16 als High-Side-Schaltelement 18 einem positiven Spannungspotential einer Spannungsquelle 20 zugeordnet und das andere Schaltelement 16 als Low-Side-Schaltelement 22 einem negativen Potential der Spannungsquelle 20 zugeordnet. Parallel zur Spannungsquelle 20 ist ein Elektrolytkondensator 24 geschaltet. Zwischen dem High-Side-Schaltelement 18 und dem Low-Side-Schaltelement 22 ist jeweils ein Abzweig 26 angeordnet, an den jeweils eine Motorwicklung 28 angeschlossen ist. Die Schaltanordnungen 14 werden von der Maschinensteuervorrich tung 12 mittels Betriebsschaltvorgängen derart geschaltet, dass zumindest zeitweise mindestens ein Phasenstrom IA, IB, IC zur Maschine 10 geleitet wird, um den Betrieb der Maschine 10 zu bewirken. Die Schaltelemente 16 jeder Schaltanordnung 14 werden dabei gegenläufig zueinander geschaltet, das heißt es ist stets eines der Schaltelemente 16 geöffnet, um das Auftreten eines Kurzschlussstroms durch eine Schaltanordnung 14 zu verhindern.
  • In der Zusammenführungsleitung 30 ist ein Messelement 32 einer Messeinrichtung 34 angeordnet. Das Messelement 32 ist hier als Messwiderstand (Shunt) 36 ausgeführt. Die Messeinrichtung 34 greift den Spannungsabfall über den Shunt 36 ab und ermittelt daraus den durch die Zusammenführungsleitung 30 fließenden Strom. Der Maschinensteuervorrichtung 12 und der Messeinrichtung 34 sind eine Messschaltvorrichtung 38 zugeordnet. Während die Maschinensteuervorrichtung 12 die den Betrieb der Maschine bewirkenden Betriebsschaltvorgänge steuert oder regelt, dient die Messschaltvorrichtung 38 der Ausführung eines zusätzlichen Messschaltvorgangs. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die genannten Komponenten zwar einzeln dargestellt sind, dass diese aber selbstverständlich auch teil- beziehungsweise vollintegriert sein können.
  • Während des Betriebs stellt sich das Zusammenspiel zwischen Maschinensteuervorrichtung 12 und Messschaltvorrichtung 38 wie folgt dar. Die Maschinensteuervorrichtung 12 löst in den Schaltanordnungen 14 Schaltvorgänge aus, die den gewünschten Betrieb der elektrischen Maschine 10 bewirken. Um nun die Messung eines Phasenstroms IA, IB, IC durchzuführen, wird zunächst von der Messschaltvorrichtung 38 der gewünschte Zeitpunkt der Messung ermittelt. Die dazu benötigte Information kann auf einfache Weise direkt von der Maschinensteuervorrichtung 12 bereitgestellt werden. Soll die Strommessung vorgenommen werden, das heißt der Messschaltvorgang durchgeführt werden, sendet die Messschaltvorrichtung 38 ein Signal an die Maschinensteuervorrichtung 12. Aufgrund dieses Signals führt die Maschinensteuervorrichtung 12 einen Schaltvorgang in mindestens einer der Schaltanordnungen 14 durch. Wie später noch näher erläutert wird, führt dies dazu, dass in der Zusammenführungsleitung 30 ein Strom fließt, der einen unmittelbaren Rückschluss auf einen der Phasenströme IA, IB, IC ermöglicht. Während des Messschaltvorgangs sendet die Messschaltvorrichtung 38 ein Signal an die Messeinrichtung 34 zur Strommessung beziehungsweise fragt einen ermittelten Strommesswert ab. Der Messschaltvorgang wird dann beendet, indem die für den Messschaltvorgang erfolgte Schaltzustandsänderung in der mindestens einen Schaltanordnung rückgängig gemacht wird. Das heißt, nach Beendigung des Messschaltvorgangs sind die Schaltzustände aller Schaltanordnungen wieder so, wie unmittelbar vor dem Einleiten des Messschaltvorgangs.
  • Anhand der 2, die einen Detailausschnitt aus der 1 darstellt, sollen nun die Betriebsschaltvorgänge näher erläutert werden, die von der Maschinensteuervorrichtung 12 ausgelöst werden. Die High-Side-Elemente 18 der Schaltelemente 14 sind hier die Transistoren T1, T3, T5 und die Low-Side-Schaltelemente 22 sind die Transistoren T2, T4, T6. Ausgehend von einem Zustand, in dem die Transistoren T1, T3, T5 sperrend und die Transistoren T2, T4, T6 leitend geschaltet sind, das heißt es fließt kein Strom durch die elektrische Maschine 10, ist in diesem Ausführungsbeispiel folgende Schaltreihenfolge vorgesehen, wobei jeweils die Schaltzustände der nicht genannten Transistoren unverändert bleiben:
    S1: T5 leitend und T6 sperrend
    S2: T3 leitend und T4 sperrend
    S3: T1 leitend und T2 sperrend
    S4: T1 sperrend und T2 leitend
    S5: T3 sperrend und T4 leitend
    S6: T5 sperrend und T6 leitend
    S7: Wiederholung ab S1
  • Da die Summe aller Ströme in der elektrischen Maschine 10 null ist, ergibt sich die Beziehung IA + IB + IC = 0. Dadurch lassen sich hinsichtlich der Phasenströme IA, IB, IC -es werden nach wie vor nur die Betriebsschaltvorgänge betrachtet- aufgrund des in der Zusammenführungsleitung 30 fließenden Stroms IM folgende Rückschlüsse ziehen:
    S1: IM = IC
    S2: IM = IB + IC = -IA
    S3: IM = 0, das heißt keine Aussage möglich
    S4: IM = IB + IC = -IA
    S5: IM = IC
    S6: IM = 0, das heißt keine Aussage möglich.
  • Da die Schaltzustände S1, S2, S4, S5 in der Regel wesentlich kürzer sind als die Schaltzustände S3, S6 bedeutet dies, dass sich die Messungen der Phasenströme IA, IB, IC nur in sehr kleinen Zeitfenstern durchführen lässt, wobei die Zeitfenster oftmals so klein sind, dass eine zuverlässige Messung gar nicht möglich ist.
  • An dieser Stelle kommen nun die erfindungsgemäßen Messschaltvorgänge hinzu, die anhand der 3 näher erläutert werden.
  • In der 3 sind die zeitlichen Verläufe der Schaltzustände der Transistoren T1 bis T6 als Ausführungsbeispiel dargestellt, wenn sowohl Betriebsschaltvorgänge als auch Messschaltvorgänge durchgeführt werden. Die Abszisse ist eine Zeitachse, und der jeweilige Schaltzustand ist entlang der Ordinate abzulesen. Dabei bedeutet ein niedriger Wert (erster Pegel), dass der jeweilige Transistor sperrt, während ein hoher Wert (zweiter Pegel) ein Leiten des Transistors anzeigt. Anhand einer zusätzlichen dünnen Linie wird angedeutet, wie sich der zur 2 beschriebene Verlauf ergeben würde, also ohne Messschaltvorgänge. Für die Erläuterungen sei angenommen, dass ein Ein- beziehungsweise Abschalten der Transistoren einer Schaltanordnung 14 tatsächlich zeitgleich erfolgen kann, ohne einen Kurzschlussstrom auszulösen, das heißt die zuvor erwähnten Totzeiten werden hier nicht betrachtet. Selbstverständlich kann deren Berücksichtigung in bekannter Weise durch ein Versetzen der jeweiligen Schaltflanken erfolgen. Anhand der Schaltvorgänge der Transistoren T1 und T2 zu den Zeitpunkten t1, t2, t3, t4 wird nun das Prinzip der Phasenstrommessung erläutert. Zum Zeitpunkt t = 0 sperrt Transistor T1 und leitet Transistor T2 bis zum Zeitpunkt t1, an dem Transistor T1 leitend und Transistor T2 sperrend geschaltet werden. Im Hinblick auf die zuvor zur 2 dargestellten Schaltzustände der gesamten Anordnung, liegt nun der Schaltzustand S3 vor. Zum Zeitpunkt t2 wird nun der Messschaltvorgang eingeleitet. Dazu werden die Schaltzustände der Transistoren T1, T2 invertiert, das heißt T1 wird sperrend und T2 leitend geschaltet. Dadurch stellt sich die Situation ein, dass der Phasenstrom IA zur elektrischen Maschine 10 fließt, von dort wieder als -IB -IC = IA herausfließt und schließlich in der Zusammenführungsleitung 30 mündet. Der Phasenstrom IA kann dort mittels der Messvorrichtung 34 ermittelt werden. Im Hinblick auf das Ende des Messvorgangs zum Zeitpunkt t3, wird die Strommessung in der zeitlichen Mitte zwischen dem Zeitpunkt t2 und dem Zeitpunkt t3, das heißt in der Mitte des Messschaltvorgangs, durchgeführt. Der Zeitpunkt der Strommessung ist mittels der gestrichelten Linie angedeutet. Der Messschaltvorgang liegt in der Mitte der Zeitdauer des Schaltzustands S3, das heißt in der zeitlichen Mitte der Zeitpunkte t1 und t4. Die Zeitdauer des Messschaltvorgangs wird so kurz wie möglich gehalten, um die Auswirkungen auf den Betrieb der elektrischen Maschine 10 und gegebenenfalls die notwendige Kompensation so gering wie möglich zu halten.
  • Im Vergleich zu dem mit der dünnen Linie dargestellten Verlauf, das heißt ohne einen Messschaltvorgang, ist zu erkennen, dass der Schaltvorgang zum Zeitpunkt t1 bei Durchführung des Messschaltvorgangs etwas früher erfolgt und der Schaltvorgang zum Zeitpunkt t4 etwas später erfolgt. Das heißt, der Schaltzustand S3, in dem die elektrische Maschine 10 nicht von Strom durchflossen ist, wird etwas früher eingeleitet und etwas später beendet. Diese Verschiebungen der Schaltzeitpunkte dienen der Kompensation des Messschaltvorgangs. Während des Messschaltvorgangs fließt ein zusätzlicher Strom durch die elektrische Maschine 10, der aber für den Betrieb der Maschine 10 nicht erforderlich ist, ja sogar die Effizienz des Betriebs verringern könnte. Dieser zusätzliche Stromfluss wird dadurch kompensiert, dass der Stromfluss durch die Verschiebung der Schaltvorgänge an anderer Stelle unterdrückt wird. Es ist dabei zu erkennen, dass die Fläche 40, die sich während des Messschaltvorgangs im Vergleich zu der dünnen Linie ergibt, in etwa gleich ist, wie die Summe der Flächen 42,40, die sich aufgrund der Verschiebung der Schaltzeitpunkte t1, t4 ergeben. Zum Zeitpunkt tA wird der Phasenstrom IA bestimmt. War bereits im Vorfeld der Phasenstrom IB bestimmt worden und insbesondere in einer Speichervorrichtung zwischengespeichert worden, so ergibt sich auch unmittelbar der Phasenstrom IC = -IA-IB.
  • Wie anhand der 3 zu erkennen ist, wird im weiteren Verlauf nun ein Messschaltvorgang mittels der Transistoren T3, T4 durchgeführt. Dabei lassen sich die vorstehend gemachten Erläuterungen analog anwenden. Zum Zeitpunkt tB wird demnach der Phasenstrom IB bestimmt. Wurde der Phasenstrom IA zwischengespeichert, so ergibt sich wiederum der Phasenstrom IC = -IA-IB.
  • In diesem Ausführungsbeispiel werden die Messschaltvorgänge immer zum gleichen Zeitpunkt in der Taktperiode durchgeführt, sodass der Messzeitpunkt synchron zur PWM-Periode ist. Dies vereinfacht die Auswertung. Es wurde dabei erkannt, dass die Auswirkung der Messschaltvorgänge auf das Tastverhältnis -insbesondere bei Sinusbestromung- leicht kompensiert werden kann, wenn das ursprüngliche Tastverhältnis zwischen der Zeitdauer des Messschaltvorgangs und der Differenz aus Taktperiodendauer und Zeitdauer des Messschaltvorgangs liegt.
  • In den 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele dargestellt, wie sich auf einfache Weise die Signale für die benötigten Schaltvorgänge erzeugen lassen, hier am Beispiel der Schaltsignale für die Transistoren T1 und T2. Dabei sind in jeder Figur zunächst die resultierenden Signale für die Transistoren T1 und T2 dargestellt, wobei sich das Signal für den Transistor T1 aus den Signalen T1a und T1b ergibt und das Signal für den Transistor T2 auf T2a und T2b. Für das Ausführungsbeispiel der 4 erfolgt die Signalgenerierung mittels
    T1 = T1a UND T1b, T2 = T2a ODER T2b,
    und für die 5 mittels
    T1 = T1a XOR T1b, T2 = T2a XOR T2b.
  • Im Ausführungsbeispiel der 5 ist zudem aufgezeigt, wie eine Implementierung einer Totzeit integriert werden kann. In den gezeigten Ausführungsbeispielen werden die Effekte der Messschaltvorgänge auf das Tastverhältnis kompensiert. Dabei sind die Zeiten, in denen die Transistoren T1 beziehungsweise T2 eingeschaltet sind, die gewünschten Taktverhältnisse, wie sie zum Beispiel von einem Regler oder einer Steuerung berechnet werden. Die Signale T1a, T1b beziehungsweise T2a, T2b können dann beispielsweise in einem Mikroprozessor oder außerhalb eines Mikroprozessors mit einer passenden Logikverknüpfung gebildet werden.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms (IA, IB, IC) bei einer elektrischen Maschine (10) mit einer Maschinensteuervorrichtung (12), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere jeweils einer Phase zugeordnete Schaltanordnungen (14) mit jeweils mindestens einem Schaltelement (16), wobei die Maschinensteuervorrichtung (12) mittels Betriebsschaltvorgängen die Schaltanordnungen (14) derart schaltet, dass zumindest zeitweise mindestens ein Phasenstrom (IA, IB, Ic) zur Maschine (10) geleitet wird, um den Betrieb der Maschine (10) zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass neben den den Betrieb der Maschine (10) bewirkenden Betriebsschaltvorgängen mindestens ein weiterer der Bestimmung des Phasenstroms dienender Messschaltvorgang mittels mindestens einer der Schaltanordnungen (14) durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschaltvorgang durchgeführt wird, wenn die Schaltzustände der Schaltanordnungen (14) gleich sind.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschaltvorgang in der Mitte der Zeitdauer des Schaltzustands durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschaltvorgang während eines eine maximale Zeitdauer aufweisenden Schaltzustands aller Schaltanordnungen (14) durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschaltvorgang während eines eine minimale Zeitdauer aufweisenden Schaltzustands aller Schaltanordnungen (14) durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschaltvorgang nur für die der Bestimmung des Phasenstroms dienende Messdauer andauert.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaltzeitpunkt mindestens eines der Schaltvorgänge angepasst wird, um den Messschaltvorgang zu kompensieren.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode der Schaltvorgänge bei der Kompensation unverändert bleibt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messschaltvorgang als zeitweises Invertieren des Schaltzustands mindestens einer der Schaltanordnungen (14) durchgeführt wird.
  10. Vorrichtung (1) zur Bestimmung mindestens eines Phasenstroms (IA, IB, Ic) bei einer elektrischen Maschine (10) mit einer Maschinensteuervorrichtung (12), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend mehrere jeweils einer Phase zugeordnete Schaltanordnungen (14) mit jeweils mindestens einem Schaltelement (16), wobei die Maschinensteuervorrichtung (12) mittels Betriebsschaltvorgängen die Schaltanordnungen (14) derart schaltet, dass zumindest zeitweise mindestens ein Phasenstrom (IA, IB, Ic) zur Maschine (10) geleitet wird, um den Betrieb der Maschine (10) zu bewirken, wobei die Vorrichtung (1) eine Messeinrichtung (34) aufweist, gekennzeichnet durch eine neben den den Betrieb der Maschine (10) bewirkenden Betriebsschaltvorgängen mindestens einen der Bestimmung des Phasenstroms dienenden Messschaltvorgang durchführende Messschaltvorrichtung (38).
  11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messelement (32) der Messeinrichtung (34) in einer Zusammenführungsleitung (30) aller Phasen angeordnet ist.
  12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (34) einen Messwiderstand (36), insbesondere einen Shunt, aufweist.
  13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltanordnungen (14) jeweils zwei Schaltelemente (16) aufweisen.
  14. Vorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente (16) ihre Schaltzustände gegenläufig zueinander wechseln.
  15. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (10) ein Wechselstrommotor (11) ist.
  16. Vorrichtung (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrommotor (11) in Sternschaltung ausgebildet ist.
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