DE102012212308A1

DE102012212308A1 - Verfahren, Systeme und Vorrichtung zum Anpassen eines Modulationsindexes zur Verbesserung der Linearität von Phasenspannungsbefehlen

Info

Publication number: DE102012212308A1
Application number: DE102012212308A
Authority: DE
Inventors: Gabriel Gallegos-Lopez; Milun Perisic; Michael H. Kinoshita
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2013-02-07
Also published as: US9595902B2; CN102916646A; US20130033206A1

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebes einer mehrphasigen Maschine in einem Motorantriebssystem. Die offenbarten Ausführungsformen stellen einen Mechanismus zur Anplen bereit, um eine Linearität der Spannungsbefehle zu verbessern.

Description

Hinweis bezüglich staatlich geförderter Forschung und Entwicklung
Diese Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung unter der Vertragsnummer DE-FC26-07NT43123 gemacht, welche vom Ministerium für Energie der US-Regierung vergeben wurde. Die Regierung besitzt gewisse Rechte an dieser Erfindung.
Technisches Gebiet
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein Techniken zur Steuerung eines Betriebs von mehrphasigen Systeme, und insbesondere Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zum Anpassen von Phasenspannungen, welche verwendet werden, um eine mehrphasige Maschine zu steuern.
Hintergrund der Erfindung
Elektrische Maschinen werden in einer Vielzahl verschiedener Anwendungen verwendet.
Beispielsweise umfassen Hybrid-/Elektro-Fahrzeuge (HEV) herkömmlicherweise ein elektrisches Antriebssystem, welches einen mehrphasigen Wechselstrom(AC)-Elektromotor aufweisen, welcher über einen Energiewechselrichter mit einer Gleichstrom-(DC)Energiequelle angetrieben wird, wie zum Beispiel einer Speicherbatterie. Motorwicklungen des AC-Elektromotors können mit Wechselrichter-Sub-Modulen eines Energiewechselrichtermoduls (PIM = power inverter module) gekoppelt sein. Jedes Wechselrichter-Sub-Modul weist ein Paar an Schaltern bzw. Schalteinrichtungen auf, welche in einer gegensätzlichen Weise schalten, um eine schnelle Schaltfunktion auszuführen, um die DC-Energie in AC-Energie umzuwandeln. Diese AC-Energie treibt den AC-Motor an, welcher wiederum eine Antriebswelle eines HEV-Antriebsstrangs antreibt.
Beispielsweise verwenden einige herkömmliche HEVs zwei dreiphasige pulsbreitenmodulierte (PWM) Wechselrichtermodule und zwei dreiphasige AC-Maschinen (zum Beispiel AC-Motoren), wobei jede Maschine (bzw. jeder Motor) von einem entsprechenden der dreiphasigen PWM-Wechselrichtermodule angetrieben wird, mit dem die Maschine (bzw. der Motor) gekoppelt ist.
In solchen mehrphasigen Systemen werden Spannungsbefehlsignale an einem Pulsbreitenmodulations(PWM)-Modul angewendet. Das PWM-Modul wendet PWM-Wellenformen an den Phasenspannungsbefehlsignalen an, um eine Pulsbreitenmodulation der Phasenspannungsbefehlsignale zu steuern und Schaltvektorsignale zu erzeugen, mit denen das PWM-Wechselrichtermodul versorgt werden.
Jedoch werden in vielen Systemen, aufgrund von Faktoren, wie zum Beispiel Schaltbeschränkungen, sowie Spannungsabfälle an Busschienen, Anschlüssen und Kabeln, die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen eine Nichtlinearität bezüglich vorgegebener Phasenspannungen aufzeigen. Im Ergebnis wird die falsche Phasenspannung an der Maschine angelegt, und deshalb könnte der Phasenstrom nicht ordnungsgemäß geregelt werden, was wiederum Strom-/Drehmoment-Oszillationen verursachen kann.
Es wäre wünschenswert, einen Mechanismus zum Reduzieren oder Eliminieren solcher Nichtlinearitäten in den vorgegebenen Phasenspannungen bereitzustellen, so dass an den Anschlüssen einer mehrphasigen Maschine korrekte Spannungen angelegt werden, um ein Aufrechterhalten einer richtigen Phasenstromregelung zu unterstützen. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorangegangenen technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
Zusammenfassung
Ausführungen der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebs einer mehrphasigen elektrischen Maschine, welche über ein mehrphasiges PWM-gesteuertes Wechselrichtermodul eines elektrischen Motorantriebssystem angetrieben wird. Gemäß einiger der offenbarten Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Steuerung einer mehrphasigen Elektromaschine bereitgestellt, welche eine Mehrzahl von Maschinenanschlüssen aufweist. Es werden ein Modulationsindex (MI*) und ein Spannungswinkel (Vangle) auf Grundlage von Spannungsbefehlsignalen berechnet, welche von einem Stromregler und einer DC-Eingangsspannung (Vdc) bereitgestellt werden.
Auf Grundlage des Modulationsindexes (MI*) (und möglicherweise eines Phasenstroms (Iph)) kann ein angepasster Modulationsindex (MI*_adj) erzeugt werden. Der angepasste Modulationsindex (MI*_adj) wird verwendet, um die Spannungsbefehlsignale anzupassen und angepasste Spannungsbefehlsignale (Vd_adj*, Vq_adj*) zu erzeugen, so dass die dreiphasigen Wechselstrom(AC)-Spannungssignalwellenformen, welche schließlich an den Maschinenanschlüssen angelegt werden, im Wesentlichen mit den Spannungsbefehlsignalen übereinstimmen.
Auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes (MI*_adj), des Spannungswinkels (Vangle), und der DC-Eingabespannung (Vdc), können die angepassten Spannungsbefehlsignale (Vd_adj*, Vq_adj*) berechnet werden, welche verwendet werden können, um Schaltvektorsignale (Sa ... Sc) zu erzeugen. Auf Grundlage der Schaltvektorsignale (Sa ... Sc) und der DC-Eingabespannung (Vdc) können dreiphasige Wechselstrom(AC)-Spannungssignalwellenformen erzeugt und an den Maschinenanschlüssen angelegt werden. Die an den Spannungsbefehlsignalen vorgenommenen Änderungen, um die angepassten Spannungsbefehlsignale (Vd_adj*, Vq_adj*) zu erzeugen, verursachen anzupassende Beträge der Phasenspannungsbefehlssignale, um im Wesentlichen mit den Maschinenanschlussspannungen übereinzustimmen, trotz Nichtlinearitäten in dem elektrischen Motorantriebssystem.
Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hiernach in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bedeuten, und
1 ein Blockdiagramm eines Beispiels eines vektor-gesteuerten Motorantriebssystems gemäß einiger der offenbarten Ausführungsformen ist;
2 ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines Motorantriebssystems einschließlich eines dreiphasigen Spannungsquellenwechselrichtermoduls ist, welches mit einem dreiphasigen AC-Motor verbunden ist;
3 ein Blockdiagramm eines Spannungsbefehl-Anpassungs-Prozessors gemäß einer Umsetzung der offenbarten Ausführungsformen ist;
4 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren gemäß einiger der offenbarten Ausführungsformen darstellt;
5 eine Kurve ist, welche eine Gruppe von Kurven zeigt, bei denen ein gemessener Modulationsindex (MI) als eine Funktion eines vorgegebenen Modulationsindexes (MI) aufgetragen ist; und
6 eine Kurve ist, welche eine Gruppe von Kurven zeigt, bei denen ein gemessener Modulationsindex (MI) und ein angepasster Modulationsindex (MI*_adj) gemäß der offenbarten Ausführungsformen dargestellt aufgetragen ist.
Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Wie hierin verwendet, hat der Begriff „beispielhaft” die Bedeutung „als ein Beispiel, Vorgang oder Darstellung dienend”. Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Erfindung oder Anwendung und Verwendungen der Erfindung in keiner Weise beschränken. Jegliche hierin als „beispielhaft” beschriebene Ausführungsform soll nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft über anderen Ausführungsformen betrachtet werden. Alle der in dieser detaillierten Beschreibung erläuterten Ausführungsformen sind lediglich beispielhafte Ausführungsformen, welche bereitgestellt werden, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung nachzuarbeiten oder anzuwenden, und soll den Umfang der Erfindung nicht beschränken, welcher durch die Ansprüche definiert ist. Weiterhin soll es keine Beschränkung durch irgendeine explizit oder implizit in dem vorangegangenen technischen Gebiet, Hintergrund, kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellten Theorie geben.
Bevor Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden, wird darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen primär aus Kombinationen von Verfahrensschritten und Vorrichtungskomponenten bestehen, welche sich auf das Steuern eines Betriebes eines mehrphasigen Systems beziehe. Es wird bevorzugt, dass Ausführungsformen der hierin beschriebenen Erfindung unter Verwendung von Hardware, Software oder einer Kombination davon umgesetzt werden können. Die hierin beschrieben Steuerschaltkreise können verschiedene Komponenten, Module, Schaltkreise und andere Logikelemente umfassen, welche unter Verwendung einer Kombination von analogen und/oder digitalen Schaltkreisen, diskreten oder integrierten analogen oder digitalen Elektronikschaltkreisen oder Kombinationen davon umsetzbar sind. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck ”Modul” auf eine Einrichtung, einen Schaltkreis, eine elektrische Komponente und/oder eine Software-basierte Komponente zum Ausführen einer Aufgabe. In einigen Ausführungsformen können die hierin beschriebenen Steuerschaltkreise unter Verwendung eines oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASICs), eines oder mehrerer Mikroprozessoren, und/oder eines oder mehrerer digitaler Signalprozessor(DSP)-basierter Schaltkreise bei der Umsetzung eines Teils oder der gesamten Steuerlogik in solchen Schaltkreisen umgesetzt werden. Es wird bevorzugt, dass hierin beschriebene Ausführungsformen der Erfindung einen oder mehrere herkömmliche Prozessoren sowie individuelle gespeicherte Programmanweisungen umfassen können, welche den einen oder die mehreren Prozessoren für eine Umsetzung steuern, und zwar in Verbindung mit bestimmten Nicht-Prozessor-Schaltkreisen, wobei einige, die meisten oder alle Funktionen für eine Steuerung eines wie hierin beschriebenen mehrphasigen Systems gedacht sind. Somit können diese Funktionen als Schritte eines Verfahrens zur Steuerung eines Betriebs eines mehrphasigen Systems interpretiert werden. Alternativ könnten einige oder alle Funktionen durch eine Zustandsmaschine umgesetzt werden, welche keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder in einem oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASICs), in welchen jede Funktion oder einige Kombinationen bestimmter Funktionen als anwendungsspezifische Logik umgesetzt sind. Natürlich könnte eine Kombination beider Lösungswege verwendet werden. Deshalb werden Verfahren und Mittel dieser Funktionen hierin beschrieben. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass ein Fachmann, trotz möglicherweise bedeutendem Aufwand und vielen Konstruktionswegen, welche sich beispielsweise durch zur Verfügung stehender Zeit, aktueller Technologie und wirtschaftlichen Überlegungen ergeben, bei einer Anleitung durch die hierin offenbarten Konzepte und Prinzipien ohne weiteres in der Lage sein wird, solche Software-Anweisungen und ICs mit minimalem Aufwand zu erzeugen.
Überblick
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zum Steuern eines Betriebs eines mehrphasigen Systems, welches beispielsweise in Betriebsumgebungen eines Hybrid-/Elektrofahrzeuges (HEV) umgesetzt werden kann. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zum Anpassen eines Modulationsindexes, so dass die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen hinsichtlich der vorgegebenen Phasenspannungen linearer gemacht werden. In den beispielhaften Ausführungsformen, welche nun erläutert werden, werden die Steuerungstechniken und -Technologien als an einem Hybrid-/Elektro-Fahrzeug angewendet beschrieben. Vom Fachmann wird jedoch bevorzugt, dass die gleichen oder ähnlichen Techniken und Technologien auch im Zusammenhang anderer Systeme eingesetzt werden können, bei denen es wünschenswert ist, einen Betrieb eines mehrphasigen Systems zu steuern. In dieser Hinsicht kann jedes der hier offenbarten Konzepte allgemein bei ”Fahrzeugen” angewendet werden, und wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Fahrzeug” im allgemeinen Sinne auf einen nicht-lebenden Transportmechanismus mit einer AC-Maschine. Zusätzlich ist der Begriff „Fahrzeug” nicht durch eine besondere Vortriebstechnologie beschränkt, wie zum Beispiel mittels Benzin- oder Diesel-Kraftstoff. Vielmehr umfassen Fahrzeuge ebenso Hybridfahrzeuge, batteriebetriebene Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, welche unter Verwendung verschiedener anderer alternativer Kraftstoffe betrieben werden.
Wie hierin verwendet, bezeichnet der Ausdruck „Wechselstrom(AC)-Maschine” im Allgemeinen eine „Einrichtung oder ein Gerät, welches elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, und umgekehrt”. AC-Maschinen können allgemein in synchrone AC-Maschinen und asynchrone AC-Maschinen unterteilt werden. Synchrone AC-Maschinen können Permanentmagnetmaschinen und Reluktanzmaschinen umfassen. Permanentmagnet-Maschinen umfassen oberflächenbefestigte Permanentmagnet-Maschinen (SMPMM) und Innen-Permanentmagnet-Maschinen (IPMM). Obwohl eine AC-Maschine ein AC-Motor sein kann (zum Beispiel eine Vorrichtung, welche verwendet wird, um Wechselstrom an seinem Eingang in mechanische Energie oder Leistung umzuwandeln), ist eine AC-Maschine nicht auf einen AC-Motor beschränkt, sondern kann auch Generatoren umfassen, welche verwendet werden, um mechanische Energie oder Leistung an seinem beweglichen Hauptteil in elektrischen Wechselstrom oder -Leistung an seinem Ausgang umzuwandeln. Jede der Maschinen kann ein AC-Motor oder ein AC-Generator sein.
Ein AC-Motor ist ein Elektromotor, welcher von einem Wechselstrom angetrieben wird. In einigen Ausführungsformen umfasst ein AC-Motor einen äußeren stationären Stator mit Spulen, welche mit Wechselstrom versorgt werden, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, und einen Innenrotor, welcher an der Ausgangswelle befestigt ist, welche durch das rotierende Feld ein Drehmoment erfährt.
1 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Vektor-gesteuerten Motorantriebssystems 100 gemäß den offenbarten Ausführungsformen. Das System 100 steuert eine dreiphasige AC-Maschine 120 mittels eines dreiphasigen pulsbreitenmodulierten(PWM)-Wechselrichtermodules 110, welches mit der dreiphasigen AC-Maschine 120 gekoppelt ist, so dass die dreiphasige AC-Maschine 120 in effizienter Weise eine DC-Eingangsspannung (Vdc) verwenden kann, welche dem dreiphasigen PWM-Wechselrichtermodul 110 durch Anpassen von Strombefehlen bereitgestellt wird, welche die dreiphasige AC-Maschine 120 steuern. In einer bestimmten Ausführungsform kann das Vektor-gesteuerte Motorantriebssystem 100 zur Drehmomentsteuerung in einem HEV verwendet werden.
In der folgenden Beschreibung einer bestimmten nicht-beschränkenden Ausführungsform wird die dreiphasige AC-Maschine 120 als ein dreiphasiger AC-betriebener Motor 120 beschrieben, und insbesondere als ein dreiphasiger Permanentmagnet-Synchron-AC-betriebener Motor (oder allgemein als ein Motor 120); es wird jedoch bevorzugt, dass die dargestellte Ausführungsform lediglich ein nicht-beschränkendes Beispiel der Arten von AC-Maschinen ist, welches für die offenbarten Ausführungsformen eingesetzt werden kann, und weiterhin, dass die offenbarten Ausführungsformen für jede Art von mehrphasiger AC-Maschine eingesetzt werden kann, welche mehr oder weniger Phasen umfasst.
Der dreiphasige AC-Motor 120 ist mit dem dreiphasigen PWM-Wechselrichtermodul 110 über drei Wechselrichterpole gekoppelt und erzeugt mechanische Energie (Drehmoment X Geschwindigkeit) auf Grundlage von dreiphasigen sinusförmigen Stromsignalen, welche von dem PWM-Wechselrichtermodul 110 aufgenommen worden sind. In einigen Ausführungsformen wird die Winkelposition eines Rotors (θ_r) des dreiphasigen AC-Motors 120 bzw. „Wellenposition” unter Verwendung eines Positionssensors gemessen (nicht dargestellt), und in anderen Ausführungsformen kann die Winkelposition eines Rotors (θ_r) des dreiphasigen AC-Motors 120 ohne Verwendung eines Positionssensors durch Verwenden Sensor-loser Abschätztechniken abgeschätzt werden.
Vor Erörterung von Details des Betriebs des Systems 100 wird eine detailliertere Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform des dreiphasigen Spannungsquellenwechselrichters 110 bereitgestellt, einschließlich seiner Verbindung mit dem dreiphasigen AC-Motor 120 mit Bezug auf 2.
2 ist ein Blockdiagramm eines Abschnitts eines Motorantriebssystems einschließlich eines dreiphasigen Spannungsquellenwechselrichters 100, welcher mit einem dreiphasigen AC-Motor 120 verbunden ist. Es wird darauf hingewiesen, dass der dreiphasige Spannungsquellenwechselrichter 110 und der dreiphasige Motor 120 in 1 nicht auf diese Ausführungsform beschränkt sind; vielmehr ist 2 lediglich ein Beispiel einer Umsetzung des dreiphasigen Spannungsquellenwechselrichters 110 und des dreiphasigen Motors 120 in 1 in einer bestimmten Ausführungsform.
Wie in 2 dargestellt ist, weist der dreiphasige AC-Motor 120 drei Stator- bzw. Motorwicklungen 120a, 120b, 120c auf, welche mit Motoranschlüssen A, B, C verbunden sind, wobei das dreiphasige PWM-Wechselrichtermodul 110 einen Kondensator 270 und drei Wechselrichter-Sub-Module 115–117 umfasst. In dieser bestimmten Ausführungsform ist in Phase A das Wechselrichter-Sub-Modul 115 mit Motorwicklung 120a gekoppelt, in Phase B ist das Wechselrichter-Sub-Modul 116 mit Motorwicklung 120b gekoppelt, und in Phase C ist das Wechselrichter-Sub-Modul 117 mit Motorwicklung 120c gekoppelt. Der Strom in der Motorwicklung A 120a fließt aus den Motorwicklungen B, C, 120b–120c, der Strom in die Motorwicklung B 120b fließt aus den Motorwicklungen A und C, 120a, 120c, und der Strom in die Motorwicklung C 120c fließt aus den Motorwicklungen A und B, 120a, 120b.
Die resultierenden Phasen- bzw. Stator-Ströme (Ia bis Ic) 122, 123, 124 fließen durch entsprechende Statorwicklungen 120a bis 120c. Die Nullphasenspannnungen an jeder der Statorwicklungen 120a bis 120c werden jeweils als V_AN, V_BN, V_CN bezeichnet, wobei die in jeder der Statorwicklungen 120a bis 120c jeweils erzeugte elektromotorischen Rück-Kraft(EMF)-Spannungen jeweils als die durch ideale Spannungsquellen erzeugte Spannungen E_a, E_b, E_c dargestellt sind, welche jeweils in Reihe mit den Statorwicklungen 120a bis 120c verbunden sind. Wie gut bekannt ist, sind diese Rück-EMF-Spannungen E_a, E_b, E_c die in den entsprechenden Statorwicklungen 120a bis 120c durch Rotation des Permanentmagnet-Rotors induzierte Spannungen. Obwohl nicht dargestellt, ist der Motor 120 mit einer Antriebswelle gekoppelt.
Der Wechselrichter 110 umfasst einen Kondensator 270, ein erstes Wechselrichter-Sub-Modul 115, umfassend einen Doppelschalter 272/273, 274/275, ein zweites Wechselrichter-Sub-Modul 116, umfassend einen Doppelschalter 276/277, 278/279 sowie ein drittes Wechselrichter-Sub-Modul 117, umfassend einen Doppelschalter 280/281, 282/283. Somit weist der Wechselrichter 110 sechs Festkörper-steuerbare Schalteinrichtungen 272, 274, 276, 278, 280, 282, und sechs Dioden 273, 275, 277, 279, 281, 283, auf, um in geeigneter Weise eine Verbundspannung (V_DC) zu schalten und eine dreiphasige Speisung der Statorwicklungen 120a, 120b, 120c für den dreiphasigen AC-Motor 120 bereitzustellen.
Obwohl nicht dargestellt, kann eine Closed-Loop-Motorsteuerung Motorbefehlssignale und Motorbetriebssignale vom Motor 120 empfangen, und Steuersignale zur Steuerung des Schaltens der Festkörper-Schalteinrichtungen 272, 274, 276, 278, 280, 282 innerhalb der Wechselrichter-Sub-Module 115–117. Durch Bereitstellen geeigneter Steuerungssignale an die individuellen Wechselrichter-Sub-Module 115–117, steuert die Closed-Loop-Motorsteuerung das Schalten der Festkörper-Schalteinrichtungen 272, 274, 276, 278, 280, 282 innerhalb der Wechselrichter-Sub-Module 115–117 und steuert somit die Ausgänge der Wechselrichter-Sub-Module 115–117, welche jeweils für die Motorwicklungen 120a–120c bereitgestellt werden. Die resultierenden Statorströme (Ia ... Ic) 122 bis 124, welche durch die Wechselrichter-Sub-Module 115–117 des dreiphasigen Wechselrichtermoduls 110 erzeugt werden, werden den Motorwicklungen 120a, 120b, 120c bereitgestellt. Die Spannungen V_AN, V_BN, V_CN und die Spannung beim Knoten N fluktuieren zeitlich in Abhängigkeit von den Offen-/Geschlossen-Zuständen der Schalter 272, 274, 276, 278, 280, 282 in den Wechselrichter-Sub-Modulen 115–117 des Wechselrichtermodules 110, wie unten erläutert werden wird.
Wiederum mit Bezug auf 1 umfasst das Vektorsteuerungs-Motorantriebssystem 100 ein Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 140, ein Synchron(SYNC.)-Rahmen-Stromreguliermodul 170, einen Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor 180, ein Synchron-zu-Stationär-(SYNC.-zu-STAT.)Transformationsmodul 102, ein αβ-Bezugsrahmen-zu-abc-Bezugsrahmen-(αβ-zu-abc)Transformationsmodul 106, ein Pulsbreitenmodulations(PWM)-Modul 108, einen dreiphasigen PWM-Wechselrichter 110, ein abc-Bezugsrahmen-zu-αβ-Bezugsrahmen-(abc-zu-αβ)Transformationsmodul 127, und ein Stationär-zu-synchron-(STAT.-zu-SYNC.)Transformationsmodul 130.
Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 140 empfängt ein Drehmomentbefehlsignal (Te*) 136, eine Winkelrotations-Geschwindigkeit (ω_r) 138 der Antriebswelle, welche auf Grundlage der Ableitung der Rotor-/Antriebs-Positionsausgabe (θ_r) 121 erzeugt worden ist, und die DC-Eingabespannung (V_DC) 139 als Eingaben, zusammen mit möglicherweise einer Vielzahl anderer Systemparameter in Abhängigkeit von der Umsetzung. Das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 140 verwendet diese Eingaben, um ein d-Achsen-Strombefehl (Id*) 142 sowie einen q-Achsen-Strombefehl (I_q) 144 zu erzeugen, welche den Motor 120 dazu bringen, das vorgegebene Drehmoment (Te*) bei einer Geschwindigkeit (ω_r) 138 zu erzeugen. Insbesondere verwendet das Drehmoment-zu-Strom-Abbildungsmodul 140 die Eingaben, um das Drehmomentbefehlsignal (Te*) 136 auf ein d-Achsen-Strombefehlsignal (Id*) 142 und ein q-Achsen-Strombefehlsignal (Iq*) 144 abzubilden. Die Synchronbezugsrahmen-d-Achsen- und -q-Achsen-Strombefehlsignale (Id*, Iq*) 142, 144 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert in Abhängigkeit von der Zeit haben.
Das abc-zu-αβ-Transformationsmodul 127 empfängt die gemessenen dreiphasigen Stationärbezugsrahmen-Feedback-Statorströme (Ia ... Ic) 122 bis 124, welche von dem Motor 120 zurückgegeben worden sind. Das abc-zu-αβ-Transformationsmodul 127 verwendet diese dreiphasigen Stationärrahmen-Feedback-Statorströme 122 bis 124, um eine abc-Bezugsrahmen-zu-αβ-Bezugsrahmen-Transformation durchzuführen, um die dreiphasigen Stationärbezugsrahmen-Feedback-Statorströme 122 bis 124 in Stationärbezugsrahmen-Feedback-Statorströme (Iα, Iβ) 128, 129 zu transformieren. Die abc-zu-αβ-Transformation ist wohlbekannt im Stand der Technik und soll au Gründen der Kürze nicht im Detail beschrieben werden.
Das Stationär-zu-Synchron-Transformationsmodul 130 empfängt die Stationärbezugsrahmen-Feedback-Statorströme (Iα, Iβ) 128, 129 und die Rotorwinkelposition (θ_r) 121 und erzeugt (zum Beispiel durch Bearbeitung oder Umwandlung) diese Stationärbezugsrahmen-Feedback-Statorströme (Iα, Iβ) 128, 129, um ein Synchronbezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id) 132 und ein Synchronbezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq) 134 zu erzeugen. Das Verfahren der Stationär-zu-Synchron-Umwandlung ist im Stand der Technik wohlbekannt und soll aus Gründen der Kürze hier nicht im Detail beschrieben werden.
Das Synchronrahmen-Stromregulier-Modul 170 empfängt das Synchronbezugsrahmen-d-Achsen-Stromsignal (Id) 132, das Synchronbezugsrahmen-q-Achsen-Stromsignal (Iq) 134, den d-Achsen-Strombefehl (Id*) 142 und den q-Achsen-Strombefehl (Iq*) 144, und verwendet diese Signale, um ein Synchronbezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd*) 172 und ein Synchronbezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq*) 174 zu erzeugen. Die Synchronbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vd*, Vq*) 172, 174 sind DC-Befehle, welche einen konstanten Wert hinsichtlich der Zeit für einen gleich bleibenden Betrieb aufweisen. Das Verfahren der Strom-zu-Spannung-Umwandlung kann als eine Proportional-Integral(PI)-Steuerung ausgebildet sein, welche im Stand der Technik gut bekannt ist und aus Gründen der Kürze hier nicht im Detail erläutert werden soll. Da die Strombefehle DC-Signale in dem Synchronbezugsrahmen sind, sind sie einfacher im Vergleich zu AC-Stationärbezugsrahmen-Strombefehlen zu regulieren.
Jedoch können Schalt-Beschränkungen der Schalter 272, 274, 276, 278, 280, 282, und Spannungsabfälle in Bus-Schienen, Anschlüssen, Kabeln und im Wechselrichter 110 Nicht-Linearitäten in dem Synchronbezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd*) 172 und dem Synchronbezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq*) 174 einführen, welche sich übertragen und zu Nicht-Linearitäten in den Spannungen führen, welche an den Maschinenanschlüssen mit Bezug auf die vorgegebene Phasenspannung angelegt sind. Wie weiter unten erläutert wird, können die offenbarten Ausführungsformen Verfahren, Systeme und eine Vorrichtung zum Anpassen der vorgegebenen Phasenspannungen 172, 174 bereitstellen, um Nicht-Linearitäten in den an den Maschinenanschlüssen mit Bezug auf die vorgegebene Phasenspannung angelegten Spannungen zu reduzieren und/oder zu eliminieren.
Der Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor 180 empfängt das Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd*) 172 und das Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq*) 174. Der Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor 180 verarbeitet diese Spannungsbefehlsignale 172, 174, um ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd_adj*) 192 und ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq_adj*) 194 zu erzeugen. Die angepassten Spannungsbefehlsignale (Vd_adj*, Vq_adj*) 192, 194 sind derart angepasst, dass diese Linearität der von dem Wechselrichtermodul 110 erzeugten Ausgabespannungssignale verbessert werden kann. Weitere Details hinsichtlich des Betriebs des Spannungsbefehl-Anpassungsprozessors 180 werden weiter unten mit Bezug auf 3 beschrieben.
Das Synchron-zu-stationär-Transformationsmodul 102 empfängt die angepassten Spannungsbefehlsignale (Vd_adj*, Vq_adj*) 192, 194 als Eingaben zusammen mit der Rotor-Positionsausgabe (θr) 121. In Antwort auf die angepassten Spannungsbefehlsignale (Vd_adj*, Vq_adj*) 192, 194 und den gemessenen (oder abgeschätzten) Rotor-Positionswinkel (θr) 121 führt das Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul 102 eine dq-zu-αβ-Transformation durch, um ein α-Achsen-Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignal (Vα*) 104 und ein β-Achsen-Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignal (Vβ*) 105 zu erzeugen. Die Stationärbezugsrahmen-α-Achsen- und -β-Achsen-Spannungsbefehlsignale (Vα*, Vβ*) 104, 105 befinden sich in dem Stationärbezugsrahmen und weisen deshalb Werte auf, welche sich hinsichtlich der Zeit wie eine Sinuswelle ändern.
Das Verfahren der Synchron-zu-Stationär-Umwandlung ist im Stand der Technik gut bekannt und soll aus Gründen der Kürze hier nicht im Detail beschrieben werden.
Das αβ-zu-abc-Transformationsmodul 106 empfängt die Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vα*, Vβ*) 104, 105 und erzeugt auf Grundlage dieser Signale Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vas* ... Vcs*) 107 (auch als „Phasenspannungsbefehlssignale” bezeichnet), welche an das PWM-Modul 108 übermittelt werden. Die αβ-zu-abc-Transformation ist wohlbekannt im Stand der Technik und soll aus Gründen der Kürze nicht im Detail beschrieben werden.
Das dreiphasige PWM-Wechselrichtermodul 110 ist mit dem PWM-Modul 108 gekoppelt. Das PWM-Modul 108 wird zur Steuerung der Pulsbreitenmodulation (PWM) der Phasenspannungsbefehlssignale (Vas* ... Vcs*) 107 verwendet. Die Schaltvektorsignale (Sa ... Sc) 109 werden auf Grundlage von Betriebszykluswellenformen erzeugt, welche in 1 nicht dargestellt sind, sondern stattdessen intern im PWM-Modul 108 erzeugt werden, um einen bestimmten Betriebszyklus während jeder PWM-Periode aufzuweisen. Das PWM-Modul 108 modifiziert die Phasenspannungsbefehlssignale (Vas* ... Vcs*) 107 auf Grundlage der Betriebszykluswellenformen (in 1 nicht dargestellt), um Schaltvektorsignale (Sa ... Sc) 109 zu erzeugen, welche es dem dreiphasigen PWM-Wechselrichtermodul 110 bereitstellt. Der besondere in dem PWM-Modul 108 umgesetzte Modulationsalgorithmus kann jeder bekannte Modulationsalgorithmus sein, einschließlich Raumvektor-Pulsbreitenmodulations(SVPWM)-Techniken, um die Pulsbreitenmodulation (PWM) zu steuern, um Wechselstrom(AC)-Wellenformen zu erzeugen, welche die dreiphasige mit Wechselstrom angetriebene Maschine 120 bei variierenden Geschwindigkeiten auf Grundlage des DC-Eingangs 139 antreiben.
Die Schaltvektorsignale (Sa ... Sc) 109 steuern die Schaltzustände der Schalter im PWM-Wechselrichter 110, um dreiphasige Spannungsbefehle zu jeder Phase A, B, C zu erzeugen. Die Schaltvektorsignale (Sa ... Sc) 109 sind PWM-Wellenformen, welche einen besonderen Betriebszyklus während jeder PWM-Periode aufweisen, welche durch die Betriebszykluswellenformen festgestellt werden, welche intern bei dem PWM-Modul 108 erzeugt werden. Das dreiphasige Spannungsquellen-Wechselrichtermodul 110 muss derart gesteuert werden, dass zu keinem Zeitpunk beide Schalter in dem gleichen Wechselrichter-Sub-Modul 115 bis 117 bzw. „Zweig” eingeschaltet sind, so dass ein Kurzschluss der DC-Versorgung vermieden wird. Somit werden die Schalter in dem gleichen Wechselrichter-Sub-Modul 115 bis 117 betrieben, so dass, wenn einer ausgeschaltet ist, der andere eingeschaltet ist, und umgekehrt. Zur weiteren Erläuterung ist in einer gegebenen Phase (A ... C) zu einem bestimmten Zeitpunkt einer der Schalter ausgeschaltet, während der andere Schalter von den Schaltern eingeschaltet ist (das heißt, die zwei Schalter müssen in einem bestimmten Wechselrichter-Sub-Modul entgegengesetzte Ein-/Aus-Zustände aufweisen). Als ein Beispiel mit Bezug auf Phase A, wenn Schalter 272 eingeschaltet ist, ist Schalter 274 ausgeschaltet und umgekehrt. Somit kann für ein bestimmtes Wechselrichter-Sub-Modul der Ein-/Aus-Zustand der zwei Schalter in diesem Wechselrichter-Sub-Modul als eine binäre 1 oder binäre 0 dargestellt werden. Wenn beispielsweise der obere Schalter in einer gegebenen Phase eingeschaltet ist (und der untere Schalter ausgeschaltet ist), wird der Wert eines Bits Eins (1) sein, und wenn der untere Schalter in einer gegebenen Phase eingeschaltet ist (und der obere Schalter ausgeschaltet ist), wird der Wert eines Bits Null (0) sein.
Das dreiphasige PWM-Wechselrichtermodul 110 empfängt die DC-Eingangsspannung (Vdc) und die Schaltvektorsignale (Sa ... Sc) 109, und verwendet sie, um dreiphasige Wechselstrom(AC)-Spannungssignalwellenformen an den Wechselrichterpolen zu erzeugen, welche die dreiphasige AC-Maschine 120 bei variierenden Geschwindigkeiten (ω_r) antreiben.
Die dreiphasige Maschine 120 empfängt die durch den PWM-Wechselrichter 110 erzeugten dreiphasigen Spannungssignale und erzeugt eine Motorausgabe zu dem vorgegebenen Drehmoment Te* 136. In dieser besonderen Ausführungsform umfasst die Maschine 120 einen dreiphasigen Innen-Permanentmagnet-Synchronmotor (IPMSM) 120, aber die offenbarten Ausführungsformen können jede Art von mehrphasiger AC-Maschine mit einer beliebigen Anzahl von Phasen umfassen.
Obwohl in 1 nicht dargestellt, umfasst das System 100 ebenso ein mit der Welle der dreiphasigen AC-Maschine 120 gekoppeltes Getriebe, welches von der Welle angetrieben wird. Die gemessenen Feedback-Statorströme (Ia bis Ic) 122 bis 124 werden sensiert, aufgenommen und dem abc-zu-αβ-Transformationsmodul 127, wie oben beschrieben, bereitzustellen.
Modulationsindex-Anpassungsmodul
In einem herkömmlichen Vektor-gesteuerten Motorantriebssystem können die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen Nicht-Linearitäten hinsichtlich der vorgegebenen Phasenspannung aufweisen. Die Nicht-Linearitäten werden aufgrund von Nicht-Linearitäten in dem Wechselrichtermodul 110 und der Maschine 120 verursacht, und zwar aufgrund von Faktoren, wie zum Beispiel Schalt-Beschränkungen der Schalter in dem Wechselrichtermodul 110, Spannungsabfälle in den Bus-Schienen, Maschinenanschlüssen und Kabeln usw. Derzeit gibt es keine Technik zum Anpassen der vorgegebenen Phasenspannungen, so dass die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen im Wesentlichen der vorgegebenen Phasenspannung entsprechen und mit diesen übereinstimmen.
Es werden nun Ausführungsformen beschrieben, welche einen Mechanismus zum Anpassen eines Modulationsindexes bereitstellen können, so dass die an den Maschinenanschlüssen angelegten Phasenspannungen derart erzeugt werden, dass sie besser mit den vorgegebenen Phasenspannungen vom Stromregler übereinstimmen. Dies kann Fehler in der an der mehrphasigen Maschine angelegten Spannung reduzieren, so dass ein Phasenstrom in geeigneter Weise geregelt werden kann. Als ein Ergebnis kann eine Strom-/Drehmoment-Schwankung reduziert werden, was wiederum einen Wirkungsgrad und eine Leistung der Maschine verbessern kann, als auch die Verwendung der DC-Spannungsquelle.
3 ist ein Blockdiagramm eines Spannungsbefehl-Anpassungsprozessors 180 gemäß einer Umsetzung der offenbarten Ausführungsformen. Der Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor 180 umfasst ein Modulationsindex-Berechnungsmodul 182, eine Modulationsindex-Look-Up-Tabelle 186 und ein Spannungsbefehl-Anpassungsmodul 188.
Das Modulationsindex-Berechnungsmodul 182 empfängt ein Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd*) 172 und ein Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq*) 174 vom Stromregler 170 und die DC-Eingangsspannung (Vdc) 139. Das Modulationsindex-Berechnungsmodul 182 berechnet einen Modulationsindex (MI*) 183 und einen Spannungswinkel (Vangle) 185 auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale 172, 174 und der DC-Eingangsspannung (Vdc) 139. Der Modulationsindex (MI) kann als eine normalisierte Grund-Bezugsspannung definiert werden. Wie hierin verwendet, ist „Modulationsindex (MI)” das Verhältnis der Spitzen-Grund-Phasenspannung (Vph) zu der maximal verfügbaren Spannung. Der Bereich des Modulationsindexes reicht von 0 bis 1. Der MI kann durch die Gleichungen (3) und (4) unten definiert werden.
In einer Ausführungsform berechnet das Modulationsindex-Berechnungsmodul 182 den Modulationsindex (MI*) 183 gemäß Gleichungen (3) und (4) wie folgt:
In Gleichung (3) sind Vd und Vq das d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd*) 172 und das q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq*) 174, welche vom Stromregler 170 ausgegeben werden.
In einer Ausführungsform berechnet das Modulationsindex-Berechnungsmodul 182 den Spannungswinkel (Vangle) 185 gemäß Gleichung (5) wie folgt: Vangle = arctan(–V_d*/V_q*) (5)
In einer Ausführungsform ist die Modulationsindex-Look-Up-Tabelle 186 eine zweidimensionale Look-Up-Tabelle, welche den Modulationsindex (MI*) 183 und einen Phasenstrom (Iph) 185 empfängt, und auf Grundlage dieser Eingaben einen angepassten Modulationsindex (MI*_adj) 187 erzeugt. In der Umsetzung mit der zweidimensionalen Look-Up-Tabelle ist der angepasste Modulationsindex (MI*_adj) 187 eine Funktion sowohl vom Modulationsindex (MI*) 183 als auch dem Phasenstrom (Iph) 185. Der Phasenstrom (Iph) 185 kann über Gleichung (6) wie folgt berechnet werden:
In einer weiteren Umsetzung ist die Modulationsindex-Look-Up-Tabelle 186 eine eindimensionale Look-Up-Tabelle, welche den Modulationsindex (MI*) 183 empfängt, und dazu verwendet, einen angepassten Modulationsindex (MI*_adj) 187 zu erzeugen. In der eindimensionalen Look-Up-Tabelle ist der angepasste Modulationsindex (MI*_adj) 187 eine Funktion des Modulationsindexes (MI*) 183. Um eine zweidimensionale Look-Up-Tabelle zu vermeiden, kann die Wechselrichter-Charakterisierung an den optimalen Maschinenbetriebspunkten ausgeführt werden. Die eindimensionale Modulationsindex-Look-Up-Tabelle 186 charakterisiert eine Leistung des Wechselrichters 110 (zum Beispiel IGBT-Schaltbeschränkungen sowie Wechselrichter-Spannungsabfälle) an optimalen Maschinenbetriebspunkten, um den Modulationsindex (MI*) 183 anzupassen. In einer Ausführungsform findet die Wechselrichter-Charakterisierung wie folgt statt. Die Maschine wird über den gesamten Drehmoment-Geschwindigkeits-Bereich betrieben. Zum Beispiel in Schritten von 500 U/min und 10 Nm-Schritten. Bei jedem Betriebspunkt werden der Modulationsindex (MI*) 183, die Phasenspannung an den Maschinenanschlüssen (V_AN, V_BN, V_CN) und die DC-Eingangsspannung (V_DC) 139 gemessen und abgespeichert. Der gemessene MI wird wie folgt mit Gleichung (7) berechnet:
Der angepasste Modulationsindex (MI*_adj) 187 kann dann wie folgt über Gleichung (8) erhalten werden: MI_adj* = Interpolation(MI_Measured, MI*, [0:0.01:1]) (8)
Die Modulationsindex-Look-Up-Tabelle 186 kann mit Daten aufgefüllt werden, welche für das entsprechende System individuell sind. Diese Daten können unter Verwendung von Energieanalysatoren erzeugt werden, um die vorgegebenen Phasenspannungen und die resultierenden Phasenspannungen an den Maschinenanschlüssen über einem vollen Spektrum des Maschinenbetriebsbereiches und der Modulationsindex-Werte zu messen, so dass das nicht-lineare Verhalten des Systems charakterisiert werden kann, um Nicht-Linearitäten festzustellen, welche durch das Wechselrichtermodul 110 und die Maschine 120 verursacht sind. In beiden Umsetzungen wird der vorgegebene Modulationsindex (MI*) 183 angepasst, um den angepassten Modulationsindex (MI*_adj) 187 zu erzeugen. Der angepasste Modulationsindex (MI*_adj) 187 stimmt im Wesentlichen mit dem Modulationsindex (Phasenspannungen) überein, welcher an den Maschinenanschlüssen angelegt ist. Wie weiter unten erläutert wird, passt der angepasste Modulationsindex (MI*_adj) 187 in effektiver Weise den Betrag der vorgegebenen Phasenspannungen an, um die Genauigkeit der Phasenspannungen zu verbessern, welche an den Maschinenanschlüssen angelegt werden (zum Beispiel, so dass die Phasenspannungen, welche an den Maschinenanschlüssen angelegt sind, im Wesentlichen mit den vorgegebenen Phasenspannungen übereinstimmen).
Das Spannungsbefehl-Anpassungsmodul 188 berechnet ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd_adj*) 192 und ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq_adj*) 194 auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes (MI*_adj) 187, des Spannungswinkels (Vangle) 185 und der DC-Eingangsspannung (Vdc) 139. In einer Ausführungsform berechnet das Spannungsbefehl-Anpassungsmodul 188 das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd_adj*) 192 gemäß Gleichung (9) wie folgt:
In einer Ausführungsform berechnet das Spannungsbefehl-Anpassungsmodul 188 das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq_adj*) 194 gemäß Gleichung (10) wie folgt:
Das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd_adj*) 192 und das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq_Adj*) 194 berücksichtigen Eigenschaften, welche Nicht-Linearitäten in dem Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd*) 172 und dem Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq*) 174 verursachen, welche beispielsweise durch Schaltbeschränkungen und Wechselrichter-Spannungsabfälle verursacht werden können. Durch Verwendung des angepassten Modulationsindexes (MI*_adj) 187, um das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd_adj*) 192 und das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq_adj*) 194 zu berechnen, kann der Betrag der vorgegebenen Phasenspannung (Vph) (zum Beispiel in Gleichung (3) oben) angepasst werden, um eine Linearisierung zu unterstützen und somit die Genauigkeit der Phasenspannungen zu verbessern, welche möglicherweise an den Maschinenanschlüssen angelegt sind, was wiederum dabei hilft, die Statorströme (Ia bis Ic) 122, 123, 124 zu regeln, welche durch entsprechende Statorwicklungen 120a bis c fließen, so dass Leistung und Wirkungsgrad der Maschine erhöht werden.
Das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vd_adj*) 192 und das angepasste Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal (Vq_adj*) 194 werden dem Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul 102 bereitgestellt und dazu verwendet, um Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale (Vα*, Vβ*) 104, 105 durch Ausführen einer dq-zu-αβ-Transformation an den angepassten Spannungsbefehlsignalen (Vd_adj*, Vq_adj*) 192, 194 zu erzeugen.
4 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren 400 zur Berechnung angepasster Spannungsbefehlsignale gemäß einiger der offenbarten Ausführungsformen darstellt. Bei Schritt 410 werden ein Modulationsindex (MI*) und ein Spannungswinkel (Vangle) auf Grundlage von Spannungsbefehlsignalen und einer DC-Eingangsspannung (Vdc) berechnet. Bei Schritt 420 wird ein angepasster Modulationsindex (MI*_adj) auf Grundlage des Modulationsindexes (MI*) erzeugt. Bei Schritt 430 werden angepasste Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes (MI*_adj), des Spannungswinkels (Vangle) und der DC-Eingangsspannung (Vdc) berechnet.
5 ist ein Satz an Kurven, bei denen der gemessene Modulationsindex (MI) an den Maschinenanschlüssen auf der y-Achse als eine Funktion eines vorgegebenen Modulationsindexes (MI) auf der x-Achse aufgetragen ist, wenn der Phasenstrom und der Spannungswinkel (Vangle) der Phasenspannung erhöht werden. Die Daten wurden in einer offenen Spannungsschleife bei unterschiedlichen Modulationswinkeln erzeugt, wobei der Spannungswinkel von 0 bis 125° in Schritten von 5° und der vorgegebene MI von 0,9 bis 1,0 in Schritten von 0,2 bei 8000 U/min durchlaufen wurden. Linie 510 zeigt, dass in einem idealen System der gemessene Modulationsindex (MI) und der vorgegebene Modulationsindex (MI) identisch sind. Linie 520 ist der Durchschnitt verschiedener Auftragungen 530. Linie 520 (und die verschiedenen Auftragungen 530) zeigen, dass der Betrag des Phasenstromes in einem realen System den gemessenen Modulationsindex (MI) beeinflusst, so dass sich der gemessene Modulationsindex (MI) von dem vorgegebenen MI unterscheidet. Dies ist sogar der Fall in einem linearen PWM-Bereich. Die verschiedenen Auftragungen 530 zeigen, dass bei niedrigerem Betrag der Phasenstrom-Niveaus der gemessene MI höher als der vorgegebene MI sein kann, und zwar aufgrund von PWM-Abfall-Pulsen, welche durch IGBT-Schaltbeschränkungen verursacht wurden. Bei höheren Beträgen der Phasenstrom-Niveaus ist der gemessene MI geringer als der vorgegebene MI, und zwar aufgrund von Spannungsabfällen in Wechselrichter-Busschienen, Kabeln und Anschlüssen.
6 zeigt einen Satz an Kurven, welche Auftragungen eines gemessenen Modulationsindexes (MI) 610 an den Maschinenanschlüssen und eines angepassten Modulationsindexes (MI*_adj) 620 darstellen. Jede der Auftragungen zeigt den gemessenen Modulationsindex (MI gemessen) auf der y-Achse als eine Funktion eines vorgegebenen Modulationsindexes (MI) auf der x-Achse, wenn der Phasenstrom verringert wurde. Die Daten wurden bei einem bei 105° festgesetzten Spannungswinkel (Vangle) und einem Durchlaufen von MI von einem Maximum bis nahe Null bei einer Motorgeschwindigkeit von 8000 U/min erzeugt.
6 zeigt, dass, wenn der angepasste Modulationsindex (MI*_adj) 620 angewendet wird, dies den gemessenen Modulationsindex (MI) 610 einen idealen Modulationsindex 630 erreichen lässt, so dass der gemessene MI im Wesentlichen mit dem vorgegebenen MI übereinstimmt.
Somit wurden verschiedenen Ausführungsformen zur Steuerung eines Betriebs einer mehrphasigen Maschine in einem Vektor-gesteuerten Motorantriebssystem beschrieben. Die offenbarten Ausführungsformen stellen einen Mechanismus zum Anpassen eines Modulationsindexes bereit, so dass die Beziehung zwischen dem vorgegebenen Modulationsindex und dem gemessenen Modulationsindex linearer ist. Dies kann Variationen/Fehler in der an der mehrphasigen Maschine angelegten Phasenspannung reduzieren, so dass eine genauere Phasenspannung an der mehrphasigen Maschine anliegt. Zusätzlich wird eine Stromregelungs-Stabilität sowohl in den linearen als auch übermodulierten Bereichen des Maschinenbetriebs erhöht, so dass der Phasenstrom in geeigneter Weise geregelt werden kann. Dies reduziert eine Schwankung hinsichtlich Strom/Drehmoment, was zu einer Erhöhung der Leistung beiträgt und den Maschinen-Wirkungsgrad und die Leistung verbessert als auch eine Ausnutzung der DC-Spannungsquelle.
Der Fachmann wird weiterhin bevorzugen, dass die verschiedenen dargestellten logischen Blöcke, Module, Schaltkreise und Algorithmusschritte, welche in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben sind, als elektronische Hardware, Computersoftware oder als Kombination von beidem umgesetzt werden können. Einige der Ausführungsformen und Umsetzungen sind oben hinsichtlich funktionaler und/oder logischer Blockkomponenten (oder Modulen) sowie verschiedener Bearbeitungsschritte beschrieben. Es wird jedoch bevorzugt, dass solche Blockkomponenten (oder Module) durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software-, und/oder Firmware-Komponenten ausgebildet sein können, welche ausgelegt sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen.
Um in eindeutiger Weise diese Austauschbarkeit von Hardware und Software zu illustrieren, wurden verschiedene darstellende Komponenten, Blöcke, Module, Schaltkreise sowie Schritte oben allgemein hinsichtlich ihrer Funktionalität beschrieben. Ob eine solche Funktionalität als Hardware oder Software umgesetzt ist, hängt von der entsprechenden Anwendung und von dem Gesamtsystem auferlegten Designzwängen ab. Der Fachmann kann die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Arten für jede bestimmte Anwendung umsetzen, jedoch sollten solche Umsetzungsänderungen nicht als Abkehr von dem Umfang der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Beispielsweise kann eine Ausführungsform eines Systems oder eine Komponente verschiedene integrierte Schaltkreis-Komponenten verwenden, zum Beispiel Speicherelemente, digitale Signal-Bearbeitungselemente, Logik-Elemente, Look-Up-Tabellen oder dergleichen, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuerungseinrichtungen ausführen können. Zusätzlich wird der Fachmann bevorzugen, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhafte Umsetzungen sind.
Die verschiedenen darstellenden logischen Blöcke, Module sowie Schaltkreise, welche in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen erläutert sind, können implementiert oder ausgeführt werden mit einem Vielzweckprozessor, einem digitalen Signalprozessor (DSP), einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einem Feld-programmierbaren Gate-Array (FPGA) oder einer anderen programmierbaren logischen Einrichtung, einer diskreten Gate- oder Transistor-Logik, diskreten Hardware-Komponenten, oder einer beliebigen Kombination davon, welche dazu ausgebildet sind, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Ein Vielzweckprozessor kann ein Mikroprozessor sein, jedoch kann der Prozessor als Alternative ein beliebiger herkömmlicher Prozessor, eine Steuerung, eine Mikrosteuerung, oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann ebenso als eine Kombination von Computereinrichtungen ausgebildet sein, zum Beispiel als eine Kombination eines DSP und eines Mikroprozessors, einer Mehrzahl von Mikroprozessoren, eines oder mehrerer Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder einer beliebigen anderen solchen Konfiguration.
Die Schritte eines Verfahrens oder Algorithmusses, welche in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben sind, können direkt in Hardware, in einem Softwaremodul, welches durch einen Prozessor ausgeführt wird, oder in einer Kombination von beidem verkörpert sein. Ein Softwaremodul kann in einem RAM-Speicher, Flash-Speicher, ROM-Speicher, EPROM-Speicher, EEPROM-Speicher, Registern, einer Festplatte, einer Wechselplatte, einer CD-ROM oder irgendeiner anderen Form von Speichermedium, wie es im Stand der Technik bekannt ist, untergebracht sein. Ein beispielhaftes Speichermedium ist mit dem Prozessor gekoppelt, so dass der Prozessor Information von dem Speichermedium lesen kann und Information darauf schreiben kann. Alternativ kann das Speichermedium integral mit dem Prozessor ausgebildet sein. Der Prozessor und das Speichermedium können in einem ASIC untergebracht sein. Der ASIC kann in einer Nutzerkonsole untergebracht sein. Alternativ können der Prozessor und das Speichermedium als diskrete Komponenten in einer Nutzerkonsole angeordnet sein.
In diesem Dokument können relative Ausdrücke, wie zum Beispiel erster und zweiter, und dergleichen, verwendet werden, um lediglich eine Einheit oder Aktion von einer anderen Einheit oder Aktion zu unterscheiden, ohne notwendigerweise eine tatsächliche solche Beziehung oder Reihenfolge zwischen diesen Einheiten oder Aktionen zu erfordern oder zu beinhalten. Numerische Bezeichnungen, wie zum Beispiel „erster”, „zweiter”, „dritter”, usw. bezeichnen einfach unterschiedliche Einheiten einer Mehrheit und implizieren keine Reihenfolge oder Sequenz, es sei denn, es ist spezifisch durch die Sprache der Ansprüche so definiert. Die Reihenfolge des Textes in einem beliebigen Anspruch impliziert nicht, dass Verfahrensschritte in einer zeitlich aufeinanderfolgenden logischen Ordnung gemäß einer solchen Reihenfolge ausgeführt werden müssen, es sei denn, dass dies spezifisch durch die Sprache der Ansprüche definiert ist. Die Verfahrensschritte können in einer beliebigen Reihenfolge untereinander ausgetauscht werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, solange eine solche Austauschbarkeit nicht im Widerspruch zur Anspruchssprache steht und nicht in sich unlogisch ist.
Weiterhin implizieren, in Abhängigkeit vom Zusammenhang, Wörter, wie zum Beispiel „verbinden” oder „gekoppelt mit”, welche zur Beschreibung einer Beziehung zwischen verschiedenen Elementen verwendet werden, nicht, dass eine direkte physische Verbindung zwischen diesen Elementen hergestellt werden muss. Beispielsweise können zwei Elemente miteinander physisch, elektronisch, logisch oder in irgendeiner anderen Art und Weise durch ein oder mehrere zusätzliche Elemente verbunden sein.
Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung dargestellt worden ist, wird bevorzugt, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es wird ebenso bevorzugt, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind, und den Umfang, die Anwendbarkeit oder Konfiguration der Erfindung in keinster Weise beschränken sollen. Vielmehr soll die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine nützliche Anleitung zur Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es wird davon ausgegangen, dass verschiedene Änderungen hinsichtlich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, und seiner rechtlichen Äquivalente davon zu verlassen.
Weitere Ausführungsformen

1. Verfahren zum Anpassen von Spannungsbefehlsignalen von einem Stromregler in einem elektrischen Motorantriebssystem, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Modulationsindexes auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale; Erzeugen eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes; und Berechnen von angepassten Spannungsbefehlsignalen auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der Schritt des Berechnens eines Modulationsindexes auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale umfasst: Ein Berechnen eines Modulationsindexes und eines Spannungswinkels auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale und einer DC-Eingangsspannung.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei der Schritt des Berechnens angepasster Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes umfasst: Ein Berechnen von angepassten Spannungsbefehlsignalen auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes, des Spannungswinkels und der DC-Eingangsspannung.
4. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der Schritt des Erzeugens eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes umfasst: Erzeugen eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes und eines Phasenstromes.
5. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die mehrphasige Maschine Maschinenanschlüsse umfasst, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: Erzeugen von Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignalen durch Ausführen einer dq-zu-αβ-Transformation an den angepassten Spannungsbefehlsignalen; Erzeugen von Phasenspannungs-Befehlssignalen auf Grundlage der Stationär-Bezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale; Erzeugen von Schaltvektorsignalen auf Grundlage der Phasenspannungs-Befehlssignale; Erzeugen von dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignal-Wellenformen auf Grundlage von Schaltvektorsignalen und einer DC-Eingangsspannung; und Anlegen der dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignal-Wellenformen an den Maschinenanschlüssen, wobei die angepassten Spannungsbefehlsignale Betrage der anzupassenden Phasenspannungs-Befehlssignale verursachen, welche im Wesentlichen mit den an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen V_AN, V_BN, V_CN übereinstimmen, und zwar trotz Nicht-Linearitäten in dem elektrischen Motorantriebssystem.
6. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei die Spannungsbefehlssignale ein Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen, und wobei die angepassten Spannungsbefehlsignale ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen.
7. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei der angepasste Modulationsindex verwendet wird, um die Spannungsbefehlsignale anzupassen und die angepassten Spannungsbefehlsignale derart zu erzeugen, so dass die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen V_AN, V_BN, V_CN im Wesentlichen mit den Phasenspannungs-Befehlssignalen übereinstimmen.
8. Elektrisches Motorantriebssystem, umfassend: Einen Stromregler; und einen Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor, welcher eingerichtet ist, um Spannungsbefehlsignale von dem Stromregler zu empfangen, und um einen angepassten Modulationsindex zu erzeugen, welcher verwendet wird, um angepasste Spannungsbefehlsignale zu berechnen.
9. Elektrisches Motorantriebssystem nach Ausführungsform 8, wobei der Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor umfasst: Ein Modulationsindex-Berechnungsmodul, welches eingerichtet ist, um Spannungsbefehlsignale von dem Stromregler zu empfangen, und einen Modulationsindex auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale zu berechnen; eine Modulationsindex-Look-Up-Tabelle, welche eingerichtet ist, um einen angepassten Modulationsindex auf Grundlage des Modulationsindexes zu erzeugen; und ein Spannungsbefehl-Anpassungsmodul, welches eingerichtet ist, um angepasste Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes zu berechnen.
10. Elektrisches Motorantriebssystem nach Ausführungsform 9, wobei das Modulationsindex-Berechnungsmodul weiterhin eingerichtet ist, den Modulationsindex und einen Spannungswinkel auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale und einer DC-Eingangsspannung zu berechnen.
11. Elektrisches Motorantriebssystem nach Ausführungsform 10, wobei das Spannungsbefehl-Anpassungsmodul weiterhin eingerichtet ist, die angepassten Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes, des Spannungswinkels und der DC-Eingangsspannung zu berechnen.
12. Elektrisches Motorantriebssystem nach Ausführungsform 9, wobei die Modulationsindex-Look-Up-Tabelle eingerichtet ist, einen angepassten Modulationsindex auf Grundlage des Modulationsindexes und eines Phasenstromes zu erzeugen.
13. Elektrisches Motorantriebssystem nach Ausführungsform 8, weiterhin umfassend: Ein Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul, welches Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale erzeugt, und zwar durch Ausführen einer dq-zu-αβ-Transformation an den angepassten Spannungsbefehlsignalen; ein αβ-zu-abc-Transformationsmodul, welches die Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale empfängt, und Phasenspannungsbefehlssignale erzeugt; ein Pulsbreitenmodulations-Modul, welches Schaltvektorsignale auf Grundlage der Phasenspannungs-Befehlssignale erzeugt; ein Wechselrichtermodul, welches dreiphasige Wechselstrom-Spannungssignalwellenformen auf Grundlage von Schaltvektorsignalen und einer DC-Eingangsspannung erzeugt; und eine mehrphasige Maschine umfassend Maschinenanschlüsse, wobei die mehrphasige Maschine mit dem Wechselrichtermodul gekoppelt ist und die dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignalwellenformen an den Maschinenanschlüssen angelegt werden, wobei die angepassten Spannungsbefehlsignale Beträge der anzupassenden Phasenspannungs-Befehlssignale verursachen, welche im Wesentlichen mit den angelegten Maschinenanschlussspannungen V_AN, V_BN, V_CN übereinstimmen, und zwar trotz Nicht-Linearitäten in der mehrphasigen Maschine und dem Wechselrichtermodul.
14. Elektrisches Motorantriebssystem nach Ausführungsform 8, wobei die Spannungsbefehlsignale ein Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen, und wobei die angepassten Spannungsbefehlsignale ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen.
15. Elektrisches Motorantriebssystem nach Ausführungsform 8, wobei der angepasste Modulationsindex verwendet wird, um die Spannungsbefehlsignale anzupassen und die angepassten Spannungsbefehlsignale derart zu erzeugen, so dass die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen V_AN, V_BN, V_CN im Wesentlichen mit den Phasenspannungsbefehlssignalen übereinstimmen.
16. In einem System, welches eine mehrphasige Elektromaschine mit Maschinenanschlüssen und einem elektrischen Motorantriebssystem umfasst, Verfahren zur Steuerung der mehrphasigen elektrischen Maschine, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Modulationsindexes und eines Spannungswinkels auf Grundlage von Spannungsbefehlsignalen, welche von einem Stromregler bereitgestellt werden, und einer DC-Eingangsspannung; Erzeugen eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes; Berechnen angepasster Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes, des Spannungswinkels und der DC-Eingangsspannung; Erzeugen von Schaltvektorsignalen auf Grundlage von angepassten Spannungsbefehlsignalen, und dann Erzeugen von dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignalwellenformen auf Grundlage von Schaltvektorsignalen und der DC-Eingangsspannung; und Anwenden der dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignal-Wellenformen an den Maschinenanschlüssen, wobei die an den Spannungsbefehlsignalen angewendeten Änderungen, um die angepassten Spannungsbefehlsignale zu erzeugen, Beträge der anzupassenden Phasenspannungsbefehlssignale verursachen, welche im Wesentlichen mit den an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen V_AN, V_BN, V_CN übereinstimmen, und zwar trotz Nicht-Linearitäten in dem elektrischen Motorantriebssystem.
17. Verfahren nach Ausführungsform 16, wobei der Schritt des Erzeugens eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes umfasst: Erzeugen eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes und eines Phasenstromes.
18. Verfahren nach Ausführungsform 16, wobei die Spannungsbefehlsignale ein Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen, und wobei die angepassten Spannungsbefehlsignale ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen.
19. Verfahren nach Ausführungsform 16, wobei der angepasste Modulationsindex verwendet wird, um die Spannungsbefehlsignale anzupassen und die angepassten Spannungsbefehlsignale derart zu erzeugen, so dass die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen V_AN, V_BN, V_CN im Wesentlichen mit den Phasenspannungs-Befehlssignalen übereinstimmen.

Claims

Verfahren zum Anpassen von Spannungsbefehlsignalen von einem Stromregler in einem elektrischen Motorantriebssystem, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Modulationsindexes auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale; Erzeugen eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes; und Berechnen von angepassten Spannungsbefehlsignalen auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes.
Elektrisches Motorantriebssystem, umfassend: Einen Stromregler; und einen Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor, welcher eingerichtet ist, um Spannungsbefehlsignale von dem Stromregler zu empfangen, und um einen angepassten Modulationsindex zu erzeugen, welcher verwendet wird, um angepasste Spannungsbefehlsignale zu berechnen.
Elektrisches Motorantriebssystem nach Anspruch 2, wobei der Spannungsbefehl-Anpassungsprozessor umfasst: Ein Modulationsindex-Berechnungsmodul, welches eingerichtet ist, um Spannungsbefehlsignale von dem Stromregler zu empfangen, und einen Modulationsindex auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale zu berechnen; eine Modulationsindex-Look-Up-Tabelle, welche eingerichtet ist, um einen angepassten Modulationsindex auf Grundlage des Modulationsindexes zu erzeugen; und ein Spannungsbefehl-Anpassungsmodul, welches eingerichtet ist, um angepasste Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes zu berechnen.
Elektrisches Motorantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Modulationsindex-Berechnungsmodul weiterhin eingerichtet ist, den Modulationsindex und einen Spannungswinkel auf Grundlage der Spannungsbefehlsignale und einer DC-Eingangsspannung zu berechnen.
Elektrisches Motorantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Spannungsbefehl-Anpassungsmodul weiterhin eingerichtet ist, die angepassten Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes, des Spannungswinkels und der DC-Eingangsspannung zu berechnen.
Elektrisches Motorantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Modulationsindex-Look-Up-Tabelle eingerichtet ist, einen angepassten Modulationsindex auf Grundlage des Modulationsindexes und eines Phasenstromes zu erzeugen.
Elektrisches Motorantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: Ein Synchron-zu-Stationär-Transformationsmodul, welches Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale erzeugt, und zwar durch Ausführen einer dq-zu-αβ-Transformation an den angepassten Spannungsbefehlsignalen; ein αβ-zu-abc-Transformationsmodul, welches die Stationärbezugsrahmen-Spannungsbefehlsignale empfängt, und Phasenspannungsbefehlssignale erzeugt; ein Pulsbreitenmodulations-Modul, welches Schaltvektorsignale auf Grundlage der Phasenspannungs-Befehlssignale erzeugt; ein Wechselrichtermodul, welches dreiphasige Wechselstrom-Spannungssignalwellenformen auf Grundlage von Schaltvektorsignalen und einer DC-Eingangsspannung erzeugt; und eine mehrphasige Maschine umfassend Maschinenanschlüsse, wobei die mehrphasige Maschine mit dem Wechselrichtermodul gekoppelt ist und die dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignalwellenformen an den Maschinenanschlüssen angelegt werden, wobei die angepassten Spannungsbefehlsignale Beträge der anzupassenden Phasenspannungs-Befehlssignale verursachen, welche im Wesentlichen mit den angelegten Maschinenanschlussspannungen V_AN, V_BN, V_CN übereinstimmen, und zwar trotz Nicht-Linearitäten in der mehrphasigen Maschine und dem Wechselrichtermodul.
Elektrisches Motorantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spannungsbefehlsignale ein Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen, und wobei die angepassten Spannungsbefehlsignale ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-d-Achsen-Spannungsbefehlsignal und ein angepasstes Synchron-Bezugsrahmen-q-Achsen-Spannungsbefehlsignal umfassen.
Elektrisches Motorantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der angepasste Modulationsindex verwendet wird, um die Spannungsbefehlsignale anzupassen und die angepassten Spannungsbefehlsignale derart zu erzeugen, so dass die an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen V_AN, V_BN, V_CN im Wesentlichen mit den Phasenspannungsbefehlssignalen übereinstimmen.
In einem System, welches eine mehrphasige Elektromaschine mit Maschinenanschlüssen und einem elektrischen Motorantriebssystem umfasst, insbesondere in einem System nach einem der Ansprüche 2 bis 9, Verfahren zur Steuerung der mehrphasigen elektrischen Maschine, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen eines Modulationsindexes und eines Spannungswinkels auf Grundlage von Spannungsbefehlsignalen, welche von einem Stromregler bereitgestellt werden, und einer DC-Eingangsspannung; Erzeugen eines angepassten Modulationsindexes auf Grundlage des Modulationsindexes; Berechnen angepasster Spannungsbefehlsignale auf Grundlage des angepassten Modulationsindexes, des Spannungswinkels und der DC-Eingangsspannung; Erzeugen von Schaltvektorsignalen auf Grundlage von angepassten Spannungsbefehlsignalen, und dann Erzeugen von dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignalwellenformen auf Grundlage von Schaltvektorsignalen und der DC-Eingangsspannung; und Anwenden der dreiphasigen Wechselstrom-Spannungssignal-Wellenformen an den Maschinenanschlüssen, wobei die an den Spannungsbefehlsignalen angewendeten Änderungen, um die angepassten Spannungsbefehlsignale zu erzeugen, Beträge der anzupassenden Phasenspannungsbefehlssignale verursachen, welche im Wesentlichen mit den an den Maschinenanschlüssen angelegten Spannungen V_AN, V_BN, V_CN übereinstimmen, und zwar trotz Nicht-Linearitäten in dem elektrischen Motorantriebssystem.