DE102015117813A1

DE102015117813A1 - Steuerungseinheit und Steuerungsverfahren für rotierende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102015117813A1
Application number: DE102015117813.3A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Fujii; Hideaki Nakayama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2016-04-21
Also published as: CN105553368A; CN105553368B

Abstract

Es ist eine Steuerungseinheit (40) bereitgestellt, die bei einem Motor (10) angewendet wird, der einen Rotor (12) mit einer Erregerwicklung bzw. Feldwicklung (11) und einen Rotor (13) mit Ankerwicklungsgruppen (10a, 10b) umfasst, um einen Erregerstrom zu steuern, der durch die Erregerwicklung hindurchgeht. An jede der Ankerwicklungsgruppen wird eine vorgeschriebene Spannung angelegt. Der Erregerstrom wird gesteuert, um ein minimaler Erregerstromwert If_min zu sein, mit dem eine Abweichung einer Amplitude einer induzierten Spannung, die in den Ankerwicklungsgruppen durch eine Drehung des Rotors erzeugt wird, und einer Amplitude der Spannung, die an die Ankerwicklungsgruppen angelegt wird, kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Steuerungstechniken zur Steuerung einer rotierenden elektrischen Maschine des Erregerwicklungstyps bzw. Feldwicklungstyps.
Hintergrund der Erfindung
In jüngster Zeit sind ISG (integrierte Startergeneratoren), die Funktionen sowohl von Startern als auch von elektrischen Generatoren aufweisen, für Starter und elektrische Generatoren von Kraftfahrzeugen verwendet worden. Für die ISG werden rotierende elektrische Wechselstrom-Maschinen des Erregerwicklungstyps bzw. Feldwicklungstyps verwendet. Eine derartige in einem Fahrzeug angebrachte rotierende elektrische Maschine benötigt eine Verbesserung in dem Leistungswirkungsgrad. Beispielsweise schlägt die PTL 1 Techniken zur Verbesserung des Leistungswirkungsgrads von rotierenden elektrischen Wechselstrommaschinen des Erregerwicklungstyps bzw. Feldwicklungstyps vor.
Zitierungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-B-4662119

Kurzzusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Entsprechend den Techniken, die in der PTL 1 beschrieben sind, werden, wenn die Drehzahl eines Motors niedrig ist, ein Statorstrom und ein Erregerstrom bzw. Feldstrom vergrößert, um hierdurch eine erzeugte Leistung sicherzustellen. In den in der PTL 1 beschriebenen Techniken wird, wenn die Drehzahl des Motors höher wird, der Statorstrom verkleinert, um einen Kupferverlust zu verringern und einen großen Erregerstrom aufrechtzuerhalten, um hierdurch eine erzeugte Leistung sicherzustellen. Dann wird entsprechend den in der PTL 1 beschriebenen Techniken, wenn die Drehzahl des Motors viel höher wird, der Erregerstrom verkleinert, um einen Eisenverlust zu verringern und den Statorstrom zu vergrößern, um hierdurch eine erzeugte Leistung sicherzustellen.
Die in der PTL 1 beschriebenen Techniken benötigen Abbildungsdaten bzw. Kennfelddaten, in denen der Wert entweder eines Ausgabedrehmoments oder einer erzeugten Leistung sowie der Wert einer Drehzahl als Eingangswerte verwendet werden und ein Statorstrom und ein Feldstrom bzw. Erregerstrom als Ausgangswerte verwendet werden. Dementsprechend umfassen die in der PTL 1 beschriebenen Techniken eine erhebliche Anzahl von Tests und benötigen eine Speicherkapazität, um eine große Menge von Daten zu speichern. Außerdem werden in den in der PTL 1 beschriebenen Techniken der Statorstrom und der Erregerstrom gleichzeitig gesteuert. Dementsprechend ist in den in der PTL 1 beschriebenen Techniken die Steuerung über den Statorstrom und den Erregerstrom kompliziert.
Die vorliegende Offenbarung weist eine Aufgabe zum Bereitstellen von Steuerungstechniken für eine rotierende elektrische Wechselstrommaschine eines Erregerwicklungstyps bzw. Feldwicklungstyps auf, mit denen der Leistungswirkungsgrad mit einer einfachen Steuerung verbessert wird.
Lösung der Aufgabe
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuerungseinheit, die bei einer rotierenden elektrischen Maschine angewendet wird, die einen Rotor mit einer Erregerwicklung und einen Stator mit einer Ankerwicklung umfasst, um einen Erregerstrom zu steuern, der durch die Erregerwicklung hindurchgeht. An die Ankerwicklung wird eine vorgeschriebene Spannung angelegt. Der Erregerstrom wird gesteuert, um ein erster Erregerstrom zu sein, mit dem eine Abweichung zwischen einer Amplitude einer induzierten Spannung, die in der Ankerwicklung durch eine Drehung des Rotors erzeugt wird, und einer Amplitude der angelegten Spannung der Ankerwicklung kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird.
Der Offenbarer der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass, wenn der Wert der induzierten Spannung und der Wert der angelegten Spannung sich einander annähern, die Amplitude eines Phasenstroms, der durch die Ankerwicklung des Stators hindurchgeht, klein wird. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis steuert die Steuerungseinheit der vorliegenden Offenbarung den Erregerstrom, der durch die Erregerwicklung bzw. Feldwicklung hindurchgeht, derart, dass eine Differenz zwischen einem Wert der induzierten Spannung und einem Wert der angelegten Spannung kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird. Somit ist die Steuerungseinheit der vorliegenden Offenbarung in der Lage, die Amplitude eines Phasenstroms, der durch die Ankerwicklung des Stators hindurchgeht, zu verringern und einen Leistungsverlust zu verringern, der durch den Strom verursacht wird, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht. Auf diese Weise kann die Steuerungseinheit der vorliegenden Offenbarung einen Leistungswirkungsgrad einer rotierenden elektrischen Wechselstrommaschine des Erregerwicklungstyps bzw. Feldwicklungstyps mit einer einfachen Steuerung verbessern.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt ein elektrisches Konfigurationsdiagramm eines vorliegenden Ausführungsbeispiels.
2 zeigt Diagramme, die jeweils Erregerstromkennlinien eines dq-Achsenstroms darstellen.
3 zeigt Diagramme, die jeweils eine Beziehung zwischen dq-Achsenstromamplituden- und Erregerstromkennlinien in dem Fall einer Änderung einer angelegten Spannung darstellen.
4 zeigt Diagramme, die jeweils eine Beziehung zwischen dq-Achsenstromamplituden- und Ausgabekennlinien in dem Fall einer Änderung eines Erregerstroms zeigen.
5 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen Erregerstrom- und Drehmomentkennlinien zeigt.
6 zeigt Diagramme, die jeweils einen Vektorort mit einer angelegten Spannung, die konstant ist, und einen Vektorort mit einem Drehmoment, das konstant ist, in einem dq-Achsenkoordinatensystem darstellen.
7 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das Funktionen einer Steuerungseinheit darstellt.
8 zeigt Diagramme, die jeweils Änderungen in einer Ansprechempfindlichkeit und einem Leistungswirkungsgrad in Abhängigkeit von der Einstellung eines d-Achsen-Stromsollwerts darstellen.
9 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Auswahlverarbeitung eines Erregerstromsollwerts darstellt.
10 zeigt Diagramme, die jeweils einen Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels darstellen.
11 zeigt ein Diagramm, das Einstellungen eines d-Achsenstromsollwerts und eines Erregerstromreferenzwerts in einer Modifikation darstellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird nachstehend ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird eine Steuerungseinheit der vorliegenden Offenbarung bei einem Fahrzeug angewendet, das mit einer Kraftmaschine versehen ist.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist ein Motor 10 eine rotierende elektrische Maschine eines Erregerwicklungstyps bzw. Feldwicklungstyps, die eine Multiphasen-Mehrfachwicklung aufweist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Motor 10 ein Synchronmotor des Erregerwicklungstyps, der eine Drei-Phasen-Doppelwicklung aufweist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein ISG (integrierter Startergenerator), in dem die Funktionen eines Starters bzw. Anlassers und eines Wechselstromgenerators (eines elektrischen Generators) integriert sind, als der Motor 10 verwendet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fungiert der Motor 10 insbesondere als ein Starter, wenn eine Kraftmaschine 20 anfänglich gestartet wird. Des Weiteren fungiert in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Motor 10 ebenso als ein Starter, wenn eine Funktion eines automatischen Stoppens und Neustartens der Kraftmaschine 20 in dem Fall, bei dem jeweilige vorgeschriebene automatische Stopp- und Neustartbedingungen erfüllt sind, ausgeführt wird (beispielsweise eine ”Leerlaufstoppfunktion” oder dergleichen).
Ein Rotor 12, der den Motor 10 konfiguriert, umfasst eine Erregerwicklung bzw. Feldwicklung 11. Der Rotor 12 ist konfiguriert, eine Antriebsleistungsübertragung zu/von einer Kurbelwelle 20a der Kraftmaschine 20 zu ermöglichen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rotor 12 an die Kurbelwelle 20a über einen Riemen 21 gekoppelt. Spezifisch ist der Rotor 12 direkt an die Kurbelwelle 20a über den Riemen 21 gekoppelt.
Zwei Ankerwicklungsgruppen (nachstehend als eine ”erste Wicklungsgruppe 10a” und eine ”zweite Wicklungsgruppe 10b” bezeichnet) sind um einen Stator 13 des Motors 10 gewickelt. Die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b sind konfiguriert, den Rotor 12 zu teilen. Die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b sind mit jeweiligen Drei-Phasen-Wicklungen konfiguriert, wobei die Drei-Phasen-Wicklungen unterschiedliche Sternpunkte bzw. Neutralpunkte aufweisen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Wicklungszahl N1 der Verdrahtung, die die erste Wicklungsgruppe 10a konfiguriert, eingestellt, um gleich einer Wicklungszahl N2 der Verdrahtung zu sein, die die zweite Wicklungsgruppe 10b konfiguriert.
Zwei Umrichter bzw. Inverter (nachstehend als ein ”erster Umrichter INV1” und ein ”zweiter Umrichter INV2” bezeichnet), die den jeweiligen ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b entsprechen, sind elektrisch mit dem Motor 10 verbunden. Spezifisch ist der erste Umrichter INV1 mit der ersten Wicklungsgruppe 10a verbunden, während der zweite Umrichter INV2 mit der zweiten Wicklungsgruppe 10b verbunden ist. Eine Hochspannungsbatterie 22 als eine Gleichstromleistungszufuhr ist parallel geschaltet und wird zwischen den ersten und zweiten Umrichtern INV1 und INV2 geteilt. Die Hochspannungsbatterie 22 ist derart konfiguriert, dass eine Ausgabespannung einer Niedrigspannungsbatterie 24, die durch einen Verstärkungsgleichspannungswandler bzw. Boost-DCDC-Wandler 23 verstärkt bzw. erhöht wird, daran angelegt werden kann. Die Ausgabespannung der Niedrigspannungsbatterie 24 (beispielsweise eine ”Bleibatterie” oder dergleichen) ist eingestellt, um niedriger als die Ausgabespannung der Hochspannungsbatterie 22 (beispielsweise eine ”Lithium-Ionen-Batterie” oder dergleichen) zu sein.
Der erste Umrichter INV1 umfasst einen ersten U-Phasen-Hochpotentialseitenschalter SUp1, einen ersten V-Phasen-Hochpotentialseitenschalter SVp1, einen ersten W-Phasen-Hochpotentialseitenschalter SWp1, einen ersten U-Phasen-Niedrigpotentialseitenschalter SUn1, einen ersten V-Phasen-Niedrigpotentialseitenschalter SVn1 und einen ersten W-Phasen-Niedrigpotentialseitenschalter SWn1. Außerdem umfasst der erste Umrichter INV1 drei Sätze von seriellen Verbindungen, in denen die U-, V- und W-Phasen-Hoch- und Niedrigpotentialseitenschalter auf einer Phasengrundlage in Reihe geschaltet sind. Verbindungspunkte der jeweiligen seriellen Verbindungen der U-, V- und W-Phasen sind mit U-, V- bzw. W-Phasenanschlüssen der ersten Wicklungsgruppe 10a verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein N-Kanal-MOSFET für jeden der Hochpotentialseitenschalter SUp1 bis SWp1 und jeden der Niedrigpotentialseitenschalter SUn1 bis SWn1 verwendet. Dioden DUp1, DVp1, DWp1, DUn1, DVn1 und DWn1 sind jeweils umgekehrt parallel mit den Hochpotentialseitenschaltern SUp1 bis SWp1 und den Niedrigpotentialseitenschaltern SUn1 bis SWn1 verbunden. Die Dioden DUp1 bis DWp1 und DUn1 bis DWn1 können Körperdioden der Hochpotentialseitenschalter SUp1 bis SWp1 bzw. der Niedrigpotentialseitenschalter SUn1 bis SWn1 sein. Außerdem sind die Hochpotentialseitenschalter SUp1 bis SWp1 und die Niedrigpotentialseitenschalter SUn1 bis SWn1 nicht auf die N-Kanal-MOSFETs begrenzt, sondern es können beispielsweise IGBTs hierfür verwendet werden.
Wie in dem ersten Umrichter INV1 umfasst der zweite Umrichter INV2 einen zweiten U-Phasen-Hochpotentialseitenschalter SUp2, einen zweiten V-Phasen-Hochpotentialseitenschalter SVp2, einen zweiten W-Phasen-Hochpotentialseitenschalter SWp2, einen zweiten U-Phasen-Niedrigpotentialseitenschalter SUn2, einen zweiten V-Phasen-Niedrigpotentialseitenschalter SVn2 und einen zweiten W-Phasen-Niedrigpotentialseitenschalter SWn2. Der zweite Umrichter INV2 umfasst drei Sätze von seriellen Verbindungen, in denen die U-, V- und W-Phasen-Hoch- und Niedrigpotentialseitenschalter auf einer Phasengrundlage in Reihe geschaltet sind. Verbindungspunkte der jeweiligen seriellen Verbindungen in den U-, V- und W-Phasen sind mit U-, V- bzw. W-Phasenanschlüssen der zweiten Wicklungsgruppe 10b verbunden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein N-Kanal-MOSFET für jeden der Hochpotentialseitenschalter SUp2 bis SWp2 und jeden der Niedrigpotentialseitenschalter SUn2 bis SWn2 verwendet. Dioden DUp2, DVp2, DWp2, DUn2, DVn2 und DWn2 sind jeweils umgekehrt parallel mit den Hochpotentialseitenschaltern SUp2 bis SWp2 bzw. den Niedrigpotentialseitenschaltern SUn2 bis SWn2 verbunden. Die Dioden DUp2 bis DWp1 und DUn1 bis DWn2 können Körperdioden der Hochpotentialseitenschalter SUp2 bis SWp2 bzw. der Niedrigpotentialseitenschalter SUn2 bis SWn2 sein. Außerdem sind die Hochpotentialseitenschalter SUp2 bis SWp2 und die Niedrigpotentialseitenschalter SUn2 bis SWn2 nicht auf die N-Kanal-MOSFETs begrenzt, sondern es können beispielsweise IGBTs hierfür verwendet werden.
Ein positiver Elektrodenanschluss der Hochspannungsbatterie 22 ist mit jedem der Hochpotentialseitenanschlüsse der ersten und zweiten Umrichter INV1 und INV2 (ein Drain-Seitenanschluss jedes der Hochpotentialseitenschalter SUp1 bis SWp2) verbunden. Demgegenüber ist ein negativer Elektrodenanschluss der Hochspannungsbatterie 22 mit jedem der Niedrigpotentialseitenanschlüsse (ein Source-Seitenanschluss jedes der Niedrigpotentialseitenschalter SUn1 bis SWn2) verbunden.
Die Erregerwicklung bzw. Feldwicklung 11 ist derart konfiguriert, dass eine Gleichstromspannung daran durch eine Erregerschaltung bzw. Feldschaltung 36 angelegt werden kann. Die Erregerschaltung 36 justiert die Gleichstromspannung, die an die Erregerwicklung 11 anzulegen ist, um hierdurch einen Erregerstrom bzw. Feldstrom If zu steuern, der durch die Erregerwicklung 11 hindurchgeht.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel umfasst ein Steuerungssystem, das mit verschiedenen Sensoren versehen ist, wie beispielsweise einem Drehwinkelsensor 30, einem Spannungssensor 31, einem Erregerstromsensor 32 und einer Phasenstromerfassungseinrichtung 33. Der Drehwinkelsensor 30 ist eine Drehwinkelerfassungseinrichtung, die einen Drehwinkel (einen elektrischen Winkel θ) des Motors 10 erfasst. Der Spannungssensor 31 erfasst Leistungszufuhrspannungen VIN der ersten und zweiten Umrichter INV1 und INV2. Der Erregerstromsensor 32 erfasst den Erregerstrom If, der durch die Erregerwicklung 11 hindurchgeht. Die Phasenstromerfassungseinrichtung 33 erfasst Phasenströme der ersten Wicklungsgruppe 10a (Ströme, die durch die erste Wicklungsgruppe 10a in dem fixierten Koordinatensystem hindurchgehen) und Phasenströme der zweiten Wicklungsgruppe 10b (Ströme, die durch die zweite Wicklungsgruppe 10b in dem fixierten Koordinatensystem hindurchgehen). Es ist anzumerken, dass als der Drehwinkelsensor 30 beispielsweise ein Koordinatenwandler bzw. Resolver verwendet werden kann. Ferner können als der Erregerstromsensor 32 und die Phasenstromerfassungseinrichtung 33 solche verwendet werden, die beispielsweise einen Stromtransformator oder einen Widerstand umfassen.
Erfasste Werte der verschiedenen Sensoren werden einer Steuerungseinheit 40 eingegeben. Die Steuerungseinheit 40 ist eine Softwareverarbeitungseinrichtung, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher oder dergleichen umfasst und es der CPU gestattet, ein Programm auszuführen, das in dem Speicher gespeichert ist. Die Steuerungseinheit 40 führt das Programm aus, um vorgeschriebene Steuerungsfunktionen zu verwirklichen. Die Steuerungseinheit 40 führt eine derartige Steuerung aus, dass eine gesteuerte Variable des Motors 10 an einen Befehlswert angenähert wird, der eine Steuerung über den Motor 10 befiehlt. Dementsprechend erzeugt die Steuerungseinheit 40 ein Manipulationssignal, um die ersten und zweiten Umrichter INV1 und INV2 zu manipulieren, auf der Grundlage der erfassten Werte der verschiedenen Sensoren, wobei sie das Manipulationssignal ausgibt. Eine gesteuerte Variable des Motors 10 während eines Leistungslaufens ist ein Ausgabedrehmoment T, das an die Kurbelwelle 20a ausgegeben (übertragen) wird, wobei ein zugehöriger Befehlswert ein Befehlsdrehmoment T* ist. Eine gesteuerte Variable des Motors 10 während einer Regeneration ist eine Ausgabeleistung P, die von dem Motor 10 durch eine Leistungserzeugung ausgegeben wird (eine erzeugte Leistung während der Regeneration), wobei ein zugehöriger Befehlswert eine Befehlsleistung P* ist. Die gesteuerte Variable des Motors 10 während eines Leistungslaufens kann eine Eingabeleistung P sein, die dem Motor 10 eingegeben wird (ein Leistungsverbrauch während eines Leistungslaufens). Die gesteuerte Variable des Motors 10 während einer Regeneration kann ein Eingabedrehmoment T sein, das von der Kurbelwelle 20a eingegeben wird (ein Verlustdrehmoment, das mit einer Leistungserzeugung verbunden ist).
Die Steuerungseinheit 40 justiert den Erregerstrom If, der durch die Erregerwicklung 11 hindurchgeht, und den Phasenstrom, der durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgeht, um hierdurch eine Steuerung auszuführen, um zu veranlassen, dass sich die Ausgabeleistung P (die gesteuerte Variable) des Motors 10 der Befehlsleistung P* (der Befehlswert) annähert. Die Erregerwicklung 11 des Rotors 12 weist eine größere Wicklungszahl, einen größeren Reaktanz- bzw. Blindwiderstandswert und eine größere Schaltungszeitkonstante im Vergleich mit denen der ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b (die zwei Ankerwicklungsgruppen) des Stators 13 auf. Folglich wird in dem Fall einer Justierung des Erregerstroms If, um eine Steuerung auszuführen, um zu veranlassen, dass sich die Ausgabeleistung P des Motors 10 der Befehlsleistung P* annähert, eine Ansprechempfindlichkeit beeinträchtigt. Auch während eines Leistungslaufens wird in dem Fall einer Justierung des Erregerstroms If, um eine Steuerung auszuführen, um zu veranlassen, dass sich das Ausgabedrehmoment T des Motors 10 dem Befehlsdrehmoment T* annähert, eine Ansprechempfindlichkeit beeinträchtigt.
Um dies zu bewältigen stellt die Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Amplitude Va der Spannung, die an jede der ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b angelegt wird (nachstehend als ”angelegte Spannung” bezeichnet), auf einen konstanten Wert ein und justiert eine Phase δ der angelegten Spannung. Die Steuerungseinheit 40 führt hierdurch eine Steuerung während einer Regeneration aus, um zu veranlassen, dass sich die Ausgabeleistung P des Motors 10 der Befehlsleistung P* annähert, und führt eine Steuerung während eines Leistungslaufens aus, um zu veranlassen, dass sich das Ausgabedrehmoment T des Motors 10 dem Befehlsdrehmoment T* annähert.
Dann justiert die Steuerungseinheit 40 zusätzlich zu einem Justieren der angelegten Spannung den Erregerstrom If, der von der Erregerschaltung 36 ausgegeben wird. Somit führt die Steuerungseinheit 40 eine Steuerung zur Verkleinerung eines Kupferverlustes aus, der durch den Strom verursacht wird, der durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgeht. Es ist anzumerken, dass in 1 die Signale, die die Hochpotentialseitenschalter SUp1 bis SWp1 des ersten Umrichters INV1 manipulieren, jeweils als erste Manipulationssignale gUp1, gVp1 und gWp1 angegeben sind. Außerdem sind in 1 die Signale, die die Niedrigpotentialseitenschalter SUn1 bis SWn1 des ersten Umrichters INV1 manipulieren, jeweils als erste Manipulationssignale gUn1, gVn1 und gWn1 angegeben. Des Weiteren sind in 1 die Signale, die die Hochpotentialseitenschalter SUp2 bis SWp2 des zweiten Umrichters INV2 manipulieren, jeweils als zweite Manipulationssignale gUp2, gVp2 und gWp2 angegeben. Außerdem sind in 1 die Signale, die die Niedrigpotentialseitenschalter SUn2 bis SWn2 des zweiten Umrichters INV2 manipulieren, jeweils als zweite Manipulationssignale gUn2, gVn2 und gWn2 angegeben. Die Erregerschaltung 36 kann in der Steuerungseinheit 40 eingebaut sein oder kann extern zu der Steuerungseinheit 40 hinzugefügt werden.
Unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 wird die Beziehung zwischen der Ausgabeleistung P, der Amplitude Va der angelegten Spannung, der Phase δ der angelegten Spannung, dem Erregerstrom If, dem Eingabedrehmoment T und einem dq-Achsenstrom Idq beschrieben. Die nachstehende Beschreibung behandelt den Fall einer Regeneration. Es ist anzumerken, dass, indem die Ausgabeleistung P mit einer Eingabeleistung P ersetzt wird und das Eingabedrehmoment T mit einem Ausgabedrehmoment T ersetzt wird, die nachstehende Beschreibung ebenso als die Beschreibung während eines Leistungslaufens dient, wobei somit die Beschreibung während eines Leistungslaufens weggelassen wird.
2 zeigt eine Beziehung zwischen dem Erregerstrom If und dem dq-Achsenstrom Idq, wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung auf einen konstanten Wert (48 V) unter der Bedingung eingestellt ist, dass die Ausgabeleistung P auf eine vorgeschriebene Befehlsleistung P* (ein konstanter Wert) eingestellt ist. Die 2(a) und 2(b) unterscheiden sich in einer Drehzahl des Motors 10. Die Ausgabeleistung P wird hier durch Multiplizieren des Eingabedrehmoments T mit einer Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 10 bestimmt (P = T × ω). Der dq-Achsenstrom Idq ist ein Stromwert, der durch eine Koordinatenumwandlung jedes Phasenstroms erhalten wird, der durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgeht und durch die Phasenstromerfassungseinrichtung 33 erfasst wird.
2(a) zeigt eine Beziehung zwischen dem Erregerstrom If und einer Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq bei einer vorgeschriebenen ersten Drehzahl RS1. 2(b) zeigt eine Beziehung zwischen einem q-Achsenstrom Iq und einem d-Achsenstrom Id in dem dq-Achsenstrom Idq. Die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq ist ein absoluter Wert eines Vektors, der durch einen Satz eines Werts des q-Achsenstroms Iq und eines Werts des d-Achsenstroms Id dargestellt wird. Die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq wird minimiert, wenn der Erregerstrom If 2 A ist. Wenn der Erregerstrom If von 2 A abnimmt oder zunimmt, nimmt die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq zu. Anders ausgedrückt wird, wenn der Erregerstrom If 2 A wird, ein Leistungsverlust minimiert, der durch die Phasenströme verursacht wird, die durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgehen.
2(c) zeigt eine Beziehung zwischen dem Feldstrom If und der Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq bei einer vorgeschriebenen zweiten Drehzahl RS2 (RS2 = 2·RS1). 2(d) zeigt eine Beziehung zwischen dem q-Achsenstrom Iq und dem d-Achsenstrom Id in dem dq-Achsenstrom Idq. Unter der Bedingung, dass die Ausgabeleistung P einen konstanten Wert annimmt, verschiebt sich die Drehzahl des Motors 10 von der ersten Drehzahl RS1 zu der zweiten Drehzahl RS2 (die Drehzahl wird verdoppelt), wobei sich das Eingabedrehmoment T auf die Hälfte verkleinert. Die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq wird minimiert, wenn der Erregerstrom If 1 A ist. Wenn der Erregerstrom If von 1 A abnimmt oder zunimmt, nimmt die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq zu. Anders ausgedrückt wird, wenn der Erregerstrom If 1 A wird, ein Leistungsverlust minimiert, der durch den Strom verursacht wird, der durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgeht.
3 zeigt eine Beziehung zwischen der Amplitude Va der angelegten Spannung, dem Erregerstrom If und der Stromamplitude Ia unter der Bedingung, dass die Ausgabeleistung P auf eine vorgeschriebene Befehlsleistung P* (ein konstanter Wert) eingestellt wird. Die 3(a) und 3(b) unterscheiden sich in einer Drehzahl des Motors 10.
3(a) zeigt eine Beziehung zwischen der Amplitude Va der angelegten Spannung, dem Feldstrom If und der Stromamplitude Ia bei der vorgeschriebenen ersten Drehzahl RS1. Wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 48 V ist, wird die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq bei einem Erregerstrom If von 2 A minimiert. Wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 36 V ist, wird die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq bei einem Erregerstrom If von 1,5 A minimiert. Wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 24 V ist, wird die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq bei einem Erregerstrom If von 1 A minimiert. Es ist anzumerken, dass, wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 12 V ist und der Erregerstrom If kleiner oder gleich als etwa 1,2 A wird, die Bedingung für die Ausgabeleistung P, einen konstanten Wert anzunehmen, nicht länger erfüllt werden kann.
3(b) zeigt eine Beziehung zwischen der Amplitude Va der angelegten Spannung, dem Erregerstrom If und der Stromamplitude Ia bei der zweiten Drehzahl RS2 (RS2 = 2·RS1). Wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 48 V ist, wird die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq bei einem Erregerstrom If von 1 A minimiert. Wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 36 V ist, wird die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq bei einem Erregerstrom If von 0,75 A minimiert. Wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 24 V ist, wird die Stromamplitude Ia bei einem Erregerstrom If von 0,5 A minimiert. Es ist anzumerken, dass, wenn die Amplitude Va der angelegten Spannung 12 V ist und der Erregerstrom If kleiner oder gleich als etwa 1,2 A wird, die Bedingung für die Ausgabeleistung P, einen konstanten Wert anzunehmen, nicht länger erfüllt werden kann.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verursacht die größere Amplitude Va der angelegten Spannung den kleineren minimalen Wert der Stromamplitude Ia. Anders ausgedrückt wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Amplitude Va der angelegten Spannung vergrößert und es wird gestattet, dass der optimale Erregerstrom If fließt, um hierdurch die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq zu minimieren. Somit kann die Steuerungseinheit 40 den Leistungsverlust minimieren, der durch den Strom verursacht wird, der durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgeht.
4 zeigt eine Beziehung zwischen dem Erregerstrom If, der Ausgabeleistung P und der Stromamplitude Ia in dem Fall, bei dem der Erregerstrom If und die Phase δ der angelegten Spannung unter der Bedingung verändert werden, dass die Amplitude Va der angelegten Spannung auf einen konstanten Wert (48 V) eingestellt wird. Die 4(a) und 4(b) unterscheiden sich in einer Drehzahl des Motors 10.
4(a) zeigt eine Beziehung zwischen dem Erregerstrom If, der Ausgabeleistung P und der Stromamplitude Ia bei der vorgeschriebenen ersten Drehzahl RS1. In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P kleiner oder gleich als etwa 5000 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 2 A ist. In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P größer als etwa 5000 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 3 A ist. In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P größer als etwa 8000 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 4 A ist.
4(b) zeigt eine Beziehung zwischen dem Erregerstrom If, der Ausgabeleistung P und der Stromamplitude Ia bei der zweiten Drehzahl RS2 (RS2 = 2·RS1). In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P kleiner oder gleich als etwa 2500 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 1 A ist. In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P größer als etwa 2500 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 1,5 A ist. In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P größer als etwa 4000 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 2 A ist. In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P größer als etwa 6000 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 3 A ist. In einem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P größer als etwa 9000 W ist, wird die Stromamplitude Ia minimiert, wenn der Erregerstrom If 4 A ist.
Beispielsweise wird in dem Fall, bei dem die Drehzahl des Motors 10 die erste Drehzahl RS1 ist (in dem Fall gemäß 4(a)), der Erregerstrom If auf 2 A in dem Bereich eingestellt, bei dem die Ausgabeleistung P kleiner als etwa 5000 W ist. In dem Bereich, bei dem die Ausgabeleistung P größer oder gleich etwa 5000 W ist und kleiner als etwa 8000 W ist, wird der Erregerstrom If auf 3 A eingestellt. In dem Bereich, bei dem die Ausgabeleitung P größer als etwa 8000 W ist, wird der Erregerstrom If auf 4 A eingestellt. Auf diese Weise wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erregerstrom If entsprechend der Ausgabeleitung P eingestellt, um hierdurch die Stromamplitude Ia zu minimieren und die Ausgabeleistung P zu vergrößern. Es ist anzumerken, dass der Erregerstrom If kontinuierlich entsprechend der Änderung der Ausgabeleistung P geändert werden kann.
Der Offenbarer der vorliegenden Erfindung hat Experimente unter der Bedingung ausgeführt, dass die Amplitude Va der angelegten Spannung auf einen konstanten Wert (37,5 V) eingestellt worden ist, die Drehzahl des Motors 10 auf einen konstanten Wert (3000 Upm) eingestellt worden ist und die Ausgabeleistung P auf einen konstanten Wert (5000 W) eingestellt worden ist. Der Offenbarer der vorliegenden Erfindung hat experimentelle Ergebnisse erhalten, die eine Beziehung zwischen dem Erregerstrom If und dem Eingabedrehmoment T unter dieser Bedingung gezeigt haben. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem Erregerstrom If und dem Eingabedrehmoment T, die in den Experimenten erhalten worden ist. Wenn der Erregerstrom If etwa 0,75 A wird, wird das Eingabedrehmoment T minimiert, und wenn der Erregerstrom If größer oder kleiner als etwa 0,75 A wird, wird das unwirksame Eingabedrehmoment T, das nicht zu der Leistungserzeugung beträgt, größer.
Wenn der Erregerstrom If 0,25 A gewesen ist, hatte die induzierte Spannung eine Amplitude Vb von 16,8 V. Wenn der Erregerstrom If 0,5 A gewesen ist, ist die Amplitude Vb der induzierten Spannung 27,9 V gewesen. Wenn der Erregerstrom If 0,75 A gewesen ist, ist die Amplitude Vb der induzierten Spannung 36,7 V gewesen. Wenn der Erregerstrom If 1 A gewesen ist, ist die Amplitude Vb der induzierten Spannung 42,1 V gewesen. Wenn der Erregerstrom If 1,25 A gewesen ist, ist die Amplitude Vb der induzierten Spannung 52,1 V gewesen. Anders ausgedrückt haben die vorliegenden Experimente ergeben, dass, wenn die Amplitude Vb der induzierten Spannung und die Amplitude Va der angelegten Spannung miteinander übereingestimmt haben, wobei ein Fehler in einem vorgeschriebenen Bereich gewesen ist (beispielsweise ”wenn Va = 37,5 V und Vb = 36,7 V”), das Eingabedrehmoment T, das die Befehlsleistung P* erfüllt, einen minimalen Wert angenommen hat.
Die Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet die vorstehend beschriebenen Eigenschaften als eine Grundlage, um die Amplitude Va der angelegten Spannung auf einen maximalen Wert einzustellen. Anders ausgedrückt stellt die Steuerungseinheit 40 die Amplitude Va der angelegten Spannung auf einen maximalen Wert der Ausgabespannung des Verstärkungsgleichspannungswandlers 23 ein (48 V). Auf diese Weise wird in der Steuerungseinheit 40 die Amplitude Va der angelegten Spannung auf einen maximalen Wert eingestellt, um hierdurch einen Kupferverlust zu verkleinern, der durch die Phasenströme verursacht wird, die durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgehen. Außerdem justiert die Steuerungseinheit 40 die Phase δ der angelegten Spannung, um hierdurch die Ausgabeleistung P und das Ausgabedrehmoment T des Motors 10 zu steuern. Spezifisch führt die Steuerungseinheit 40 während einer Regeneration eine Steuerung aus, um zu veranlassen, dass sich die Ausgabeleistung P des Motors 10 der Befehlsleistung P* annähert, und während eines Leistungslaufens eine Steuerung aus, um zu veranlassen, dass sich das Ausgabedrehmoment T des Motors 10 dem Befehlsdrehmoment T* annähert. Des Weiteren stellt die Steuerungseinheit 40 den Erregerstrom If derart ein, dass die Amplitude Vb der induzierten Spannung mit der Amplitude Va der angelegten Spannung übereinstimmt.
6 zeigt eine Beziehung zwischen dem q-Achsenstrom Iq und dem d-Achsenstrom Id unter der Bedingung, dass die Amplitude Va der angelegten Spannung auf einen maximalen Wert (48 V) eingestellt ist und der Erregerstrom If derart eingestellt ist, dass die Amplitude Vb der induzierten Spannung mit der Amplitude Va der angelegten Spannung übereinstimmt. Spezifisch zeigt 6 bogenförmige Orte von Stromvektoren, die jeweils durch eine Kombination des q-Achsenstroms Iq und des d-Achsenstroms Id in dem dq-Achsenkoordinatensystem dargestellt werden (nachstehend jeweils als ”Spannungsbegrenzungskreislinie” bezeichnet). Ebenso zeigt 6 lineare Orte von Stromvektoren, die jeweils durch eine Kombination des q-Achsenstroms Iq und des d-Achsenstroms Id in der dq-Achsenkoordinate dargestellt werden, in dem Fall, bei dem die Befehlsleistung P* konstant ist (nachstehend jeweils als ”linearer Stromvektorort” bezeichnet). In 6 stellt jeder der Schnittpunkte des linearen Stromvektorortes, wenn die Befehlsleistung P* konstant ist, und der Spannungsbegrenzungskreislinie eine Kombination des q-Achsenstroms Iq und des d-Achsenstroms Id dar, die die Amplitude Va der angelegten Spannung und die Befehlsleistung P* erfüllt.
6(a) zeigt eine Beziehung zwischen dem linearen Stromvektorort, wenn die Befehlsleistung P* konstant ist, und der Spannungsbegrenzungskreislinie in dem Fall, bei dem die Drehzahl des Motors 10 die erste Drehzahl RS1 ist. Unter der Bedingung, die in 6(a) gezeigt ist, wird der Erregerstrom If auf 2 A eingestellt. 6(b) zeigt eine Beziehung zwischen dem linearen Stromvektorort, wenn die Befehlsleistung P* konstant ist, und der Spannungsbegrenzungskreislinie in dem Fall, bei dem die Drehzahl des Motors 10 die zweite Drehzahl RS2 ist (RS2 = 2·RS1). Unter der in 6(b) gezeigten Bedingung wird der Erregerstrom If auf 1 A eingestellt.
Wenn 6(b) mit 6(a) verglichen wird, ist die Drehzahl des Motors 10 verdoppelt, wobei der Erregerstrom If auf die Hälfte verkleinert ist. Dementsprechend können die q-Achsenströme Iq, die den gleichen Wert aufweisen, wobei ein Fehler in einem vorgeschriebenen Bereich liegt, eine äquivalente Leistung ausgeben. Außerdem wird, wenn die Drehzahl verdoppelt wird, der Radius der Spannungsbegrenzungskreislinie, die in 6(b) gezeigt ist, in Bezug auf den Radius der Spannungsbegrenzungskreislinie, die in 6(a) gezeigt ist, auf die Hälfte verkleinert.
Der d-Achsenstrom Id wird durch eine Gleichung (1) bestimmt. Id = {–ϕ(If) + √(Va/ω)^2 – (Lq·Iq)^2}}/Ld (1)
In der Gleichung ist ϕ(If) ein Verbindungsmagnetfluss, der durch den Erregerstrom If verursacht wird, ω ist eine Winkelgeschwindigkeit des Motors 10, Lq ist eine q-Achseninduktivität und Ld ist eine d-Achseninduktivität. Wenn der d-Achsenstrom und der q-Achsenstrom Iq auf 0 eingestellt sind (Id = Iq = 0), kann die Gleichung (1) durch die nachstehende Gleichung (2) ausgedrückt werden. ω·φ(If) = Va (2)
Wie es durch die nachstehende Gleichung (3) ausgedrückt ist, ist die Amplitude Vb der induzierten Spannung gleich zu der angelegten Spannung Va. ω·φ(If) = ω·Lf·If (3)
In der Gleichung ist If eine Induktivität der Erregerwicklung 11. Anders ausgedrückt ist, wenn die Amplitude Vb der induzierten Spannung gleich der Amplitude Va der angelegten Spannung ist, das rechte Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie auf den Ursprung der dq-Achsenkoordinaten überlagert.
Wenn das rechte Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie auf dem Ursprung der dq-Achsenkoordinaten überlagert ist ((Id, Iq) = (0, 0)), nähern sich die Schnittpunkte des linearen Stromvektorortes, wenn die Befehlsleistung P* konstant ist, und die Spannungsbegrenzungskreislinie dem Ursprung an. Außerdem wird der d-Achsenstrom Id bei jedem der Schnittpunkte an 0 angenähert. Folglich kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erregerstrom If derart gesteuert werden, dass veranlasst wird, dass die Abweichung zwischen der Amplitude Vb der induzierten Spannung und der Amplitude Va der angelegten Spannung sich einem Stromwert annähert, der kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird. Als Ergebnis kann die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq verkleinert werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Erregerstrom If derart gesteuert, dass veranlasst wird, dass der Stromwert ein minimaler Erregerstromwert If_min (ein erster Erregerstrom) ist, bei dem die Amplitude Vb der induzierten Spannung mit der Amplitude Va der angelegten Spannung übereinstimmt, wobei ein Fehler innerhalb eines vorgeschriebenen Bereichs ist.
Wenn jedoch der Erregerstrom If der minimale Erregerstromwert If_min wird, und dann der Wert des Erregerstroms If konstant wird, wird der maximale Wert der Ausgabeleistung P durch einen Wert des q-Achsenstroms Iq begrenzt, der einem Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie entspricht. Diesbezüglich steuert die Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Erregerstrom If derart, dass veranlasst wird, dass der Stromwert ein Wert ist, der größer als der minimale Erregerstromwert If_min ist, wenn die Befehlsleistung P* größer als ein vorgeschriebener Wert wird, oder wenn das Befehlsdrehmoment T* größer als ein vorgeschriebener Wert wird. Auf diese Weise wird, indem der Erregerstrom If auf einen Wert gesteuert wird, der größer oder gleich dem minimalen Erregerstromwert If_min ist, der d-Achsenstrom Id bei dem Schnittpunkt (bei dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie) der Spannungsbegrenzungskreislinie und der d-Achse des dq-Achsenkoordinatensystems 0 oder kleiner. Spezifisch wird in der Steuerungseinheit 40 der d-Achsenstrom Id als eine Grundlage zur Berechnung eines Erregerstromreferenzwerts If_c (ein zweiter Erregerstrom) verwendet. Des Weiteren wird in der Steuerungseinheit 40 ein vorgeschriebener d-Achsenstromsollwert Id* (ein Sollstrom) eingestellt. In der Steuerungseinheit 40 wird bestimmt, ob ein Absolutwert des d-Achsenstroms Id, dessen Wert durch eine Vergrößerung in der Befehlsleistung P* oder eine Vergrößerung in dem Befehlsdrehmoment T* vergrößert wird, einen Absolutwert des eingestellten d-Achsenstromsollwerts Id* überschreitet oder nicht. Dementsprechend wird in der Steuerungseinheit 40, wenn der Absolutwert des d-Achsenstroms Id den Absolutwert des d-Achsenstromsollwerts Id* überschreitet, der Erregerstrom If derart gesteuert, dass veranlasst wird, dass der Stromwert ein Erregerstromreferenzwert If_c ist.
7 zeigt ein Funktionsblockschaltbild, das eine Funktion der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel darstellt. Das Befehlsdrehmoment T* wird in die Steuerungseinheit 40 eingegeben. Die Steuerungseinheit 40 führt eine Steuerung aus, um zu veranlassen, dass sich das Drehmoment T des Motors 10 dem eingegeben Befehlsdrehmoment T* annähert.
Das Befehlsdrehmoment T*, das die Befehlsleistung P* erfüllt, und ein Schätzwert des Eingabedrehmoments T werden einer Abweichungsberechnungseinrichtung 41 während einer Regeneration eingegeben. Die Abweichungsberechnungseinrichtung 41 berechnet eine Abweichung zwischen dem eingegebenen Befehlsdrehmoment T* und dem Schätzwert des Eingabedrehmoments T. Außerdem werden das Befehlsdrehmoment T*, das die Befehlsleistung P* erfüllt, und ein Schätzwert des Ausgabedrehmoments T der Abweichungsberechnungseinrichtung 41 während eines Leistungslaufens eingegeben. Die Abweichungsberechnungseinrichtung 41 berechnet eine Abweichung zwischen dem eingegebenen Befehlsdrehmoment T* und dem Schätzwert des Ausgabedrehmoments T. Der Schätzwert des Drehmoments T wird durch eine Drehmomentschätzwertberechnungseinrichtung 42 berechnet. Die Drehmomentschätzwertberechnungseinrichtung 42 berechnet einen Schätzwert des Drehmoments T auf der Grundlage eines erfassten Werts des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq, die durch den Stator 13 hindurchgehen (ein erfasster Wert der Phasenstromerfassungseinrichtung 33), eines erfassten Werts des Erregerstroms If (ein erfasster Wert des Erregerstromsensors 32) und der Drehzahl des Motors 10.
Die Abweichung zwischen dem Befehlsdrehmoment T* und dem Schätzwert des Drehmoments T wird einer PID-Steuerungseinrichtung 43 eingegeben (”DIP” steht für ”Proportional-Integral-Derivativ” bzw. ”Proportional-Integral-Ableitend”). Die PID-Steuerungseinrichtung 43 führt eine PDI-Steuerung über der eingegebenen Abweichung aus und gibt das Ergebnis aus. Der Ausgabewert der PID-Steuerungseinrichtung 43 ist äquivalent zu einem Spannungsphasenbefehlswert δ*. Der Spannungsphasenbefehlswert δ* wird einer Phasenbegrenzungseinrichtung (einem Begrenzer) 44 eingegeben. Die Phasenbegrenzungseinrichtung 44 begrenzt eine obere Grenze und eine untere Grenze des eingegebenen Spannungsphasenbefehlswerts δ*. Der Spannungsphasenbefehlswert δ*, dessen obere und untere Grenzen begrenzt worden sind, wird einer Modulationseinrichtung 45 eingegeben. Die Modulationseinrichtung 45 steuert die ersten und zweiten Umrichter INV1 und INV2, um zu veranlassen, dass die Spannungsphase δ, die von den ersten und zweiten Umrichtern INV1 und INV2 ausgegeben wird (die Phasendifferenz zwischen der angelegten Spannung und dem Phasenstrom), als der Spannungsphasenbefehlswert δ* dient. Spezifisch gibt die Modulationseinrichtung 45 die ersten Manipulationssignale gUp1 bis gWp1, die jeweils die Hochpotentialseitenschalter SUp1 bis SWp1 des ersten Umrichters INV1 manipulieren, aus, um zu veranlassen, dass die Spannungsphase δ als der Spannungsphasenbefehlswert δ* dient. Ebenso gibt die Modulationseinrichtung 45 die ersten Manipulationssignale gUn1 bis gWn1 aus, die jeweils die Niedrigpotentialseitenschalter SUn1 bis SWn1 des ersten Umrichters INV1 manipulieren. Außerdem gibt die Modulationseinrichtung 45 die zweiten Manipulationssignale gUp2 bis gWp2 aus, die jeweils die Hochpotentialseitenschalter SUp2 bis SWp2 des zweiten Umrichters INV2 manipulieren. Die Modulationseinrichtung 45 gibt die zweiten Manipulationssignale gUn2 bis gWn2 aus, die jeweils die Niedrigpotentialseitenschalter SUn2 bis SWn2 des zweiten Umrichters INV2 manipulieren. Anders ausgedrückt ist in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abweichung zwischen dem Befehlsdrehmoment T* und dem Drehmoment T als ein Eingabewert bereitgestellt, wobei die Spannungsphase δ als eine manipulierte Variable der ersten und zweiten Umrichter INV1 und INV2 verwendet wird, wodurch die PID-Steuerung zur Verkleinerung der Abweichung zwischen dem Befehlsdrehmoment T* und dem Drehmoment T ausgeführt wird. In der Steuerungseinheit 40 wird eine Verstärkung der PID-Steuerungseinrichtung 43 entsprechend dem Ausgabedrehmoment T eingestellt. Spezifisch wird in der Steuerungseinheit 40 die Verstärkung der PID-Steuerungseinrichtung 43 in einem Bereich des Ausgabedrehmoments T, in dem eine Variation in einem Wert groß ist, oder in einem Bereich der Ausgabeleistung P, in dem eine Variation in einem Wert groß ist, groß eingestellt. Somit ist die Steuerungseinheit 40 in der Lage, eine Ansprechempfindlichkeit auf die Variation in einem Wert des Ausgabedrehmoments T oder der Ausgabeleistung P zu verbessern.
Der erfasste Wert Id des d-Achsenstroms und der d-Achsenstromsollwert Id* werden einer Abweichungsberechnungseinrichtung 46 eingegeben. Die Abweichungsberechnungseinrichtung 46 berechnet eine Abweichung zwischen dem eingegebenen erfassten Wert Id des d-Achsenstroms und dem d-Achsenstromsollwert Id*. Eine Sollwerteinstellungseinrichtung 47 stellt den d-Achsenstromsollwert Id* ein. Das Verfahren zum Einstellen des d-Achsenstromsollwerts Id*, das durch die Sollwerteinstellungseinrichtung 47 ausgeführt wird, wird nachstehend beschrieben. Die Abweichung zwischen dem erfassten Wert Id des d-Achsenstroms und dem d-Achsenstromsollwert Id* wird einer PID-Steuerungseinrichtung 48 eingegeben. Die PID-Steuerungseinrichtung 48 führt eine PDI-Steuerung über der eingegebenen Abweichung aus und gibt das Ergebnis aus. Der Ausgabewert der PID-Steuerungseinrichtung 48 ist äquivalent zu dem Erregerstromreferenzwert If_c. Der Erregerstromreferenzwert If_c und der minimale Erregerstromwert If_min werden einer Sollwertauswahleinrichtung 49 eingegeben. Die Sollwertauswahleinrichtung 49 wählt einen der Eingabewerte als einen Erregerstromsollwert If* aus. Das Verfahren zum Auswählen des Erregerstromsollwerts If*, das durch die Sollwertauswahleinrichtung 49 ausgeführt wird, wird nachstehend beschrieben. Eine Minimalwerteinstellungseinrichtung 50 verwendet die Abbildungsdaten bzw. Kennfelddaten, in denen die Drehzahl des Motors 10 und das Drehmoment T als Eingabewerte verwendet werden, um einen minimalen Erregerstromwert If_min derart einzustellen, dass die Amplitude Vb der induzierten Spannung mit der Amplitude Va der angelegten Spannung übereinstimmt.
Der Erregerstromsollwert If* und der erfasste Wert If des Erregerstroms werden einer Abweichungsberechnungseinrichtung 51 eingegeben. Die Abweichungsberechnungseinrichtung 51 berechnet eine Abweichung zwischen dem eingegebenen Erregerstromsollwert If* und dem erfassten Wert If des Erregerstroms. Die Abweichung zwischen dem Erregerstromsollwert If* und dem erfassten Wert If des Erregerstroms wird einer PID-Steuerungseinrichtung 52 eingegeben. Die PID-Steuerungseinrichtung 52 führt eine PDI-Steuerung über der eingegebenen Abweichung aus und gibt das Ergebnis aus. Der Ausgabewert der PID-Steuerungseinrichtung 52 ist äquivalent zu einem Erregerspannungsbefehlswert Vf*. Der Erregerspannungsbefehlswert Vf* wird der Erregerschaltung bzw. Feldschaltung 36 eingegeben.
Unter Bezugnahme auf 8 wird das Verfahren zum Einstellen des d-Achsenstromsollwerts Id* beschrieben, das durch die Sollwerteinstellungseinrichtung 47 ausgeführt wird. 8(a) zeigt eine Spannungsbegrenzungskreislinie in dem Fall, bei dem der d-Achsenstromsollwert Id* nahe dem Mittelpunkt der Spannungsbegrenzungskreislinie (auf der Spitzenwertseite) eingestellt ist. 8(b) zeigt eine Spannungsbegrenzungskreislinie in dem Fall, bei dem der d-Achsenstromsollwert Id* nahe dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie (auf der q-Achsenseite) eingestellt ist. In 8 wird der d-Achsenstromsollwert Id* in der Spannungsbegrenzungskreislinie derart eingestellt, dass der Stromvektor sich auf der q-Achsenseite des dq-Achsenkoordinatensystems in Bezug auf die Spitzenwertseite befindet, bei der der q-Achsenstrom Iq maximiert ist.
Der Erregerstrom If in 8(a) wird eingestellt, um kleiner als der Erregerstrom If in 8(b) zu sein. Eine Einstellung eines größeren Erregerstroms If verursacht, dass die Spannungsbegrenzungskreislinie weiter von der q-Achse des dq-Achsenkoordinatensystems in der negativen Richtung getrennt wird.
Das Drehmoment T in 8(a) ist identisch zu dem Drehmoment T in 8(b). Demgegenüber ist der Erregerstrom If in 8(a) kleiner als der Erregerstrom If in 8(b). Das Drehmoment T ist proportional zu dem q-Achsenstrom Iq und dem Erregerstrom If. Dementsprechend wird zur Realisierung des identischen Drehmoments T der q-Achsenstrom Iq in 8(a) größer gemacht als der q-Achsenstrom Iq in 8(b).
In dem in 8(a) gezeigten Beispiel wird der d-Achsenstromsollwert Id* nahe der Mitte der Spannungsbegrenzungskreislinie (auf der Spitzenwertseite) eingestellt, um hierdurch den q-Achsenstrom Iq zu vergrößern und ein vorgeschriebenes Drehmoment T mit dem kleinen Erregerstrom If zu realisieren. In dem in 8(a) gezeigten Beispiel wird der kleine Erregerstrom If eingestellt, um hierdurch den d-Achsenstrom Id zu minimieren, der eine niedrige Beitragsrate zu dem Drehmoment T aufweist, und einen Leistungswirkungsgrad zu verbessern. Demgegenüber gibt es eine kleine Differenz zwischen dem derzeitigen Wert des Drehmoments T und dem maximalen Wert des Drehmoments T (das maximale Drehmoment) (eine kleine Differenz zwischen dem derzeitigen Wert des q-Achsenstroms Iq und dem maximalen Wert des q-Achsenstroms Iq). Dementsprechend muss, um das Drehmoment T dem Befehlsdrehmoment T* anzunähern, der Erregerstrom If vergrößert werden. Außerdem weist der Erregerstrom If eine niedrigere Ansprechempfindlichkeit auf die Änderung in dem Drehmoment T auf, als es der Phasenstrom tut. Dementsprechend ist die Ansprechempfindlichkeit des Drehmoments T beeinträchtigt.
In dem in 8(b) gezeigten Beispiel wird der d-Achsenstromsollwert Id* nahe dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie (auf der q-Achsenseite) eingestellt, um hierdurch den q-Achsenstrom Iq zu verkleinern und den Erregerstrom If einzustellen, um groß zu sein, um ein vorgeschriebenes Drehmoment T zu realisieren. In dem in 8(b) gezeigten Beispiel wird der große Erregerstrom If eingestellt, um hierdurch eine Änderung in dem Drehmoment T aufgrund der Änderung in dem q-Achsenstrom Iq groß zu machen, und um die Differenz zwischen dem derzeitigen Wert des Drehmoments T und dem maximalen Wert des Drehmoments T (das maximale Drehmoment) zu vergrößern. Somit wird in dem in 8(b) gezeigten Beispiel die Ansprechempfindlichkeit auf die Änderung in dem Drehmoment T verbessert. Demgegenüber wird der d-Achsenstrom Id, der eine niedrige Beitragsrate zu dem Drehmoment T aufweist, vergrößert. Dementsprechend wird der Leistungswirkungsgrad verringert.
Diesbezüglich wird in dem Einstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der d-Achsenstromsollwert Id* eingestellt, um den Stromvektor auf die Spitzenwertseite der Spannungsbegrenzungskreislinie in dem Fall zu stellen, bei dem der Verbesserung des Leistungswirkungsgrads eine höhere Wichtigkeit eingeräumt wird, im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Ansprechempfindlichkeit auf die Variation des Befehlsdrehmoments T* eine höhere Wichtigkeit eingeräumt wird. Der d-Achsenstrom Id bei dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie weist eine Magnitude Idr auf, die durch eine Gleichung (4) dargestellt wird. Idr = (–Lf·If + Va/ω)/Ld (4)
Der d-Achsenstrom Id bei der Mitte der Spannungsbegrenzungskreislinie weist eine Magnitude Idc, die durch eine Gleichung (5) dargestellt wird. Idc = –Lf·If/Ld (5)
Anders ausgedrückt können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn verschiedene Parameterwerte erhalten werden, die für Berechnungen in den Gleichungen (4) und (5) verwendet werden, die Magnituden Idr und Idc des d-Achsenstroms Id bei dem rechten Ende und bei der Mitte der Spannungsbegrenzungskreislinie jeweils berechnet werden. Spezifisch können in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die d-Achseninduktivität Ld, die Induktivität Lf der Erregerwicklung 11, der Erregerstrom If, die Amplitude Va der angelegten Spannung und die Winkelgeschwindigkeit ω des Motors 10 erhalten werden, die Magnituden Idr und Idc des d-Achsenstroms Id bei dem rechten Ende bzw. bei der Mitte der Spannungsbegrenzungskreislinie berechnet werden.
Die Sollwerteinstellungseinrichtung 47 verwendet eine Gleichung (6), die auf den Magnituden Idr und Idc des d-Achsenstroms Id bei dem rechten Ende bzw. bei der Mitte der Spannungsbegrenzungskreislinie beruht, und stellt den d-Achsenstromsollwert Id* ein. Id* = α × (–Lf·If/Ld) + (1 – α) × {(–Lf·If + Va/ω)/Ld} (6)
Wenn beispielsweise α auf 0 eingestellt wird, wird der d-Achsenstromsollwert Id* auf das rechte Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie überlagert. Wenn α auf 1 eingestellt wird, wird der d-Achsenstromsollwert Id* auf den Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie überlagert. Wenn α auf 0,5 eingestellt wird, wird der d-Achsenstromsollwert Id* auf einen Mittelpunkt zwischen dem rechten Ende und dem Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie überlagert. Anders ausgedrückt wird, wenn der Verbesserung des Leistungswirkungsgrads eine höhere Wichtigkeit eingeräumt wird, α auf einen Wert eingestellt, der größer als 0,5 ist, um den d-Achsenstromsollwert Id* auf die q-Achsenseite in Bezug auf den Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie und auf die Spitzenwertseite in Bezug auf die Mitte des Bereichs der d-Achse in dem dq-Achsenkoordinatensystem zu stellen. Wenn der Ansprechempfindlichkeit des Ausgabedrehmoments T und der Ansprechempfindlichkeit der Ausgabeleistung P eine höhere Wichtigkeit eingeräumt wird, wird α auf einen Wert eingestellt, der kleiner oder gleich 0,5 ist, um den d-Achsenstromsollwert Id* auf die q-Achsenseite in Bezug auf den Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie und auf die rechte Endseite in Bezug auf die Mitte des Bereichs der d-Achse in dem dq-Achsenkoordinatensystem zu stellen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 das Verfahren zum Auswählen des Erregerstromsollwerts If* beschrieben, das durch die Sollwertauswahleinrichtung 49 ausgeführt wird.
Die Sollwertauswahleinrichtung 49 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bestimmt, ob der minimale Erregerstromwert If_min als der Erregerstromsollwert If* ausgewählt ist oder nicht (S01). Wenn der minimale Erregerstromwert If_min als der Erregerstromsollwert If* ausgewählt ist (S01: JA), bestimmt die Sollwertauswahleinrichtung 49, ob ein Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id einen Absolutwert |Id*| des d-Achsenstromsollwerts Id* überschreitet oder nicht (S02). Wenn der Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id den Absolutwert I Id* des d-Achsenstromsollwerts Id* überschreitet (S02: JA), berechnet die Sollwertauswahleinrichtung 49 den Erregerstromreferenzwert If_c auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem d-Achsenstrom Id und dem d-Achsenstromsollwert Id* (S03). Dann wählt die Sollwertauswahleinrichtung 49 den Erregerstromreferenzwert If_c als den Erregerstromsollwert If* aus (S04), wobei sie die Verarbeitung beendet. Wenn der Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id kleiner oder gleich dem Absolutwert |Id*| des d-Achsenstromsollwerts Id* in Schritt S02 ist (S02: NEIN), führt die Sollwertauswahleinrichtung 49 die Verarbeitung in den Schritten S03 und S04 nicht aus, wobei sie direkt die Verarbeitung beendet.
Demgegenüber bestimmt, wenn der minimale Erregerstromwert If_min nicht als der Erregerstromsollwert If* ausgewählt ist (S01: NEIN), die Sollwertauswahleinrichtung 49, ob die Magnitude Idr des d-Achsenstroms Id bei der rechten Seite der Spannungsbegrenzungskreislinie größer oder gleich 0 ist oder nicht (S05). Wenn die Magnitude Idr des d-Achsenstroms Id bei dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie größer oder gleich 0 ist (S05: JA), berechnet die Sollwertauswahleinrichtung 49 den minimalen Erregerstromwert If_min, mit dem die Amplitude Vb der induzierten Spannung mit der Amplitude Va der angelegten Spannung übereinstimmt (S06). Zu dieser Zeit verwendet die Sollwertauswahleinrichtung 49 die Abbildungsdaten bzw. Kennfelddaten, die die Drehzahl des Motors 10 und die Ausgabeleistung P als Eingabewerte hernehmen, oder die Abbildungsdaten bzw. Kennfelddaten, die die Drehzahl des Motors 10 und das Ausgabedrehmoment T als Eingabewerte hernehmen, um hierdurch den minimalen Erregerstromwert If_min zu berechnen. Die Sollwertauswahleinrichtung 49 wählt den minimalen Erregerstromwert If_min als den Erregerstromsollwert If* aus (S07), wobei sie die Verarbeitung beendet. Wenn die Magnitude Idr des d-Achsenstroms Id bei dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie kleiner als 0 in Schritt S05 ist (S05: NEIN), führt die Sollwertauswahleinrichtung 49 die Verarbeitung in den Schritten S06 und S07 nicht aus, wobei sie die Verarbeitung direkt beendet.
Obwohl die Sollwertauswahleinrichtung 49 bestimmt, ob der Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id den Absolutwert |Id*| des d-Achsenstromsollwerts Id* in Schritt S02 überschreitet oder nicht, ist das Bestimmungsverfahren nicht hierauf begrenzt. Beispielsweise kann die Sollwertauswahleinrichtung 49 in Schritt S02 bestimmen, ob der Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id einen Wert |Id* – ΔI| überschreitet oder nicht, der erhalten wird, indem ein zulässiger Wert ΔI von dem Absolutwert |Id*| des d-Achsenstromsollwerts Id* subtrahiert wird. In diesem Fall wählt, wenn der Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id den Wert |Id* – ΔI| überschreitet, die Sollwertauswahleinrichtung 49 den Erregerstromreferenzwert If_c als den Erregerstromsollwert If* aus. Wenn eine Verarbeitung auf diese Weise ausgeführt wird, ist die Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Lage, die Ansprechempfindlichkeit der Ausgabeleistung P und des Ausgabedrehmoments T zu verbessern.
10 zeigt Änderungen in dem dq-Achsenstrom Idq und Änderungen in dem Erregerstromsollwert If* in dem Fall, bei dem das Befehlsdrehmoment T* sich von einem vorgeschriebenen Wert T1 zu einem vorgeschriebenen Wert T2 ändert.
Zu einem Zeitpunkt t1 in 10(b) beginnt das Befehlsdrehmoment T* von dem vorgeschriebenen Wert T1 zuzunehmen. Wie es in 10(a) gezeigt ist, verursacht die Vergrößerung in dem Befehlsdrehmoment T*, dass der q-Achsenstrom Iq beginnt zuzunehmen, und sie verursacht ebenso, dass der Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id beginnt zuzunehmen (der Zustand in 10(c)).
Zu einem Zeitpunkt t2 in 10(a) erreicht der d-Achsenstrom Id den d-Achsenstromsollwert Id*. Somit wird, wie es in 10(b) gezeigt ist, der Erregerstromreferenzwert If_c größer als der minimale Erregerstromwert If_min, wobei der Erregerstromsollwert If* beginnt zuzunehmen (der Zustand, der in 10(d) gezeigt ist).
Zu einem Zeitpunkt t3 in 10(a) verursacht nach Ablauf einer Zeit, die äquivalent zu einer Zeitkonstante der Erregerschaltung 36 ist, die Zunahme in dem Erregerstromsollwert If*, dass der Erregerstrom If beginnt zuzunehmen. Dementsprechend beginnt der q-Achsenstrom Iq für eine Annäherung des Drehmoments T an das Befehlsdrehmoment T* abzunehmen, wobei der Absolutwert |Id| des d-Achsenstroms Id ebenso beginnt abzunehmen (der Zustand, der in 10(e) gezeigt ist).
Zu einem Zeitpunkt t4 in 10(b) erreicht der Befehlsdrehmoment T* den vorgeschriebenen Wert T2. Somit stoppt die Änderung in dem q-Achsenstrom Iq, dem d-Achsenstrom Id und dem Erregerstrom If (der Zustand, der in 10(f) gezeigt ist).
Die vorteilhaften Wirkungen des vorliegenden Ausführungsbeispiels werden beschrieben.
Der Offenbarer der vorliegenden Erfindung hat herausgefunden, dass, wenn die Amplitude Vb der induzierten Spannung und die Amplitude Va der angelegten Spannung ähnlich zueinander sind, die Stromamplitude Ia des Phasenstroms (der dq-Achsenstrom Idq) minimiert ist. Folglich wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Grundlage dieser Erkenntnis der Erregerstrom If derart gesteuert, dass veranlasst wird, dass eine Differenz zwischen der Amplitude Vb der induzierten Spannung und der Amplitude Va der angelegten Spannung kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert ist. Dementsprechend wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Stromamplitude Ia verkleinert, wobei ein Leistungsverlust (ein Kupferverlust), der durch ein Fließen des Phasenstroms verursacht wird, verringert wird. Auf diese Weise kann in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Leistungswirkungsgrad in dem Motor 10 durch eine einfache Steuerung verbessert werden.
Spezifisch wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Steuerung ausgeführt, um zu veranlassen, dass der Wert des Erregerstroms If sich dem minimalen Erregerstromwert If_min annähert, mit dem der Wert des d-Achsenstroms Id bei jedem der Schnittpunkte der Spannungsbegrenzungskreislinie und der d-Achse des dq-Achsenkoordinatensystems 0 wird. Außerdem wird in der Steuerungseinheit 40 die Steuerung ausgeführt, um zu veranlassen, dass der Wert des Erregerstroms If sich dem Erregerstromreferenzwert If_c annähert, mit dem der Wert des d-Achsenstroms Id bei jedem der Schnittpunkte der Spannungsbegrenzungskreislinie und der d-Achse des dq-Achsenkoordinatensystems kleiner oder gleich 0 wird.
Wenn der Erregerstrom If auf den minimalen Erregerstromwert If_min eingestellt wird, wobei dann der Wert des Erregerstroms If konstant gemacht wird, ist die Magnitude des Verbindungsmagnetflusses (ϕ (If)), der mit den ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b verbunden ist, fixiert. In diesem Fall werden das Ausgabedrehmoment T und die Ausgabeleistung P des Motors 10 durch den Strom, der durch die ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b hindurchgeht, und den Verbindungsmagnetfluss bestimmt. Folglich ist, wenn die Magnitude des Verbindungsmagnetflusses begrenzt wird, der maximale Wert sowohl des Ausgabedrehmoments T als auch der Ausgabeleistung P begrenzt. Somit ist in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sichergestellt, dass, wenn das Befehlsdrehmoment T*, das als ein Befehlswert des Ausgabedrehmoments T dient, größer als der vorgeschriebene Wert ist, oder wenn die Befehlsleistung P*, die als ein Befehlswert der Ausgabeleistung P dient, größer als der vorgeschriebene Wert ist, der Erregerstromreferenzwert If_c, der größer als der minimale Erregerstromwert If_min ist, als der Erregerstrom If eingestellt ist. Somit kann in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Leistungsverlust minimiert werden, wobei verhindert wird, dass der maximale Wert sowohl des Ausgabedrehmoments T als auch der Ausgabeleistung P begrenzt wird.
Der Leistungsverlust, der durch ein Fließen des Phasenstroms verursacht wird, wird durch eine Vergrößerung in dem d-Achsenstrom Id vergrößert. Folglich ist in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sichergestellt, dass die Magnitude des Erregerstromreferenzwerts If_c auf der Grundlage des d-Achsenstroms Id eingestellt wird. Somit kann in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Leistungsverlust, der durch eine Vergrößerung in dem d-Achsenstrom Id verursacht wird, minimiert werden.
Der Wert des d-Achsenstroms Id wird durch eine Vergrößerung in dem Ausgabedrehmoment T oder in der Ausgabeleistung P vergrößert. Folglich wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der d-Achsenstromsollwert Id* eingestellt, aber wenn der erfasste Wert des d-Achsenstroms Id den eingestellten d-Achsenstromsollwert Id* überschreitet, wird sichergestellt, dass der Erregerstromreferenzwert If_c als der Erregerstromsollwert If* ausgewählt wird. Dementsprechend kann in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vergrößerung in der Stromamplitude Ia minimiert werden, während veranlasst wird, dass sich das Ausgabedrehmoment T dem Befehlsdrehmoment T* annähert. Alternativ hierzu kann in der Steuerungseinheit 40 eine Vergrößerung in der Stromamplitude Ia minimiert werden, während veranlasst wird, dass die Ausgabeleistung P sich der Befehlsleistung P* annähert.
In der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist sichergestellt, dass der d-Achsenstromsollwert Id* auf der q-Achsenseite des dq-Achsenkoordinatensystems in Bezug auf den Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie eingestellt ist. Somit nähern sich in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schnittpunkte des Stromvektorortes, in dem das Ausgabedrehmoment T oder die Ausgabeleistung P einen konstanten Wert aufweist, und der Spannungsbegrenzungskreislinie dem Ursprung der dq-Achsenkoordinaten an (die Entfernung zwischen jedem der Schnittpunkte und dem Ursprung wird verkleinert). Anders ausgedrückt wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Vergrößerung in der Stromamplitude Ia des Phasenstroms minimiert.
Das Ausgabedrehmoment T und die Ausgabeleistung P ändern sich entsprechend dem q-Achsenstrom Iq. Folglich wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der d-Achsenstromsollwert Id* eingestellt, um zu veranlassen, dass die Änderung in dem q-Achsenstrom Iq in Bezug auf den d-Achsenstrom Id in der Spannungsbegrenzungskreislinie in dem Fall größer wird, bei der Verbesserung in den Leistungswirkungsgrad eine größere Wichtigkeit eingeräumt wird, als in dem Fall, bei dem der Ansprechempfindlichkeit auf die Variation in dem Befehlsdrehmoment T* oder die Variation in der Befehlsleistung P* eine größere Wichtigkeit eingeräumt wird.
Spezifisch wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Fall, bei dem der Verbesserung in dem Leistungswirkungsgrad eine größere Wichtigkeit eingeräumt wird, der d-Achsenstromsollwert Id* auf die Spitzenwertseite in Bezug auf den Mittelpunkt zwischen dem Spitzenwert und dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie eingestellt. Somit wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Wert des q-Achsenstroms Iq vergrößert, wobei der Wert des Erregerstroms If verkleinert wird. Dementsprechend wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Wert des Erregerstroms If verkleinert, um hierdurch die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq (der Phasenstrom) zu verkleinern und den Leistungswirkungsgrad zu verbessern.
In der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in dem Fall, bei dem der Ansprechempfindlichkeit auf die Variation in dem Befehlsdrehmoment T* oder die Variation in der Befehlsleistung P* eine größere Wichtigkeit eingeräumt wird, der d-Achsenstromsollwert Id* auf die q-Achsenseite des dq-Achsenkoordinatensystems in Bezug auf den Mittelpunkt zwischen dem Spitzenwert und dem rechten Ende der Spannungsbegrenzungskreislinie eingestellt. Somit wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Änderung in dem q-Achsenstrom Iq in Bezug auf den d-Achsenstrom Id größer.
In der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt es eine derartige Konfiguration, dass die Amplitude Va der angelegten Spannung konstant gemacht wird und die Phase δ der angelegten Spannung justiert wird, um hierdurch das Ausgabedrehmoment T und die Ausgabeleistung P zu steuern. Diese Konfiguration der Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Steuerung über den Phasenstrom (den Statorstrom), der durch den Stator 13 hindurchgeht, und den Erregerstrom If, der durch die Erregerwicklung 11 hindurchgeht, vereinfachen. Außerdem wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Wert der angelegten Spannung (Einschaltdauerwerte des Verstärkungsgleichspannungswandlers 23 und der ersten und zweiten Umrichter INV1 und INV2) beispielsweise auf einen maximalen Wert eingestellt, um die Stromamplitude Ia des Phasenstroms (des dq-Achsenstroms Idq) zu verringern. Als Ergebnis kann die Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den Leistungswirkungsgrad verbessern.
(Andere Ausführungsbeispiele)
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gibt es eine derartige Konfiguration, dass der Erregerstromsollwert If* eingestellt wird, um zu veranlassen, dass die Abweichung zwischen der Amplitude Va der angelegten Spannung und der Amplitude Vb der induzierten Spannung 0 ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann diese Konfiguration auf eine solche geändert werden, bei der der Erregerstromsollwert If* derart eingestellt wird, dass sichergestellt ist, dass die Abweichung zwischen der Amplitude Va der angelegten Spannung und der Amplitude Vb der induzierten Spannung kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert ist.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann eine Steuerung ausgeführt werden, mit der der Erregerstromsollwert If* konstant auf einen minimalen Erregerstromwert If_min eingestellt wird. Wenn eine derartige Steuerung ausgeführt wird, wird der Leistungswirkungsgrad verbessert, während der maximale Wert sowohl der Ausgabeleistung P als auch des Ausgabedrehmoments T verkleinert wird.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Erregerstromreferenzwert If_c auf der Grundlage der Abweichung zwischen dem Befehlsdrehmoment T* und dem Drehmoment T eingestellt werden.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gibt es eine derartige Konfiguration, dass die Amplitude Va der angelegten Spannung einen maximalen Wert aufweist, wobei dann gestattet wird, dass der Wert der Amplitude Va konstant ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann diese Konfiguration jedoch geändert werden.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Steuerungseinheit eine Vorrichtung sein, der die Befehlsleistung P* eingegeben wird und die eine Steuerung ausführt, um die Eingabe-Ausgabe-Leistung P des Motors 10 an die Befehlsleistung P* anzunähern. In dem Fall einer derartigen Steuerungseinheit wird die Abweichung zwischen der Befehlsleistung P* und der Eingabe-Ausgabe-Leistung P als ein Eingabewert verwendet, die Spannungsphase δ wird als eine manipulierte Variable der ersten und zweiten Umrichter INV1 und INV2 verwendet und die PID-Steuerung wird ausgeführt, um die Abweichung zwischen der Befehlsleistung P* und der Eingabe-Ausgabe-Leistung P zu verkleinern.
Des Weiteren kann das beschriebene Ausführungsbeispiel wie nachstehend beschrieben geändert werden.
In der Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation gibt es eine derartige Konfiguration, dass der d-Achsenstromsollwert Id* eingestellt wird, um nicht zu veranlassen, dass die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq (des Phasenstroms) eine zugehörige obere Grenze überschreitet, nämlich eine obere Stromamplitudengrenze IaMAX. In diesem Fall wird die obere Stromamplitudengrenze IaMAX auf den maximalen Wert der Amplitude des Stroms eingestellt, der den ersten und zweiten Wicklungsgruppen 10a und 10b von den ersten und zweiten Umrichtern INV1 und INV2 jeweils eingegeben wird/von diesen ausgegeben wird. Die Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation kann einen Schaden an den Hochpotentialseitenschaltern SUp1 bis SWp1, den Niedrigpotentialseitenschaltern SUn1 bis SWn1 und dergleichen, der durch einen übermäßigen Stromfluss zwischen dem ersten Umrichter INV1 und der ersten Wicklungsgruppe 10a verursacht wird, minimieren. Ferner kann die Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel einen Schaden an den Hochpotentialseitenschaltern SUp2 bis SWp2, den Niedrigpotentialseitenschaltern SUn2 bis SWn2 und dergleichen, der durch einen übermäßigen Stromfluss zwischen dem zweiten Umrichter INV2 und der zweiten Wicklungsgruppe 10b verursacht wird, minimieren.
In der Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation wird der d-Achsenstromsollwert Id* eingestellt, um nicht zu veranlassen, dass die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq (des Phasenstroms) die obere Amplitudengrenze IaMAX überschreitet. Dann wird auf der Grundlage des d-Achsenstromsollwerts Id*, der auf diese Weise eingestellt wird, der Erregerstromsollwert If* eingestellt, um das Drehmoment T (oder die Leistung P) zu maximieren. Es ist anzumerken, dass, wie es in 10 gezeigt ist, das Drehmoment T als eine Gleichung (7) dargestellt ist. T = Lf·If·Iq (7)
Die Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Variation kann die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq (des Phasenstroms) steuern, um die obere Amplitudengrenze IaMAX nicht zu überschreiten, und sie kann das Drehmoment T (oder die Leistung P) maximieren.
Spezifisch wird in der Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation, wenn die Abweichung zwischen der oberen Amplitudengrenze IaMAX und dem d-Achsenstromsollwert Id* kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird (wenn der d-Achsenstromsollwert Id* sich der oberen Amplitudengrenze IaMAX annähert), die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq (des Phasenstroms) auf die obere Amplitudengrenze IaMAX eingestellt. In diesem Fall verkleinert die Steuerungseinheit 40 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels den Erregerstromreferenzwert If_c, um die Phase des Stromvektors zu verkleinern. Somit stellt die Steuerungseinheit 40 gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel den Erregerstromreferenzwert If_c ein, um das Drehmoment T (oder die Leistung P) zu maximieren. Ferner verkleinert die Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation den Erregerstromreferenzwert If_c, bis der Stromvektor, der durch eine Kombination des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq dargestellt wird, den Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie erreicht. Somit kann die Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation den Erregerstromsollwert If* einstellen, um das Drehmoment T (oder die Leistung P) zu maximieren.
11 zeigt ein Beispiel einer Einstellung des d-Achsenstromsollwerts Id* und des Erregerstromreferenzwerts If_c gemäß der vorliegenden Modifikation. In der Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation wird, wenn der d-Achsenstromsollwert Id* vergrößert wird, um sich der oberen Amplitudengrenze IaMAX anzunähern, der d-Achsenstromsollwert Id* eingestellt, um zu veranlassen, dass die Stromamplitude Ia des dq-Achsenstroms Idq (des Phasenstroms) die obere Amplitudengrenze IaMAX ist (die gestrichelte Linie in 11). Ferner verkleinert die Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation den Erregerstromreferenzwert If_c, um hierdurch die Spannungsbegrenzungskreislinie auf die q-Achsenseite des dq-Achsenkoordinatensystems zu bewegen. In der Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation wird der Erregerstrom If verkleinert, während der q-Achsenstrom Iq vergrößert wird, um hierdurch das Drehmoment T zu vergrößern. Dann führt die Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation eine Justierung aus, um den Erregerstrom If zu verkleinern, bis der Stromvektor, der durch eine Kombination des d-Achsenstroms Id und des q-Achsenstroms Iq dargestellt wird, den Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie (die durchgezogene Linie gemäß 11) erreicht. Auf diese Weise kann die Steuerungseinheit 40 gemäß der vorliegenden Modifikation das Drehmoment T maximieren.
Bezugszeichenliste

10...Motor, 10a...erste Wicklungsgruppe; 10b...zweite Wicklungsgruppe; 11...Erregerwicklung; 12...Rotor; 13...Stator; INV1, INV2...Umrichter; 40...Steuerungseinheit.

Claims

Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine, wobei die Steuerungseinheit (40) bei einer rotierenden elektrischen Maschine (10) angewendet wird, die einen Rotor (12) mit einer Erregerwicklung (11) und einen Stator (13) mit einer Ankerwicklung (10a, 10b) umfasst, um einen Erregerstrom zu steuern, der durch die Erregerwicklung hindurchgeht, wobei: an die Ankerwicklung eine vorgeschriebene Spannung angelegt wird; und der Erregerstrom gesteuert wird, um ein erster Erregerstrom zu sein, mit dem eine Abweichung zwischen einer Amplitude einer induzierten Spannung, die in der Ankerwicklung durch eine Drehung des Rotors erzeugt wird, und einer Amplitude der angelegten Spannung der Ankerwicklung kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Strom, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht, in einem dq-Achsenkoordinatensystem durch einen Stromvektor dargestellt wird, der eine Kombination eines d-Achsenstroms und eines q-Achsenstroms ist, der Erregerstrom gesteuert wird, um zu veranlassen, dass der d-Achsenstrom bei jedem von Schnittpunkten einer Spannungsbegrenzungskreislinie und einer d-Achse des dq-Achsenkoordinatensystems kleiner oder gleich 0 ist, wobei die Spannungsbegrenzungskreislinie ein bogenförmiger Ort des Stromvektors ist, wobei die Amplitude der angelegten Spannung einen konstanten Wert aufweist.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn ein Befehlswert eines Eingabe-Ausgabe-Drehmoments oder einer Eingabe-Ausgabe-Leistung der rotierenden elektrischen Maschine größer als ein vorgeschriebener Wert wird, der Erregerstrom gesteuert wird, um zu veranlassen, dass ein Stromwert ein zweiter Erregerstrom ist, der größer als der erste Erregerstrom ist.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei der zweite Erregerstrom auf der Grundlage des d-Achsenstroms berechnet wird, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 4, wobei: wenn ein Strom, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht, in einem dq-Achsenkoordinatensystem durch einen Stromvektor dargestellt wird, der eine Kombination aus einem d-Achsenstrom und einem q-Achsenstrom ist, ein Sollstrom, der als ein Sollwert des d-Achsenstroms dient, in einer Spannungsbegrenzungskreislinie eingestellt wird, die ein bogenförmiger Ort des Stromvektors ist, wobei die angelegte Spannung eine Amplitude eines konstanten Werts aufweist; und wenn ein Absolutwert eines erfassten Werts des d-Achsenstroms einen Absolutwert des Sollstroms überschreitet, der Erregerstrom gesteuert wird, um zu veranlassen, dass der Stromwert der zweite Erregerstrom ist.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 5, wobei der Sollstrom in der Spannungsbegrenzungskreislinie eingestellt wird, um den Stromvektor auf eine q-Achsenseite in Bezug auf einen Spitzenwert zu stellen, wobei der q-Achsenstrom, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht, maximiert wird.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 6, wobei der Sollstrom eingestellt wird, um den Stromvektor auf die Spitzenwertseite der Spannungsbegrenzungskreislinie zu stellen, wenn einem Leistungswirkungsgrad eine höhere Wichtigkeit eingeräumt wird als einer Ansprechempfindlichkeit auf eine Variation eines Befehlswerts des Eingabe-Ausgabe-Drehmoments oder der Eingabe-Ausgabe-Leistung.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7, wobei, wenn dem Leistungswirkungsgrad eine höhere Wichtigkeit eingeräumt wird, der Sollstrom eingestellt wird, um den Stromvektor mehr hin zu der q-Achsenseite stellen als es der Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie ist, aber auf die Spitzenwertseite in Bezug auf eine Mitte eines Bereichs der d-Achse.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, wobei, wenn der Ansprechempfindlichkeit eine höhere Wichtigkeit eingeräumt wird, der Sollstrom eingestellt wird, um den Stromvektor mehr zu der q-Achsenseite zu setzen, als es der Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie ist, aber auf die q-Achsenseite in Bezug auf die Mitte des Bereichs der d-Achse.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei: wenn ein Strom, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht, in einem dq-Achsenkoordinatensystem durch einen Stromvektor dargestellt wird, der eine Kombination eines d-Achsenstroms und eines q-Achsenstroms ist, der Sollstrom, der als ein Sollwert des d-Achsenstroms dient, in einer Spannungsbegrenzungskreislinie eingestellt wird, die ein bogenförmiger Ort des Stromvektors ist, wobei die angelegte Spannung eine Amplitude eines konstanten Werts aufweist; die rotierende elektrische Maschine mit einem Umrichter (INV1, INV2) verbunden ist, die eine Leistung in die/aus der Ankerwicklung eingibt/ausgibt; eine Stromamplitude, die eine Amplitude eines Stroms ist, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht, eine obere Amplitudengrenze als eine obere Grenze aufweist, die auf einen maximalen Wert einer Amplitude eines Stroms eingestellt ist, der von dem Umrichter zu der Ankerwicklung eingegeben/ausgegeben werden kann; und der Sollstrom eingestellt wird, um zu veranlassen, dass die Stromamplitude die obere Amplitudengrenze nicht überschreitet.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 10, wobei der zweite Erregerstrom eingestellt wird, um das Eingabe-Ausgabe-Drehmoment oder die Eingabe-Ausgabe-Leistung auf der Grundlage des Sollstroms zu maximieren, der eingestellt wird, um zu veranlassen, dass die Stromamplitude die obere Amplitudengrenze nicht überschreitet.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 11, wobei, wenn eine Abweichung zwischen der oberen Amplitudengrenze und dem Sollstrom kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird, die Stromamplitude auf die obere Amplitudengrenze eingestellt wird und der zweite Erregerstrom verkleinert wird, um eine Phase des Stromvektors zu verkleinern, um hierdurch den zweiten Erregerstrom einzustellen, um das Eingabe-Ausgabe-Drehmoment oder die Eingabe-Ausgabe-Leistung zu maximieren.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 12, wobei der zweite Erregerstrom verkleinert wird, bis der Stromvektor einen Spitzenwert der Spannungsbegrenzungskreislinie erreicht, wobei der Spitzenwert den q-Achsenstrom maximiert, der durch die Ankerwicklung hindurchgeht.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei: es gestattet ist, dass die angelegte Spannung eine konstante Amplitude aufweist; und eine Phase der angelegten Spannung justiert wird, um hierdurch das Eingabe-Ausgabe-Drehmoment oder die Eingabe-Ausgabe-Leistung der rotierenden elektrischen Maschine zu steuern.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 14, wobei eine Abweichung zwischen einem Wert des Eingabe-Ausgabe-Drehmoments und dem Befehlswert des Eingabe-Ausgabe-Drehmoments als ein Eingabewert verwendet wird und eine Phase der angelegten Spannung als eine manipulierte Variable des Umrichters verwendet wird, um eine PID-Steuerung derart auszuführen, dass die Abweichung verkleinert wird.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 14, wobei eine Abweichung zwischen einem Wert der Eingabe-Ausgabe-Leistung und dem Befehlswert der Eingabe-Ausgabe-Leistung als ein Eingabewert verwendet wird und eine Phase der angelegten Spannung als eine manipulierte Variable des Umrichters verwendet wird, um eine PID-Steuerung derart auszuführen, dass die Abweichung verkleinert wird.
Steuerungseinheit für eine rotierende elektrische Maschine nach Anspruch 15 oder 16, wobei eine Verstärkung in der PID-Steuerung auf der Grundlage eines Befehlswerts des Eingabe-Ausgabe-Drehmoments oder der Eingabe-Ausgabe-Leistung eingestellt wird.
Steuerungsverfahren für eine rotierende elektrische Maschine, wobei das Verfahren bei einer rotierenden elektrischen Maschine (10) angewendet wird, die einen Rotor (12) mit einer Erregerwicklung (11) und einen Stator (13) mit einer Ankerwicklung (10a, 10b) umfasst, um einen Erregerstrom zu steuern, der durch die Erregerwicklung hindurchgeht, wobei: an die Ankerwicklung eine vorgeschriebene Spannung angelegt wird; und der Erregerstrom gesteuert wird, um ein erster Erregerstrom zu sein, mit dem eine Abweichung zwischen einer Amplitude einer induzierten Spannung, die in der Ankerwicklung durch eine Drehung des Rotors erzeugt wird, und einer Amplitude der angelegten Spannung der Ankerwicklung kleiner oder gleich einem vorgeschriebenen Wert wird.