DE4233804A1 - Control of permanent magnet synchronous machine - adjusting pilot angle between armature current and voltage in proportion to output of phase current regulator - Google Patents

Abstract

To control a permanent magnet excited synchronous machine (1), a pilot angle is adjusted between the armature current and voltage (independently of the current waveform) in proportion to the output of a phase current regulator (9) so that the machine is driven according to the load conditions either in the normal regime or in the field-weakened regime. The output signal from the current regulator has a degree of modulation and is used to control a pulse width modulator (13). The pilot angle is adjusted according to an algorithm. The initial setting for the current regulator depends on the pilot angle and the rotor position. ADVANTAGE - Improved control procedure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungs­ anordnung zur Regelung einer umrichtergespeisten perma­ nenterregten Synchronmaschine.The invention relates to a method and a circuit arrangement for controlling an inverter-fed perma synchronous machine.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Maschinen ist, daß der Arbeitsbereich zum einen durch die von der maximalen Zwi­ schenkreisspannung des Umrichters vorgegebene Spannungs­ grenzlinie und zum anderen durch die für die Synchron­ maschine selbst zulässigen Größen, wie maximal erlaubter Ankerstrom und maximale Querreaktanz, stark eingeschränkt ist.A major disadvantage of these machines is that the Work area on the one hand by the maximum of two circuit voltage of the converter specified voltage borderline and on the other hand by the for the synchronous machine itself permissible sizes, such as maximum permissible Armature current and maximum cross-reactance, severely restricted is.

Aus der DE-OS 40 21 098 ist ein Verfahren zur Erhöhung des Drehzahlbereiches eines umrichtergespeisten permanent­ erregten Synchronmotors bekannt, bei dem der Strom des Synchronmotors höchstens bis zum Erreichen der durch den netzgespeisten Umrichter vorgegebenen Grenzdrehzahl phasengleich zur Polradspannung gesteuert und die Umrich­ terausgangsspannung zur Einstellung der Stromamplitude getaktet wird. Spätestens ab Erreichen der Grenzdrehzahl wird durch eine Regelumschaltung der Zündzeitpunkt der Ventile des Umrichters in Abhängigkeit von der Belastung des Synchronmotors gegenüber dem Zündzeitpunkt für den Leerlauf bei motorischem Betrieb voreilend, sowie bei generatorischem Betrieb nacheilend verschoben und jedes Ventil wird über seine jeweilige Einschaltdauer voll durchgesteuert. Demnach bewirkt die Regelungsumschaltung bei Erreichen einer Grenzdrehzahl, daß von einer feld­ orientierten Regelung auf eine Regelung des Polradwinkels übergegangen wird. Um eine gegenüber der Grenzdrehzahl erhöhte Drehzahl zu erzielen, wird der Polradwinkel im Sinne einer Übererregung verändert und damit die elektri­ sche Maschine in den Feldschwächbetrieb geführt.DE-OS 40 21 098 describes a method for increasing the Speed range of an inverter-fed permanent excited synchronous motor known in which the current of the Synchronous motor at most until the by line-fed converter predefined limit speed controlled in phase with the magnet wheel voltage and the converter ter output voltage for setting the current amplitude is clocked. At the latest when the limit speed is reached the ignition timing of the Valves of the converter depending on the load of the synchronous motor compared to the ignition timing for the Leading idle in motor operation, as well as in generator operation postponed and each Valve becomes full over its respective duty cycle controlled. Accordingly, the control switchover causes when a limit speed is reached, that of a field oriented control on a control of the magnet wheel angle  is passed over. By one compared to the limit speed To achieve increased speed, the magnet wheel angle in Changed sense of overexcitation and thus the electri machine in field weakening mode.

Eine solche Regelumschaltung stellt einen abrupten Über­ gang zwischen zwei Regelverfahren dar, der einen Dreh­ momentenstoß zur Folge hat. Zudem erfolgt die Umschaltung zwischen beiden Regelverfahren nicht entlang der durch den Umrichter vorgegebenen Stromgrenze, sondern bei Erreichen einer fest vorgegebenen Grenzdrehzahl, also auch wenn bei­ spielsweise bei vermindertem Lastmoment eine höhere Dreh­ zahl auch ohne diese Regelungsumschaltung erreichbar wäre.Such a changeover is an abrupt overshoot between two control methods, one turn moment impact. The switchover also takes place between the two control methods, not along the one by the Inverter specified current limit, but when reached a predefined limit speed, even if at for example, with a lower load torque, a higher rotation number would also be achievable without this change of control.

Das bekannte Verfahren benutzt die Signale eines Rotor­ lagegebers zur Bestimmung des Kommutierungszeitpunktes der speisenden Ventile des Umrichters. Im Feldschwächbetrieb werden die Rotorlagegebersignale derart verschoben, daß die Kommutierungszeitpunkte so verlegt werden, daß die erzeugten 120°-Spannungsblöcke phasenverschoben werden. Dieses Verfahren ist somit nur zur Drehzahlregelung von Maschinen geeignet, die nach dem Blockstromprinzip ge­ speist werden.The known method uses the signals from a rotor position sensor for determining the commutation time of the supplying valves of the converter. In field weakening operation the rotor position sensor signals are shifted such that the commutation times are shifted so that the generated 120 ° voltage blocks are phase shifted. This method is therefore only for speed control of Suitable machines that operate according to the block current principle be fed.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Regelung einer umrichtergespeisten permanenterregten Synchronmaschine zu schaffen und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.The object of the invention is to provide an improved method to control a converter-fed permanent magnet To create synchronous machine and a circuit arrangement to specify to carry out the procedure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 beschriebene Verfahren gelöst. Es wird auch gelöst durch die im Anspruch 6 aufgeführte Schaltungsanordnung.This object is achieved according to the invention in claim 1 described method solved. It is also solved by the circuit arrangement listed in claim 6.

Bei diesem Verfahren bzw. dieser Schaltungsanordnung wird ein Vorsteuerwinkel als Regelgröße eingeführt. Diese Regelgröße kann unabhängig von der Stromkurvenform der Speiseströme der Maschinenstränge beeinflußt werden, so daß dieses Verfahren beispielsweise sowohl zur Regelung einer Synchronmaschine nach dem Blockstromprinzip, als auch für eine Synchronmaschine mit Sinusspeisung einsetz­ bar ist, ohne daß der den Vorsteuerwinkel regelnde Algo­ rithmus geändert werden müßte. Überdies ist mit dem Vor­ steuerwinkel eine Regelgröße gegeben, die es ermöglicht, zwischen einem Grundarbeitsbereich, beispielsweise dem feldorientierten Betrieb, und dem Feldschwächbetrieb der Synchronmaschine nach Maßgabe der Belastungsverhältnisse kontinuierlich und stufenlos hin- und herzuschalten. Ein Wechsel der Meß- oder Regeleinrichtungen beim Übergang von der einen in die andere Betriebsart ist nicht notwendig, da keine zusätzlichen Größen zur Regelung des Feldschwäch­ betriebes erforderlich sind.With this method or this circuit arrangement a pilot control angle is introduced as a controlled variable. This  The controlled variable can be independent of the current waveform Feed currents of the machine lines are affected, so that this method, for example, both for regulation a synchronous machine according to the block current principle, as can also be used for a synchronous machine with sinus feed bar without the Algo controlling the pilot angle rhythm would have to be changed. Moreover, with the before control angle given a controlled variable that enables between a basic work area, such as that field-oriented operation, and the field weakening operation of the Synchronous machine according to the load conditions switch back and forth continuously and continuously. A Change of measuring or control devices at the transition from the one in the other mode is not necessary since there are no additional variables to control the field weakness operation are required.

Das zur Bestimmung dieses Vorsteuerwinkels verwendete Aus­ gangssignal und/oder dem Ausgangssignal proportionale Signal entspricht dem sowieso zur Ansteuerung des Puls­ weitenmodulators benötigen Signal. Zur Bestimmung des Vorsteuerwinkels wird demnach allein eine ohnehin zur Stromregelung der Synchronmaschine anstehende Größe ver­ wendet. Zur Durchführung dieses Verfahrens sind diesbe­ züglich keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich.The out used to determine this pilot angle output signal and / or the output signal proportional Signal corresponds to that for controlling the pulse anyway width modulators need signal. To determine the Pilot angle is therefore one anyway Current regulation of the synchronous machine pending size ver turns. These are for performing this procedure no additional facilities necessary.

Die Änderung des Vorsteuerwinkels erfolgt schnell und mit hoher Genauigkeit mittels einer Rechenanlage. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Regelzeit des Stromregel­ kreises der Synchronmaschine nicht durch die unterlagerte Regelung des Vorsteuerwinkels verlängert wird. Ferner läßt sich der Algorithmus zur Änderung des Vorsteuerwinkels in einfacher Weise an die Bedürfnisse der zu regelnden Syn­ chronmaschine anpassen. The change in the pilot angle is quick and easy high accuracy by means of a computer system. Hereby ensures that the control time of the current control circle of the synchronous machine not by the subordinate Regulation of the pilot angle is extended. Furthermore lets the algorithm for changing the pilot angle in simple way to meet the needs of the syn adjust chron machine.  

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ge­ mäß Anspruch 4 wird unmittelbar in die Stromsollwertvor­ gabe eingegriffen. Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Stromkurve des in die Synchronmaschine eingespeisten Ankerstromes den Bedürfnissen des Feldschwächbetriebes entsprechend anzupassen. Der Kommutierungszeitpunkt der Ventile des die Synchronmaschine speisenden Umrichters wird also nicht unmittelbar, sondern erst infolge des veränderten Stromsollwertes verlegt. Eine solche Regelung ermöglicht es, unabhängig von der Stromkurvenform des Speisestromes und damit bei optimaler Anpassung an die Bedürfnisse der zu speisenden Synchronmaschine und des vorgeschalteten Umrichters neben einem Grundarbeitsbe­ reich den Feldschwächbetrieb zu beherrschen.In an advantageous embodiment of the method ge according to claim 4 is immediately in the current setpoint intervened. This gives the opportunity to Current curve of the fed into the synchronous machine Armature current the needs of the field weakening operation adjust accordingly. The commutation time of the Valves of the converter feeding the synchronous machine is not immediately, but only as a result of the changed current setpoint. Such a scheme allows regardless of the current waveform of the Feed currents and thus with optimal adaptation to the Needs of the synchronous machine to be fed and the upstream converter next to a basic work to master the field weakening operation.

Im Feldschwächbetrieb wird der Pulsweitenmodulator an der durch die Spannungsvollaussteuerung gegebenen Grenze be­ trieben. Damit ist eine hohe Ausnutzung und Wirtschaft­ lichkeit der von Pulsweitenmodulator, Umrichter und Synchronmaschine gebildeten Regelstrecke gegeben. Die Stromgrenze des Umrichters ist dabei unbedingt einzuhal­ ten, um eine Zerstörung der Ventile des Umrichters aus­ zuschließen. Diese Grenze wird meist bereits von einer etwaigen überlagerten Regelung bei der Vorgabe der Strom­ sollwerte beachtet; ist jedoch widrigenfalls auch durch den den Vorsteuerwinkel regelnden Algorithmus durch eine zusätzliche Abfrage zu berücksichtigen. Das Verfahren zur Regelung der Synchronmaschine wird vorteilhaft von einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 6 durchgeführt.In field weakening mode, the pulse width modulator on the given by the full voltage control limit drove. This is a high level of utilization and economy of pulse width modulator, converter and Given synchronous machine formed controlled system. The The current limit of the converter must be observed to destroy the converter valves close. This limit is usually already set by one any superimposed regulation when specifying the electricity target values observed; is, however, also through the algorithm regulating the pilot angle by a additional query to consider. The procedure for Regulation of the synchronous machine is advantageous from one Circuit arrangement carried out according to claim 6.

In besonders einfacher Weise kann eine Synchronmaschine mit Blockstromspeisung geregelt werden. Da bei der Block­ stromspeisung die Stromkurvenform des Speisestromes fest­ gelegt ist, genügt es in diesem Falle, nach Maßgabe des Vorsteuerwinkels und des Rotorlagewinkels direkt auf die Ansteuerung der Ventile des Umrichters einzuwirken. Die Möglichkeit, die Stromkurvenform des Speisestromes zu be­ einflussen, kann im Spezialfall der blockstromgespeisten Synchronmaschine entfallen.A synchronous machine can be operated in a particularly simple manner can be regulated with block current supply. As for the block Stromspeisung the current curve shape of the supply current in this case, it is sufficient in accordance with the Pilot angle and the rotor position angle directly on the Actuation of the valves of the converter. The  Possibility to be the current curve shape of the feed current can influence, in special cases, the block current-fed There is no synchronous machine.

In den Fällen einer Speisung mit beliebiger Stromkurve ist es erforderlich, dem Stromregler Speichereinheiten vorzu­ schalten, die der Stromkurve entsprechende Signale ent­ halten. In diesen Fällen wird bei einer Schaltungsanord­ nung gemäß Anspruch 8 in Abhängigkeit von der jeweiligen Rotorlage und dem aktuellen Vorsteuerwinkel eine entspre­ chende Stromkurvenform ausgewählt. Die den auszuwählenden Stromkurvenformen proportionalen Signale sind in adres­ sierbaren Speichereinheiten abgelegt. Die Auswahl der be­ treffenden Stromkurvenform erfolgt präzise durch Anwahl der je nach Rotorlage und Vorsteuerwinkel modifizierten Adressen der entsprechenden Speicherplätze, an denen die gewünschte Stromkurvenform gespeichert ist. Die Anzahl der auszuwählenden Stromkurvenformen und damit die Vielseitig­ keit und Feinheit der Regelung wird lediglich von der Größe der Speichereinheit und der Breite des die Speicher­ einheit bedienenden Adreßbusses beschränkt und ist leicht der gewünschten Regelgenauigkeit anzupassen. Eine solche Schaltungsanordnung mit digitalisierter variabler Strom­ kurvenauswahl hat höchste Genauigkeit bei gleichzeitig hoher Dynamik für die unterlagerte Regelung des Vorsteuer­ winkels zur Folge.In the case of a supply with any current curve it is necessary to preface storage units to the current regulator switch that ent the signals corresponding to the current curve hold. In these cases, a circuit arrangement tion according to claim 8 depending on the respective Rotor position and the current pilot angle an correspond selected current waveform. The one to be selected Current waveform proportional signals are in adres storable storage units. The selection of the be current curve shape is precisely selected the modified depending on the rotor position and pilot angle Addresses of the corresponding memory locations where the desired current waveform is stored. The number of selectable current waveforms and thus the versatility speed and delicacy of the scheme is only determined by the Size of the storage unit and the width of the storage unit-serving address bus is limited and is light adapt to the desired control accuracy. Such Circuit arrangement with digitized variable current curve selection has the highest accuracy at the same time high dynamic for the subordinate regulation of the input tax angle.

In der Regel wird eine Synchronmaschine auch bei beliebi­ gen Stromkurvenformen symmetrisch gespeist, so daß es ge­ nügt, lediglich die Kurven zweier der drei Maschinen­ stränge in einer adressierbaren Speichereinheit abzulegen und die Sollwertvorgabe für den dritten Maschinenstrang aus den Sollwertvorgaben der beiden verbleibenden Maschi­ nenstränge zu berechnen. Dadurch wird Speicherplatz ein­ gespart und der Schaltungsaufwand überhaupt reduziert. Eine weitere Reduzierung des Speicherplatzbedarfes zur Speicherung der auswählbaren Stromkurvenformen wird durch eine Abspeicherung der Stromkurvenform in normierten Größen, beispielsweise p.u.-Größen, erreicht.As a rule, a synchronous machine is also used for any gen current waveforms fed symmetrically so that it ge is enough, just the curves of two of the three machines to store strands in an addressable storage unit and the setpoint specification for the third machine train from the setpoint specifications of the two remaining machines to calculate inner strands. This will save space saved and the circuit effort reduced at all. A further reduction in storage space requirements  Storage of the selectable current waveforms is done by a storage of the current curve shape in standardized Sizes, e.g. p.u.

Da die hier vorgestellte Regelung der Synchronmaschine dem sowieso benötigten Stromregelkreis unterlagert ist, ohne zusätzliche zu ermittelnde Meßwerte oder Sollwertvorgaben aus überlagerten Regelkreisen zu benötigen, können ohne weitere Änderungen der Schaltungsanordnung beliebige Regelkreise, insbesondere aber ein Drehzahl- oder Dreh­ momentenregelkreis gemäß den Ansprüchen 10 oder 12 über­ lagert werden.Since the regulation of the synchronous machine presented here subordinate current control loop is subordinate without Additional measured values to be determined or setpoint specifications from superimposed control loops can be used without further changes in the circuit arrangement any Control loops, but especially a speed or rotation Torque control loop according to claims 10 or 12 be stored.

Es muß lediglich im Falle einer überlagerten Drehzahlrege­ lung gemäß Anspruch 11 eine Drehzahl oder bei einer überlagerten Drehmomentenregelung gemäß Anspruch 13 das von der Synchronmaschine aufgebrachte Moment der jeweili­ gen überlagerten Regelung als Istwert zurückgeführt werden. Ein an die Synchronmaschine angeschlossenes Gebersystem mit entsprechender Geberauswertung ermittelt diese Größen.It only has to in the case of a superimposed speed rain tion according to claim 11 a speed or at a superimposed torque control according to claim 13 das moment of the respective applied by the synchronous machine overlaid control as an actual value become. A connected to the synchronous machine Encoder system with corresponding encoder evaluation determined these sizes.

Bei einer Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 14 wird als Gebersystem eine digitale Meßwertaufnahme eingesetzt. Da­ mit genügt diese Meßwerterfassung der hohen Genauigkeit des übrigen, dem Stromregelkreis unterlagerten Regelkreis.In a circuit arrangement according to claim 14 is used as Encoder system uses a digital measured value recording. There with this data acquisition of high accuracy is sufficient the rest of the control loop subordinate to the current control loop.

Aus der DE-PS 38 19 064 sind ein Verfahren zur Steuerung von bürstenlosen Elektromotoren sowie eine entsprechende Steuerschaltung bekannt. Dabei wird ebenfalls in Abhängig­ keit von der Rotorlage der elektrischen Maschine der Kom­ mutierungszeitpunkt der Ventile des die elektrische Maschine speisenden Umrichters vorverlegt und damit eine Steigerung der Motorleistung durch ein erhöhtes Drehmoment und eine erhöhte Drehzahl bewirkt. Diese, von einer ganz anderen Aufgabenstellung ausgehende Erfindung, nämlich einer Verbesserung der Kommutierungseigenschaften des Um­ richters, verwendet jedoch ein anderes Prinzip zur Ver­ legung des Kommutierungszeitpunktes. Der Kommutierungs­ zeitpunkt wird um einen vorgegebenen Zeitbetrag vorver­ legt. Die Verlegung um einen Zeitbetrag ist jedoch grund­ sätzlich von der Verlegung um einen Winkelbetrag verschie­ den. Darüber hinaus ist eine Speichermöglichkeit zur Aus­ wahl verschiedener Stromkurvenformen zur Speisung der Maschine nicht vorgesehen, so daß davon ausgegangen wird, daß die Steuerschaltung gemäß der DE-PS 38 19 064 nur eine Blockstromspeisung zuläßt.From DE-PS 38 19 064 are a method for control of brushless electric motors as well as a corresponding one Control circuit known. It also becomes dependent speed of the rotor position of the electrical machine of the comm when the valves of the electric Machine feeding converter advanced and thus a Increased engine performance through increased torque and causes an increased speed. This one from a whole other task outgoing invention, namely  an improvement in the commutation properties of the Um richters, but uses a different principle for ver definition of the time of commutation. The commutation The time is advanced by a predetermined amount of time sets. The relocation by a time amount is however reason additionally shift from the laying by an angular amount the. In addition, a storage option is off Choice of different current waveforms to feed the Machine is not provided, so it is assumed that the control circuit according to DE-PS 38 19 064 only one Block current supply allows.

Die DE-PS 38 19 062 offenbart zwar die Vorverlegung um einen Winkelbetrag, wenn auch ebenfalls nur zur Beherr­ schung der realen Kommutierung, aber beherrscht den stu­ fenlosen, kontinuierlichen Übergang in den Feldschwäch­ betrieb nicht, da der Winkel nicht gemäß einem Regel­ algorithmus sondern um einen festen vorgegebenen Betrag vorverlegt wird. Ein Eingriff in die Stromregelung zur Beherrschung und Variation verschiedener Stromkurvenformen des Speisestromes ist ebenfalls nicht vorgesehen.DE-PS 38 19 062 discloses the advance an angular amount, even if only for the owner real commutation, but masters the stu feneless, continuous transition into the weak field did not operate because the angle did not follow a rule algorithm but by a fixed predetermined amount is brought forward. An intervention in the current regulation for Mastery and variation of different current waveforms of the feed current is also not provided.

Beide Verfahren, die im übrigen gegenüber dem hier vorge­ stellten Regelverfahren nur als Steuerverfahren offenbart sind, seien der Vollständigkeit halber wegen der auf den ersten Blick vorhandenen Gemeinsamkeiten erwähnt.Both procedures, which are compared to the one here presented control procedures only as control procedures are for the sake of completeness because of the on the At first glance, existing similarities mentioned.

Im weiteren wird das Verfahren und die zu seiner Durch­ führung benötige Schaltungsanordnung anhand zweier in der Zeichnung schematisch dargestellter Schaltungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:Furthermore, the process and its through required circuit arrangement based on two in the Drawing of schematically illustrated circuit examples explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Zeigerdiagramm für den Grundarbeitsbereich einer permanenterregten Synchronmaschine, Fig. 1 shows a vector diagram for the ground working area of a permanent magnet synchronous machine,

Fig. 2 ein Zeigerdiagramm für den Feldschwächbe­ reich derselben Synchronmaschine, Fig. 2 is a vector diagram for the same Feldschwächbe rich synchronous machine,

Fig. 3 die Drehmoment-Drehzahlkennlinie einer permanent­ erregten Synchronmaschine mit den durch die Grenz­ kennlinien bestimmten Arbeitsbereichen im Grund­ arbeitsbereich und im Feldschwächbetrieb, Fig. 3, the torque-speed characteristic of a permanent-magnet synchronous machine with by the limiting characteristics specific working areas in the base work area and in the field weakening,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Ankerstrom-Regelkreises mit unterlagerter Regelung eines zwischen Polradspan­ nung und Ankerstrom befindlichen Vorsteuerwinkels für eine mit beliebigen Stromkurvenformen ge­ speisten Synchronmaschine, Fig. 4 is a block diagram of a first embodiment of an armature current control circuit according to the invention with underlying control voltage between a Polradspan and armature current located pilot angle for a ge with arbitrary current waveforms fed synchronous machine,

Fig. 5 den Regelalgorithmus für den Vorsteuerwinkel, Fig. 5 shows the control algorithm for the pilot angle,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer zweiten erfindungsge­ mäßen Ausführungsform eines Ankerstrom-Regelkreises mit unterlagerter Regelung des Vorsteuerwinkels für eine blockstromgespeiste Synchronmaschine, Fig. 6 is a block diagram of a second embodiment of a erfindungsge MAESSEN armature current control circuit with underlying control of the pilot angle for a block current-fed synchronous machine,

Fig. 7 den Stromverlauf eines beispielhaft ausgewählten Maschinenstranges mit der entsprechenden EMK in einem Diagramm über den Rotorlagewinkel des Synchronmotors und die Fig. 7 shows the current profile of an exemplary machine train with the corresponding EMF in a diagram of the rotor position angle of the synchronous motor and

Fig. 8 die zugehörigen Freigabesignale der in dem die Synchronmaschine speisenden Umrichter befind­ lichen Ventile jeweils in einem Diagramm über den Rotorlagewinkel des Synchronmotors. Fig. 8, the associated release signals of the valves located in the converter feeding the synchronous machine, each in a diagram of the rotor position angle of the synchronous motor.

Beide in den Fig. 1 und 2 gezeigten Zeigerbilder gelten nur für den stationären Betrieb. Die Zeigerdiagramme sind in dem bei elektrischen Maschinen zur Beschreibung tran­ sienter Vorgänge üblichen d-q-Zweiachsenmodell gehalten, wobei sich die Orientierung der d-q-Achsen üblicherweise aus der Lage der im Läufer der Synchronmaschine 1 be­ findlichen Erregerspulen oder wie im vorliegenden Fall aus der Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete ergibt. Die d-Achsen-Richtung entspricht der Richtung des Polrad­ flusses Φp. Die verwendeten Bezeichnungen lauten im einzelnen:Both pointer images shown in FIGS . 1 and 2 apply only to stationary operation. The vector diagrams are kept in the usual dq two-axis model for electrical machines to describe transient processes, the orientation of the dq axes usually being based on the position of the excitation coils in the rotor of the synchronous machine 1 or, as in the present case, on the magnetization direction of the permanent magnets results. The d-axis direction corresponds to the direction of the rotor flow Φp. The names used are as follows:

E_p = Polradspannung
Ψ = Vorsteuerwinkel
U = Klemmenspannung der Synchronmaschine
p = Polradfluß
I = Ankerstrom
R · I = durch den Ankerstrom hervorgerufener ohm′scher Spannungsabfall
jωL · I = durch den Ankerstrom hervorgerufener Blindspannungsabfall
ϕ = Leistungswinkel.E _p = magnet wheel voltage
Ψ = pilot angle
U = terminal voltage of the synchronous machine
p = magnet wheel flux
I = armature current
R · I = ohmic voltage drop caused by the armature current
jωL · I = reactive voltage drop caused by the armature current
ϕ = power angle.

Bei einer Synchronmaschine 1 ist es praktisch nicht mög­ lich, den vollen Ankerstrombelag über eine mit dem Polrad umlaufende Kompensationswicklung zu führen. Daher entsteht ein resultierendes Luftspaltfeld der Synchronmaschine 1 stets durch das Zusammenwirken von Erregerfeld und Anker­ feld. Um dennoch einen hohen Wirkungsgrad der Synchron­ maschine 1 zu erzielen, wird in einem Grundarbeitsbereich 2 nach Möglichkeit der volle Ankerstrom I mit Hilfe der entsprechenden Regeleinrichtungen in der q-Achse geführt, wie in Fig. 1 dargestellt. Dadurch bleibt der Ankerstrom­ belag und das resultierende Luftspaltfeld in Phase. Für den Grundarbeitsbereich 2 gilt also: Der Anteil des Anker­ stromes I_d in Richtung der d-Achse ist Null. Wie in dem Aufsatz "Die polradorientierte Regelung eines Drehstrom- Servoantriebes mit dauermagnetisch erregtem Synchronmotor" von H.Grotstollen (etz-Archiv, Bd. 5, 1983, Seiten 339-346) eingehend beschrieben, markiert die Gleichung I_d=0 auch die Grenzen des Grundarbeitsbereiches 2, weil sich damit eine maximal erreichbare Maschinendrehzahl n bzw. ein maximal erreichbares Maschinendrehmoment M_el berechnen läßt.In a synchronous machine 1 , it is practically not possible to guide the full armature current coating over a compensation winding rotating with the magnet wheel. Therefore, a resulting air gap field of the synchronous machine 1 is always created by the interaction of the excitation field and the armature field. In order to nevertheless achieve a high efficiency of the synchronous machine 1 , the full armature current I is carried out in the basic working area 2 , if possible, with the aid of the corresponding control devices in the q-axis, as shown in FIG. 1. The armature current remains in phase and the resulting air gap field remains in phase. For basic work area 2, the following therefore applies: the proportion of the armature current I _d in the direction of the d axis is zero. As described in detail in the article "The magnet-wheel-oriented control of a three-phase servo drive with permanently magnetically excited synchronous motor" by H.Grotstollen (etz-Archiv, Vol. 5, 1983, pages 339-346), the equation I _d = 0 also marks the limits of the basic working area 2 , because a maximum achievable machine speed n or a maximum achievable machine torque M _el can be calculated.

Wie ebenfalls dem genannten Aufsatz zu entnehmen ist, liegt der Ankerstrom I an der Drehzahlgrenze des Grund­ arbeitsbereiches 2 immer unter dem zulässigen Wert. Es kann daher der drehmomentbildenden q-Komponente des Anker­ stromes I_q eine feldschwächende d-Komponente hinzugefügt werden. Damit ergibt sich das in Fig. 2 gezeigte Zeiger­ diagramm. Der Ankerstrom I ist hier um den zwischen Pol­ radspannung E_p und Ankerstrom I befindlichen Vorsteuer­ winkel Ψ gegenüber der g-Achse verschoben. Die Klemmen­ spannung U ist hierdurch entsprechend erniedrigt, so daß die Drehzahl n in dem Maße erhöht werden kann, in dem die feldschwächende Ankerstromkomponente I_d ohne Überschrei­ tung des zulässigen Ankerstromes I erhöht werden kann.As can also be seen from the above-mentioned article, the armature current I at the speed limit of the basic working range 2 is always below the permissible value. It is therefore possible to add a field-weakening d component to the torque-forming q component of the armature current I _q . This results in the pointer diagram shown in FIG. 2. The armature current I is here shifted by the pilot angle Ψ between the pole wheel voltage E _p and armature current I with respect to the g-axis. The terminal voltage U is thereby reduced accordingly, so that the speed n can be increased to the extent that the field-weakening armature current component I _d can be increased without exceeding the permissible armature current I.

Aufgrund des in Fig. 3 von den Drehmoment-Drehzahlkenn­ linien 3, 4 dargestellten Zusammenhanges zwischen dem von der Synchronmaschine 1 aufzubringenden Drehmoment M_el und der Drehzahl n der Synchronmaschine 1 kann im Feldschwäch­ betrieb auch das Drehmoment M_el der Synchronmaschine 1 er­ höht werden. Es ergibt sich ein gegenüber einem Grund­ arbeitsbereich 2 vergrößerter Feldschwächarbeitsbereich 5. Der Grundarbeitsbereich 2 wird durch eine von der Syn­ chronmaschine 1 vorgegebene Drehmoment-Drehzahlkennlinie 3 und durch die von einem im Dauerbetrieb zulässigen Nenn­ ankerstrom I_n vorgegebenen Drehmomentbegrenzungen 6 mar­ kiert. Im Feldschwächarbeitsbereich 5 ergibt sich eine entsprechend verschobene Drehmoment-Drehzahlkennlinie 4 und eine ebenfalls verschobene Drehmomentbegrenzung 7 durch den entsprechend vergrößerten Ankerstrom I. Due to the in Fig. 3 lines of the torque-speed characteristic 3, relationship shown in Figure 4 between the applied from the synchronous machine 1 torque M _el and the rotational speed n of the synchronous machine 1 can in the field weakening the torque M _el operation of the synchronous machine 1, it will be increased. This results in an enlarged field weakening work area 5 compared to a basic work area 2 . The reason the work area 2 is a chronmaschine of the Syn-1 predetermined torque speed characteristic and 3 by the armature current of a maximum continuous rated I _n predetermined torque limitation 6 kiert mar. In the field weakening work area 5 there is a correspondingly shifted torque-speed characteristic curve 4 and a likewise shifted torque limitation 7 due to the correspondingly increased armature current I.

Das in Fig. 4 dargestellte Blockschaltbild einer erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht es, stufenlos und kontinuierlich zwischen dem Grundarbeitsbereich 2 und dem Feldschwäch­ arbeitsbereich 5 hin- und herzuschalten. Hierbei gibt eine z. B. überlagerte Regelung einen Ankerstrom-Sollwert I_soll vor. Über eine Multipliziereranordnung 8 werden mit diesem Ankerstrom-Sollwert I_soll normierte, der zur Speisung der Synchronmaschine 1 gewünschten Stromkurve entsprechende Signale, beispielsweise p.u.-Größen, in Sollwertvorgaben für die in den Zuleitungen der jeweiligen Maschinenstränge R, S, T befindlichen Phasenstromregler 9 umgewandelt. Hierbei sind, symmetrische Speisung der Synchronmaschine 1 vorausgesetzt, die den Stromkurven für zwei der drei Maschinenstränge R, S, T entsprechende Signale in zwei Festwertspeichern 10, insbesondere einem löschbaren Fest­ wertspeicher (EPROMS) digitalisiert abgespeichert. Die den Stromkurven zweier Maschinenstränge R, S entsprechenden Ausgangssignale werden vor der Weiterleitung an die Multipliziereranordnung 8 in einer Wandlereinrichtung 11 digital-analog gewandelt. Aus den von der Multiplizierer­ anordnung 8 gelieferten Sollwertvorgaben I_Rsoll und I_Ssoll wird in bekannter Weise die Sollwertvorgabe I_Tsoll ge­ bildet und in die zugehörigen Phasenstromregler 9 über einen Ist-Sollwert-Vergleich 12 zur Bildung einer Regel­ differenz weitergeleitet. Das einem Modulationsgrad ent­ sprechende Ausgangssignal m der Phasenstromregler 9 wird einem Pulsweitenmodulator 13 zugeleitet, der einen Um­ richter 14 ansteuert, der die Synchronmaschine 1 entspre­ chend der Vorgaben speist. Im Falle einer feldorientierten Ankerstromregelung wird über ein an die Synchronmaschine 1 angeschlossenes Gebersystem 15 und eine entsprechende Geberauswertung 16 ein Rotorlagewinkel α ermittelt. Dieser Rotorlagewinkel α ist beispielsweise erforderlich, um den Ankerstrom I, wie oben gefordert, im Grundarbeitsbereich 2 möglichst so zu stellen, daß sich der entsprechende Zeiger im Zweiachsenmodell in der q-Achse befindet, wie in Fig. 1 gezeigt.The block diagram shown in FIG. 4 of a circuit arrangement according to the invention for performing the method makes it possible to switch back and forth between the basic work area 2 and the field weakening work area 5 continuously and continuously. Here there is a z. B. superimposed control an armature current setpoint I _Soll before. A multiplier arrangement 8 are setpoint armature current I _is normalized corresponding to the desired for feeding the synchronous machine 1 current waveform signals, for example pi-operate with this converted into setpoint values for the contained in the feed lines of the respective machine lines R, S, T phase current controller. 9 Here, symmetrical supply of the synchronous machine 1 is presupposed, the signals corresponding to the current curves for two of the three machine trains R, S, T are stored in digital form in two read-only memories 10 , in particular an erasable read-only memory (EPROMS). The output signals corresponding to the current curves of two machine trains R, S are converted digital-analog in a converter device 11 before being forwarded to the multiplier arrangement 8 . From the multiplier arrangement 8 setpoint _{specifications} I _Rsoll and I _Ssoll , the setpoint _{specification} I _Tsoll is formed in a known manner and passed on to the associated phase _{current controller} 9 via an actual-setpoint comparison 12 to form a control difference. The modulation depth ent speaking output signal m of the phase current controller 9 to a pulse width modulator 13 is fed, that drives a judge order 14, which feeds the synchronous machine 1 accordingly the specifications. In the case of a field-oriented armature current control, a rotor position angle α is determined via an encoder system 15 connected to the synchronous machine 1 and a corresponding encoder evaluation 16 . This rotor position angle α is necessary, for example, in order to set the armature current I, as required above, in the basic working area 2 so that the corresponding pointer in the two-axis model is located in the q-axis, as shown in FIG. 1.

Dieser herkömmlicher Ankerstromregelung ist nun ein Regel­ kreis 17 für den Vorsteuerwinkel Ψ unterlagert. Die für den Ist-Sollwert-Vergleich benötigen Signale I_Rist und I_Sist werden, ergänzt durch die aus den beiden anderen Signalen erzeugte Größe I_Tist, einer Strom-Istwertbildung 18 zugeleitet. Eine derartige Einrichtung ist beispiels­ weise aus der DE 36 16 208 A1 bekannt. Aus den den Anker­ strom-Istwerten I_Rist, I_Sist, I_Tist entsprechenden Signa­ len wird eine dem Ankerstrom I entsprechende Gleichgröße I_ist erzeugt, die an einer Vergleichsstelle 19 mit der Sollwertvorgabe I_soll einer überlagerten Regelung vergli­ chen wird. Die an dieser Vergleichsstelle 19 gebildete Regeldifferenz wird einem dem Phasenstromregler 9 entspre­ chenden Regler 20, hier einem PI-Regler zugeführt, so daß das Ausgangssignal m auch hier dem den Pulsweitenmodulator 13 ansteuernden Modulationsgrad entspricht. Ebenso könnte auch das Ausgangssignal m eines den Pulsweitenmodulator 13 ansteuernden Phasenstromreglers 9, der als Referenzregler benutzt wird, Anwendung finden. Das Ausgangssignal m des einem Phasenstromregler 9 entsprechenden Reglers 20 ist die alleinige Eingangsgröße einer Rechnereinheit 21, in der ein Algorithmus zur Bestimmung des Vorsteuerwinkels Ψ abläuft. Der auf diese Weise bestimmte Vorsteuerwinkel Ψ und der von der Geberauswertung 16 gelieferte Rotorlage­ winkel α werden über einen Addierer 22 zur Erzeugung eines Signales verwendet, das einer Speicheradresse des Festwertspeichers 10 entspricht. Unter dieser Adresse ist eine dem aktuellen Rotorlagewinkel α und des momentan be­ stimmten Vorsteuerwinkels Ψ entsprechende Stromkurve für zwei der drei Maschinenstränge R, S, T abgelegt. This conventional armature current control is now a control circuit 17 subordinate to the pilot angle Ψ. The signals I _Rist and I _Sist required for the comparison of the actual setpoint value, supplemented by the quantity I _Tist generated from the other two signals, are _fed to a current actual value formation 18 . Such a device is known for example from DE 36 16 208 A1. From the armature current actual values I _Rist, len I _Sist, I _Tist corresponding Signa a corresponding to the armature current I equal size I _is produced, which at a junction 19 with the preset value I _soll vergli chen a superimposed control is. The control difference formed at this comparison point 19 is fed to a controller 20 corresponding to the phase current controller 9 , here a PI controller, so that the output signal m here also corresponds to the degree of modulation controlling the pulse width modulator 13 . Likewise, the output signal m of a phase current regulator 9 which controls the pulse width modulator 13 and which is used as a reference regulator could also be used. The output signal m of the controller 20 corresponding to a phase current controller 9 is the sole input variable of a computer unit 21 in which an algorithm for determining the pilot control angle Ψ runs. The pilot control angle winkel determined in this way and the rotor position angle α supplied by the encoder evaluation 16 are used via an adder 22 to generate a signal which corresponds to a memory address of the read-only memory 10 . A current curve for two of the three machine trains R, S, T corresponding to the current rotor position angle α and the currently determined pilot control angle Ψ is stored at this address.

Der in der Rechnereinheit 21 ablaufende Algorithmus zur Bestimmung des Vorsteuerwinkels Ψ ist in Fig. 5 in Form eines Flußdiagrammes dargestellt. Beim Anlaufen der perma­ nenterregten Synchronmaschine 1 sowie im Grundarbeits­ bereich 2 beträgt der Vorsteuerwinkel Ψ nach Möglichkeit Null. Die Synchronmaschine 1 verbleibt in diesem Grund­ arbeitsbereich 2, solange das Ausgangssignal m des Phasenstromreglers 9 unterhalb der 100%-Marke bleibt. Ein Ausgangssignal m in der Höhe von 100% entspricht der Spannungsvollaussteuerung des Pulsweitenmodulators 13. Wenn dieser Wert überschritten wird und der Synchron­ maschine 1 noch nicht an die vom Umrichter 14 vorgegebene Stromgrenze gelaufen ist, wird der Vorsteuerwinkel Ψ kontinuierlich vergrößert und die Synchronmaschine 1 dadurch in den Feldschwächarbeitsbereich 5 geführt. Der Vorsteuerwinkel Ψ wird nun so lange vergrößert, bis das Ausgangssignal m wieder kleiner oder gleich 100% wird. Wenn das Ausgangssignal m unter die 100%-Marke gesunken ist, wird der Vorsteuerwinkel Ψ wieder verkleinert. Hierdurch wird die permanenterregte Synchronmaschine 1 im Feldschwächarbeitsbereich 5 an ihrer Spannungsgrenze be­ trieben.The algorithm running in the computer unit 21 for determining the pilot control angle Ψ is shown in FIG. 5 in the form of a flow chart. When starting the permanent magnet synchronous machine 1 and in the basic work area 2 , the pilot angle Ψ is zero if possible. The synchronous machine 1 remains in this basic working area 2 as long as the output signal m of the phase current regulator 9 remains below the 100% mark. An output signal m in the amount of 100% corresponds to the full voltage control of the pulse width modulator 13 . If this value is exceeded, and the synchronous machine 1 is not run at the predetermined current limit from the inverter 14, the pilot angle Ψ is increased continuously and the synchronous machine 1 guided thereby in the Feldschwächarbeitsbereich. 5 The pilot control angle Ψ is now increased until the output signal m is again less than or equal to 100%. If the output signal m has dropped below the 100% mark, the pilot control angle Ψ is reduced again. As a result, the permanent magnet synchronous machine 1 in the field weakening work area 5 is operated at its voltage limit.

Sobald der Vorsteuerwinkel Ψ so weit verkleinert ist, daß er wieder den Wert Null erreicht, wird die Synchron­ maschine 1 wieder in den Grundarbeitsbereich 2 zurückge­ führt. Das ist beispielsweise der Fall, wenn der das Aus­ gangssignal m vorgebende Regler 20 ein Signal unterhalb der 100%-Marke, also unterhalb der Spannungsvollaussteue­ rung des Pulsweitenmodulators 13, vorgibt. Dieser Fall tritt ein, wenn die Regelvorgabe des der Ankerstromrege­ lung überlagerten Regelkreises, insbesondere einer Dreh­ moment- oder Drehzahlregelung, einem Arbeitspunkt ent­ spricht, der nicht den Feldschwächbetrieb erfordert. As soon as the pilot angle Ψ is reduced so much that it reaches zero again, the synchronous machine 1 is returned to the basic working area 2 . This is the case, for example, when the controller 20 specifying the output signal m specifies a signal below the 100% mark, that is, below the voltage full control of the pulse width modulator 13 . This case occurs when the control specification of the control circuit superimposed on the armature current control, in particular a torque or speed control, corresponds to an operating point that does not require field weakening operation.

Ohne daß eine Änderung des den Vorsteuerwinkel Ψ regeln­ den Algorithmus erforderlich wäre, kann eine blockstrom­ gespeiste Synchronmaschine 1 mit einer Schaltungsanord­ nung, wie in Fig. 6 beispielhaft gezeigt, gespeist werden. Bei einer derartigen Regelung kann die Speicherung ver­ schiedener Stromkurvenformen entfallen. Damit ist keine Eingriffsmöglichkeit in die Ankerstromregelung bei der Auswahl der den jeweiligen Phasenstromreglern 9 vorzu­ gebenden Stromkurvenformen möglich oder sinnvoll. Die Stromkurvenform bleibt im Spezialfall einer blockstrom­ gespeisten Regelung somit unverändert. Die Verlegung der Kommutierungszeitpunkte der im Umrichter 14 befindlichen Ventile T1 bis T6 zur Speisung der Synchronmaschine 1 wird direkt von einer Auswerteeinrichtung 23 nach Maßgabe eines wie schon in Fig. 4 geänderten Rotorlagewinkels α′ durch­ geführt. Hierbei wird der veränderte Rotorlagewinkel α′ zur Auswahl eines in einer adressierbaren Speicheranord­ nung der Auswerteeinrichtung 23 abgelegten Lagewortes herangezogen. Das Lagewort enthält in digitalisierter Form die zur Freigabe der Ventile T1 bis T6 benötigten Informa­ tionen. Im übrigen kann die Ankerstromregelung einer blockstromgespeisten Synchronmaschine 1 mit nur einem Phasenstromregler 9 erfolgen, wobei dessen Ausgangssignal m wiederum als Eingangsgröße für eine Rechnereinheit 21 benutzt wird, in der ein Algorithmus gemäß Fig. 5 abläuft. Das Ausgangssignal m wird zusätzlich einem Steuersatz 24 zur Ansteuerung der Ventile T1 bis T6 des Umrichters 14 zugeführt, der in aus der DE-A 38 23 499 bekannten Weise die entsprechenden Freigabesignale für die Ventile T1 bis T6 bereitstellt.Without a change in the precontrol angle Ψ regulating the algorithm being necessary, a block current-fed synchronous machine 1 can be supplied with a circuit arrangement, as shown by way of example in FIG. 6. With such a control, the storage of different current waveforms can be omitted. Thus, no possibility of intervention in the armature current control is possible or sensible when selecting the current waveforms to be given to the respective phase current regulators 9 . The current curve shape therefore remains unchanged in the special case of a block current-fed control. The relocation of the commutation times of the valves T1 to T6 located in the converter 14 for supplying the synchronous machine 1 is carried out directly by an evaluation device 23 in accordance with a rotor position angle α ′ which has already been changed in FIG. 4. Here, the changed rotor position angle α 'is used to select a position word stored in an addressable storage arrangement of the evaluation device 23 . The position word contains the information required to enable valves T1 to T6 in digital form. Moreover, the armature current control of a block current-fed synchronous machine 1 can be carried out with only one phase current controller 9 , the output signal m of which in turn is used as an input variable for a computer unit 21 in which an algorithm according to FIG. 5 runs. The output signal m is additionally fed to a control set 24 for controlling the valves T1 to T6 of the converter 14 , which provides the corresponding enable signals for the valves T1 to T6 in a manner known from DE-A 38 23 499.

Im Feldschwächarbeitsbereich 5, also einem Ausgangssignal m des Phasenstromreglers 9, das größer oder gleich der 100%-Marke ist, liefert der die Ventile T1 bis T6 an­ steuernde Steuersatz 24 ein durchgehendes, also über 360° einer elektrischen Periode währendes, Freigabesignal. Die Auswerteeinrichtung 23 erhält zu diesem Zeitpunkt ein der Größe des Vorsteuerwinkels Ψ entsprechend vergrößer­ ten Rotorlagewinkel α′. Die Schalter S1 bis S6 werden von der Auswerteeinrichtung 23 nach Maßgabe des veränderten Rotorlagewinkels α′ derart betätigt, daß die Freigabe­ signale für die Ventile T1 bis T6 in feldschwächender Weise vorverlegt werden.In the field weakening work area 5 , that is to say an output signal m of the phase current regulator 9 which is greater than or equal to the 100% mark, the valves T1 to T6 deliver to control headset 24 a continuous release signal, that is to say over 360 ° of an electrical period. At this point in time, the evaluation device 23 receives a rotor position angle α ′ corresponding to the size of the pilot control angle Ψ. The switches S1 to S6 are actuated by the evaluation device 23 in accordance with the changed rotor position angle α 'in such a way that the release signals for the valves T1 to T6 are advanced in a field-weakening manner.

Die Ankerstromregelung sowie die Regelung des Vorsteuer­ winkels Ψ entspricht ansonsten der in Fig. 4 erläuterten Schaltungsanordnung.The armature current control and the control of the pilot angle Ψ otherwise corresponds to the circuit arrangement explained in FIG. 4.

In den Fig. 7 und 8 ist die Wirkung einer Vergrößerung des Vorsteuerwinkels Ψ vom Wert Null ausgehend anhand der Freigabesignale für die Ventile T1 bis T6 erläutert. Die Zuordnung der einzelnen Diagramme in Fig. 8 zu den jewei­ ligen Ventilen T1 bis T6 ist in eckigen Klammern ange­ geben. In Fig. 7 ist der Ankerstrom I_R des Maschinen­ stranges R über dem Rotorlagewinkel α für eine elektri­ sche Periode aufgetragen, wobei die 360° in 3.600 Skalen­ teilen dargestellt sind, die beispielsweise Inkrementen eines als Gebersystem 15 eingesetzten Inkrementalgebers entsprechen können. Zur Erzeugung der Stromblöcke des Stromes I_R sind beispielsweise die in den Diagrammen für die Ventile T₁ und T₂ in Fig. 8 eingezeichneten Freigabe­ signale erforderlich. Eine Vergrößerung des Vorsteuer­ winkels Ψ um 15° hätte dann die gestrichelt eingezeich­ neten Verläufe für die Freigabesignale zur Folge. Der Strom I_R wird dann der EMK des Maschinenstranges R voreilen und eine feldschwächende Komponente haben.In Figs. 7 and 8, the effect of increasing the pilot angle Ψ of the value zero starting based on the enable signals for the valves T1 is explained to T6. The assignment of the individual diagrams in Fig. 8 to the respective valves T1 to T6 is given in square brackets. In Fig. 7, the armature current I _{R of} the machine strand R is plotted against the rotor position angle α for an electrical period, the 360 ° being divided into 3,600 scales which, for example, can correspond to increments of an incremental encoder used as the encoder system 15 . To generate the current blocks of the current I _R , for example, the release signals shown in the diagrams for the valves T ₁ and T ₂ in FIG. 8 are required. An enlargement of the input tax angle Ψ by 15 ° would then result in the dashed lines for the release signals. The current I _R will then lead the EMF of the machine train R and have a field-weakening component.

Claims (14)

1. Verfahren zur Regelung einer umrichtergespeisten, per­ manenterregten Synchronmaschine (1), bei dem unabhängig von der Stromkurvenform der eingespeisten Strangströme (I_R, I_S, I_T) ein zwischen Ankerstrom (I) und Polradspan­ nung (E_p) befindlicher Vorsteuerwinkel (Ψ) allein nach Maßgabe eines Pegels, der wenigstens einem von wenigstens einem im Maschinenstrang befindlichen Phasenstromregler (9) vorgegebenen Ausgangssignal (m) proportional ist, so verstellt wird, daß die Synchronmaschine (1) abhängig von den Belastungsverhältnissen entweder in einem Grundar­ beitsbereich (2), insbesondere im feldorientierten Be­ trieb, oder im Feldschwächarbeitsbereich (5) betreibbar ist.1.Procedure for controlling an inverter-fed, manually excited synchronous machine ( 1 ), in which, regardless of the current waveform of the injected phase currents (I _R , I _S , I _T ), a pilot angle between the armature current (I) and the rotor voltage (E _p ) Ψ) is adjusted solely in accordance with a level that is proportional to at least one output signal (m) given by at least one phase current controller ( 9 ) located in the machine train, so that the synchronous machine ( 1 ) is either in a basic range ( 2 ), especially in field-oriented operation, or in the field weakening area ( 5 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das vom Phasenstrom­ regler (9) vorgegebene Ausgangssignal (m) einem Modula­ tionsgrad entspricht und zur Ansteuerung eines Pulsweiten­ modulators (13) verwendet wird.2. The method according to claim 1, in which the phase current controller ( 9 ) predetermined output signal (m) corresponds to a degree of modulation and is used to control a pulse width modulator ( 13 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Änderung des Vorsteuerwinkels (Ψ) gemäß einem in einer Rechnerein­ heit (21) ablaufenden Algorithmus erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the change of the pilot angle (Ψ) is carried out according to an algorithm running in a computer unit ( 21 ). 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorgabe eines Stromsollwertes für die Phasenstromregler (9) in Abhängigkeit eines dem Vor­ steuerwinkel (Ψ) und einem der Rotorlage der Synchron­ maschine (1) entsprechenden Signal erfolgt.4. The method according to one or more of the preceding claims, in which the specification of a current setpoint for the phase current controller ( 9 ) as a function of a before the control angle (Ψ) and one of the rotor position of the synchronous machine ( 1 ) corresponding signal. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem im Feldschwächarbeitsbereich (5) das bzw. die Ausgangssignale (m) der den den Pulsweitenmodu­ lator (13) ansteuernden Phasenstromregler (9) bzw. des Phasenstromreglers (9) auf einem der Spannungsvollaus­ steuerung des Pulsweitenmodulators (13) entsprechenden Pegel gehalten und die Synchronmaschine (1) unterhalb der Stromgrenze des Umrichters (14) betrieben wird.5. The method according to one or more of the preceding claims, in which in the field weakening work area ( 5 ) the or the output signals (m) of the pulse width modulator ( 13 ) driving phase current regulator ( 9 ) or the phase current regulator ( 9 ) on one of the voltages completely Control of the pulse width modulator ( 13 ) is maintained at the corresponding level and the synchronous machine ( 1 ) is operated below the current limit of the converter ( 14 ). 6. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5 mit einer Verstelleinrichtung, die unabhängig von der Stromkurvenform der eingespeisten Strangströme (I_R, I_S, I_T) einen zwischen Ankerstrom (I) und Polradspannung (E_p) befindlichen Vorsteuerwinkel (Ψ) allein nach Maßgabe eines Pegels, der wenigstens einen von wenigstens einem im Maschinenstrang befindlichen Phasenstromregler (9) vorge­ gebenen Ausgangssignal (m) proportional ist, so verstellt, daß die Synchronmaschine (1) abhängig von den Belastungs­ verhältnissen entweder in einem Grundarbeitsbereich (2), insbesondere im feldorientierten Betrieb, oder im Feld­ schwächarbeitsbereich (5) betreibbar ist.6. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 1 or one or more of claims 2 to 5 with an adjusting device which, regardless of the current waveform of the injected phase currents (I _R , I _S , I _T ) a between armature current (I) and magnet wheel voltage ( E _p ) located pilot angle (Ψ) solely in accordance with a level that is proportional to at least one of at least one of the phase current regulators ( 9 ) in the machine output signal (m), so adjusted that the synchronous machine ( 1 ) depends on the load conditions can be operated either in a basic work area ( 2 ), in particular in field-oriented operation, or in the field weak work area ( 5 ). 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 zur Regelung einer blockstromgespeisten Synchronmaschine (1), wobei die Ver­ stelleinrichtung eine Rechnereinheit (21) umfaßt, der ein Summierglied zugeordnet ist, wobei einem einer Geber­ auswertung (16) der Rotorlage entsprechenden Rotorlage­ winkel (α) der in einer Rechnereinheit (21) nach Maßgabe des von wenigstens einem Phasenstromregler (9) vorgegebe­ nen Ausgangssignals (m) bestimmte Vorsteuerwinkel (Ψ) an einem Summierglied hinzugefügt wird und hierdurch ein ent­ sprechend geänderter Rotorlagewinkel (α′)nach Maßgabe des von wenigstens einem Phasenstromregler (9) vorgegebenen Ausgangssignals (m) den Vorsteuerwinkel (Ψ) bestimmt, und diesem Vorsteuerwinkel (Ψ) an einem Summierglied ein von einer Geberauswertung (16) der Rotorlage entsprechender Rotorlagewinkel (α) hinzugeführt wird und hierdurch ein entsprechend geänderter Rotorlagewinkel (α′) bestimmt wird. 7. Circuit arrangement according to claim 6 for controlling a block current-fed synchronous machine ( 1 ), wherein the adjusting device comprises a computer unit ( 21 ), which is assigned a summing element, wherein an encoder evaluation ( 16 ) of the rotor position corresponding rotor position angle (α) in a computer unit ( 21 ) in accordance with the output signal (m) specified by at least one phase current controller ( 9 ) is added certain pilot control angle (Vor) on a summing element and thereby a correspondingly changed rotor position angle (α ') in accordance with the output of at least one phase current controller ( 9 ) predetermined output signal (m) determines the pilot control angle (Ψ), and this pilot control angle (Ψ) is added to a summing element by a sensor evaluation ( 16 ) of the rotor position corresponding rotor position angle (α) and thereby determines a correspondingly changed rotor position angle (α ') becomes. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 zur Regelung einer Synchronmaschine (1) , die mit Strangströmen beliebiger Stromkurve, insbesondere einem Sinusverlauf, gespeist wird, wobei die Verstelleinrichtung wenigstens eine Rechnereinheit (21) umfaßt, die einen Vorsteuerwinkel (Ψ) gemäß einem Algorithmus bestimmt und diesen Vorsteuer­ winkel (Ψ) mit einem der Rotorlage entsprechenden Rotor­ lagewinkel (α) zu einer Größe aufsummiert wird, die dann wenigstens einer adressierbaren Speichereinheit (10), in der der Stromkurvenform des Speisestroms entsprechende Signale wenigstens zweier der drei Maschinenstränge (R, S, T) gespeichert sind, zugeleitet werden und dort in Adres­ sen zur Bezeichnung und Auswahl die die betreffende Stromkurvenform bzw. die betreffenden Stromkurvenformen enthaltenen Speicherplätze der adressierbaren Speicher­ einheit (10) benutzt wird.8. Circuit arrangement according to claim 6 for controlling a synchronous machine ( 1 ) which is fed with string currents of any current curve, in particular a sine curve, the adjusting device comprising at least one computer unit ( 21 ) which determines a pilot control angle (Ψ) according to an algorithm and this Pilot control angle (Ψ) with a rotor position angle (α) corresponding to the rotor position is summed up to a size which then contains at least one addressable memory unit ( 10 ) in which signals of at least two of the three machine lines (R, S, T) corresponding to the current curve shape of the supply current ) are stored, forwarded and used there in addresses for designation and selection the memory location (s) of the addressable memory unit ( 10 ) that contains the relevant current waveform or the relevant current waveforms. 9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8, bei dem die Stromkurvenform des Speise­ stromes wenigstens zweier der drei Maschinenstränge (R, S, T) als normierte Größen in wenigstens einer adressierbaren Speichereinheit (10) abgelegt und diese nach Maßgabe der ausgewählten Adressen an die einen Pulsweitenmodulator (13) zur Steuerung des Umrichters (14) steuernden Pha­ senstromregler (9) weitergegeben werden, wobei die Größe der Sollwertvorgabe für den Phasenstromregler (9), der den Maschinenstrang regelt, in dem ein Speisestrom fließt, dessen Stromkurve nicht in einer adressierbaren Speicher­ einheit (10) abgelegt ist, aus den Sollwertvorgaben der beiden anderen Maschinenstränge (R, S) bestimmt wird und die normierten Ausgangssignale der adressierbaren Spei­ chereinheit (10) bzw. Speichereinheiten vor der Weiter­ leitung an die Phasenstromregler (9) digital-analog ge­ wandelt werden und über eine Multiplizieranordnung (8), der als zweite Eingangsgröße einen Stromsollwert (I_soll) von einer überlagerten Regelung erhält, in einen Wert umrechnet, der der Amplitude der momentan einzustellenden Stromkurve des angesteuerten Maschinenstranges entspricht.9. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 8, in which the current curve shape of the feed current of at least two of the three machine strings (R, S, T) is stored as normalized variables in at least one addressable memory unit ( 10 ) and this in accordance with the selected addresses the a pulse width modulator ( 13 ) for controlling the converter ( 14 ) controlling Pha senstromrechner ( 9 ) are passed, the size of the setpoint for the phase current controller ( 9 ), which regulates the machine train in which a supply current flows, the current curve is not in one addressable memory unit ( 10 ) is stored, is determined from the setpoint specifications of the two other machine lines (R, S) and the standardized output signals of the addressable memory unit ( 10 ) or memory units before forwarding to the phase current controller ( 9 ) digitally analog be converted and via a multiplier arrangement ( 8 ), the second e input variable receives a current setpoint (I _soll ) from a higher-level control, converts it into a value that corresponds to the amplitude of the current curve of the controlled machine train that is currently to be set. 10. Schaltungsanordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und/oder nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, bei der eine Drehzahlregelung überlagert wird.10. Circuit arrangement for performing a method according to one or more of claims 1 to 5 and / or according to one or more of claims 6 to 9, wherein a speed control is superimposed. 11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10, bei dem Ausgangssignale eines an die Synchronmaschine (1) angeschlossenen Gebersystems (15) an eine Geberauswertung (16) gegeben werden, wobei diese Geberauswertung (16) anhand dieser Ausgangssignale die Drehzahl (n) der Synchronmaschine (1) ermittelt und ent­ sprechende Signale an eine überlagerte Drehzahlregelung abgibt.11. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 10, in which output signals of an encoder system ( 15 ) connected to the synchronous machine ( 1 ) are given to an encoder evaluation ( 16 ), said encoder evaluation ( 16 ) using these output signals the speed (n) of the Synchronous machine ( 1 ) determined and appropriate signals to a superimposed speed control. 12. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und/oder nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, bei der eine Drehmomentregelung überlagert ist.12. Circuit arrangement for performing the method according to one or more of claims 1 to 5 and / or according to one or more of claims 6 to 9, wherein a torque control is superimposed. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, bei der Aus­ gangssignale eines an die Synchronmaschine (1) angeschlos­ senen Gebersystems (15) an die Geberauswertung (16) ge­ geben werden, wobei diese Geberauswertung (16) anhand dieser Ausgangssignale das von der Synchronmaschine (1) aufgebrachte Drehmoment (M_el) ermittelt und entsprechende Signale an eine überlagerte Drehmomentenregelung abgibt.13. Circuit arrangement according to claim 12, in the output signals from a to the synchronous machine ( 1 ) connected encoder system ( 15 ) to the encoder evaluation ( 16 ) are given, this encoder evaluation ( 16 ) based on these output signals from the synchronous machine ( 1 ) applied torque (M _el ) is determined and corresponding signals are sent to a higher-level torque control. 14. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 und/oder einem oder mehreren der nachfolgenden Ansprüche, bei der als Gebersystem (15) wahlweise ein Inkrementalgeber, ein Resolver oder ein Absolutwertgebersystem an die Synchron­ maschine (1) angeschlossen ist.14. Circuit arrangement for performing the method according to one or more of claims 1 to 5 and / or one or more of the following claims, in which as the encoder system ( 15 ) optionally an incremental encoder, a resolver or an absolute encoder system connected to the synchronous machine ( 1 ) is.