AT399602B - Verfahren und schaltungsanordnung zur rotorlage- bestimmung und zur momentenaufbringung an einer über einen umrichter gespeisten reluktanzmaschine - Google Patents

Description

AT 399 602 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Rotorlagebestimmung und zur dynamisch hochwertigen Momentenaufbringung an einer über einen Umrichter gespeisten Reluktanzmaschine.

Umrichtergespeiste Reluktanzmaschinen gewinnen durch die Fortschritte auf dem Sektor der Leistungsund Informationselektronik zunehmend an Bedeutung in der Antriebstechnik. Sie zeichnen sich gegenüber elektrisch oder magnetisch erregten Synchron- und Gleichstrommaschinen durch höhere Robustheit aus. Für die Durchführung der Regelalgorithmen bei dynamisch hochwertigen feld- bzw. rotororientierten Regelkonzepten ergibt sich die Notwendigkeit eines mechanischen Gebers zur Erfassung der Rotorlage bzw. Rotorgeschwindigkeit. Dadurch wird die Robustheit herabgesetzt und die Kosten werden erhöht. Es ist daher das Ziel vieler Forschungsaktivitäten, den mechanischen Geber durch mathematische Modelle und/oder durch Ausnützung physikalischer Effekte zu ersetzen.

Im Artikel "PWM-Based Position Sensorless Control of Variable Reluctance Motor Drives" in den Proceedings (S. 4-024 - 4-029) zur "EPE - European Power Electronics Conference" in Florenz, Italien, 1991, wird ein Verfahren zur sensorlosen Rotorpositionserfassung bei Reluktanzmaschinen vorgestellt. Dieses Verfahren, welches lediglich bei sogenannten "switched reluctance "-Motoren anwendbar ist, beruht darauf, bei spezieller Pulsweitenmodulations-Steuerung eine Frequenzanalyse durchzuführen. Durch Division von entsprechend durch Filter und Integrator aufbereiteten Spannungen und Strömen wird auf die rotorpositionsabhängige Induktivität einer momentan stromführenden Wicklung geschlossen.

Bei diesem Verfahren ist nachteilig, daß es bei einem konventionellen Stator mit Drehstromwicklungen nicht anwendbar ist Weiters sind zur Durchführung des Verfahrens eine Spannungsmessung sowie eine spezielle Pulsweitenmodulation erforderlich.

In Eit. 6 desselben Artikels wird unter dem Titel "Mutal inductance effects" ein Verfahren besprochen, bei welchem die Rotorposition eines Reluktanzmotors mittels eines Beobachters (supervisory microcontrol-ler) ermittelt wird.

Auch bei diesem Verfahren besteht der Nachteil darin, daß zur Erfassung der Rotorlage eine Spannungsmessung durchgeführt werden muß.

In einem weiteren Artikel, "A Tourque Angle Calcuiator for Sensorless Reluctance Motor Drives”, derselben Proceedings (S. 4-013 - 4-017) wird ebenfalls ein Verfahren zur sensorlosen Rotorpositionserfassung bei Reluktanzmaschinen vorgeschlagen. Dabei ist der Ansatz zu diesem Verfahren so gewählt, daß eine Realisierung nur für den Fall möglich ist, daß alle zeitlichen Ableitungen vernachlässigt werden.

Diese Verfahren ist nachteilig, weil weil es nur im (quasi-) stationären Betrieb funktioniert. Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus der Notwendigkeit einer Spannungsmessung.

Unter dem Titel "Accurate Sensorless Rotor Position Detection in an SR Motor” in den bereits zitierten Proceedings (S. 1-390 - 1-393) wird ein Verfahren zur Lagebestimmung eines Reluktanzmotors durch Testsignale beschrieben. Dasselbe Verfahren wird mit der Bezeichnung "A New Sensorless Position Detector for SR Drives" in der Conference Publication No. 324 (S. 249 - 252) der "4. International Conference Power Electronics And Variable Speed Drives", London, 1991, vorgestellt. Gegenüber den bereits genannten Verfahren weist dieses den Vorteil auf, daß es nicht nur auf "switched retuctance" -Maschinen, sondern auch bei Maschinen mit normaler Drehstromwicklung im Stator anwendbar ist.

Das Prinzip des Verfahrens besteht darin, daß es in einem ”s. r."-Motor ständig Motorphasen gibt, in denen für gewisse Zeit kein Betriebsstrom fließt. In dieser Zeit wird dann ein Testspannungspuls eingeprägt und einerseits die Flußverkettung dieser Wicklung durch Integration der Testspannung ermittelt, anderseits der Stromverlauf in der Wicklung gemessen. Erreicht der Strom einen gewissen Wert, wird die momentane Flußverkettung gemessen und mittels einer Tabelle die korrespondierende Rotorposition ermittelt.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß es bei Drehstromwicklungen nicht funktioniert. Weiters ist eine Spannungsmessung notwendig.

Die US-PS-4 961 038 befaßt sich mit einer Einrichtung zur indirekten Erfassung des elektromagnetischen Drehmomentes einer Reluktanzmaschine.

Zu diesem Zweck wird das jeweilige Ausgangsdrehmoment der Reluktanzmaschine festgestellt; dadurch ist es möglich, entsprechende Einstellungen des Phasenstromes durchzuführen, um auf diese Weise Drehmomentschwingungen zu vermeiden. Es werden zur indirekten Feststellung des jeweiligen Ausgangsdrehmomentes Messungen des Phasenstromes und des Rotorpositionswinkels durchgeführt

Bei der Einrichtung It. US-PS-4 961 038 ist jedoch zur Berechnung des Drehmomentes und somit bei allen Steuerungen und Regelungen, für weiche die Reluktanzmaschine eingesetzt wird, die Existenz eines Rotorlagegebers notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Rotoriagebestimmung und zur Momentenaufbringung an Reluktanzmaschinen durch Messung ausschließlich elektrischer Größen zu realisieren und die Nachteile bzw. Ungenauigkeiten der bekannten Verfahren zu vermeiden. 2

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Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwirkung von an die Reluktanzmaschine abgesetzten Meßsignalen gemessen wird, wobei die Meßsignale vom Umrichter generierte Spannungssprünge sind, die entweder zusätzlich eingefügte oder betrieblich auftretende, zur Auswertung geeignete, Signale sind, die Stromänderungen bewirken, welche gemessen und einem Rechner zugeführt werden, der eine komplexe Kenngröße ermittelt, welche dem Quotienten aus Statorspannungsraumzeiger und zeitlicher Änderung des Statorstromraumzeigers proportional oder umgekehrt proportional ist, im folgenden als komplexe Kenngröße bezeichnet, wobei die Richtung des Spannungsraumzeigers aus dem bekannten Umrichter-Ansteuerzustand hervorgeht, und die Rotorlage berechnet, wobei die komplexe Kenngröße aufgrund der unterschiedlichen Reaktanzen in Längs- und Querrichtung sowohl in ihrem Realteil als auch in ihrem Imaginärteil mit dem doppelten Wert der Rotorlage näherungsweise sinusförmig schwankt und aus Real- und Imaginärteil den doppelten Wert des gesuchten Rotorlagewinkels nach bekannten Methoden der komplexen Rechnung ermittelt.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Methoden besteht darin, daß kein mechanischer Geber notwendig ist und daß auf Spannungsmessungen verzichtet werden kann. Weiters ist vorteilhaft, daß keine analogen Zusatzstromquellen benötigt werden, sondern der ohnehin vorhandene speisende Umrichter als Meßsignalgenerator eingesetzt wird.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß dieser Verfahrensschritt mit geänderter Spannungsraumzeigerrichtung wiederholt wird und für jede Meßrichtung die örtliche komplexe Kenngröße ermittelt wird und daraus unter der idealisierten Annahme einer sinusförmigen Schwankung von Real- und Imaginärteil der komplexen Kenngröße, wobei deren Realteil die Extremwerte in der Magnetisierungsachse und elektrisch 90 Grad darauf und deren Imaginärteil an diesen Stellen ihre Nulldurchgänge und bei Winkeln von elektrisch 45 · + k.90 · ihre Extrema aufweisen, unter Verwendung von Realteilen allein, Imaginärteilen allein oder einer Kombination von beiden, vorzugsweise so, daß im statistischen Mittel die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Wert der Rotorlage und dem durch obige Testmessungen ermittelten Wert minimal wird und dann, unter Verwendung der bekannten Methoden der komplexen Rechnung, der doppelte Wert des gesuchten Rotorlagewinkels ermittelt wird.

Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, daß damit die Genauigkeit des Verfahrens weiter gesteigert wird.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß daß eine Kombination von mehreren, vorzugsweise der Strangzahl entsprechenden, Messungen erfolgt, wobei diese in verschiedenen Raumzeigerrichtungen durchgeführt werden, und daß entweder nur die Realteile der komplexen Zeiger, oder nur die Imaginärteile, vorzugsweise entsprechend der üblichen Raumzeigerdefinition, zu neuen komplexen Kenngrößen zusammengefaßt werden, oder beide Auswertungen, also jene der Realteile und jene der Imaginärteile, kombiniert werden und zwar vorzugsweise so, daß die statistischen Eigenschaften des Fehlers der auf diese Weise ermittelten Rotorlage minimiert werden.

Durch die Kombination mehrerer Messungen kann die Genauigkeit der Auswertung erhöht werden. im Rahmen der Erfindung werden zwei Messungen durchgeführt, wobei der Spannungsraumzeiger der zweiten Messung ungleich dem Spannungsraumzeiger der ersten Messung ist, und wobei auch der Nullspannungsraumzeiger nicht ausgeschlossen ist, und daß die Differenz der in diesen Messungen verwendeten Spannungsraumzeiger einerseits und die Oifferenz der aus diesen Messungen ermittelten zeitlichen Änderungen der Stromraumzeiger anderseits gebildet werden und diese Raumzeigergrößen an die Stelle der entsprechenden Raumzeigergrößen bei Einzelmessungen treten.

Auf diese Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren drehzahlunabhängig gemacht, weil durch die Subtraktion der Einfluß der durch die Rotordrehung in der Statorwicklung hervorgerufenen Spannung eliminiert wird.

Eine spezielle Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß zwei innerhalb eines ausreichend kurzen Zeitintervalles durchgeführte Messungspaare kombiniert werden, soferne die Spannungsdifferenzraumzeiger der beiden Messungspaare unterschiedliche Argumente aufweisen, indem die Spannungsdifferenzraumzeiger einerseits und die Stromanstiegsdifferenzraumzeiger anderseits subtrahiert werden und mit diesen Differenzen die komplexe Kenngröße gebildet wird, die die Eigenschaft hat, daß sie, sowohl in ihrem Real- als auch in ihrem Imaginärteil näherungsweise sinusförmig mit dem doppelten Rotorlagewinkel schwankt und gegenüber der unter Verwendung von Spannungs- und Stromanstiegsraumzeigern gebildeten komplexen Kenngröße, sowohl in ihrem imaginär- als auch in ihrem Realteil offsetfrei ist.

Damit gehen bei der Berechnung des Rotorlagewinkels gemäß den bekannten Methoden der komplexen Rechnung keine maschinenabhängigen Kenngrößen in gravierender Weise in das Ergebnis ein.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei innerhalb eines ausreichend kurzen Zeitintervalles durchgeführte Messungspaare kombiniert werden, soferne die Spannungsdifferenzraumzeiger der beiden Messungspaare unterschiedliche Argumente aufweisen, indem von jedem Mes- 3

AT 399 602 B sungspaar di© komplexe Kenngröße gebildet und sodann die Differenz dieser beiden komplexen Kenngrößen gebildet wird, die die Eigenschaft hat, daß sie, sowohl in ihrem Real- als auch in ihrem Imaginärteii näherungsweise sinusförmig mit dem doppelten Flußwinkel schwankt und sowohl in ihrem Imaginär- als auch in ihrem Realteil offsetfrei ist.

Padurch ist eine Auswertung möglich, die auch bei beliebig großen Unterschieden der Reaktanzen in Längs- und Querrichtung korrekte Ergebnisse liefert.

In einer zusätzlichen Weiterbildung wird anstelle der zuvor genannten zweiten Messung diese durch die Rotordrehung verursachte Spannung aus momentanen Schätzwerten von magnetischem Ruß sowie dessen zeitlicher Ableitung berechnet und deren Einfluß auf das Meßergebnis kompensiert.

Mit dieser Weiterbildung ist es möglich, den Einfluß dieser rotatorisch hervorgerufenen Spannung ohne zusätzlichen Meßaufwand zu eliminieren.

In einer weiteren Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Meßinterval so definiert, daß Meßbeginn und Meßende festgelegt sind und die dazugehörigen Stromwerte gemessen werden.

Der Vorteil dabei ist, daß diese Variante durch einfache hard- oder softwaremäßige Ablaufsteuerungen implementierbar ist.

Eine weitere Ausbildung im Rahmen der Erfindung sieht vor, daß die Stromwerte zu Meßbeginn und zu Meßende festgelegt sind und die Meßzeiten gemessen werden.

Diese Variante der Erfindung ist vorteilhaft, wenn der Antrieb mit Toleranzbandstromreglern ausgestattet ist, deren Komparatoren dann die Bedingungen für Meßanfang und Meßende in einfacher Weise liefern.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Lage des Meßintervalles so gewählt, daß Stromanstiegsund - abfallmessungen symmetrisch zum Stromarbeitspunkt liegen, wobei die Stromanstiegs- und -abfall-messungen in zwei Teile zerlegbar sind.

Der Vorteil dabei ist, daß die Anstiegs- und die Abfallmessung im Mittel die gleichen magnetischen Verhältnisse vorfinden, wodurch die Genauigkeit der Rotorlageerfassung erhöht wird.

In einer weiteren erfindinngsgemäßen Ausbildung wird die Messung nach Abklingen der durch die Schalthandlungen ausgelösten Einschwingvorgänge der elektromagnetischen Größen gestartet.

Der Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß Fehler in der Strommessung, die durch die Schalthandlungen auftreten, vermieden werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung besteht darin, daß die bei der Bildung der komplexen Kennwerte auftretenden spannungs-, ström-, drehzahi- und flußbetragsabhängigen Offsets in Real- bzw. Imaginärteil durch Korrekturwerte berücksichtigt bzw. eliminiert werden, wobei die Korrekturwerte entweder aus Tabellen entnommen werden oder durch einfache, vorzugsweise lineare, Korrekturfunktionen ermittelt werden, oder, bei Überschreitung eines gewissen Wertes der Drehzahl, durch direkte Echtzeitbestimmung aus den Real- bzw. Imaginärteiien über Tiefpässe bestimmt werden.

Durch, diese vorteilhafte Ausbildung wird die Genauigkeit der Rotorlage verbessert.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird die gewonnene Rotorlageinformation mit dem "Span-nungsmodeH" für Reluktanzmaschinen, wobei der Statorflußraumzeiger durch Integration des Klemmenspannungsraumzeigers abzüglich der Spannungsabfälle am Statorwiderstand ermittelt und daraus aufgrund der Kenntnis des Statorstromraumzeigers und der Induktivitäten in Längs- und Querrichtung die Rotorlage berechnet wird, kombiniert und in Drehzahlbereichen, in denen das Spannungsmodell durch die offene Integration der Statorspannung unzuverlässig arbeitet, fallweise Messungen nach obigen Ansprüchen eingebaut, welche dann als Adaption bzw. Korrektur des durch das Spannungsmodell ermittelten Russes dienen.

Durch diese Ausbildung kann die Anzahl der Meßzyklen drastisch vermindert werden, wodurch einerseits die im Falle einer Messung mit eigens generierten Testsignalen durch die Messung verursachten Zusatzverluste zufolge des erhöhten Stromoberschwingungsgehaltes als auch die Geräuschentwicklung reduziert werden.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Rotorlageinformation dazu benutzt wird, in die Richtung der Längsache die gewünschte flußbildende Stromkomponente einzuprägen und damit die Magnetisierung der Maschine festzulegen und normal dazu die zur Erzielung des geforderten Drehmomentes notwendige Querstromkomponente einzuprägen und damit das von der Maschine zu entwikkelnde Drehmoment festzulegen.

Damit wird vorteilhafterweise eine feld- bzw. rotororientierte Regelung mit sehr guten dynamischen Eigenschaften realisiert.

Im Rahmen der Erfindung wird die Rußinformation durch Kombination mit einem Zustandsmodell der Reluktanzmaschine verbessert, indem vorzugsweise die Drehzahl, die Rotorlage und das Lastmoment als Zustandsgrößen, sowie der ermittelte Rotorlagewinkel als Meßgröße definiert wird und über eine nach den bekannten Methoden der Regelungstechnik zu dimensionierende Rückführung der Abweichung zwischen 4

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Zustandsgröße Rotorlage und Meßgröße Rotorlagewinkel auf die geschätzten Zustandsgrößen in genauigkeitserhöhender Weise eingegriffen wird.

Dadurch wird, unter Nutzung des identifizierten Rotorlagewinkels in Verbindung mit einer elektromechanischen Beschreibung der Reluktanzmaschine, auch die Drehzahl und gegebenenfalls das Lastmoment ohne mechanische Geber ermittelt

Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß durch Subtraktion von zwei Teilmessungen, wobei die zwei gemessenen Stromänderungsraumzeiger mit je einem komplexen Dreher multipliziert werden, deren Argumentdifferenz dem Differenzwinkel zwischen den beiden Spannungsraumzeigern der beiden Teilmessungen gleich ist, und deren Beträge gleich und vorzugsweise 1 sind, wobei ein komplexer Dreher auch das Argument Null aufweisen kann, so daß eine komplexe Multiplikation eingespart werden kann, so daß bei der Subtraktion die Umrichterspannung eliminiert wird, oder alternativ durch eine Messung, wobei diese Messung bei der Umrichterschaiterstellung "NuH" durchgeführt wird, die Rotordrehfeldgeschwindigkeit und/ oder der Rotoriagewinkei ermittelt wird.

Dabei wird aus dem Raumzeiger der Stromänderungssumme bzw. im Falle der Einzelmessung aus dem Raumzeiger der Stromänderung, unter Anwendung der bekannten Zweiachsentheorie, folgender komplexer Zusammenhang festgestellt:

|s = *°m-C(isd> isqi Xd, Xq)®yT

Dabei bedeutet: is... Raumzeiger der Stromänderungssumme bzw. der Stromänderung in einem statorfesten Koordinatensystem am... mechanische Winkelgeschwindigkeit, umgerechnet auf eine zweipolige Ersatzmaschine C(...)... komplexe Größe, zu ermitteln aus der Längskomponente isd und der Querkomponente isq des Statorstromes, wobei die von einem überlagerten Regler gelieferten Sollwerte is<j und isq verwendet werden können, soferne Soll- und Istwerte aufgrund eines entsprechenden Stromre-giers gut übereinstimmen, weiters aus den Reaktanzen xd für die Längs- und xq für die Querrichtung y... Rotorlagewinkel, umgerechnet auf eine zweipolige Ersatzmaschine.

Aus den Argumenten der obigen Gleichung folgt die Rotorlage, aus den Beträgen die mechanische Winkelgeschwindigkeit des Rotors.

Auf diese Weise wird ein "Spannungsmodell” realisiert, das ohne Spannungsmessung, also unter alleiniger Verwendung der Strommessung, auskommt und speziell bei höheren Drehzahlen verwendet wird.

In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist vorgesehen, daß bei Maschinen mit Rotoren mit magnetfelderregenden Elementen, wie eine Spule oder ein Permanentmagnet, der Einfluß dieser Elemente durch die Messung von durch sie in den entsprechenden Achsrichtungen enstehenden äquivalenten Strömen berücksichtigt wird.

Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren auch Maschinen erfassen, deren magnetisches Feld ganz oder teilweise vom Rotor erzeugt wird.

Eine Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß bei Maschinen, deren Rotor auch einen Dämpferkäfig, im -folgenden als Dämpfer bezeichnet, trägt oder aus elektrisch in gewissem Maße leitfähigem Material besteht, das wie ein Dämpfer wirkt, wodurch die Stromänderung im Stator aufgrund des Dämpfers über die Streupfdade bestimmt wird, solange im Dämpfer Ströme fließen und durch unterschiedliche magnetische Eigenschaften der Streuwege relativ zur Flußachse bzw. zur Rotorlage, wieder die Flußachse detektiert wird.

Mit dieser Ausbildung ist es möglich, auch bei Reluktanzmaschinen mit Dämpfer das erfindungsgemäße Verfahren anzuwenden.

In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung wird bei entsprechend kurzer Dämpferzeitkonstante nach einer Schalthandlung abgewartet, bis die Dämpfer- bzw. Wirbelströme abgeklungen sind, und sodann werden die Messungen durchgeführt.

Mit Hilfe dieser Weiterbildung ist die Messung vereinfachbar.

Im Rahmen der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, weiche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stromistwerte der Stränge der Statorwicklung der Reluktanzmaschine von zwischen einem Umrichter und der Reluktanzmaschine angeordneten Strommeßeinrichtungen abgenommen und den ersten Eingängen eines Stromerfassungs-Moduls zugeführt sind, und daß ein Steuerausgang einer übergeordneten Steuerung mit einem Steuereingang des Stromerfassungs-Modules verbunden ist, und daß der Ausgang des Stromerfassungs-Moduls mit jeweils einem ersten Eingang eines Stromanstiegsrechners und eines Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls verbunden ist, und daß der Ausgang des Stromanstiegsrechners mit einem ersten Eingang eines Rotorlagerechners verbunden ist, und daß der Ausgang des 5

Claims (21)

1. AT 399 602 B Rotorlagerechners mit einem zweiten Engang des Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls verbunden ist, und daß das Sollmoment bzw. die Sollmagnetisierung jeweils einem dritten bzw. einem vierten Eingang des Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls zugeführt sind, und daß der Ausgang des Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls mit einem ersten Eingang einer Umschaltelogik verbunden ist, und daß ein Ausgang der Timereinheit mit einem zweiten Engang des Stromanstiegsrechners verbunden ist, und daß ein dritter Ausgang der übergeordneten Steuerung mit dem Eingang eines Umrichteran-steuerzustands-Bildners sowie mit einem zweiten Eingang des Rotorlagerechners verbunden ist, und daß der Ausgang -des Umrichteransteuerzustands-Bildners mit einem zweiten Eingang der Umschaltelogik verbunden ist, wobei die Umschaltelogik von der übergeordneten Steuerung angesteuert ist, und daß der Ausgang der Umschaltelogik mit dem Eingang eines Ansteuerungsmoduls des Umrichters verbunden ist. Mit dieser Schaltungsanordnung kann das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Weise auf handelsüblichen Signal- und Mikroprozessoren bzw. -Controllern implementiert werden. Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sieht vor, daß die Verbindung zwischen Rotorfagerechner und Feldorientierungs- und Stromregelungs-Modul über ein dynamisches Reluk-tanzmaschinen-Modell geführt ist, und daß die Drehzahl bzw. das Lastmoment von einem ersten bzw. einem zweiten Ausgang des dynamischen Reluktanzmaschinen-Modells über eine erste bzw. eine zweite Leitung einem oder mehreren überlagerten Regelkreisen zugeführt und eingebunden sind. Damit kann das erfindungsgemäße Verfahren in mehrschleifige Regelungen, beispielsweise Drehzahi-und Drehmomentenregeiungen, Integriert werden. Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nun die Erfindung, unter Verwendung einer dreisträngigen Reluktanzmaschine, näher erläutert werden. (Dasselbe erfindungsgemäße Prinzip ist für Reluktanzmaschinen mit anderen Strangzahlen in gleicher Weise anwendbar.) Die Eg. zeigt die drei Adern 18, 19, 20 einer Drehstromleitung, die einem Spannungszwischenkreisum-richter 1 zugeführt sind, welcher eine Reluktanzmaschine 2 speist. In den Zuleitungen zwischen Spannungs-zwischenkreisumrichter 1 und Reluktanzmaschine 2 sind Strommeßeinrichtungen 3 vorgesehen. Die Stro-meßeinrichtungen 3 liefern mit einem Stromerfassungsmodul 4, unter Enbeziehung einer übergeordneten Steuerung 5, welche das Timing übernimmt, den aktuellen Stromraumzeiger. Aus diesem wird, unter Verwendung einer Timer-Einheit 10, in einem Stromanstiegsrechner 6 der Stromänderungsraumzeiger ermittelt. Dieser wird gemeinsam mit der Spannungsraumzeigerrichtungsinformation, die von der übergeordneten Steuerung 5 generiert wird, in einem Rotorlagerechner 8 zur Berechnung des Rotorlagewinkels herangezogen, welcher in einem Feldorientierungs- und Stromregelungsblock 7, der die Engänge "Sollmoment" und "Sollmagnetisierung" aufweist, zur Ermittlung des Umrichteransteuerzustandes verwendet wird. Weiters kann der vom Rotortagerechner 8 ermittelte Rotorlagewinkel in überlagerte Regelkreise (etwa Drehzahl- und Drehmomentregelkreise) eingebunden werden. Die übergeordnete Steuerung 5 entscheidet, ob die Umrichteransteuerung im Falle der Durchführung des erfindungsgemäßen Rotorlagewinkel-Bestim-mungsalgorithmusses in einer Umschaltelogik 9 von einem Spannungsraumzeiger-Bildner 11 oder, im normalen Stromregelfall, vom Feldorientierungs- und Stromregelungs-Modul 7 bewerkstelligt wird. Alternativ werden, bei Verwendung der betriebsmäßig auftretenden Umrichterschaiterstellung als Meßsignalgenerierung, der Umschalter 9 und der Spannungsraumzeiger-Bildner 11 durch eine Rückmeldeschal-tung ersetzt, die den tatsächlichen Ansteuerzustand an den Rotorlagerechner 8 übergibt, wobei der Ausgang des Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls 7 ständig als Eingang des Ansteuerungsmoduls 12 dient. Da die Summe der der Reluktanzmaschine zugeführten Ströme Null sein muß, kann eine Strommeßeinrichtung 3 eingespart werden. Patentansprüche 1. Verfahren zur Rotoriagebestimmung und zur dynamisch hochwertigen Momentenaufbringung an einer über einen Umrichter gespeisten Reluktanzmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückwirkung von an die Reluktanzmaschine (2) abgesetzten Meßsignalen gemessen wird, wobei die Meßsignale vom Umrichter (1) generierte Spannungssprünge sind, die entweder zusätzlich ei'ngefügte oder betrieblich auftretende, zur Auswertung geeignete, Signale sind, die Stromänderungen bewirken, welche gemessen und einem Rechner zugeführt werden, der eine komplexe Kenngröße ermittelt, welche dem Quotienten aus Statorspannungsraumzeiger und zeitlicher Änderung des Statorstromraumzeigers proportional oder umgekehrt proportional ist im folgenden als komplexe Kenngröße bezeichnet, wobei die Richtung des Spannungsraumzeigers aus dem bekannten Umrichter-Ansteuerzustand hervorgeht, und die Rotorlage berechnet, wobei die komplexe Kenngröße aufgrund der unterschiedlichen Reaktanzen in Längs- und Querrichtung sowohl in ihrem Realteil als auch in ihrem Imaginärteil mit dem doppelten 6 AT 399 602 B Wert der Rotorlage näherungsweise sinusförmig schwankt und aus Real- und Imaginärteil den doppelten Wert des gesuchten Rotorlagewinkels nach bekannten Methoden der komplexen Rechnung ermittelt
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Verfahrensschritt mit geänderter Spannungsraumzeigerrichtung wiederholt wird und für jede Meßrichtung die örtliche komplexe Kenngröße ermittelt wird und daraus unter der idealisierten Annahme einer sinusförmigen Schwankung von Real- und Imaginärteii der komplexen Kenngröße, wobei deren Realteil die Extremwerte in der Magnetisierungsachse und elektrisch 90 Grad darauf und deren Imaginärteil an diesen Stellen ihre Nulldurchgänge und bei Winkeln von elektrisch 45 * + k. 90 * ihre Extrema aufweisen, unter Verwendung von Realteiien allein, Imaginärteilen allein oder einer Kombination von beiden, vorzugsweise so, daß im statistischen Mittel die Abweichung zwischen dem tatsächlichen Wert der Rotorlage und dem durch obige Testmessungen ermittelten Wert minimal wird und dann, unter Verwendung der bekannten Methoden der komplexen Rechnung, der doppelte Wert des gesuchten Rotorlagewinkels ermittelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kombination von mehreren, vorzugsweise der Strangzahl entsprechenden, Messungen erfolgt, wobei diese in verschiedenen Raumzeigerrichtungen durchgeführt werden, und daß entweder nur die Realteile der komplexen Zeiger, oder nur die Imaginärteile, vorzugsweise entsprechend der üblichen Raumzeigerdefinition, zu neuen komplexen Kenngrößen zusammengefaßt werden, oder beide Auswertungen, also jene der Realteile und jene der Imaginärteile, kombiniert werden und zwar vorzugsweise so, daß die statistischen Eigenschaften des Fehlers der auf diese Weise ermittelten Rotorlage minimiert werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Messungen durchgeführt werden, wobei der Spannungsraumzeiger der zweiten Messung ungleich dem Spannungsraumzeiger der ersten Messung ist, und wobei auch der Nullspannungsraumzeiger nicht ausgeschlossen ist, und daß die Differenz der in diesen Messungen verwendeten Spannungsraumzeiger einerseits und die Differenz der aus diesen Messungen ermittelten zeitlichen Änderungen der Stromraumzeiger anderseits gebildet werden und diese Raumzeigergrößen an die Stelle der entsprechenden Raumzeigergrößen bei Einzelmessungen treten.
5. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei innerhalb eines ausreichend kurzen Zeitintervalles durchgeführte Messungspaare kombiniert werden, soferne die Spannungsdifferenzraumzeiger der beiden Messungspaare unterschiedliche Argumente aufweisen, indem die Spannungsdifferenzraumzeiger einerseits und die Stromanstiegsdifferenzraumzeiger anderseits subtrahiert werden und mit diesen Differenzen die komplexe Kenngröße gebildet wird, die die Eigenschaft hat, daß sie, sowohl in ihrem Real- als auch in ihrem Imaginärteil näherungsweise sinusförmig mit dem doppelten Rotorlagewinkel schwankt und gegenüber der unter Verwendung von Spannungs- und Stromanstiegsraumzeigern gebildeten komplexen Kenngröße, sowohl in ihrem Imaginär- als auch in ihrem Realteil offsetfrei ist.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei innerhalb eines ausreichend kurzen Zeitintervalles durchgeführte Messungspaare kombiniert werden, sofeme die Spannungsdifferenzraumzeiger der beiden Messungspaare unterschiedliche Argumente aufweisen, indem von jedem Messungspaar die komplexe Kenngröße gebildet und sodann die Differenz dieser beiden komplexen Kenngrößen gebildet wird, die die Eigenschaft hat, daß sie, sowohl in ihrem Real- als auch in ihrem Imaginärteil näherungsweise sinusförmig mit dem doppelten Rußwinkel schwankt und sowohl in ihrem Imaginär- als auch in ihrem Realteil offsetfrei ist.
7. 7. Verfahren nach einem der Anspüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der zuvor genannten zweiten Messung diese durch die Rotordrehung verursachte Spannung aus momentanen Schätzwerten von magnetischem Fluß sowie dessen zeitlicher Ableitung berechnet und deren Einfluß auf das Meßergebnis kompensiert wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinterval so definiert ist, daß Meßbeginn und Mefiende festgeiegt sind und die dazugehörigen Stromwerte gemessen werden. 7 AT 399 602 B
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwerte zu Meßbeginn und zu Meßende festgelegt sind und die Meßzeiten gemessen werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Meßinter- 5 valles so gewählt wird, daß Stromanstiegs- und -abfellmessungen symmetrisch zum Stromarbeitspunkt liegen, wobei die Stromanstiegs- und -abfallmessungen in zwei Teile zerlegbar sind.
11. 11. Verfahren- nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung nach Abklingen der durch die Schalthandlungen ausgelösten Einschwingvorgange der elektromagnetischen jo Größen gestartet wird.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Bildung der komplexen Kennwerte auftretenden spannungs-, Strom-, drehzahl- und flußbetragsabhängigen Offsets in Realbzw. Imaginärteil durch Korrekturwerte berücksichtigt bzw. eliminiert werden, wobei die Korrektur- 1S werte entweder aus Tabellen entnommen werden oder durch einfache, vorzugsweise lineare, Korrekturfunktionen ermittelt werden, oder, bei Überschreitung eines gewissen Wertes der Drehzahl, durch direkte Echtzeitbestimmung aus den Real- bzw. Imaginärteilen über Tiefpässe bestimmt werden.
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gewonnene 20 Rotorlageinformation mit dem "Spannungsmodell" für Reluktanzmaschinen, wobei der Statorflußraumzeiger durch Integration des Klemmenspannungsraumzeigers abzüglich der Spannungsabfälle am Statorwiderstand ermittelt und daraus aufgrund der Kenntnis des Statorstromraumzeigers und der Induktivitäten in Längs- und Querrichtung die Rotorlage berechnet wird, kombiniert wird und in Drehzahlbereichen, in denen das Spannungsmodell durch die offene Integration der Statorspannung 25 unzuverlässig arbeitet, fallweise Messungen nach obigen Ansprüchen eingebaut werden, welche dann als Adaption bzw. Korrektur des durch das Spannungsmodell ermittelten Flusses dienen.
14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorlageinformation dazu benutzt wird, in die Richtung der Längsache die gewünschte flußbildende Stromkomponente 30 einzuprägen und damit die Magnetisierung der Maschine festzulegen und normal dazu die zur Erzielung des geforderten Drehmomentes notwendige Querstromkomponente einzuprägen und damit das von der Maschine zu entwickelnde Drehmoment festzulegen.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußinformation 35 durch Kombination mit einem Zustandsmodell der Reluktanzmaschine verbessert wird, indem vorzugsweise die Drehzahl, die Rotorlage und das Lastmoment als Zustandsgrößen, sowie der ermittelte Rotorlagewinkel als Meßgröße definiert wird und über eine nach den bekannten Methoden der Regelungstechnik zu dimensionierende Rückführung der Abweichung zwischen Zustandsgröße Rotorlage und Meßgröße Rotorlagewinkel auf die geschätzten Zustandsgrößen in genauigkeitserhöhender 4o ' Weise eingegriffen wird.
16. 16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch Subtraktion von zwei Teilmessungen, wobei die zwei gemessenen Stromänderungsraumzeiger mit je einem komplexen Dreher multipliziert werden, deren Argumentdifferenz dem Differenzwinkel zwischen 4s den beiden Spannungsraumzeigem der beiden Teilmessungen gleich ist, und deren Beträge gleich und vorzugsweise 1 sind, wobei ein komplexer Dreher auch das Argument Null aufweisen kann, so daß eine komplexe Multiplikation eingespart werden kann, so daß bei der Subtraktion die Umrichterspannung eliminiert wird, oder alternativ durch eine Messung, wobei diese Messung bei der Umrichterschalterstellung "Null" durchgeführt wird, die Rotordrehfeldgeschwindigkeit und/ oder der Rotorlagewinkel ermittelt so wird.
17. 17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Maschinen mit Rotoren mit magnetfelderregenden Elementen, wie eine Spule oder ein Permanentmagnet, der Einfluß dieser Elemente durch die Messung von durch sie in den entsprechenden Achsrich- 55 tungen enstehenden äquivalenten Strömen berücksichtigt wird.
18. 18. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Maschinen, deren Rotor auch einen Dämpferkäfig, im folgenden als Dämpfer bezeichnet, trägt oder aus 8 AT 399 602 B elektrisch in gewissem Maße leitfähigem Material besteht, das wie ein Dämpfer wirkt, wodurch die Stromänderung im Stator aufgrund des Dämpfers über die Streupfdade bestimmt wird, solange im Dämpfer Ströme fließen und durch unterschiedliche magnetische Eigenschaften der Streuwege relativ zur Rußachse bzw. zur Rotorlage, wieder die Rußachse detektiert wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei entsprechend kurzer Dämpferzeitkonstante nach einer Schaithandiung abgewartet wird, bis die Dämpfer- bzw. Wirbelströme abgeklungen sind und sodann die Messungen durchgeführt werden.
20. 20. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet daß die Stromistwerte der Stränge der Statorwicklung der Reluktanzmaschine (2) von zwischen einem Umrichter (1) und der Reluktanzmaschine (2) angeordneten Strommeßeinrichtungen (3) abgenommen und den ersten Bngängen eines Stromerfassungs-Moduls (4) zugeführt sind, und daß ein Steuerausgang einer übergeordneten Steuerung (5) mit einem Steuereingang des Stromerfassungs-Moduls (4) verbunden ist, und daß der Ausgang des Stromerfassungs-Moduls (4) mit jeweils einem ersten Eingang eines Stromanstiegsrechners (6) und eines Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls (7) verbunden ist und daß der Ausgang des Stromanstiegsrechners (6) mit einem ersten Bngang eines Rotorlagerechners (8) verbunden ist, und daß der Ausgang des Rotorlagerechners (8) mit einem zweiten Eingang des Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls (7) verbunden ist, und daß das Sollmoment bzw. die Sollmagnetisierung jeweils einem dritten bzw. einem vierten Bngang des Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls (7) zugeführt sind, und daß der Ausgang des Feldorientierungs- und Stromregelungs-Moduls (7) mit einem ersten Bngang einer Umschaltelogik (9) verbunden ist, und daß ein Ausgang der Timereinheit (10) mit einem zweiten Eingang des Stromanstiegsrechners (B) verbunden ist, und daß ein dritter Ausgang der übergeordneten Steuerung (5) mit dem Bngang eines Umrichteransteuerzustands-Bildners (11) sowie mit einem zweiten Bngang des Rotorlagerechners (8) verbunden ist, und daß der Ausgang des Umrichteransteuerzustands-Bildners (11) mit einem zweiten Bngang der Umschaltelogik (9) verbunden ist, wobei die Umschaltelogik (9) von der übergeordneten Steuerung (5) angesteuert ist, und daß der Ausgang der Umschaltelogik mit dem Bngang eines Ansteuerungsmoduls (12) des Umrichters (1) verbunden ist.
21. 21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Rotorlagerechner (8) und Feldorientierungs- und Stromregelungs-Modul (7) über ein dynamisches Reluktanzmotor-Modell (13) geführt ist, und daß die Drehzahl bzw. das Lastmoment von einem ersten bzw. einem zweiten Ausgang des dynamischen Reluktanzmotor-Modells 13 über eine erste bzw. eine zweite Leitung (16, 17) einem oder mehreren überlagerten Regelkreisen zugeführt und eingebunden sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 9