Experimental Dataset of Id–Iq Setpoint Lookup Tables for an Automotive Permanent Magnet Synchronous Machine

The present datasets contain setpoint lookup tables that were created during the commissioning of a permanent magnet synchronous machine and a FOC ('Field-Oriented Control') on a test bench for electrical machines.The datasets contain: Grids of the d-flux and q-flux as well as the electromagnetic torque as a function of d- and q-currents, stator current limit 500 Arms. (dq_Flux_Torque_500Arms.mat) Derived setpoint lookup tables for a FOC, calculated for a stator current limit of 500 A rms. The setpoint lookup tables are provided separately for space-vector PWM ('SVPWM') and sinusoidal PWM ('SPWM'), as these methods differ in voltage utilisation. Additionally, a safety factor of 0.8 relative to the respective upper limit of the PWM methods is included, such that the tables are intended for operation up to $U_{s,max} = \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} \cdot \frac{U_{DC}}{2} \cdot 0{,}8$ (SPWM) and operation up to $U_{s,max} = \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} \cdot \frac{U_{DC}}{\sqrt{3}} \cdot 0.8$ (SVPWM), corresponding to a maximum modulation index of $m = 0.8$ (SPWM) and $m = 0.924$ (SVPWM) with respect to $\frac{U_{DC}}{2}$. The tables contain grids of dq reference currents as a function of speed and torque. (Sinusoidal PWM: SetpointLUT_m0.8_500Arms.mat; Space-Vector PWM: SetpointLUT_m0.924_500Arms.mat) All electrical quantities are referenced to the power-invariant dq system. The measurement was conducted on a test bench for electrical machines. At a speed of 1200 rpm and a stator winding temperature of approximately 40 degrees C, after alignment of the resolver and completion of further preceding commissioning steps, a grid of d- and q-currents was measured using a power analyser. The stator current limit was 500 A rms. The DC voltage was 400 V. The generation of the setpoint lookup tables was furthermore carried out under the following boundary conditions: Number of pole pairs: 4 Reference resistance at 20 degrees C: 3.35e-3 Ohm Temperature coefficient: 3.93e-3 1/K The generation of the setpoint lookup tables follows an MTPA optimisation with copper loss optimisation and field weakening to maintain the voltage limitation beyond the corner speed of the machine. Based on the setpoint lookup tables, depending on the limitation of the maximum stator current and the type of PWM signal generation (sinusoidal PWM or space-vector PWM), a maximum torque of 240 Nm to 270 Nm and a maximum power of 150 kW to 180 kW are achieved. The maximum speed of the electrical machine is 16,000 rpm.The provided datasets can be used, for instance, for controller development in MiL or HiL environments, should no setpoint lookup tables from a machine model of this power class be available at the time of controller development. ------------------------------------------- Die vorliegenden Datensätze beinhalten Sollwerttabellen, die im Rahmen einer Inbetriebnahme einer Permanentmagnet-Synchronmaschine und einer FOC-Regelung ('Field-Oriented Control') an einem Prüfstand für elektrische Maschinen entstanden sind. In den Datensätzen enthalten sind: Grids für den d-Fluss und q-Fluss sowie das elektromagnetische Drehmoment in Abhängigkeit von d- und q-Strömen, Statorstromgrenze 500 Arms. (dq_Flux_Torque_500Arms.mat) Abgeleitete Sollwerttabellen für eine FOC, berechnet für eine Stator-Stromgrenze von 500 A rms. Die Sollwerttabellen sind für eine Ansteuerung mit Space-Vector-PWM ('SVPWM') und mit Sinus-PWM ('SPWM') separat enthalten, da diese Verfahren sich in der Spannungsausnutzung unterscheiden. Zusätzlich ist jeweils ein Sicherheitsfaktor von 0,8 zur jeweiligen Obergrenze der PWM-Verfahren enthalten, sodass die Tabellen für einen Betrieb bis $U_{s,max} = \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} \cdot \frac{U_{DC}}{2} \cdot 0{,}8$ (SPWM) und einen Betrieb bis $U_{s,max} = \frac{\sqrt{3}}{\sqrt{2}} \cdot \frac{U_{DC}}{\sqrt{3}} \cdot 0{,}8$ (SVPWM) bzw. einen Modulationsgrad bis $m = 0{,}8$ (SPWM) und $m = 0{,}924$ (SVPWM) bezogen auf $\frac{U_{DC}}{2}$ vorgesehen sind. Enthalten sind Grids von dq-Sollströmen in Abhängigkeit von Drehzahl und Drehmoment. (Sinus-PWM: SetpointLUT_m0.8_500Arms.mat; Space-Vector-PWM: SetpointLUT_m0.924_500Arms.mat) Alle elektrischen Größen sind auf das leistungsinvariante dq-System bezogen. Die Vermessung fand auf einem Prüfstand für elektrische Maschinen statt. Bei einer Drehzahl von 1200 rpm und einer Statorwicklungstemperatur von ca. 40 °C wurde, nach Anlernen des Resolvers und Durchführung weiterer vorgelagerter Inbetriebnahmeschritte, ein Grid aus d- und q-Strömen mithilfe eines Leistungsmessgerätes vermessen. Die Statorstromgrenze lag bei 500 A rms. Die DC-Spannung lag bei 400 V. Die Erzeugung der Sollwerttabellen wurde darüber hinaus unter folgenden Randbedingungen durchgeführt: Polpaarzahl: 4 Referenzwiderstand bei 20 °C: 3,35e-3 Ohm Temperaturkoeffizient: 3,93e-3 1/K Die Erzeugung der Sollwerttabellen verfolgt eine MTPA-Optimierung mit Kupferverlust-Optimierung sowie eine Feldschwächung zum Einhalten der Spannungslimitierung über den Eckpunkt der Maschine hinaus. Basierend auf den Sollwerttabellen wird, je nach Begrenzung des maximalen Statorstroms und der Art der PWM-Signalerzeugung (Sinus-PWM oder Space-Vector-PWM), ein maximales Drehmoment von 240 Nm bis 270 Nm und eine maximale Leistung von 150 kW bis 180 kW erreicht. Die Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine beträgt 16.000 rpm. Die bereitgestellten Datensätze können etwa für Reglerentwicklungen in MiL- oder HiL-Umgebungen verwendet werden, sollten zum Zeitpunkt der Reglerentwicklung noch keine Sollwerttabellen aus einem Maschinenmodell dieser Leistungsklasse zur Verfügung stehen.