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Die Erfindung betnfft ein Verfahren zur Zustandsidentifikation und nachfolgenden Aufmagnetisierung einer wechselrichtergespeisten, vorzugsweise mit Drehzahlen, deren korrespondierende Winkelgeschwindig-
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als dieelektronik zunehmend an Bedeutung In der Antriebstechnik. Sie zeichnen sich gegenüber Synchron- und Gleichstrommaschinen durch höhere Robusthelt und geringere Herstellungskosten aus.
Bei wechselrichtergespeisten Asynchronmaschinen kann ein Betriebsfall auftreten, der ein besonderes Reagieren der Maschinenregelung erfordert. Beispielsweise kann nach einem Rechnerabsturz oder nach einem Sperren der Wechselrichteransteuerung die Asynchronmaschine einen unbekannten Magnetisierungszustand aufweisen. Sehr schwleng gestaltet sich dieses Problem, wem die Asynchronmaschine nur unter Verwendung einer Strommessung, also ohne Einsatz eines Tachos oder Lagegebers, geregelt wird, weil dann nicht nur der Magnetisierungszustand, sondern auch die Drehzahl unbekannt ist. Solche
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sow ! e das ! NFORM-Verfahren (dazu siehe "Sensorless Control of A. C Machines" von M.
Schrödl, vor Fortschrittberichte 21, Nr. 117, VDI-Verlag Düsseldorf, 1992).
Die Patentpublikation DE-OS 3 341 952 befasst sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Betneb einer über einen Stromzwlschenkrelsumnchter gespeisten Last, insbesondere einer Asynchromma- schine, bel Netzstörung. Dabei wird bel Beginn der Netzstörung, um den Fluss in der Asynchronmaschine aufrechtzuerhalten, zunächst der Umnchter gesperrt. Zum synchronisierten Aufschalten des Umnchters auf das wiederkehrende Netz wird keine Tachomaschine verwendet.
Zur Erzeugung eines Magnetisierungsstro- mes werden Ventile des Umrichters gezündet, wobei Betrag und Frequenz dieses Magnetisierungsstromes durch die Ansteuerung der Ventile vorgegeben werden können ; die zum Aufbau dieses Stromes nötige Energie wird der kinetischen Energie der noch laufenden Maschine entnommen. Zur Bestimmung der Flusslage bzw. Drehzahl muss bei der Erfindung It. Patentpublikation DE-OS 3 341 952 eine Spannungsmessung durchgeführt werden.
Bisher waren für dieses Problem nur dann Lösungen gegeben, wenn die Asynchronmaschine mit einem mechanischen Geber ausgestattet war.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zu konzipieren, das es gestattet, eine wechselnchtergespelste, vorzugsweise mit geringer Drehzahl rotierende sowie auch stillstehende, und vorzugsweise lagegeberlose und drehzahigeberlose, Asychronmaschine aus jedem beliebigen Betnebszustand aufzumagnetisteren und anschliessend den normalen Regelungsalgorithmus zu starten.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass vor einer betriebsmässigen Aufschaltung eines Wechselrichters der aktuelle elektrische Betriebszustand der Asynchronmaschine durch Echtzelt-Auswertung der Strangstromverläufe bei Wechselrichterzustand "Kurz- schluss" In einem Rechnersystem festgestellt wird, wobei für Drehzahlen, deren korrespondierende Winkelgeschwindigkeit grösser als die inverse Rotorzeltkonstante ist. das Argument des Rotorflussraumzeigers der Asynchronmaschine gegenüber dem Argument des Statorstromänderungsraumzeigers der Asynchronma- schine um etwa 90.
In bezug auf die aktuelle Drehrichtung der Asynchronmaschine voreilt. und dass zur Bestimmung der Drehrichtung eine zweite Messung in einem Zeitabstand #w durchgeführt wird. welche zur Ermittlung der Argumentdifferenzbildung des Stromänderungsraumzeigers zwischen erster und zweiter Messung herangezogen wird, wobei die Drehnchtung mit der Argumentänderung des Stromänderungs-
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ger mit bekannten Stromeinprägungsverfahren aufgebracht wird, wodurch dann In diese Richtung ein Flussanstieg stattfindet, und dass bei wlederholter Anwendung oben angeführter Schntte der Fluss ständig zunimmt und die Flussbestimmung bei Drehzahlen, deren korrespondierende Winkelgeschwindigkeit grösser als die Inverse Rotorzeitkonstante ist, ständig verbessert wird, dass jedoch bel Drehzahlen,
deren korrespondierende Winkelgeschwindigkeit kleiner als die inverse Rotorzeitkonstante ist, und Stillstand die Flussbestimmung ungenau wird und der Fluss dann Im Mittel um den Wert Null schwankt, was sich dadurch zeigt, dass der Betrag des Stromänderungsraumzeigers bel Durchführung der obigen Auswertungen konstant bleibt, wodurch sich ein Kritenum zur Feststellung kleiner Drehzahlen ergibt, und dass für diesen Fall zum Flussaufbau der Stromraumzeiger zufolge eines Spannungsraumzelgenmpulses bzw einer Spannungsraumzeigenmpulsfolge mit möglichst kurzer Penodendauer zur Ermittlung der Drehzahl ausgewertet wird, wobei der zeitliche Verlauf der spannungsraumzeigerparallelen Statorstromkomponente mit steigender Drehzahl,
deren korrespondierende Winkelgeschwindigkeit jedoch Immer noch kleiner als die Inverse Rotorzeitkon-
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komponente bzw. deren zeitliches Integral einen eindeutigen funktionalen Zusammenhang zur Drehzahl, speziell Im Bereich um Drehzahl Null, aufweist, bzw ein scharfes Kriterium für die Drehnchtung darstellt,
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wobei diese Funktion im Bereich von Drehzahlen, deren korrespondierende Winkelgeschwindigkeit kleiner als die Inverse Rotorzeitkonstante ist, monoton steigend ist und den Nulldurchgang bel Drehzahl Null aufweist, und dass nach erfolgter Drehzahlbestimmung ein mit dieser Drehzahl rotierender Statorstromraumzeiger mit bekannten Stromeinprägungsverfahren aufgebracht wird, wodurch sich ein mit gleicher Drehzahl rotierender Flussraumzeiger in Richtung des Statorstromraumzeigers bildet,
und dass die Aufbnngung des Statorstromraumzeigers so lange erfolgt, bis der betriebsmässige Magnetisierungszustand erreicht und anschliessend die Asynchronmaschine In den normalen Betriebszustand übergeführt ist.
Durch die Erfindung ist es erstmals möglich, Asynchronmaschinen, vorzugsweise lagegeberlose und drehzahlgeberlose Asynchronmaschinen, aufzumagnetisieren, wobei es Irrelevant ist, ob die Asynchronmaschine anfänglich teilweise oder zur Gänze entmagnetisiert war. Die Genauigkeit der Drehzahildentfikation wird aus dem Stromverlauf abgeleitet. Ein weiterer Vorteil besteht dann, dass keine Spannungsmessung notwendig ist ; der Antrieb benötigt zur Implementierung des erfindungsgemässen Verfahrens lediglich eine Strommessung. Die Aussmagnetlslerung ist in sehr kurzer Zeit (Grössenordnung Rotorzeltkonstante) durchführbar. Es sind auch keine zusätzlichen Sensoren gegenüber dem Normalbetneb notwendig.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zusammenhang zwischen spannungsraumzeigernormaler bzw. spannungsraumzeigerparalleler Statorstromkomponente und der Drehzahl aus einem Testlauf der Asynchronmaschine ermittelt wird, in welchem die Drehzahl gemessen und entweder in Tabellenform oder mittels mathematischer Näherungsfunktionen für die Auswertung zur Verfügung gestellt wird.
Der Vorteil dieser Weiterbildung besteht darin, dass durch eine einzige Messprozedur die Kennlinien für den weiteren Betneb festlegbar sind.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Kriterium zur Beendigung des Spannungsraumzeigenmpulses bzw. der Spannungsraumzeigerimpulsfolge das Erreichen eines vorzugsweise möglichst hohen Stromraumzeigerbetrages oder einer vorzugsweise möglichst hohen spannungsraumzeigerparallelen Stromkomponente herangezogen wird und die Zeitdauer dieser Impulsfolge, neben dem Stromverlauf, zur Auswertung herangezogen wird.
Diese erfindungsgemässe Ausgestaltung ist vorteilhaft, weil damit kein unzulässig hoher Strom auftreten kann.
Eine weitere erfindungsgemässe Ausbildung sieht vor, dass der Spannungsraumzeigerimpuls bzw. die Spannungsraumzeigerimpulsfolge eine konstante Zeitdauer aufweisen, welche so zu bemessen ist, dass der Strom keine unzulässigen Werte annehmen kann und nur der zeitliche Stromverlauf zur Auswertung herangezogen wird.
Damit wird vorteilhafterweise die Auswertung vereinfacht.
Im Rahmen der Erfindung Ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anspeisung der Asynchronmaschine von einem Wechselnchter mittels einer Drehstromzuleitung erfolgt, welche über Strommesseinnchtungen geführt ist, aus deren Informationen In einem Stromerfassungsmodul die Berechnung des Stromraumzeigers erfolgt, und dass der Stromraumzeiger als Istwert einem Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" sowie, über eine erste Signalauswahlwelche eines ersten Funktionsumschaltemoduls, einem Stromraumzeigeränderungsrechner zugeführt 1St, und dass der Strom- raumzeigeränderungsrechner, unter Verwendung von Informationen aus dem Funktionsblock "übergeordne- te Steuerung", die Berechnung des Stromänderungsraumzeigers durchführt,
und dass ein Drehzahlrechner aus den Daten des Stromänderungsraumzeigers und dem aus dem Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" zugeleiteten Zeitabstand ? die jeweils aktuelle Drehzahl der Asynchronmaschine errechnet, und dass In einem Flussrechner aus dieser Drehzahl und dem Istwert des Stromänderungsraumzeigers die Berechnung des Flusses erfolgt und diese Information dem Funktionsblock "übergeordneten Steuerung" zugeleitet ist, und dass der Istwert des Stromänderungsraumzeigers vom Stromraumzeigeränderungsrechner einem Drehzahlkntenumsrechner, unter Verwendung von Daten aus dem Funktionsblock "übergeordnete Steuerung", zugeleitet ist, welcher beim Kritenum"kleine Drehzahl bzw.
Stillstand" der Asynchronmaschine über einen ersten Softwareschalter das erste Funktionsumschaltemodul umschaltet, wodurch dann der Istwert des Stromraumzeigers einem zweiten Drehzahlrechner und einem Stromregelungsmodul zugeleitet ist, und dass der Drehzahlrechner, unter Verwendung von zeitlichen Informationen aus dem Funktionsblock "überge- ordnete Steuerung", aus dem Verlauf des Stromraumzeigers zufolge eines m einem, vom Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" zeitlich gesteuerten, Spannungsraumzeigermpuls(folge)bildner gebildeten Spannungsraumzelgenmpulses bzw einer Spannungsraumzeigerimpulsfolge über funktionale oder tabellansche Zusammenhänge die Drehzahl ermittelt, mittels derer in einem Stromvorgaberechner ein mit ebendie- ser Drehzahl rotierender Statorstromraumzeigersollwert,
dessen Amplitude die übergeordneten Steuerung vorgibt, berechnet und dem Stromregelungs-Modul zugeführt ist, und dass der FunktJonsblock "übergeord- nete Steuerung" festlegt, ob der Spannungsraumzeigerimpuls (folge) bildner (Fall B) oder das Stromrege-
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lungsmodul (Fall A) die Ansteuersignale für die von einem Brückensteuerungs-Modul durchzuführende Steuerung des Wechselrichters genenert und entsprechend dieser Festlegung über einen zweiten Softwareschalter die Signalauswahlweiche eines zweiten Funktionsumschaltemoduls umschaltet, und dass die Ansteuersignale für das Wechselrichter-Brückensteuerungsmodul vom zweiten Funktionsumschaltemodul über eine zweite Signalauswahlweiche des ersten Funktionsumschaltemoduls geführt sind,
und dass bel Normalbetrieb die Ansteuerung des Wechselrichter-Brückensteuerungsmoduls über den Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" angesteuert ist.
Mit dieser Schaltungsanordnung kann das erfindungsgemässe Verfahren auf einfache Welse auf han- delsüblichen Slgnal- und Mikroprozessoren bzw. -controllern Implementiert werden. Weiters ist vorteilhaft, dass keine zusätzliche Hardware benötigt wird.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung, unter Verwendung einer dreisträngigen Asynchronmaschine, näher erläutert werden. Dasselbe erfindungsgemässe Prinzip ist für Asynchronmaschinen mit anderen Strangzahlen in gleicher Weise anwendbar.
Mathematische Beschreibung der Asynchronmaschine
Eine elegante Beschreibung des transienten Verhaltens der Asynchronmaschine ist mittels des Raumzeigerkalküls möglich Dabei wird mit normierten Grössen kalkuliert. Der Raumzeiger wird aus Stranggrö- ssen #1, 1 I = 1, 2, 3 (dreiphasige Asynchronmaschine) gemäss der Definition
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gebildet. Die Grösse steht dabei für Spannung u, Strom I oder Flussverkettung tk.
Verwendete Gleichungen Statorspannungsgleichung
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Rotorspannungsgleichung
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Flu6verkettunqsgleichung
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Wird die gesamte Streuung rechnerisch dem Stator zugeschlagen (wobei diese Definition nicht bedeutet, dass die Rotorstreuung vernachlässigt wird), d. h. x8 = XSA (6) und wird In bekannter Weise der Streu koeffizient 0 definiert :
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so erhalten die Flussverkettungsgleichungen (4), (5) folgendes Aussehen :
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Die mathematische Beschreibung des mechanischen Systems wird hier nicht benötigt, da die Drehzahl während des Aufsynchronlslervorganges als konstant angesehen werden kann.
Aufbau das Flusses und des Drehmomentes in der Asynchronmaschine
Wenn die Asynchronmaschine mit (direkten) feld orientierten Verfahren geregelt wird, Ist die Kenntnis des Flussverkettungsraumzeigers, üblicherweise jenes der Rotorflussverkettung, nötig. Wird die Regelung am Rotorfluss onentlert, ist eine entkoppelte Einstellung von Fluss betrag und Drehmoment möglich. Aus der Rotorspannungsgleichung (3) folgt nach Elimination des Rotorstromes mittels Flussverkettungsgleichung (9) zugunsten des Statorstromes in einem am Rotorflussraumzeiger #B orientierten Koordinatensystem xy (wobei AR in die reelle Achse x des Koordinatensystems zeigen möge) :
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Dabei Ist Tp=XR/rR die Rotorzeitkonstante.
Der Imaginärteil von Gleichung (10) beschreibt bel gegebenem Flussbetrag die Bildung der Schlupffrequenz
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Die Stromkomponente isy stellt also verzögerungsfrei die Schlupffrequenz bzw. auch das Innere Drehmoment ein :
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Der Realteil von Gleichung (10) gibt Auskunft über die Bildung des Betrages der Flussverkettung :
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Die rotorflussparallele Statorstromkomponente steuert also über ein Verzögerungsglied 1. Ordnung mit der Rotorzeltkonstanten TR den Flussbetrag. Diese Tatsache Ist ein massgeblicher Aspekt des vorgestellten erfindungsgemässen Verfahrens.
Bestimmung des momentanen Betriebszustandes der Asynchronmaschine
Als Indikator des aktuellen Maschinenbetriebszustandes wird der Stromanstieg bel Wechselrichterzu- stand "Kurzschluss" (d. h. alle Brückenzweige auf gleichem-positivem oder negativem-Zwischenkreispotential, d. h. us = 0) herangezogen. Zur Einleitung der Testmessung werden also, ausgehend vom Zustand "Wechselnchtersperre" (alle Transistoren gesperrt, nur die Freilaufdioden In Betrieb), alle Brückenzweige auf gleiches Potential gelegt.
Aus den Gleichungen (2), (8) und (9) folgt :
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Aus Gleichung (15) ist ersichtlich, dass bei nicht zu kleinen Drehzahlen (etwa über 10 % Nenndrehzahl) der Term l/rp gegenüber j#m vernachlässigbar ist (1/#R liegt typischerweise in der Grössenordnung von 0, 01).
Weiters ist der Term in (rus + rR) in Gleichung (16) vernachlässigbar, da kurze Zeit nach der Wechselnchtersperre der Statorstrom verschwunden ist. Damit ergibt die Betrachtung der Argumente In Gleichung (16) :
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Der Stromänderungsraumzeiger wird bestimmt durch zwei im Abstand T, durchgeführte Strommessungen :
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aufgrund der bisher unbekannten Drehirchtung in Gleichung (17) beseitigt. Zu klären ist noch das Verhalten des Rotorflusses relativ zum Rotor bel gesperrtem Wechselrichter (is = 0).
Dies ergibt sich aus der Rotorgleichung (3) mit Rotorflussverkettungsgleichung (9) In einem rotorfesten Koordinatensystem
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Dabei handelt es sich um eine homogene lineare Differentialgleichung 1 Ordnung mit der Lösung (rotorfestes Koordinatensystem)
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Gleichung (20) zeigt, dass das Argument des Rotorflussraumzeigers relativ zum Rotor konstant bleibt, sein Betrag hingegen mit der Rotorzeitkonstanten TR abklingt (im magnetisch ungesättigten Zustand).
Da der zeitliche Argumentenverlauf des Rotorflussraumzeigers offensichtlich das Verhalten des Rotors exakt widerspiegelt, folgt für die Rotordrehzahl :
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bzw mit Gleichung (17) :
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Allgemein formuliert, stimmt die Flussdrehzahl dann mit der Rotordrehzahl sehr genau überein, wenn die Asynchronmaschine wenig Drehmoment entwickelt, was bei dem erfindungsgemässen Verfahren ständig der Fall ist. Wenn also die Induzierte Spannung ein gewisses Mass übersteigt, ist sowohl die mechanische Drehzahl als auch der Rotorflussraumzeiger nach Betrag und Richtung feststellbar. Wenn die induzierte Spannung dieses gewisse Mass nicht übersteigt, ist entweder die Drehzahl oder der Flussbetrag oder beide etwa Null.
Aufmagnetisierung
Unter der Annahme, dass die mechanische Drehzahl so hoch 1St, dass die aufrnagnetisierte Asynchronmaschine ein auswertbares Messsignal erzeugt, kann der Aufmagnetisierungsvorgang sofort gestartet werden. Dies ist auch dann möglich, wenn die Asynchronmaschine vollkommen entmagnetisiert oder teilweise magnetisiert ist. Zu Beginn werden Testmessungen gemäss Gleichungen (17) und (22) durchgeführt, wodurch die Flussachse bestimmt wird. Für eine weitgehend bzw. vollständig entmagnetisierte Asynchronmaschine wird diese Auswertung ein fast nicht auswertbares Signal liefern.
Nichtsdestoweniger wird in die so (möglicherweise sehr fehlerhaft) bestimmte Flussnchtung eine Strom komponente mit bekannten Stromeinprägungsmethoden aufgebracht, wodurch dann In diese Richtung gemäss Gleichung (13) ein Flussanstieg stattfindet. Nach einer gewissen Zeit (Grössenordnung Millisekunden) wird die Flussnchtung neuerlich bestimmt und wieder In diese neu bestimmte Richtung Strom eingeprägt. Diese Flussrichtung konvergiert
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eingeprägt wird und somit eine positive Rückkopplung einsetzt (flussparalleler Strom bewirkt mehr Fluss, dieser bewirkt eine höhere Genauigkeit der Flussertassung usw. ). Selbstverständlich funktioniert dieses Verfahren auch bei teilmagnetisierter Asynchronmaschine.
Um einen schnelleren Flussaufbau zu bewirken, kann mit hohen Stromwerten, beispielsweise mit Maximalstrom, aufmagnetisiert werden. Wird der Flusssollbetrag erreicht, so erfolgt eine Absenkung der fluss parallelen Stromkomponente auf ihren Nennwert. Dieser beträgt gemäss Gleichung (13) :
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Der aktuelle Flussbetrag kann mit guter Näherung laut Gleichung (16) aus dem Kurzschlusstest bei bereits bekannter mechanischer Drehzahl bestimmt werden :
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Nun kann die Asynchronmaschine In den Normalbetnebszustand übergeführt werden (Initialisieren und Starten des betriebsmässigen Flussmodells, Zuschalten der Drehzahlregelung bzw. Momentensteuerung, etc. )
In Gleichung (24) wurde die mechanische Drehzahl gemäss Gleichung (22) bestimmt.
Zwecks Genauigkeitserhöhung der Drehzahlbestimmung kann die Messzeit In Gleichung (22) entsprechend gross gewählt werden, da sich die mechanische Drehzahl nur sehr langsam ändert Natürlich wird auch die Drehzahlbestimmung bel weitgehend entmagnetisierter Asynchronmaschine höchst ungenau sein. Als Indikator, inwie-
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herangezogen. Dieser wächst laut Gleichung (24) weitgehend proportional mit dem Flussraumzeiger an.
Ist also nach etwa einer Rotorzeitkonstante, während der die obige Flussbestimmungs- und Flussaufbaustrategie durchgeführt wurde, der Betrag des Stromänderungsraumzeigers immer noch unter einer vorgebbaren Schranke, so ist offenbar die momentane Rotordrehzahl so genng, dass der Aufmagnetisierungsvorgang
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zuverlässigAufmagnetisierungsverfahren angewandt werden.
Grundgedanke der Erfindung ist es, zuerst sehr genau die (niedrige) Drehzahl zu bestimmen und anschliessend für etwa eine Rotorzeitkonstante einen Sromraumzeiger, der mit eben dieser Drehzahl rotiert, in die Asynchronmaschine einzuprägen. Dieser gewährleistet dann, dass sich während dieser Zeit ein Flussraumzeiger gewünschten Betrages aufbaut. Ein entscheidender Faktor, ob der Flussbetrag auf seinen gewünschten Wert anwächst, ist die Genauigkeit der Drehzahischätzung, weiche die Umlaufgeschwindigkeit des eingeprägten Stromraumzeigers definiert.
Abschätzung der notwendigen Genauigkeit der Drehzahlschätzung
Angenommen, die Asynchronmaschine ist entmagnetisiert und rotiert mit der Drehzahl "'m ; der eingeprägte Stromraumzeiger rotiere mit der Drehzahl Zu ermitteln ist nun der stationär sich einstellende Flussbetrag. Nach Elimination der Rotorströme in der Rotorspannungsgleichung (3) und Einsetzen des Stromraumzeigers ergibt sich als stationäre Lösung (der transiente Term klingt mit der Rotorzeitkonstanten TR ab) :
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Der sich einstellende Flussraumzeiger verkleinert sich also mit steigendem Drehzahifehler und weist gegenüber dem Stromraumzeiger einen Winkel arctan (##*#R) auf.
Gleichzeitig entwickelt die Asynchronmaschine ein Drehmoment der Grösse
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Dieses Moment versucht, den Rotor auf die Drehzahl des Stromraumzeigers zu bnngen. Falls dies möglich ist (beispielsweise ausgekuppelter Rotor), wird der Rotoren Tritt fallen" (Â -0) und der Flussaufbau
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erwartungsgemäss erfolgen. Bei grossem auf die Motorwelle umgerechneten Trägheitsmoment (beispielsweise Rotor starr mit Antnebsrad eines Elektrofahrzeuges verbunden) wird dies nicht möglich sein (A, = const) Das Drehmoment ist am grössten, wenn der Drehzahlfehler gleich der Inversen Rotorzeltkonstanten ist. Dann ist der Fluss auf etwa 2/3 seines Sollwertes abgesunken.
Für eine typische Asynchronmaschine mit einer bezogenen Rotorzeitkonstanten von 100 ist dies bel einem Drehzahifehler von 1 %, bezogen auf Nenndrehzahl, der Fall. Das heisst, dass die Drehzahl mit einer wesentlich grösseren Genauigkeit als 1 % geschätzt werden muss, wenn ein erwartungsgemässer Flussaufbau stattfinden soll. Die Umlaufgeschwindig- keit des Rotorflussraumzeigers ist im Stationärfall natürlich gleich der des Statorstromraumzeigers.
Bestimmung der mechanischen Drehzahl bei entmagnetisierter Asynchronmaschine
Da die entmagnetisierte, sich langsam drehende Asynchronmaschine von sich aus keine brauchbare Messgrösse zur Verfügung stellt, wird ihr Einfluss auf einen Spannungsimpuls bzw. eine Spannungsimpulsfolge untersucht. Es zeigt sich, dass die Reaktion im Strom zufolge des Spannungsimpulses bis zum Stillstand der Asynchronmaschine eine auswertbare Drehzahlabhängigkeit aufweist. Aus der Statorspannungsgleichung (2) erhält man nach Elimination der Statorflussverkettung zugunsten des Statorstromes die Sprungantwort des Stromraumzeigers zufolge eines Spannungsraumzeigersprungs.
Es zeigt sich, dass für kleine Zeiten (r-*0+) der Stromverlauf nicht von der Drehzahl abhängt :
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Der Stromanstieg erfolgt also parallel zum angelegten Spannungsraumzeiger. Die Drehzahlabhängigkeit
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hat.
Würde man direkt die Wechselrichter-Zwischenkreisspannung als Spannungssprung anlegen, ergäbe sich gemäss Gleichung (28) ein sehr rascher Stromanstieg, so dass sein Verlauf bis zum Erreichen des maximal zulässigen Wertes nur sehr wenig drehzahlabhängige Information liefert. Aus diesem Grund soll die Höhe des Spannungsimpulses herabgesetzt werden, um den Stromanstieg zu verlangsamen. Dies ist
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damit auch der Stromanstieg so stark abgesenkt werden, dass eine gewisse Rotorflussverkettung entstehen kann. Eine gute Auswertbarkeit der "Sprungantwort" (eigentlich Impulsfolgeantwort) ist möglich. wenn der Stromverlauf und die Zeit bis zum Erreichen eines gewissen Stromsollbetrages (beispielsweise Nennstrom) betrachtet werden. Anschliessend wird der Wechselnchter wieder gesperrt.
Die Information steckt sowohl In der spannungsparallelen Stromkomponente isa (bzw. In verwandter Form in der Pulsdauer D) sowie In der spannungsnormalen Stromkomponente iSss (bzw. In etwas deutlicherer Form Im Integral von zo über die Pulsdauer D).
Die Pulsdauer für sehr kleine Drehzahlen Ist etwa konstant, da die Drehzahlabhängigkeit bei kleinsten Drehzahlen sich zuerst im Entstehen einer Stromnormalkomponente iSss äussert, welche aber aufgrund Ihrer relativen Kleinheit im Vergleich zu is kaum Einftuss auf den Betrag des Stromraumzeigers und damit auf die Pulsdauer D hat. Ab etwa 5-10 % der Nenndrehzahl sinkt die Pulsdauer 0 dann merklich ab. D kann daher als Indikator für kleine Drehzahlen herangezogen werden. Im Bereich der starken Änderung von D kann über eine Tabelle die Drehzahl im Übergangsbereich zwischen kleinen und grossen Drehzahlen bestimmt werden.
Die Stromkomponente is, bzw. deren Integral über D stellt ein scharfes Kriterium für die Drehrichtung dar.
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einem Gleichrichter oder einem Gleichstromnetz angespeitst wird. Über die Adern 3a, 3b, 3c einer Drehstromzuleitung 3 erfolgt die Anspeisung einer drelstrangigen Asynchronmaschine 5 vom Wechselnch- ter 2. Diese Drehstromleitung 3 ist über Strommesseinrichtungen 4a, 4b (gegebenenfalls auch 4c) geführt.
Aus den Informationen, welche von den Strommesseinrichtungen 4a, 4b (4c) einem Stromerfassungsmodul 9 zugeführt werden, erfolgt In diesem die Berechnung des Stromraumzeigers. Sodann wird der Stromraum-
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dem Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" 13 zugeleiteten Zeitabstand w, die jeweils aktuelle Drehzahl der Asynchronmaschine 5.
In einem Flussrechner 12 erfolgt aus dieser Drehzahl und dem Istwert des Stromänderungsraumzeigers die Berechnung des Flusses ; diese Information wird dem Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" 13 zugeleitet. Der Istwert des Stromänderungsraumzeigers wird, unter Verwendung von Daten aus dem Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" 13, vom Stromraumzeigeränderungsrechner 10 einem Drehzahlkritenumsrechner 17, zugeleitet, weicher beim Knterium "kleine Drehzahl bzw Stillstand" der Asynchronmaschine 5 über einen ersten Softwareschalter 21 das erste Funktionsumschaltemodul 15 umschaltet Dadurch wird dann der Istwert des Stromraumzeigers einem zweiten Drehzahlrechner 20 und einem Stromregelungsmodul 18 zugeleitet.
Der Drehzahlrechner 20 ermittelt, unter Verwendung von zeitlichen Informationen aus dem Funktions- block "übergeordnete Steuerung" 13, aus dem Verlauf des Stromraumzeigers zufolge eines in einem, vom
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Steuerung"13 ze) thch gesteuerten. Spannungsraumze ! ger) mpu ! s (fotge)-bildner 19 gebildeten Spannungsraumzelgenmpulses bzw. einer Spannungsraumzelgenmpulsfolge über funktionale oder tabellarische Zusammenhänge die Drehzahl. Mittels der Drehzahl berechnet sodann ein Stromvorgaberechner 14 einen mit ebendieser Drehzahl rotierenden Statorstromraumzeigersollwert. Der Statorstromraumzeigersollwert, dessen Amplitude die übergeordnete Steuerung 13 vorgibt, wird dem Stromregelungs-Modul 18 zugeführt.
Der Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" 13 legt fest, ob der Spannungsraumzelgenmpuls (folge) - bildner 19 (Fall B) oder das Stromregelungsmodul 18 (Fall A) die Ansteuersignale für die von einem Brückensteuerungs-Modul 7 durchzuführende Steuerung des Wechselnchters 2 genenert. Entsprechend dieser Festlegung wird über einen zweiten Softwareschalter 22 die Signalauswahlwelche eines zweiten Funktionsumschaltemoduls 16 umgeschaltet. Die Ansteuersignale für das Wechselnchter-Brückensteue- rungsmodul 7 sind vom zweiten Funktionsumschaltemodul 16 über eine zweite Signalauswahlwelche des ersten Funktionsumschaltemoduls 15 geführt.
Bei Normalbetrieb wird die Ansteuerung des Wechselrichter-Brückensteuerungsmoduls 7 über den Funktionsblock "übergeordnete Steuerung" 13 angesteuert.
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