AT413467B - Verfahren zur drehzahlregelung eines permanentmagnetmotors - Google Patents

Description

2

AT 413 467 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlregelung eines Permanentmagnetmotors mit einem Ständer, der eine dreiphasige im Stern geschaltete Drehstromwicklung aufweist, und einem Polrad, wobei ein Soll-Wert für die Kreisfrequenz mit einem erfassten Ist-Wert der Kreisfrequenz verglichen wird, weiters aus der ermittelten Regelabweichung ein Soll-Wert für die im 5 rotorfesten d, q-Koordinatensystem senkrecht zur magnetischen Vorzugsrichtung des Polrades stehende q-Komponente des Ständerstroms gebildet wird und weiters aus diesem Soll-Wert der q-Komponente des Ständerstroms Soll-Werte für die d- und q-Komponenten der Ständerspannung gebildet werden und diese Soll-Werte für die d- und q-Komponenten der Ständerspannung für die Ansteuerung des Permanentmagnetmotors herangezogen werden. 10

Derartige feldorientierte Drehzahlregelungen von Permanentmagnetmotoren sind bekannt. Aus der ermittelten Regelabweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert der Drehzahl wird über einen PI-Regler ein Soll-Wert für die q-Komponente des Ständerstroms gebildet (die d-Komponente des Ständerstroms soll 0 sein). Das d, q-Koordinatensystem ist hierbei ein rotor-15 festes kartesisches Koordinatensystem, bei welchem die q-Komponente senkrecht zur magnetischen Vorzugsrichtung des Polrades steht und die d-Komponente in dieser magnetischen Vorzugsrichtung des Polrades liegt. Aus diesem Soll-Wert der q-Komponente des Ständerstroms werden die d- und q-Komponenten der Ständerspannung gebildet. Hierzu werden die d- und q-Komponenten der Ständerspannung bei einer herkömmlichen Drehzahlregelung durch 20 einen Berechnungsschritt nach Art eines PI-Reglers bestimmt dem als Eingangsgrößen neben dem Soll-Wert für die q-Komponente des Ständerstroms der Ist-Wert der q-Komponente des Ständerstroms zugeführt wird. Es ist somit eine Messung des Ständerstroms erforderlich.

Neben Berechnungsschritten nach Art von PI-Reglern existieren beispielsweise auch Berech-25 nungsschritte nach Art einer Fuzzy-Regelung zur Bestimmung der Spannungskomponenten des Ständerstroms. Auch hierfür ist eine Strommessung erforderlich.

Ein herkömmliches Verfahren zur Drehzahlregelung eines Asynchronmotors, bei welchem keine Strom-Istwert-Erfassung erforderlich ist, ist aus der DE 199 62 690 A1 bekannt. Zur Drehzahl-30 regelung werden bei dieser nicht gattungsgemäßen Einrichtung die Motorgleichungen herangezogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchem keine Strom-Istwert-Erfassung benötigt wird. Erfindungsgemäß gelingt dies 35 durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Erfindungsgemäß werden somit die Soll-Werte für die d- und q-Komponenten der Ständerspannung aus den Motorgleichungen berechnet, die im Stationärzustand des Motors unter der Bedingung, dass die d-Komponente des Ständerstroms gleich 0 ist, die Beziehung zwischen der 40 Ständerspannung und dem Ständerstrom wiedergeben. Als Variable geht hier abgesehen von der q-Komponente des Ständerstroms lediglich die Drehzahl ein, welche einfach erfassbar ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigt die einzige Figur ein Blockschaltbild einer erfindungsgemä-45 ßen feldorientierten Drehzahlregelung eines Permanentmagnetmotors.

Der in seiner Drehzahl zu regelnde Permanentmagnetmotor 1 (= permanent erregter Synchronmotor) besitzt einen als Permanentmagneten ausgebildeten Rotor bzw. ein Polrad mit mindestens einem Polpaar und einen Stator bzw. einen Ständer mit einer dreiphasigen, im so Stern geschalteten Drehstromwicklung. Die über die Leitungen 3 dem Permanentmagnetmotor 1 zugeführten Phasenspannungen werden in herkömmlicher Weise von einem Wechselrichter 2 ausgegeben, wobei diese Phasenspannungen in üblicher Weise pulsweitenmoduliert sind (= "PWM"). Die Steuersignale für den Wechselrichter 2 werden in üblicher Weise von einer Einheit 4 ausgegeben. 55 3

AT 413 467 B

Ein Positionssensor 5 erfasst den Rotorwinkel Θ, woraus durch eine Zeitableitungseinheit 6 die mechanische Winkelgeschwindigkeit ω bestimmt wird, wie dies ebenfalls üblich ist.

Am Eingang der Reglungseinheit werden einem Summierglied 7 ein Sollwert der Winkelge-5 schwindigkeit ω* und der Ist-Wert der Winkelgeschwindigkeit ω zugeführt. Die Regelabweichung (= Differenz zwischen dem Soll-Wert und dem Ist-Wert) wird einem Pl-Regelglied 8 zugeführt, das als Ausgangswert den Soll-Wert für die q-Komponente des Ständerstroms i* ausgibt.

Erfindungsgemäß wird der Sollwert der q-Komponente des Ständerstroms nunmehr zwei Be-io rechnungsgliedern 9, 10 zugeführt, denen als Eingangsgröße weiters die Kreisfrequenz ω zugeführt wird. In den Berechnungsgliedern 9, 10 werden die Soll-Werte für die d- und q-Komponente der Ständerspannung ud, u* berechnet. Diese Berechnung wird weiter unten noch genauer erläutert. 15

Die an den Ausgängen der Berechnungsglieder 9, 10 ausgegebenen Soll-Werte der Komponenten der Ständerspannung werden in nunmehr wieder herkömmlicher Weise einem Umrechnungsglied 11 zur Umrechnung zwischen dem rotorfesten d, q-Koordinatensystem und dem ständerfesten a, ß-Koordinatensystem zugeführt. Dessen Ausgangssignale werden der Einheit 4 zur Erzeugung der Steuersignale für den Wechselrichter 2 zugeführt. 20 25

Die Berechnung der d- und q-Komponente der Ständerspannung in den Berechnungsgliedern 9, 10 wird anhand der Motorgleichungen durchgeführt. Die Spannungsgleichungen einer permanent erregten Synchronmaschine im rotorfesten d, q-Koordinatensystem, unter der Voraussetzung, dass der Ständer eine dreiphasige, im Stern geschaltete Drehstromwicklung trägt, sind wie folgt:

Cf/'w ud = Rid+Ld — -pu)Lqiq, (1) (2) 30 uq = Riq +Lq-jf + PuLdid + pu>ke, wobei ud - Ständerspannung in der magnetischen Vorzugsrichtung des Polrades, d.h. d-Achse, 35 uq - Ständerspannung in der Richtung senkrecht zur d-Achse, id - Ständerstrom in Richtung d-Achse, iq - Ständerstrom in Richtung q-Achse, R - Ständerwiderstand,

Ld - Ständerinduktivität in Richtung d-Achse, 40 Lq - Ständerinduktivität in Richtung q-Achse, p - Polpaarzahl, ω - Kreisfrequenz, k0 - Spannungskonstante [Vs]. 45 Für den Stationärzustand aus Gl.(1) und (2) folgt

Ud -R!d -ρωί.,/,, (3)

Uq = Rlq + pioLdld + pu)ke. (4) 50

Anhand von Gl.(3) und (4) für die feldorientierte Regelung eines PM-Motors werden die Sollspannungen ud und uq wie folgt angesetzt (5) ud =Rid -puL/q, 55

Claims (2)

1. 4 AT 413 467 B uq = Ri'q + pu)Ldid + pwke, wobei id und /* sind Sollströme. 5 Um eine optimale Drehmomentbildung zu gewährleisten wird id = 0 angesetzt und somit aus Gl.(5) und (6) schliesslich folgt üis-p«<c (7) 10 uq = Ri'q + pu)ke. (8) Der Soll-Wert für die q-Komponente des Ständerstroms i’ wird wie bereits beschrieben vom als Drehzahlregler betriebenen Pl-Regelglied 8 geliefert und die Winkelgeschwindigkeit ω aus dem vom Positionssensor 5 gelieferten Rotorwinkel Θ berechnet. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Drehzahlregelung eines Permanentmagnetmotors (1) mit einem Ständer, der 20 eine dreiphasige im Stern geschaltete Drehstromwicklung aufweist, und einem Polrad, wobei ein Soll-Wert für die mechanische Winkelgeschwindigkeit (ω ) mit einem erfassten Ist-Wert der mechanischen Winkelgeschwindigkeit (ω) verglichen wird, weiters aus der ermittelten Regelabweichung ein Soll-Wert für die im rotorfesten d, q-Koordinatensystem senkrecht zur magnetischen Vorzugsrichtung des Polrades stehende q-Komponente des Stän-25 derstroms (i* ) gebildet wird und weiters aus diesem Soll-Wert der q-Komponente des Ständerstroms Soll-Werte für die d- und q-Komponenten der Ständerspannung (uj,u* ) gebildet werden und diese Soll-Werte für die d- und q-Komponenten der Ständerspannung 30 für die Ansteuerung des Permanentmagnetmotors herangezogen werden, dadurch ge kennzeichnet, dass die Soll-Werte für die q- und d-Komponente der Ständerspannung (ud, u*) aus dem Soll-Wert der q-Komponente des Ständerstroms (i* ) durch folgende Gleichungen berechnet werden: 35 ud = -ρω Lqi‘ Uq = Riq +PU)ke, 40 wobei ud, u* die Soll-Werte der d- und q-Komponente der Ständerspannung, p die Polpaarzahl, ω die mechanische Winkelgeschwindigkeit, Lq die Ständerinduktivität in Richtung der q-Achse, 45 R der Ständerwiderstand, ke die Spannungskonstante [Vs] und j* der Soll-Wert der q-Komponente des Ständerstroms ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass wie an sich bekannt aus den so Soll-Werten für die d- und q-Komponente der Ständerspannung nach Umrechnung in ein ständerfestes a, ß-Koordinatensystem Steuersignale zur Bildung von pulsweitenmodulierten Phasenspannungen gebildet werden, mit denen die Drehstromwicklung des Ständers gespeist wird. 55 5 5 AT 413 467 B Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55