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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Anwendungsgebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vektorsteuersystem für einen
Induktionsmotor, und insbesondere auf ein sensorloses Vektorsteuersystem
für einen
Induktionsmotor, das in der Lage ist, den magnetischen Fluss und
die Geschwindigkeit eines Induktionsmotors abzuschätzen, ohne
dazu eine Geschwindigkeitsmessvorrichtung zu benutzen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Allgemein
ist Dank seiner leichten Steuerbarkeit der Gleichstrommotor für lange
Zeit als ein Steuergerät
für eine
unveränderliche
Geschwindigkeit und eine variable Geschwindigkeit benutzt worden.
Gleichstrom weist aber Nachteile auf, indem seine Nutzung während einer
vorbestimmten Zeitdauer eine Kohlebürste verbraucht, was somit
Wartung und Reparaturen erfordert.
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Im
Falle eines Induktionsmotors ist dieser wegen seiner stabilen Struktur
unter dem Gesichtspunkt der Wartung und Reparatur überlegen.
Speziell ist er preisgünstig,
so dass er im industriellen Bereich weithin benutzt worden ist.
Allerdings ist der Induktionsmotor aufgrund seiner schwierigen Steuerbarkeit
im Vergleich zu einem Gleichstrommotor hauptsächlich für den Betrieb mit konstanter
Geschwindigkeit verwendet worden.
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Neuerdings
kann aber der Betrieb des Induktionsmotors mit variabler Geschwindigkeit
im Zuge der Einführung
der Vektorsteuertheorie durchgeführt
werden, aufgrund derer es möglich
ist, den magnetischen Fluss und die Drehmomentkomponente durch Benutzen
eines Geschwindigkeitssensors getrennt zu steuern, und zwar als
Folge des Aufkommens des Hochgeschwindigkeits-Leistungshalbleiterbauelements
und der Entwicklung des Hochleistungsprozessors (Zentraleinheit
oder digitaler Signalprozessor); so dass der Induktionsmotor über das
Niveau des Gleichstrommotors hinaus in Bezug auf die Wirksamkeit
der Geschwindigkeitssteuercharakteristik gesteuert werden kann,
so dass im Bereich der Steuerung mit variabler Geschwindigkeit,
die bisher den Gleichstrommotor verwendet hat, zunehmend der Induktionsmotor
anstelle des Gleichstrommotors eingesetzt wird.
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Um
den Induktionsmotor durch Vektorsteuerung zu betreiben, muss die
Geschwindigkeits- oder Magnetflussinformation des Motors vom Induktionsmotor
rückgekoppelt
werden, wozu ein Geschwindigkeitsinformationssensor oder ein Sensor
für den
magnetischen Fluss, wie etwa ein Tacho-Generator oder ein Resolver oder
ein Impulskodierer erforderlich ist.
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Weil
aber die Sensoren eine elektronische Schaltung einbeziehen, ist
der Induktionsmotor mit solchen Sensoren aufgrund des Benutzungstemperaturbereichs
der elektronischen Schaltung ebenfalls in seiner Verwendung eingeschränkt, wobei
die Signalverdrahtung zwischen dem Geschwindigkeitssensor und dem
Inverter kostspielig ist.
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Und
selbst wenn die Geschwindigkeitssensoren möglicherweise installiert sind,
werden sie, weil der Verbindungsabschnitt zwischen dem Induktionsmotor
und dem Geschwindigkeitssensor gegen Stoß empfindlich ist, vorzugsweise
im Hinblick auf die Zuverlässigkeit
der Betriebsanlage lieber vermieden.
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Um
diese Probleme zu lösen,
sind Untersuchungen in Bezug auf eine sensorlose Vektorsteuerung,
die keinen Geschwindigkeitssensor benötigt, erfolgreich durchgeführt worden.
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Dementsprechend
sind neuerdings verschiedenartige Verfahren zur Abschätzung der
Geschwindigkeit von Induktionsmotoren im Hinblick auf die sensorlose
Vektorsteuerung ohne Einsatz des Geschwindigkeitssensors vorgeschlagen
worden. Unter diesen befinden sich Untersuchungen in Bezug auf ein
Verfahren zum direkten Abschätzen
und Steuern des magnetischen Flusses unter gleichzeitiger Benutzung
der Differentialgleichung eines adaptiven Modellbezugssystems (MRAS),
ein Flussbeobachter und ein Motor.
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines sensorlosen Vektorsteuersystems
gemäß dem Stand
der Technik.
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Wie
in 1 dargestellt, umfasst ein sensorloses Vektorsteuersystem
zum Aufnehmen der Energie von einer Energieversorgungseinheit 13 und
zum Antreiben eines Induktionsmotors: ein Geschwindigkeitssteuergerät, das mit
einer Referenzgeschwindigkeit (ω*r ) und einem Abschätzungsgeschwindigkeitswert
(ω ^r) rückgekoppelt
wird, die mit einer Recheneinheit 20 für die Integration mit proportionaler
Konstante betrieben werden, und die einen Referenzdrehmoment-Komponentenstrom
(i1β*)
ausgibt, wenn die vorbestimmte Referenzgeschwindigkeit (ω*r ) sowie
ein Referenz-Magnetfluss-Komponentenstrom (i1α*)
vorliegen; eine Strom-/Spannungsumsetzungsbefehlseinheit 10 zum
Empfangen des Stroms (i1α*) der Referenz-Magnetflusskomponente
und des Stroms (i1β*) der Referenz-Drehmomentenkomponente
sowie zum Ausgeben der Gleichstrombezugsspannungen (v1α*,
v1β*);
einen Gleichstrom-/Wechselstrom-Umsetzer 11 zum Empfangen
der Gleichstrom-Referenzspannungen (v1α*,
v1β*)
und Ausgeben von zweiphasigen Wechselstrom-Referenzspannungen (v1d*, v1q*); einen
Phasen-/Spannungsumsetzer 12 zum
Empfangen der zweiphasigen Wechselstrom- Referenzspannungen (v1d*,
v1q*) und der dreiphasigen Referenz-Phasenspannungen
(va*, vb*, vc*); einen Inverter 14 zum Empfangen
der dreiphasigen Referenz-Phasenspannungen (va*,
vb*, vc*) und zum
Steuern des Induktionsmotors (IM), den Induktionsmotor 15 zum
Empfangen der dreiphasigen Referenz-Phasenspannungen (va*,
vb*, vc*) von dem
anzutreibenden Inverter; einen Stromdetektor 16 zum Detektieren
des zwischen dem Inverter und dem Induktionsmotor fließenden Stroms,
sowie zum Ausgeben der detektierten Phasenströme (ia,
ib, ic); einen Phasenstromumsetzer 17 zum
Empfangen der detektierten Phasenströme (ia,
ib, ic) und Umsetzen
derselben in einen d-Achsenstrom (id) und
einen q-Achsenstrom (iq); eine Magnetfluss-Ermittlungseinheit 18 zum:
Empfangen des d-Achsenstroms (id) und des
q-Achsenstroms (iq), Empfangen der zweiphasigen
Referenz-Wechselspannungen (v1d*, v1q*), Abschätzen der zweiphasigen Wechselstrom-Referenzmagnetflüsse (λ ^2d, λ ^2q) und Ausgeben
derselben; einen Wechselstrom-/Gleichstrom-Umsetzer 19 zum
Empfangen der geschätzten
zweiphasigen Wechselstrom-Referenzmagnetflüsse (λ ^2d, λ ^2q); Abschätzen eines Gleichstrom-Magnetflusses
(λ ^2α, λ ^2β)
und Ausgeben derselben; eine Integral-/Proportionalkonstanten-Berechnungseinheit 20 zum
Abschätzen
der Geschwindigkeit unter Verwendung der Größe λ ^2β der
geschätzten Gleichstrom-Magnetflusskomponenten,
sowie Ausgeben derselben; eine Schlupf-Ermittlungseinheit 23 zum Empfangen
eines Magnetfluss-Komponentenstroms (i1α*)
und eines Drehmoment-Komponentenstroms (i1β*) sowie
Erhalten und Ausgeben des Schlupfes; und einen Integrierer 25 zum
Empfangen des Schlupfes und der geschätzten Geschwindigkeit (ω ^r), und Integrieren derselben zum Abschätzen des
Winkels.
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise des sensorlosen Vektorsteuersystems erläutert, das,
wie oben beschrieben, aufgebaut ist.
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Wenn
die Integral-/Proportionalkonstanten-Berechnungseinheit 20 eine
Referenz-Geschwindigkeit (ω*r ) von
einem Benutzer empfängt,
ermittelt sie zuerst einen Wert und gibt ihn aus. Das Geschwindigkeitssteuergerät 22 empfängt den
Wert und gibt einen Drehmoment-Komponentenstrom (i1β*)
aus.
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Anschließend gibt
die Strom-/Spannungsbefehlseinheit 10 Gleichstrom-Referenzspannungen
(v1α*, v1β*)
durch Benutzen des Magnetfluss-Komponentenstroms (i1α*)
und des Drehmoment-Komponentenstroms (i1β*)
aus. Die Gleichstrom-Referenzspannungen
(v1α*,
v1β*)
werden durch den Gleichstrom-Wechselstrom-Umsetzer 11 in zweiphasige
Wechselstrom-Referenzspannungen (v1d*, v1q*) umgewandelt.
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Dann
empfängt
der Phasenspannungsumsetzer 12 die zweiphasige Wechselstrom-Referenzspannungen
(v1d*, v1q*) und
gibt dreiphasige Referenz-Phasenspannungen
(va*, vb*, vc*) aus; und der Umsetzer 14 treibt
den Induktionsmotor unter Benutzung der von einer Energiezufuhr
gelieferten Spannung sowie der dreiphasigen Referenz-Phasenspannungen
(va*, vb*, vc*) an.
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Eine
geschätzte
Geschwindigkeit (ω ^r) und ein geschätzter Winkel
(θ ^e) werden wie folgt ermittelt.
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Der
zwischen dem Inverter 14 und dem Induktionsmotor 15 fließende Strom
wird detektiert, um dreiphasige Ströme (ia,
ib, ic) zu erhalten.
Die dreiphasigen Ströme
(ia, ib, ic) werden in den zweiphasigen d-Achsenstrom
(id) und den zweiphasigen q-Achsenstrom
(iq) umgesetzt, die leicht gesteuert werden
können
und die von dem Phasenstrom-Umsetzer 17 ausgegeben werden.
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Die
Magnetfluss-Ermittlungseinheit 18 empfängt die ausgegebenen Werte
(v1d*, v1q*) des
Gleichstrom-/Wechselstrom-Umsetzers 11 sowie den d-Achsenstroms
(id) und den q-Achsenstrom (iq)
und schätzt dann
den zweiphasigen Wechselstrom-Magnetfluss, um zweiphasige Wechselstrom-Magnetflüsse (λ ^2d, λ ^2q) abzuschätzen.
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Der
Wechselstrom-/Gleichstrom-Umsetzer 19 setzt den zweiphasigen
Magnetfluss in Wechselstrom (λ ^2d, λ ^2q) in zweiphasige Magnetflüsse in Gleichstrom
(λ ^2α, λ ^2β)
um, die leicht gesteuert werden können; und dann wird die Integral-/Proportionalkonstante-Recheneinheit
tätig und
ermittelt eine geschätzte
Geschwindigkeit (ω ^r) durch Verwenden der
Komponente (λ ^2β).
der zweiphasigen Gleichstrom-Magnetflusskomponenten.
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Die
geschätzte
Geschwindigkeit (ω ^r) und die Ausgabe der
Schlupf-Ermittlungseinheit 23 werden addiert, um eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit
(ω ^e) zu erhalten; und der Integrierer 25 schätzt einen
Winkel (θ ^e) ab, der für die Referenzbezugssystem-Umwandlung
durch Benutzen der geschätzten
Winkelgeschwindigkeit (ω ^e) benötigt wird.
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Das
oben beschriebene herkömmliche
sensorlose Vektorsteuersystem wirft jedoch viele Probleme auf.
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Beispielsweise
wird, zum Ersten, nur der normale Zustand berücksichtigt, weil die Strom-/Spannungsbefehlseinheit
keinen Differentialterm für
den magnetischen Fluss enthält,
und im Transient-Zustand ist es nicht möglich, eine momentane Drehmoment-Steuerung
durchzuführen.
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Zweitens
müsste,
um die geschätzte
Geschwindigkeit (ω ^r) zu erhalten, ein Proportionalkonstantwert und
ein Integralkonstantwert exakt berechnet werden, um von der Integrations-
und proportionalkonstante Berechnungseinheit 20 verwendet
zu werden, was sehr schwierig ist, weil die Werte der Proportionalkonstante und
der Integralkonstante bei jedem Motor unterschiedlich sind und im
Wesentlichen nur schwer zu erhalten sind.
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Drittens
wendet das System, wie oben beschrieben, im Falle, dass die Geschwindigkeit
eines Motors durch das herkömmliche
sensorlose Vektorsteuersystem gesteuert wird, dann, wenn es mit
einem Algorithmus für
niedrige Geschwindigkeit angesteuert wird, ein Verfahren an, bei
dem eine Spannung oder ein Strom hoher Frequenz einer Primärwellenspannung
hinzugefügt
wird, um nach einer Absolutposition des magnetischen Flusses des
Motors zu suchen. Dieses Verfahren ist bei einer niedrigen Geschwindigkeit
wirksam, wird aber möglichst
nicht bei einer hohen Geschwindigkeit angewandt. Indessen ist im
Falle des Hochgeschwindigkeitsalgorithmus', wenn die Geschwindigkeit des Motors
gesteuert wird, der Algorithmus bei hoher Geschwindigkeit wirksam,
während
seine Implementierung bei niedriger Geschwindigkeit sehr schwierig
ist. Infolgedessen gelingt es ihm nicht, den gesamten Geschwindigkeitsbereich
abzudecken.
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Aus
der Veröffentlichung „A MRAS-based
Speed Sensorless Field Oriented Control of Induction Motor with
On-line Stator Resistance Tuning” von Hu Jun B. R. Duggal und
M. Vilathgamuwa, in 1998 Industrial Conference an Power Electronic
Drives and Energy Systems for Industial Growth, Proceedings, Vol.
1, Seiten 38 bis 43, ist bereits ein sensorloses Vektorsteuersystem
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
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Aus
der Veröffentlichung „Speed
sensorless control performance improvement of induction motor drive using
uncertainty cancellation” von
Chao, K. H., Liaw, C. M., in Electric Power Applications, IEE Proceedings, Vol.
147, Issue 4, July 2000, Seiten 251 bis 262 ist ferner bekannt,
Motorflüsse
nach einem Strommodell und nach einem Spannungsmodell abzuschätzen, wobei
die so erhaltenen Motorflüsse
jedoch nicht ausgegeben werden, sondern lediglich zur Schätzung der
Winkelgeschwindigkeit dienen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein sensorloses Vektorsteuersystem
für einen
Induktionsmotor zu schaffen, das in der Lage ist, in jedem Geschwindigkeitsbereich
stabil betrieben zu werden, und das in der Lage ist, die Geschwindigkeit
und das Drehmoment exakt zu steuern, sowie
zu schaffen ein
sensorloses Vektorsteuersystem für
einen Induktionsmotor, das in der Lage ist, automatisch eine konstante
Variation eines Motor- und eines Spannungsfehlers im niedrigen Geschwindigkeitsbereich
zu kompensieren, sowie
einen leicht zu verwirklichenden Algorithmus
durch Verringern der Abhängigkeit
von einem Parameter des Induktionsmotors sowie eine Rechenoperation
ohne Verwenden einer Hochleistungsbetriebseinheit zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein sensorloses Vektorsteuersystem nach den Ansprüchen 1 und
13 und ein sensorloses Vektorsteuerverfahren nach Anspruch 14 erreicht.
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Die
genannte Aufgabe, sowie weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der
vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
deutlicher hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die hier einbezogen sind, um ein tieferes Verständnis der
Erfindung zu liefern, und die eingearbeitet sind und einen Teil
dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erklären.
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1 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das den Aufbau eines allgemeinen
sensorlosen Vektorsteuersystems zeigt;
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das den Aufbau eines sensorlosen
Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Magnetfluss- und Geschwindigkeitssteuereinheit
des sensorlosen Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Magnetfluss- und Geschwindigkeitsabschätzungseinheit des
sensorlosen Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Magnetfluss- und Geschwindigkeitsbetriebseinheit
des sensorlosen Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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6 ist
eine Ansicht, die den Aufbau einer Primärwiderstands-Abschätzungseinheit
zum Schätzen eines
Primärwiderstandswertes
des sensorlosen Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend
wird im Detail auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen
veranschaulicht sind.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das den Aufbau eines sensorlosen
Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in 2 dargestellt, enthält ein sensorloses Vektorsteuersystem
eines Induktionsmotors, bei dem die Energie von einer Energieversorgungseinheit 34 zum
Antreiben des Induktionsmotors geliefert wird: eine Magnetfluss-
und Geschwindigkeitssteuereinheit 30 zum Empfangen eines
vorbestimmten Befehlswertes und zum Erzeugen von zweiphasigen Spannungen
aus Gleichspannungskomponenten; eine erste Bezugssystem-Umwandlungseinheit 31 zum
Umwandeln der zweiphasigen Spannungen aus Gleichspannungskomponenten
in dreiphasige Spannungen aus Wechselstromkomponenten; einen Inverter 35 zum
Empfangen der dreiphasigen Spannungen aus Wechselstromkomponenten
und zum Antreiben eines Induktionsmotors; eine Stromdetektoreinheit 37 zum
Detektieren der Dreiphasenenergie der Wechselstromkomponente, die
zwischen dem Inverter und dem Induktionsmotor fließt, und
zum Detektieren und Ausgeben von dreiphasigen Strömen aus
Wechselstromkomponenten; eine zweite Bezugssystem-Umwandlungseinheit 38 zum
Empfangen der dreiphasigen Ströme
aus Wechselstromkomponenten und zum Umwandeln und Ausgeben von zweiphasigen Strömen aus
Gleichstromkomponenten; eine Magnetfluss- und Geschwindigkeitsabschätzungseinheit 41 zum Empfangen
der zweiphasigen Spannung aus Gleichstromkomponenten und der zweiphasigen
Ströme
aus Gleichstromkomponenten, Abschätzen eines magnetischen Flusses
und einer Geschwindigkeit abschätzen, die
für eine
Vektorsteuerung erforderlich sind; und eine primäre Widerstandsabschätzungseinheit 42 zum Empfangen
der zweiphasigen Spannungen aus Gleichstromkomponenten, der zweiphasigen
Ströme
aus Gleichstromkomponenten und d geschätzten Werte des magnetischen
Flusses und der Geschwindigkeit, zum Abschätzen des Primärwiderstandes
und Ausgeben desselben.
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Die
erste Bezugssystem-Umwandlungseinheit 31 enthält einen
synchron-/stationären Bezugssystem-Umsetzer 32 zum
Empfangen der zweiphasigen Spannungen (νe*qs , νe*ds ) aus Gleichstromkomponenten;
sie setzt sie in zweiphasige Spannungen (νs*qs , νs*ds ) auf einem stationären Bezugssystem
um und gibt sie aus; und einen Zweiphasen- nach Dreiphasen-Bezugssystem-Umsetzer 33 zum
Umwandeln der zweiphasigen Spannungen (νs*qs , νs*ds ) auf dem stationären Bezugssystem
in dreiphasige Spannungen (ν*a , ν*b , ν*c ) aus
Wechselstromkomponenten, sowie Ausgeben derselben.
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Die
zweite Bezugssystem-Umsetzungseinheit 38 enthält einen
Dreiphasen-/Zweiphasen-Bezugssystem-Umsetzer 39 zum
Empfangen von dreiphasigen Strömen
(ia, ib, ic) aus Wechselstromkomponenten; Umwandeln
derselben in zweiphasige Ströme (isqs ,
isds ) und Ausgeben derselben; und einen Stationär-/Synchron-Systemumsetzer 40 zum Empfangen
der zweiphasigen Ströme (isqs ,
isds ) aus Gleichstromkomponenten, Umsetzen derselben in zweiphasige
Strome (ieds , ieqs ) und Ausgeben derselben.
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Die
Wirkungsweise des sensorlosen Vektorsteuersystems eines wie oben
beschrieben ausgebildeten Induktionsmotors wird nunmehr beschrieben.
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Bei
dem sensorlosen Vektorsteuerverfahren zum Empfangen einer Referenz
von einem Benutzer zum Steuern der Geschwindigkeit eines Induktionsmotors
wird eine Referenzspannung (ω*r ) von
dem Benutzer empfangen, und ein magnetischer Referenzfluss (λe*dr ) des
Induktionsmotors wird empfangen, um eine q-Achsen spannung (νe*qs ) auf
einem synchronen Koordinatensystem und einer d-Achsenspannung (νe*ds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem auszugeben.
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Die
q-Achsenspannung (νe*qs ) und
die d-Achsenspannung (νe*ds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem
werden in zweiphasige Spannungen (νs*qs , νs*ds ) auf dem stationären Bezugssystem
umgesetzt und als Eingabeenergiequelle des magnetischen Flusses
und der Geschwindigkeitsabschätzungseinheit 41 benutzt;
und, um den Induktionsmotor 36 anzutreiben, werden die
zweiphasigen Spannungen (νs*qs , νs*ds ) auf
dem Koordinatensystem in dreiphasige Spannungen (ν*a , ν*b , ν*c ) umgesetzt.
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Anschließend empfängt der
Inverter 35 die dreiphasigen Spannungen (ν*a , ν*b , ν*c ), zusammen
mit einer Gleichspannung (νdc), geliefert von einem Energieversorger,
und treibt den Induktionsmotor 36 gemäß seiner Schaltsteuerung an.
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In
diesem Zeitpunkt, wenn der Induktionsmotor 36 angetrieben
wird, werden dreiphasige Ströme
(ia, ib, ic) detektiert, die zwischen dem Inverter 36 und
dem Induktionsmotor 35 fließen; und die detektierten dreiphasigen
Ströme
(ia, ib, ic) werden in zweiphasige Ströme auf dem
statischen Koordinatensystem umgewandelt, die als Eingabestrom an
die Abschätzungseinheit 39 für den magnetischen
Fluss und die Geschwindigkeit geliefert werden; und die zweiphasigen
Ströme (isqs ,
isds ) auf dem statischen Koordinatensystem werden in zweiphasige
Ströme (ieds ,
ieqs ) auf dem Synchron-Bezugssystem umgesetzt.
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Dementsprechend
empfängt
die Abschätzungseinheit 39 für den magnetischen
Fluss und die Geschwindigkeit die Spannungen (νs*qs , νs*ds ) auf
dem stationären
Bezugssystem und sie empfängt
die Ströme (isqs , isds ) auf
dem stationären
Bezugssystem; und sie schätzt
einen Gleichstrom des magnetischen Flusses (λ ^edr ) der d- Achse, einen Gleichstrom
des magnetischen Fluss (λ ^eqr ) der q-Achse, einen magnetischen
Winkel (θ ^e), eine magnetische Flusswinkelgeschwindigkeit
(ω ^e) und eine geschätzte Geschwindigkeit (ω ^r) und gibt diese aus.
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Die
primäre
Widerstandsabschätzungseinheit 42 empfängt: die
zweiphasigen Ströme (ieds ,
ieqs ) auf dem Synchron-Bezugssystem, die Spannung (νe*ds ) der
d-Achse und die
Ausgabewerte (ω ^e, ω ^r, λ ^edr , λ ^eqr ) der
Abschätzungseinheit 41 für den magnetischen
Fluss und die Geschwindigkeit; sie schätzt den Primärwiderstand
(R ^s) ab und gibt ihn an die Abschätzungseinheit 41 für den magnetischen
Fluss und die Geschwindigkeit aus, so dass der Induktionsmotor konstant
durch das Vektorsteuersystem gesteuert werden kann, ohne dass Bedarf für einen
Geschwindigkeitssensor besteht.
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3 ist
eine Ansicht, die den Aufbau der den magnetischen Fluss und die
Geschwindigkeit steuernde Einheit des sensorlosen Vektorsteuersystems
eines Induktionsmotors gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in 3 dargestellt, enthält die Steuereinheit für den magnetischen
Fluss und die Geschwindigkeit: einen ersten Operator 42 zum
Empfangen der Referenzgeschwindigkeit (ω*r ) und der geschätzten Geschwindigkeit
(ω ^r) und um diese dann arithmetisch zu bearbeiten;
ein Geschwindigkeitssteuergerät 44 zum Empfangen
der Ausgabe des ersten Operators und zum Ausgeben eines Referenz-Drehmomentkomponenten-Stromes (ie*qs );
einen zweiten Operator zum Empfangen des Referenz-Drehmomentkomponenten-Stromes (ie*qs ) und
des Drehmomentkomponenten-Stromes (ieqs ) auf dem Koordinatensystem
und zum rechnerischen Verarbeiten dieser; ein Drehmomentkomponenten-Stromsteuergerät 46 zum
Empfangen der Ausgabe des zweiten Operators, und Erzeugen einer
q- Achsenspannung (νe*qs ) auf
dem Synchron-Bezugssystem; einen dritten Operator 47 zum
Empfangen des magnetischen Referenzflusses (λe*dr ) und des geschätzten magnetischen Flusses (λ ^edr ) des
Induktionsmotors; und zur rechnerischen Verarbeitung derselben;
eine Magnetflusssteuereinheit 48 zum Empfangen der Ausgabe
des dritten Operators und Ausgeben eines Magnetfluss-Komponenten-Offset-Stroms (ie*ds_offfset ),
eine Magnetfluss-Stromermittlungseinheit 49 zum Empfangen
des Referenz-Magnetflusses (λe*dr ) des
Induktionsmotors, und Ausgeben eines anfänglichen Magnetfluss-Komponentenstroms (ie*ds_init );
einen vierten Operator 50 zum Empfangen des Magnetfluss-Komponenten-Offset-Stroms (ie*ds_init ) und des
anfänglichen
Magnetfluss-Komponentenstroms (ie*ds_init ) und Verarbeiten derselben;
einen fünften
Operator 51 zum Empfangen des Ausgabewertes (ie*ds ) des
vierten Operators 48 sowie des Magnetfluss-Komponentenstroms (ieds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem; und ein Magnetfluss-Komponenten-Stromsteuer-gerät 52 zum Empfangen
der Ausgabe des fünften
Operators, und Erzeugen einer d-Achsenspannung (νe*ds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem.
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise der Magnetfluss- und Geschwindigkeitssteuereinheit
des sensorlosen Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors, der
wie oben beschrieben, ausgebildet ist, erläutert.
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Als
Erstes muss zum Erzeugen einer q-Achsenspannung (νe*qs ) auf
dem Synchron-Bezugssystem durch Benutzen der Referenzgeschwindigkeit (ω*r ) ein
Drehmoment-Komponentenstrom gesteuert werden.
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Dementsprechend
werden die Referenzgeschwindigkeit (ω*r ) und die geschätzte Geschwindigkeit
(ω ^r) vom Benutzer empfangen, und der Betriebswert
wird ausgegeben. Nach Empfangen der Ausgabe gibt dann das Geschwindigkeitssteuergerät einen
Referenz-Drehmoment-Komponentenstrom (ie*qs ) aus.
In diesem Zeitpunkt kann, wenn das Drehmoment-Stromsteuergerät 44 einen
Differenzwert zwischen dem Referenz-Drehmoment-Komponentenstrom (ie*qs ) und
dem Drehmoment-Komponentenstrom (ieqs ) auf
dem synchronen Koordinatensystem empfängt, die q-Achsenspannung (νe*qs ) auf
dem Synchron-Bezugssystem erzeugt werden.
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Zusätzlich muss,
um die d-Achsenspannung (νe*ds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem
durch Benutzen des Referenz-Magnetflusses (λe*dr ) zu erzeugen, der Magnetfluss-Komponentenstrom
gesteuert werden.
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Dementsprechend
wird der Differenzwert zwischen dem Referenz-Magnetfluss (λe*dr ) und
dem geschätzten
Magnetfluss (λ ^e*dr ) des Induktionsmotors ausgegeben, und der Magnetfluss-Komponenten-Offset-Strom (ie*ds_offfset ) wird
ausgegeben.
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Zu
diesem Zeitpunkt empfängt
die Magnetfluss-Stromermittlungseinheit 49 den Referenz-Magnetfluss (λe*dr ) des
Induktionsmotors und gibt den anfänglichen Magnetfluss-Komponentenstrom (ie*ds_init ) aus.
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Dementsprechend
kann der Ausgabewert (ie*ds ) der vierten Ermittlungseinheit durch
Benutzen des Magnetfluss-Komponenten-Offsetstroms (ie*ds_offfset ) und
des anfänglichen
Magnetfluss-Komponentenstroms (ie*ds_init ) erhalten werden. Zu diesem
Zeitpunkt kann das Magnetfluss-Komponenten-Stromsteuergerät 52 die
d-Achsenspannung (νe*ds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem durch Benutzen des Differenzwertes zwischen
dem Ausgabewert (ie*ds ) des vierten Ermittlungsgliedes und der
aktuelle Magnetfluss-Komponentenstrom (ieds ) erzeugen.
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4 ist
eine Darstellung, die den Aufbau einer Magnetfluss- und Geschwindigkeit-Abschätzungseinheit
des sensorlosen Vektorsteuersystem-Steuersystems eines Induktionsmotors
gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in
4 dargestellt enthält die Magnetfluss- und Geschwindigkeit-Abschätzungseinheit:
eine Rotor-Magnetfluss- Abschätzungseinheit
53 gemäß einem
Strommodell, das einen ersten Koordinaten-Umsetzer
54 zum
Empfangen der Werte der zweiphasigen Ströme
(isdqs ; isds , isqs ), dargestellt
im stationären
Bezugssystem, und setzt dieselben in die Werte des Synchron-Bezugssystems
um und gibt sie aus; eine sechste Ermittlungseinheit
57 zum
Ausgeben der Differenz zwischen einem Wert, der durch Multiplizieren
der Ausgabewerte
(irdqs ; irds , irqs ) des ersten Koordinaten-Umsetzers
54 mit
einer Induktionsmotor-Konstanten
und eines Wertes erhalten
durch Multiplizieren des Rotor-Magnetflusses
(λ ^rdqr , λ ^rdr , λ ^rqr ) auf dem
Synchron-Bezugssystem mit einer Zeitkonstanten
definiert durch die Induktionsmotor-Konstante;
einen ersten Integrierer
58 zum Empfangen des Ausgabewertes
der sechsten Ermittlungseinheit
47 und Ausgeben des Rotor-Magnetflusses
(λ ^rdqr ) auf
dem Synchron-Bezugssystem; einen zweiten Integrierer
55 zum
Empfangen einer geschätzten
Geschwindigkeit (ω ^
r), ermittelt durch eine
Magnetfluss- und Geschwindigkeit-Ermittlungseinheit
71 (noch
zu beschreiben) und integrieren derselben; und einen zweiten Koordinaten-Wandler
60 zum
Empfangen des ausgegebenen Wertes
(λ ^rdqr ) des ersten Integrierers
59 und
des ausgegebenen Wertes des zweiten Integrierers
55 und
zur Bezugssystem-Umwandlung derselben, und Ausgeben eines Rotor-Magnetflusses
(λ ^sdqr_cm ) auf
dem stationären
Bezugssystem; eine Rotor-Magnetfluss-Abschätzungseinheit
63 mit
einer achten Ermittlungseinheit
65 zum Ermitteln des Wertes
des aktuellen Stroms
(isdqs ), erhalten durch Multiplizieren berechneter
Spannungswerte
(νs*dqs ; νs*ds , νs*qs ) des stationären Bezugssystem-Umsetzers
und des Primärwiderstands
64,
und Ausgeben des Wertes; eine neunte Ermittlungseinheit
66 zum
Ermitteln des Ausgabewertes der achten Ermittlungseinheit
65 und
des Ausgabewertes der Steuereinheit
62 (noch zu beschreiben),
und Ausgeben des Wertes; einen dritten Integrierer
67 zum Integrieren
des Ausgabewertes der neunten Ermittlungseinheit
66; eine
zehnte Ermittlungseinheit
69 zum Ermitteln des Differenzwertes
zwischen einem Wert, erhalten durch Multiplizieren des aktuellen
Stroms
(isdqs ) durch eine Leckkomponente (σL
s)
68 des
magnetischen Flusses mit dem Ausgabewert des dritten Integrierers
57 und
einer Induktionsmotor-Konstanten
eine siebte Ermittlungseinheit
61 zum
Ermitteln des Wertes
(λ ^sdqr_vm ) ausgegeben nach der Multiplikation
des Ausgabewertes der zehnten Ermittlungseinheit
69 mit
der Induktionsmotor-Konstanten
und mit dem Ausgabewert
(λ ^sdqr_cm ) des
Umsetzers des zweiten stationären
Bezugsystems; eine Steuergerät
62 zum
Empfangen des ausgegebenen Wertes der siebten Entwicklungseinheit
61,
Ermitteln desselben als Proportional-Konstante, und Ausgeben der
Schätzwerte
(λ ^sdqr , λ ^sdr ; λ ^sqr ) des
Rotor-Magnetflusses; und eine Magnetfluss- und Geschwindigkeit-Ermittlungseinheit
69 zum
Empfangen des geschätzten
Wertes
(λ ^sdqr ) des magnetischen Flusses und Ermitteln des für die Vektorsteuerung
erforderlichen Wertes.
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Die
Betriebsweise der Abschätzungseinheit
für den
magnetischen Fluss und die Geschwindigkeit im sensorlosen Vektorsteuersystem-Steuersystem
eines Induktionsmotors, der wie oben beschrieben ausgebildet ist,
wird nun erklärt.
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Die
Operation der Abschätzung
für den
Magnetfluss und die Geschwindigkeit erfolgt durch Benutzen einer
CPU (Zentraleinheit) oder eines DSP (Digital-Signal-Prozessor).
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Die
Abschätzungseinheit
für den
magnetischen Fluss und die Geschwindigkeit der vorliegenden Erfindung,
die keinen Geschwindigkeitssensor aufweist, schätzt den Rotor-Magnetfluss (λ ^sdqr_cm ) gemäß einem Strommodell
ab, und sie bestimmt den Rotor-Magnetfluss (λ ^sdqr_vm ) gemäß einem
Spannungsmodell durch Benutzen des Stroms und der Spannung, ausgedrückt in einem
stationären
Bezugssystem. Sie erhält
den Differenzwert zwischen dem geschätzten Wert des Spannungsmodells
und dem geschätzten
Wert des Strommodells. Sie multipliziert den Differenzwert mit dem
Wert der Proportional-Konstanten im Verhältnis zur Geschwindigkeit des
Induktionsmotors, wodurch der geschätzte Wert (λ ^sdqr ) des magnetischen
Flusses erhalten wird. Dementsprechend können Werte (θ ^e, ω ^e, ω ^r, λ ^edr , λ ^eqr ω ^schlupf) unter Benutzung des Schätzwertes (λ ^sdqr ) des
magnetischen Flusses erhalten werden.
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Als
erstes soll nun die Betriebsweise der Abschätzeinrichtung 53 des
Rotor-Magnetflusses
gemäß dem Strommodell
beschrieben werden.
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Der
erste Koordinaten-Umsetzer 54 empfängt den aktuellen Strom (isdqs ) auf
dem stationären
Bezugssystem sowie den ausgegebenen Wert des zweiten Integrierers 55;
setzt sie in einen Strom des Synchron-Bezugssystems um und gibt
ihn aus.
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Demgemäß empfängt die
sechste Ermittlungseinheit
56 den durch die Multiplikation
des Ausgabewertes
(irdqs ) mit der Induktionsmotor-Konstanten
erhaltenen Wert, und empfängt gleichzeitig
den durch die Multiplikation des Rotor- Magnetflusses
(λ ^rdqr ) auf dem Synchron-Bezugssystem
mit der Zeitkonstanten
erhaltenen Wert, definiert
als Induktionsmotor-Konstante; sie berechnet die Differenz und gibt
sie aus.
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Anschließend empfängt der
erste Integrierer 58 den ausgegebenen Wert der sechsten
Ermittlungseinheit 55 und gibt den Rotor-Magnetfluss (λ ^rdqr ) an
das Synchron-Koordinatensystem aus. Dementsprechend empfängt der
Umsetzer 60 des zweiten Bezugssystems den ausgegebenen
Wert (λ ^rdqr ) des ersten Integrierers 58 und des ausgegebenen
Wertes des zweiten Integrierers 55; führt die Koordinaten-Umsetzung durch;
und gibt den Rotor-Magnetfluss (λ ^sdqr_cm ) gemäß dem Strommodell aus.
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Der
Rotor-Magnetfluss
(λ ^rdqr ) des Synchron-Bezugssystems gemäß dem Abschätzungsverfahren
für den
magnetischen Fluss wird wie folgt ermittelt:
wobei: „L
r” eine
Synchron-Reaktanz bezeichnet; „L
m” eine
magnetisierte Reaktanz bezeichnet, „r
r” bezeichnet den
Widerstand der Synchronisationsseite; und
„irds ” sowie „irqs ” bezeichnet den Strom
auf dem Synchron-Bezugssystem.
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Die
Gleichungen (1) und (2) dienen dazu, den Rotor-Magnetfluss auf dem
Synchron-Bezugssystem zu ermitteln, der im Verhältnis zum Rotor-Magnetfluss (λ ^sdr , λ ^sqr ) auf
dem statischen Koordinatensystem wie folgt ausgedrückt werden
soll: λ ^sdr = λ ^rdr cosθr – λ ^rqr sinθr (3) λ ^sqr = λ ^rdr sinθr + λ ^rqr cosθr (4)
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Die
Wirkungsweise der Abschätzeinheit
für den
Rotor-Magnetfluss gemäß dem Spannungsmodell
soll nunmehr beschrieben werden.
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Die
achte Ermittlungseinheit 65 berechnet den aktuellen Stromwert (isdqs ),
erhalten durch Multiplikation der Berechnungswert-Spannung (νs*dqs ) des
Umsetzers des stationären
Bezugssystems mit dem Primärwiderstand 64.
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Die
neunte Ermittlungseinheit 66 empfängt den ausgegebenen Wert der
achten Ermittlungseinheit 63 sowie den ausgegebenen Wert
der Steuereinheit 62, berechnet sie und gibt sie aus.
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Der
dritte Integrierer 67 integriert den ausgegebenen Wert
der neunten Ermittlungseinheit 66.
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Anschließend empfängt die
zehnte Ermittlungseinheit 69 den durch die Multiplikation
des aktuellen Stroms (isdqs ) mit der Leckkomponente des magnetischen
Flusses (σLs) 68 erhalten wurde, und berechnet
einen Differenzwert.
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Demgemäß kann der
Rotor-Magnetfluss
(λ ^sdqr_vm ) gemäß dem Spannungsmodell
durch Multiplizieren des Ausgabewertes der zehnten Ermittlungseinheit
69 mit
der Induktionsmotor-Konstanten
erhalten werden.
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Der
Rotor-Magentfluss (λ ^sdr , λ ^sqr ) auf dem statischen Koordinatensystem
gemäß dem Abschätzungsverfahren
des magnetischen Flusses kann durch die folgenden Gleichungen erhalten
werden: λ ^sds = ∫(Vsds – rsisds )dt (5) λ ^sqs = ∫(Vsqs – rsisqs )dt (6)
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Wobei „Vsds ” und „Vsqs ” die
Spannung auf dem stationären
Bezugssystem anzeigen; wobei in „isqs ” und „isds ” die Ströme auf dem
stationären
Bezugssystem anzeigen; und wobei „rs” den Primärwiderstand
angibt.
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Anhand
der Gleichungen (5) und (6) können
die folgenden Rotor-Magnetflüsse
(λ ^sdr , λ ^rqr ) unter
Berücksichtigung
des magnetischen Leckfluss-Komponente (σL
s)
des Stators erhalten werden:
wobei: „L
r” die
Synchron-Reaktanz bezeichnet; „L
m” die
magnetisierte Reaktanz bezeichnet; und
„isqs ” und „isds ” die Ströme auf dem
stationären
Bezugssystem bezeichnen.
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Dementsprechend
wird die Abschätzmethode
für den
Rotor-Magnetfluss, die das Strommodell benutzt, im unteren Geschwindigkeitsbereich
zusammen mit einem Tiefpassfilter benutzt, um die Erstellung eines Magnetfluss-Abschätzfehlers
gemäß der motorkonstanten
Veränderung
zu verhindern; während
das Rotor-Magnetfluss-Abschätzungsverfahren,
das das Spannungsmodell benutzt, im Hochgeschwindigkeitsbereich
zusammen mit einem Hochpassfilter angewandt wird, um Probleme wie
das Variations-Offset, die Sättigung
des Integrierers, den Abfall der Stator-Impedanz bei niedriger Geschwindigkeit
und den Magnetfluss-Abschätzfehler
durch Rauschen zu beseitigen.
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Da
das Strommodell und das Spannungsmodell eine Integralfunktion und
eine Differentialfunktion benutzen, kann zusätzlich das momentane Drehmoment – die Stärke der
Vektorsteuerung – gesteuert
werden. Dabei ist der für
das Steuergerät
benutzte Wert ein konstanter Wert proportional zur Geschwindigkeit
des Induktionsmotors, so dass er leicht im Geschwindigkeitsbereich
bestimmt werden kann.
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Die
nachfolgende Gleichung (9) kann durch Anwenden eines passenden Filters
am Spannungsmodell und am Strommodell erhalten werden.
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In
diesem Falle bedeutet der Schätzwert
(λ ^sdqr ) des
magnetischen Flusses, der für
die Vektorsteuerung benötigt
wird, einen magnetischen Fluss, der unter Benutzung des Rotor-Magnetflusses
(λ ^sdqr_cm ) gemäß dem Strommodell
sowie des Rotor-Magnetflusses
(λ ^sdqr_vm ) gemäß dem Spannungsmodell abgeschätzt wird.
Das Spannungsmodell verwendet den Hochpassfilter
während das Strom modell den Tiefpassfilter
benutzt, um den definitiven
Rotor-Magnetfluss
abzuschätzen.
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5 ist
eine Ansicht, die den Aufbau der Magnetfluss- und Geschwindigkeits-Betriebseinheit des sensorlosen
Vektorsteuersystems für
einen Induktionsmotor gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in 5 dargestellt ist, enthält die Magnetfluss- und Geschwindigkeits-Betriebseinheit des
sensorlosen Vektorsteuersystems des Induktionsmotors: eine Arc_tan()-Funktion 72 zum
Empfangen des geschätzten
Magnetflusswertes (λ ^sdqr ) und Abschätzen eines Magnetflusswinkels
(θ ^e); ein Differenzierglied 74 zum
Empfangen des geschätzten
Magnetflusswinkels und zum Abschätzen
der Magnetflusswinkel-Geschwindigkeit (ω ^e);
einen dritten Bezugssystem-Umsetzer 73 zum Empfangen des
geschätzten
Magnetflusswertes (λ ^sdqr ) und des Magnetflusswinkels (θ ^e), und zum Ausgeben eines Gleichstrom-Magnetflusses (λ ^edqr ) auf
dem Synchron-Bezugssystem; eine Einheit 75 zum Abschätzen der
Schlupf-Winkelgeschwindigkeit für
das Empfangen des Ausgabewertes des dritten Umsetzers des Bezugssystems,
sowie einen Strom (ieqs ) auf dem Synchron-Bezugssystem, und
Abschätzen
der Schlupf-Winkelgeschwindigkeit (ω ^schlupf);
und eine siebte Ermittlungseinheit 76 zum Ermitteln des
Ausgabewertes (ω ^e) des Differenziergliedes
und der geschätzten Schlupf-Winkelgeschwindigkeit
(ω ^schlupf), und zum Ausgeben einer geschätzten Geschwindigkeit
(ω ^r).
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise der Magnetfluss- und der Geschwindigkeit
des sensorlosen Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors, ausgebildet
wie oben beschrieben, erklärt
werden.
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Zuerst
wird der Magnetfluss-Winkel (θ ^e) unter Benutzung
des geschätzten
Magnetfluss-Winkels (λ ^sdqr ), erhalten aus dem Spannungsmodell,
dem Strommodell und der Arc_tan()-Funktion 72, abgeschätzt; und
der geschätzte
Magnetfluss-Winkels (θ ^e) wird empfangen,
um die Magnetfluss-Winkelgeschwindigkeit (ω ^e)
unter Benutzung des Differenziergliedes 74 abgeschätzt.
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Zu
diesem Zeitpunkt empfängt
der dritte Koordinatenumsetzer 73 den geschätzten Magentflusswert (λ ^sdqr ) und
den magnetischen Flusswinkel (θ ^e) und gibt
den Gleichstrom-Magnetfluss (λ ^edqr ) an das Synchron-Bezugssystem
aus; und die Einheit 75 zum Schätzen der Schlupf-Winkelgeschwindigkeit
empfängt
den magnetischen d-Achsen-Flusswert (λ ^edr ) des ausgegebenen Wertes (λ ^edqr ) des
Umsetzers des dritten Bezugssystems, sowie den Strom (ieqs ) auf
dem Synchron-Bezugssystem, und schätzt dann die Schlupf-Winkelgeschwindigkeit (ω ^schlupf). Dementsprechend kann die geschätzte Geschwindigkeit
(ω ^r) durch Berechnen des Ausgabewertes (ω ^e) des Differenziergliedes und der geschätzten Schlupf-Winkelgeschwindigkeit
(ω ^schlupf) erhalten werden.
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6 ist
eine Ansicht, die den Aufbau der Einheit zum Abschätzen des
Primärwiderstandes
im Hinblick auf die Abschätzung
des Primär-Widerstandswertes
des sensorlosen Vektorsteuersystems eines Induktionsmotors gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in 6 dargestellt, enthält die Primärwiderstand-Abschätzeinheit
zum Schätzen
des Primärwiderstandswertes
des sensorlosen Steuersystems: eine zwölfte Ermittlungseinheit 77 zum
Empfangen der d-Achsen-Spannung (νe*ds ) auf dem Synchron-Bezugssystem
sowie der d-Achsen-Spannung (νeds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem einer Eingabe-Spannungs-Ermittlungseinheit 78 (die
noch beschrieben wird), und sie ermittelt ihn; ein Steuergerät 79 zum
Empfangen des Ausgabewertes der zwölften Ermittlungseinheit 77 und
zum Ausgeben eines Primärwiderstand-Offsetwertes;
einen Begrenzer zum Empfangen des Primärwiderstand-Offsetwertes und
zum Begrenzen desselben auf einen vorbestimmten Wert; ein Tiefpassfilter 81 zum
Empfangen des Ausgabewertes des Begrenzers 80, wobei der
nicht benötigte
Abschnitt entfernt und ein gefilterter Wert (rs_offset)
ausgegeben wird; eine dreizehnte Ermittlungseinheit 82 zum
Ermitteln des Tiefpass gefilterten Wertes und des anfänglichen
Primärwiderstandswertes
(rs_init) und zum Schätzen eines Primärwiderstandswertes
(r ^s); und die Eingabespannung-Ermittlungseinheit 78 zum
Empfangen des geschätzten
Primärwiderstandswertes (r ^s), der Werte (ω ^e, ω ^r, λ ^edr , λeqr ) von
der Einheit zum Abschätzen
des Magnetflusses und der Geschwindigkeit sowie der zweiphasigen
Ströme (ieds ,
ieqs ) des Synchron-Bezugssystems, und zum Ausgeben der d-Achsen-Spannung (νeds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem.
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Nachfolgend
wird die Betriebsweise der Primärwiderstand-Abschätzeinheit
zum Schätzen
eines Primärwiderstandswertes
eines sensorlosen Vektorsteuersystems für einen Induktionsmotor erläutert, das
wie oben beschrieben, aufgebaut ist.
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Die
berechnete d-Achsen-Spannung (νe*ds ) des
synchronen Koordinatensystems und der Ausgabewerte (ω ^e, ω ^r, λ ^edr , λeqr ) der
Abschätzeinheit
für den
magnetischen Fluss und die Geschwindigkeit sowie die zweiphasigen
Ströme (ieds ,
ieqs ) des synchronen Koordinatensystems werden empfangen, um den
Primärwiderstandswert (r ^s) abzuschätzen; und dann wird der Primärwider standswert 17 der
Rotor-Magnetfluss-Abschätzeinheit
gemäß dem Spannungsmodell
so gesteuert, dass es unter Benutzung des geschätzten Primärwiderstandswertes (r ^s) variiert wird, wodurch der Induktionsmotor
selbst bei niedriger Geschwindigkeit stabil gesteuert werden kann.
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Die
zwölfte
Ermittlungseinheit 77 empfängt nämlich die d-Achsen-Spannung (νe*ds ) auf
dem Synchron-Bezugssystem sowie die d-Achsen-Spannung (νeds ) der Eingabe-Spannungsermittlungs-Einheit 78,
ermittelt dieselben und gibt sie aus. Dann empfängt das Steuergerät 79 den
ausgegebenen Wert und gibt den Primärwiderstands-Offsetwert aus.
Der Begrenzer 80 empfängt
den Primärwiderstands-Offsetwert
und begrenzt ihn auf einen vorbestimmten Wert. Der Ausgabewert des
Begrenzers 80 wird empfangen, wobei der unnötige Abschnitt
des Wertes beseitigt wird. Der gefilterte Wert (rs_offset)
wird ausgegeben, und dann werden der gefilterte Wert (rs_offset)
und der anfängliche
Primärwiderstandswert
(rs_init) werden ermittelt, um auf diese
Weise den Primärwiderstandswert
(r ^s) abzuschätzen.
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Die
nachfolgende Gleichung (10) wird von der Eingabespannung-Ermittlungseinheit
78 benutzt,
um die d-Achsen-Spannung
(νeds ) auf
dem Synchron-Bezugssystemzu erhalten.
wobei: „L
m” die
magnetisierte Reaktanz anzeigt; „L
r” die synchrone
Reaktanz anzeigt; und „r
r” den
Widerstand auf dem Synchron-Bezugssystem anzeigt.
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Wie
bisher beschrieben besitzt das sensorlose Vektorsteuersystem eines
Induktionsmotors gemäß der vorliegenden
Erfindung viele Vorteile.
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Beispielsweise
kann das Vektorsteuersystem, zum Ersten, selbst in einem Anwendungssektor
eingesetzt werden, der eine Spannungssteuerung wie etwa beim Papier,
bei einem Metallfilm, oder einer Faser erfordert, wobei nur eine
Vektorsteuerung und variable Geschwindigkeit erlaubt, weil die Geschwindigkeit
und das Drehmoment des Induktionsmotors gesteuert werden.
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Zweitens
wird das Problem gelöst,
dass aufgrund der Installation eines zusätzlichen Sensors in einem Anwendungssektor
verursacht wird, der eine Geschwindigkeitssteuerung und eine Drehmomentsteuerung
eines Induktionsmotors erfordert, und es wird eine präzise Vektorsteuerung
ausgeführt.
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Da
die Vektorsteuerung für
jeden Geschwindigkeitsbereich verfügbar ist, ohne dass ein Geschwindigkeitssektor
benutzt wird, kann das Vektorsteuergerät, drittens, zu einem selbständigen Erzeugnis
gemacht werden.
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Da
der Rechenaufwand zum Implementieren eines Algorithmus' nicht groß ist, kann
viertens die Geschwindigkeit des Induktionsmotors und die Drehmomentsteuerung
leicht mit einer üblichen
CPU oder einer DSP durchgeführt
werden.
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Da
schließlich
der Induktionsmotor nicht von einem Parameter besonders abhängt und
das System in einem stabilen Bereich betrieben wird, kann es leicht
bei einer industriellen Anlage angewandt werden.
) aus Gleichspannungskomponenten; 
) in dreiphasige Spannungen (
) aus Wechselspannungskomponenten; 
) und zum Antreiben eines Induktionsmotors (36); eine Stromdetektoreinheit (37) zum Detektieren und Ausgeben von dreiphasigen Strömen (ia, ib, ic) aus Wechselstromkomponenten, die zwischen dem Inverter (35) und dem Induktionsmotor (36)...
definiert durch die Induktionsmotor-Konstante; einen ersten Integrierer
erhaltenen Wert, definiert als Induktionsmotor-Konstante; sie berechnet die Differenz und gibt sie aus.
benutzt, um den definitiven Rotor-Magnetfluss abzuschätzen.
) aus Wechselspannungskomponenten; einen Inverter (
definiert durch die Induktionsmotorkonstante, erhalten wird; einen ersten Integrierer (
benutzt, um den endgültigen Rotormagnetfluss abzuschätzen.
