DE102006032092A1 - Synchronous motor operating method, involves determining rotor position of synchronous motor below given rotational speed using position sensor, where rotational speed lies in range of threshold frequency of sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betrieb eines Synchronmotors.The The invention relates to a method and a device for operation a synchronous motor.
Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und/oder Roboter weisen häufig schnell drehende Synchronmotoren auf. Diese werden häufig zum Antreiben von Werkzeugspindeln oder Rundachsen eingesetzt. Insbesondere schnell drehende Werkzeugspindeln weisen handelsüblich einen Rotorlagegeber mit einer relativ geringen Geberauflösung auf. Grund hierfür ist die eingeschränkte Grenzgeberfrequenz der Gebermodule. Bei handelsüblichen Gebermodulen liegt diese in der Regel bei 360 kHz und bei einer Kabellänge kleiner 10 m bei 420 kHz. Möchte man also einen Lagegeber mit 2.048 Strichen/Umdrehungen verwenden, so darf die Spindel nicht schneller als 12.300 U/min drehen. Andernfalls versagt die Geberauswertung, da die Grenzgeberfrequenz von 420 kHz überschritten wird. Beim Antrieb von Rundachsen, insbesondere beim Antrieb von Rundtischen mit Torquemotoren tritt dieses Problem ebenfalls auf. Wird z.B. ein Lagegeber mit 32.768 Strichen eingesetzt, so wird, die Grenzgeberfrequenz bereits bei 770 U/min (420 kHz) oder 660 U/min (360 kHz) erreicht. Aufgrund dieser Einschränkung muss handelsüblich bei z.B. Spindeln, die mit einer höheren Drehzahl rotieren, deshalb die Strichzahl des Gebers reduziert werden. Unangenehme Auswirkungen, die sich hierdurch insbesondere im Bereich kleinerer Drehzahlen störend auswirken sind:
- – größere Ungenauigkeiten
- – kleinere Störsteifigkeit
- – höheres Rauschen im Strom.
- - greater inaccuracies
- - minor interference stiffness
- - higher noise in the stream.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sowohl bei hohen Drehzahlen als auch bei niedrigen Drehzahlen einen optimalen Betrieb eines Synchronmotors zu ermöglichen.Of the Invention is based on the object, both at high speeds as well as at low speeds optimal operation of a Synchronous motor to enable.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Synchronmotors, wobei unterhalb einer vorgebaren Drehzahl eine Rotorlage des Synchronmotors mittels eines Lagegebers bestimmt wird und oberhalb der vorgebaren Drehzahl die Rotorlage des Synchronmotors mittels eines Rotorlageschätzverfahrens bestimmt wird.These Task is solved by a method for operating a synchronous motor, wherein below a vorgebaren speed a rotor position of the synchronous motor by means of a Position encoder is determined and above the vorgebaren speed the Rotor position of the synchronous motor by means of a Rotorlageschätzverfahrens is determined.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zum Betrieb eines Synchronmotors, wobei die Einrichtung ein Rotorlagebestimmungsmittel zum Betrieb des Synchronmotors aufweist, wobei das Rotorlagebestimmungsmittel derart ausgebildet ist, dass unterhalb einer vorgebaren Drehzahl eine Rotorlage des Synchronmotors mittels eines Lagegebers bestimmt wird und oberhalb der vorgebaren Drehzahl die Rotorlage des Synchronmotors mittels eines Rotorlageschätzverfahrens bestimmt wird.Farther this task is solved by a device for operating a synchronous motor, wherein the Means a rotor position determining means for operating the synchronous motor wherein the rotor position determining means is formed in such a way is that below a vorgebaren speed, a rotor position of the synchronous motor is determined by a position encoder and above the vorgebaren Speed the rotor position of the synchronous motor by means of a Rotorlageschätzverfahrens is determined.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausbildungen der Einrichtung und umgekehrt.advantageous Embodiments of the method are analogous to the advantageous Training of the institution and vice versa.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Rotorlageschätzverfahren die Rotorlage anhand einer vom Motor erzeugten elektromotorischen Gegenspannung bestimmt. Eine Bestimmung der Rotorlage anhand der vom Motor erzeugten elektromotorischen Gegenspannung, die fachspezifisch auch als elektromotorische Kraft (EMK) bezeichnet wird, in dem z.B. die Motorströme gemessen werden, welche sich durch die elektromotorische Gegenspannung verändern, stellt ein handelsübliches Rotorlageschätzverfahren dar.It proves to be advantageous when the Rotorlageschätzverfahren the rotor position based on an electric motor generated by the engine Counter tension determined. A determination of the rotor position on the basis of the Motor generated counter electromotive voltage, the specific also called electromotive force (EMF), in which e.g. the motor currents which are measured by the counter electromotive voltage change, represents a commercial one Rotor position estimation methods represents.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die vorgebare Drehzahl im Bereich der Grenzfrequenz des Lagegebers liegt. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass zum spätmöglichsten Zeitpunkt eine Umschaltung von dem genauen Rotorla gesignal des Rotorlagegebers auf die ungenauere geschätzte Lage des Rotors vom Rotorlageschätzverfahren erfolgt.Farther proves to be advantageous if the vorgebare speed in Range of the limit frequency of the position sensor is. By this measure is ensured that the latest possible Time switching from the exact Rotorla signal from the rotor position sensor on the less accurate estimated Position of the rotor from the Rotorlageschätzverfahren he follows.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die vorgebare Drehzahl größer als 10% der Maximaldrehzahl des Synchronmotors ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Rotorlageschätzverfahren die Rotorlage des Synchronmotors mit guter Genauigkeit bestimmt.Further it proves to be advantageous if the vorgebare speed greater than 10% of the maximum speed of the synchronous motor is. This will ensure that the rotor bearing estimation method determines the rotor position of the synchronous motor with good accuracy.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Synchronmotor eine Werkzeugspindel antreibt. Insbesondere Werkzeugspindeln werden in einem weiten Drehzahlbereich betrieben.Farther it proves to be advantageous if the synchronous motor is a tool spindle drives. In particular, tool spindles are in a wide speed range operated.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, eine Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder einen Roboter mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auszubilden, da die eingangs beschriebenen Problematiken, insbesondere bei diesen Arten von Maschinen auftreten. Selbstverständlich kann die Erfindung aber auch bei allen anderen Arten von Maschinen benutzt werden.Furthermore, it proves to be advantageous to form a machine tool, production machine and / or a robot with the device according to the invention, since the problema described above especially in these types of machines. Of course, the invention can also be used in all other types of machines.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Einrichtung als Steuerungseinrichtung und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Synchronmotors ausgebildet ist. Wenn die Einrichtung als Steuerungseinrichtung und/oder Regelungseinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Synchronmotors ausgebildet ist und das Rotorlagebestimmungsmittel somit integraler Bestandteil der Einrichtung ist, kann auf die Verwendung von zusätzlicher Hardware verzichtet werden.Further it proves to be advantageous if the device as a control device and / or regulating device for controlling and / or regulating the Synchronous motor is formed. If the device as a control device and / or regulating device for controlling and / or regulating the Synchronous motor is formed and the rotor position determining means Thus, being an integral part of the device may be based on the use from additional Hardware be waived.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigt:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below explained in more detail. there shows:
Erfindungsgemäß wird zum Betrieb eines Synchronmotors unterhalb einer vorgebbaren Drehzahl eine Rotorlage des Synchronmotors mittels eines Lagegebers zur Steuerung des Synchronmotors bestimmt und oberhalb der vorgebbaren Drehzahl die Rotorlage des Synchronmotors mittels eines Rotorlageschätzverfahrens zur Steuerung des Synchronmotors bestimmt. Die Rotorlage des Synchronmotors, d.h. der Drehwinkel des Rotors des Synchronmotors und/oder einer Rundachse wird vorzugsweise mit einem hochauflösenden Lagegeber, welcher eine hohe Strichzahl (Unterteilung der Maßverkörperung) aufweist, bestimmt, wobei mittels des Lagegebers im Bereich kleinerer Drehzahlen, insbesondere unterhalb der Grenzfrequenz des Lagegebers geregelt wird. Für Drehzahlen, welche die Grenzfrequenz des Lagegebers überschreiten wird dann auf ein Rotorlageschätzverfahren, insbesondere auf ein EMK-basiertes Rotorlageschätzverfahren (Elektromotorische Kraft) umgeschaltet.According to the invention is for Operation of a synchronous motor below a predefinable speed a rotor position of the synchronous motor by means of a position sensor for control the synchronous motor determined and above the predetermined speed the rotor position of the synchronous motor by means of a Rotorlageschätzverfahrens intended for controlling the synchronous motor. The rotor position of the synchronous motor, i.e. the angle of rotation of the rotor of the synchronous motor and / or a Rotary axis is preferably with a high-resolution position sensor, which a high number of increments (subdivision of the material measure), determines wherein by means of the position sensor in the range of lower speeds, in particular is controlled below the limit frequency of the position sensor. For speeds, which exceed the cutoff frequency of the position sensor is then on a rotor bearing estimation method, In particular, an EMF-based Rotorlageschätzverfahren (Electromotive force) switched.
In
Bei höherer Drehzahl wird die induzierte elektromotorische Gegenspannung höher. Bei einem EMK-basierten Rotorlageschätzverfahren wird die elektromotorische Gegenspannung über die statorfeste Spannungsgleichung unter Vernachlässigung der Unsymmetrie bestimmt zu
- ψF
- Flusswinkel des Läuferflusses des Synchronmotors
- ψ F
- Flow angle of the rotor flux of the synchronous motor
Aus
der Beziehung 1 kann also direkt die Rotorlage θ' bestimmt werden, wenn das Vorzeichen
der Drehzahl ω' bekannt ist. Das
Prinzip ist in
Solchermaßen werden
auch bei Verwendung eines hochauflösenden Lagegebers stets ein
optimaler Betrieb und eine optimale Steuerung des Synchronmotors
Mit Hilfe der Erfindung können z.B. schnell drehende Synchronspindeln auch für hochgenaue Anwendungen eingesetzt werden und hochgenaue Rundachsen können z.B. zum Schleudern oder Schrubben mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden.With Help the invention can e.g. fast-rotating synchronous spindles are also used for high-precision applications and highly accurate rotary axes can be used e.g. to skid or Scrubbing be rotated at high speed.
Claims (9)
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