DE102021202926A1 - Method for monitoring the operating mode of a variable-speed electric prime mover - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Betriebsart einer Drehzahl-veränderlichen elektrischen Asynchronmaschine, wobei die Asynchronmaschine bei einem Schienenfahrzeug zum Antrieb und zum Bremsen verwendet wird. Die Asynchronmaschine wird von einem Wechselrichter mit Spannung bzw. Strom gespeist, wobei durch Einstellung der Phasenlage der eingespeisten Spannungen bzw. Ströme die Betriebsart der Asynchronmaschine eingestellt und geregelt wird. Erfindungsgemäß wird ein Vorzeichen der elektrischen Schlupffrequenz der Asynchronmaschine ermittelt. Weiter wird ein Vorzeichen der Drehzahl der Asynchronmaschine ermittelt. Das Vorzeichen des Schlupffrequenz wird mit dem Vorzeichen der Drehzahl der Asynchronmaschine verglichen. Wenn Drehzahl und Schlupffrequenz gleiche Vorzeichen haben, wird auf die Betriebsart Antrieb erkannt. Wenn Drehzahl und Schlupffrequenz ungleiche Vorzeichen haben, wird auf die Betriebsart Bremsen erkannt. Das Vorzeichen einer der Schlupffrequenz proportionalen Größe wird aus den Ständerströmen und der Drehzahl der Asynchronmaschine ermittelt.The invention relates to a method for monitoring the operating mode of an electric asynchronous machine with a variable speed, the asynchronous machine being used in a rail vehicle for driving and for braking. The asynchronous machine is supplied with voltage or current by an inverter, the operating mode of the asynchronous machine being set and regulated by adjusting the phase position of the voltages or currents fed in. According to the invention, a sign of the electrical slip frequency of the asynchronous machine is determined. A sign of the rotational speed of the asynchronous machine is also determined. The sign of the slip frequency is compared with the sign of the speed of the asynchronous machine. If the speed and slip frequency have the same sign, the operating mode is recognized as drive. If speed and slip frequency have different signs, braking mode is recognized. The sign of a value proportional to the slip frequency is determined from the stator currents and the speed of the asynchronous machine.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Betriebsart einer Drehzahl-veränderlichen elektrischen Antriebsmaschine, insbesondere einer Asynchronmaschine.The invention relates to a method for monitoring the operating mode of a variable-speed electrical drive machine, in particular an asynchronous machine.
Als Antrieb von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, werden Asynchronmaschinen als Drehzahl-veränderliche elektrische Antriebsmaschinen nicht nur zum Antrieb, sondern auch zum Bremsen verwendet.As a drive for vehicles, in particular rail vehicles, asynchronous machines are used as variable-speed electric drive machines not only for driving but also for braking.
Dabei wird die Asynchronmaschine typischerweise von einem Wechselrichter gespeist, der Strom und Spannung für die Asynchronmaschine zur Verfügung stellt. Durch die Einstellung der Phasenlage von angelegten Spannungen bzw. der entsprechenden Ströme der Asynchronmaschine in Relation zum Magnetfeld der Asynchronmaschine wird deren Betriebsart „Antrieb“ bzw. „Bremsen“ eingestellt bzw. geregelt.The asynchronous machine is typically fed by an inverter that provides current and voltage for the asynchronous machine. By adjusting the phase position of applied voltages or the corresponding currents of the asynchronous machine in relation to the magnetic field of the asynchronous machine, its "drive" or "braking" operating mode is set or regulated.
Bei einem beabsichtigen Bremsen, insbesondere bei einer im Notfall erfolgenden Schnellbremsung oder Zwangsbremsung des Schienenfahrzeugs, muss sichergestellt sein, dass die Asynchronmaschine das Schienenfahrzeug auf keinen Fall mit einer antreibenden Kraft bzw. Kraftwirkung beaufschlagt, die der Bremswirkung entgegenstehen würde.In the case of intentional braking, particularly in the case of emergency braking or emergency braking of the rail vehicle, it must be ensured that the asynchronous machine does not under any circumstances apply a driving force or force effect to the rail vehicle that would oppose the braking effect.
Unter Schnellbremsung wird dabei im Eisenbahnwesen die Bremsung mit maximaler Bremskraft und schnellstmöglicher Wirkung verstanden. Sie wird von einem Triebfahrzeugführer in aller Regel nur in einem Gefahrfall eingeleitet bzw. angewendet. In the railway system, emergency braking is understood to mean braking with maximum braking force and the fastest possible effect. It is usually only initiated or used by a train driver in an emergency.
Unter Zwangsbremsung wird im Eisenbahnwesen eine Bremsung verstanden, die von Überwachungseinrichtungen oder durch eine Zugbeeinflussungseinrichtung eingeleitet wird.In the railway system, emergency braking is understood to mean braking that is initiated by monitoring devices or by a train control device.
Typischerweise ist für die oben beschriebene Sicherstellung beim Schienenfahrzeug eine Überwachung vorgesehen, die im Fehlerfall zuverlässig einen sicheren Zustand für den Bremsvorgang herbeiführt. Die Überwachung ist Schienenfahrzeugspezifisch und wird im Rahmen der Zulassung des Schienenfahrzeugs geprüft.Monitoring is typically provided for the above-described safeguard in the rail vehicle, which reliably brings about a safe state for the braking process in the event of a fault. The monitoring is specific to the rail vehicle and is checked as part of the approval of the rail vehicle.
Zur Vermeidung der beschriebenen Probleme bzw. von Fehlern ist es üblich, beim Bremsen die elektrische Antriebsmaschine abzuschalten.In order to avoid the problems described or errors, it is customary to switch off the electric drive machine when braking.
Dies hat den Nachteil, dass mechanische Bremskomponenten stark beansprucht werden und in Folge einem hohen Verschleiß unterliegen. Zusätzlich wird durch das Abschalten der elektrischen Antriebsmaschine auf die Möglichkeit verzichtet, Energie beim Bremsvorgang zurückzugewinnen.This has the disadvantage that mechanical brake components are subject to high stress and are consequently subject to high wear. In addition, by switching off the electric drive machine, the possibility of recovering energy during the braking process is dispensed with.
Eine weitere Möglichkeit zur Fehlervermeidung besteht darin, die der Asynchronmaschine zugeführte elektrische Leistung zu überwachen. Die Leistung ergibt sich durch Multiplikation der an der elektrischen Antriebsmaschine anliegenden Spannungen mit den zugehörigen Strömen. Durch die Leistungs-Überwachung wird auf die Antriebskraft der Asynchronmaschine auf das Schienenfahrzeug geschlossen.Another way to avoid errors is to monitor the electrical power supplied to the asynchronous machine. The power is obtained by multiplying the voltages applied to the electric drive machine by the associated currents. The power monitoring allows conclusions to be drawn about the driving force of the asynchronous machine on the rail vehicle.
Eine weitere Möglichkeit zur Fehlervermeidung besteht darin, im Rahmen der Überwachung den Strom im Zwischenkreis des speisenden Wechselrichters durch Messung zu ermitteln und ihn als Maß für die Leistung einer Analyse zuzuführen. Dies ist beispielswiese in der Druckschrift
Der Nachteil der beiden beschriebenen Leistungs-basierten Überwachungen ist, dass bei einer Verringerung der Geschwindigkeit stets vorhandene Messfehler bei der Leistungsermittlung den Rückschluss auf eine tatsächlich wirkende Antriebskraft stark verfälschen.
Daher ist es bislang üblich, bei langsamer Fahrt des Schienenfahrzeugs allein aus Sicherheitsgründen auf die Möglichkeit einer elektrischen Bremsung durch die Asynchronmaschine zu verzichten, was wiederum zum erhöhten Verschleiß von mechanischen Bremskomponenten führt.The disadvantage of the two power-based monitoring described is that when the speed is reduced, measurement errors that are always present when determining the power greatly falsify the conclusion about an actually acting driving force.
It has therefore hitherto been customary, for safety reasons alone, to dispense with the possibility of electrical braking by the asynchronous machine when the rail vehicle is traveling slowly, which in turn leads to increased wear of mechanical brake components.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Überwachung der Betriebsart einer Asynchronmaschine, die als Drehzahl-veränderliche elektrische Antriebsmaschine in einem Schienenfahrzeug eingesetzt ist, anzugeben, das genau und zuverlässig sowie bei geringem Aufwand realisierbar ist.It is the object of the present invention to specify an improved method for monitoring the operating mode of an asynchronous machine that is used as a variable-speed electric drive machine in a rail vehicle, which method can be implemented precisely and reliably and with little effort.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is solved by the features of claim 1. Advantageous developments are specified in the dependent claims.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Betriebsart einer Drehzahl-veränderlichen Drehstrom-Asynchronmaschine, die in einem Schienenfahrzeug sowohl zum Antrieb als auch zum Bremsen verwendet wird.The invention relates to a method for monitoring the operating mode of a variable-speed three-phase asynchronous machine that is used in a rail vehicle both for driving and for braking.
Die Erfindung basiert darauf, dass es bei einer sinnvollen Überwachung im Detail nicht auf eine absolute Höhe einer wirkenden elektrischen Brems- bzw. Antriebskraft ankommt. Es genügt bereits, überhaupt einen Unterschied zwischen den Betriebsarten „Antrieb“ und „Bremsen“ bei der Asynchronmaschine zu erkennen.The invention is based on the fact that meaningful monitoring in detail does not depend on an absolute level of an acting electrical braking or driving force. It is enough to even notice a difference between the "Drive" and "braking" operating modes can be recognized in the asynchronous machine.
Für diese Unterscheidung wird der elektrische Schlupf der Asynchronmaschine, auch Schlupffrequenz genannt, verwendet, welche die Differenz zwischen eingespeister Ständerfrequenz und mechanischer Rotorfrequenz bezogen auf die Polpaarzahl der Asynchronmaschine darstellt.For this distinction, the electrical slip of the asynchronous machine, also known as the slip frequency, is used, which represents the difference between the supplied stator frequency and the mechanical rotor frequency in relation to the number of pole pairs of the asynchronous machine.
Erfindungsgemäß wird das Vorzeichen der Schlupffrequenz mit dem Vorzeichen der Drehzahl der Asynchronmaschine verglichen.According to the invention, the sign of the slip frequency is compared with the sign of the speed of the asynchronous machine.
Haben Drehzahl und Schlupffrequenz gleiche Vorzeichen, dann treibt die Asynchronmaschine das Schienenfahrzeug an bzw. dann befindet sich diese in der Betriebsart „Antrieb“.If the speed and slip frequency have the same sign, then the asynchronous machine drives the rail vehicle or it is in the "drive" operating mode.
Bei unterschiedlichem Vorzeichen bremst die Asynchronmaschine das Schienenfahrzeug ab bzw. dann befindet sich diese in der Betriebsart „Bremsen“.If the sign differs, the asynchronous machine brakes the rail vehicle or it is then in the “braking” operating mode.
Die Drehzahl der Asynchronmaschine inklusive Vorzeichen wird mit Hilfe eines Sensors an der Welle der Asynchronmaschine bestimmt.The speed of the asynchronous machine, including the sign, is determined using a sensor on the shaft of the asynchronous machine.
Eine Berechnung der Schlupffrequenz aus Drehzahl und Ständerfrequenz ist oft problembehaftet. Zum einen ändert sich die Drehzahl der Asynchronmaschine bedingt durch betriebliche Anforderungen des Schienenfahrzeugs ständig. Zum anderen erzeugt die Regelung der Ständerfrequenz aufgrund laufender Änderungen im Solldrehmoment und der Drehzahl eine die Asynchronmaschine speisende Spannung, die nicht notwendigerweise sinusförmig und/oder periodisch ist.Calculating the slip frequency from speed and stator frequency is often problematic. On the one hand, the speed of the asynchronous machine changes constantly due to the operational requirements of the rail vehicle. On the other hand, the regulation of the stator frequency generates a voltage that feeds the asynchronous machine due to ongoing changes in the setpoint torque and the speed, which voltage is not necessarily sinusoidal and/or periodic.
Daher erfolgt in einer bevorzugten Weiterbildung die Ermittlung der Schlupffrequenz bzw. ihres Vorzeichens durch eine Analyse der Ströme in der Asynchronmaschine unter Verwendung eines Modells, das nachfolgend beschrieben wird.Therefore, in a preferred development, the slip frequency or its sign is determined by analyzing the currents in the asynchronous machine using a model that is described below.
Mit Hilfe des Modells wird ein Vorzeichen des mechanischen Drehmoments bestimmt. Das Modell beruht darauf, dass im Rotor der Asynchronmaschine Ströme mit der Schlupffrequenz fließen, wobei das Vorzeichen der Schlupffrequenz das Vorzeichen der Drehmomentrichtung wiedergibt.A sign of the mechanical torque is determined with the aid of the model. The model is based on the fact that currents with the slip frequency flow in the rotor of the asynchronous machine, with the sign of the slip frequency reflecting the sign of the torque direction.
Das Modell verwendet Differentialgleichungen zur Beschreibung des elektrischen und mechanischen Verhaltens der Asynchronmaschine, deren Details aus der Literatur bekannt sind - vgl. hierzu beispielsweise die Druckschrift „Geregelte Antriebe mit Drehfeldmaschinen und selbstgeführten Stromrichtern“ von Felix Jenni, Fachhochschule Nordwestschweiz, Hochschule für Technik, Ausgabe 2019, Kapitel 4.4.3.The model uses differential equations to describe the electrical and mechanical behavior of the asynchronous machine, the details of which are known from the literature - see, for example, the publication "Controlled drives with induction machines and self-commutated converters" by Felix Jenni, University of Applied Sciences Northwestern Switzerland, University of Applied Sciences, 2019 edition , Chapter 4.4.3.
Das konkret verwendete Modell wird nachfolgend näher ausgeführt.The specific model used is explained in more detail below.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird für den Fall, das die Überwachung bei einem beabsichtigen Bremsen des Schienenfahrzeugs bei der Asynchronmaschine die Betriebsart „Antrieb“ erkannt wird, der Wechselrichter, der der Asynchronmaschine zur elektrischen Versorgung vorgeschaltet ist, gesperrt. Dies wird im Sinne einer „sicheren Sperre“ im Rahmen der Zulassung des Schienenfahrzeugs verstanden.In a further preferred development, the inverter, which is connected upstream of the asynchronous machine for the electrical supply, is blocked in the event that the monitoring system detects the “drive” operating mode when the rail vehicle is intended to brake when the asynchronous machine is used. This is understood in terms of a "safe lock" as part of the approval of the rail vehicle.
Durch die vorliegende Erfindung wird bei geringem Aufwand eine zuverlässige Überwachung und Erkennung der Betriebsarten der Asynchronmaschine „Antreiben“ bzw. „Bremsen“ realisiert, zusätzliche Messwandler für Strom und Spannung werden nicht benötigt.With the present invention, reliable monitoring and detection of the “driving” and “braking” operating modes of the asynchronous machine is implemented with little effort, additional measuring transformers for current and voltage are not required.
Durch die vorliegende Erfindung wird eine zuverlässige, elektrische Bremsung auch bei geringen (Rest-) Geschwindigkeiten des Schienenfahrzeugs ermöglicht.The present invention enables reliable, electrical braking even at low (residual) speeds of the rail vehicle.
Durch die vorliegende Erfindung wird insbesondere eine zuverlässige Schnellbremsung oder Zwangsbremsung des Schienenfahrzeugs sichergestellt.The present invention ensures, in particular, reliable emergency braking or emergency braking of the rail vehicle.
Durch die vorliegende Erfindung wird der Verschleiß von mechanischen Komponenten der Bremse des Schienenfahrzeugs reduziert, da die elektrische Bremswirkung der Asynchronmaschine die Bremswirkung der mechanischen Komponenten unterstützt.The wear of mechanical components of the rail vehicle's brake is reduced by the present invention, since the electrical braking effect of the asynchronous machine supports the braking effect of the mechanical components.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand einer Zeichnung am Beispiel einer Kurzschlussläufer-Asynchronmaschine konkreter ausgeführt. Dabei zeigt:
-
1 ein Ersatzschaltbild einer Asynchronmaschine, -
2 eine prinzipielle Struktur für ein Modell der Asynchronmaschine zur Berechnung des Vorzeichens des Drehmoments, und -
3 mit Bezug auf2 das detaillierte Modell zur Berechnung des Vorzeichens des Drehmoments.
-
1 an equivalent circuit diagram of an asynchronous machine, -
2 a basic structure for a model of the asynchronous machine for calculating the sign of the torque, and -
3 regarding2 the detailed model for calculating the sign of the torque.
Die nachfolgenden, bekannten Gleichungen zum Ersatzschaltbild einer Asynchronmaschine sind aus der Druckschrift „Geregelte Antriebe mit Drehfeldmaschinen und selbstgeführten Stromrichtern“ von Felix Jenni, Fachhochschule Nordwestschweiz, Hochschule für Technik, Ausgabe 2019, Kapitel 4.4.3., entnommen.The following, known equations for the equivalent circuit diagram of an asynchronous machine are taken from the publication "Regulated drives with rotary field machines and self-commutated converters" by Felix Jenni, University of Applied Sciences Northwestern Switzerland, University of Applied Sciences, Edition 2019, Chapter 4.4.3.
Mit Bezug auf das T-Ersatzschaltbild einer allgemeinen Asynchronmaschine gelten die folgenden Differentialgleichungen in Raumzeigerdarstellung in einem mit einer Kreisfrequenz ωkrotierenden Koordinatensystem:
- uS
- Spannungs-Drehzeiger (Raumzeiger, Momentanwert), Statorseite,
- iS
- Strom-Drehzeiger (Raumzeiger, Momentanwert), Statorseite,
- RS
- Widerstand, Statorseite,
- LσS
- Streuinduktivität, Statorseite,
- Lh
- Hauptinduktivität,
- LS
- Statorinduktivität,
- ΨS
- Statorfluss, Statorflussverkettung,
- im
- Strom (Momentanwert), Magnetisierung,
- uR
- Spannungs-Drehzeiger (Momentanwert), Rotorseite,
- iR
- Strom-Drehzeiger (Raumzeiger, Momentanwert), Rotorseite,
- RR
- Widerstand, Rotorseite,
- LσR
- Streuinduktivität, Rotorseite,
- LR
- Rotorinduktivität,
- ΨR
- Rotorfluss, Rotorflussverkettung (Raumzeiger, Momentanwert),
- ωK
- Kreisfrequenz des Koordinatensystems,
- p
- Zahl der Polpaare,
- ωme
- mechanische Kreisfrequenz (Welle der Drehstrommaschine),
- Mme
- mechanisches Drehmoment,
- Im(x)
- Imaginärteil von x
- US
- Voltage rotation vector (space vector, instantaneous value), stator side,
- iS
- Current rotary pointer (space vector, instantaneous value), stator side,
- RS
- resistance, stator side,
- LσS
- leakage inductance, stator side,
- Lh
- main inductance,
- LS
- stator inductance,
- ΨS
- stator flux, stator flux linkage,
- in the
- current (instantaneous value), magnetization,
- uR
- Voltage rotary pointer (instantaneous value), rotor side,
- iR
- Current rotary pointer (space vector, instantaneous value), rotor side,
- RR
- resistance, rotor side,
- LσR
- leakage inductance, rotor side,
- LR
- rotor inductance,
- ΨR
- rotor flux, rotor flux linkage (space vector, instantaneous value),
- ωK
- angular frequency of the coordinate system,
- p
- number of pole pairs,
- ωme
- mechanical circular frequency (shaft of the three-phase machine),
- Mme
- mechanical torque,
- Im(x)
- imaginary part of x
Dabei beschreibt:
- - Gleichung (1) eine Stator-seitige Maschengleichung,
- - Gleichung (2) eine Rotor-seitige Maschengleichung und
- - Gleichung (5) das mechanische Drehmoment der Asynchronmaschine.
- - Equation (1) a stator-side mesh equation,
- - Equation (2) a rotor-side mesh equation and
- - Equation (5) the mechanical torque of the asynchronous machine.
Für die Berechnung des mechanischen Drehmoments muss neben den messbaren Strömen iS auch der Rotorfluss ΨR bekannt sein.In order to calculate the mechanical torque, the rotor flux Ψ R must be known in addition to the measurable currents i S .
Wählt man als Koordinatensystem ωK = p*ωme und uR = 0, weil es sich um eine Kurzschlußläufer-Asynchronmaschine handelt, so ergibt sich aus Gleichung (2):
Löst man Gleichung (6) nach dem Rotorstrom iR auf, ergibt sich:
Setzt man Gleichung (6a) in Gleichung (4), ergibt sich als Differentialgleichung für den Rotorfluss:
Mit Gleichung (7) und mit Gleichung
Für eine exakte Bestimmung des Drehmoments Mme wären als Parameter die in den Gleichungen verwendeten Induktivitäten und Widerstände erforderlich. Zu beachten ist außerdem, dass sich die Widerstände aufgrund verändernder Temperaturen der Asynchronmaschine ebenfalls ändern. Eine exakte Bestimmung ist daher aufwendig.For an exact determination of the torque Mme, the inductances and resistances used in the equations would be required as parameters. It should also be noted that the resistances also change due to changing temperatures of the asynchronous machine. An exact determination is therefore complex.
Jedoch ist es im Rahmen der Erfindung nur nötig, eine Unterscheidung zwischen „Antreiben“ oder „Bremsen“ im Rahmen der Überwachung zu erkennen, die nicht durch den exakten Wert, sondern nur durch das Vorzeichen des mechanischen Drehmoments bestimmt ist.However, within the scope of the invention it is only necessary to recognize a distinction between "driving" and "braking" within the scope of the monitoring, which is not determined by the exact value but only by the sign of the mechanical torque.
Diese Vereinfachung wird im nachfolgend in
Dem Modell MOD werden als Eingangsgrößen die gemessenen Ständerströme I1, I2, I3 sowie die mechanische Kreisfrequenz ωme als gemessene Drehzahl der Asynchronmaschine zugeführt.The measured stator currents I1, I2, I3 and the mechanical angular frequency ω me as measured speed of the asynchronous machine are fed to the model MOD as input variables.
Das Modell MOD liefert als Ausgangsgröße das Vorzeichen des Drehmoments DMVZ.The MOD model supplies the sign of the torque DMVZ as an output variable.
Das Modell MOD ist so beschaffen, dass dessen Stabilität und Wirkungsweise nachvollziehbar und validierbar ist.The MOD model is designed in such a way that its stability and mode of action can be understood and validated.
Da es nicht auf den absoluten Wert des Drehmoments Mme ankommt, ist das Modell robust gegenüber Parameteränderungen der Realität ausgestaltet. Entsprechend wird auf eine Nachführung von thermischen Veränderungen von Parametern verzichtet.Since the absolute value of the torque Mme is not important, the model is designed to be robust to parameter changes in reality. Accordingly, there is no tracking of thermal changes in parameters.
Im Modell MOD wird somit ein abstraktes, parameterunabhängiges Drehmoment Mme berechnet, von dem nur das Vorzeichen zur Auswertung gelangt.In the MOD model, an abstract, parameter-independent torque Mme is calculated, of which only the sign is evaluated.
Dabei werden in einem mit ωK = p*ωme umlaufenden Koordinatensystem die Gleichungen
Gleichung (9) wird in
- Einem ersten Block B1 werden die gemessenen Ständerströme I1, I2, I3 als kombinierter Raumzeiger iS sowie die Drehzahl ωme als Eingangssignale zugeführt.
- A first block B1 is supplied with the measured stator currents I1, I2, I3 as a combined space vector i S and the speed ω me as input signals.
Die Raumzeiger der gemessenen Ständerströme werden in ein mit ωK = p*ωme umlaufendes Koordinatensystem gedreht, um eine Wirkung auf den Rotorfluss bzw. auf eine dazu proportionale Größe zu erhalten.The space vectors of the measured stator currents are rotated into a revolving coordinate system with ω K = p*ω me in order to obtain an effect on the rotor flux or on a variable proportional thereto.
Für diese Drehung wird die gemessene Drehzahl ωme unter Berücksichtigung der Polpaarzahl p einer Integration Integ unterzogen und daraus ein Winkel a berechnet, der zur Drehung verwendet wird.For this rotation, the measured speed ω me is subjected to an integration Integ, taking into account the number of pole pairs p, and from this an angle a is calculated, which is used for the rotation.
Der Winkel a kennzeichnet dabei die Lage des Rotors im umlaufenden Koordinatensystem.The angle a characterizes the position of the rotor in the revolving coordinate system.
Der Raumzeiger der gemessenen Ständerströme is wird durch eine Drehoperation um den negativen Winkel -a in das Koordinatensystem des drehenden Rotors umgerechnet.The space vector of the measured stator currents i s is converted into the coordinate system of the rotating rotor by a rotation operation through the negative angle -a.
Dies entspricht der Rotation des Statordrehfeldes, das vom Rotor aus wahrgenommen wird.This corresponds to the rotation of the stator rotating field, which is perceived from the rotor.
Durch Induktion wird das Statordrehfeld auf den Rotor übertragen und bildet dort das Rotormagnetfeld.The stator rotating field is transferred to the rotor by induction and forms the rotor magnetic field there.
Das Rotormagnetfeld baut sich im stationären Zustand mit einer Rotorzeitkonstante auf.The rotor magnetic field builds up in the steady state with a rotor time constant.
Dies wird im Modell in einem zweite Block B2 durch ein PT1-Glied nachgebildet, das einer Glättung erster Ordnung der Ausgangssignale des ersten Blocks B1 entspricht.This is simulated in the model in a second block B2 by a PT1 element, which corresponds to first-order smoothing of the output signals of the first block B1.
Dabei stellt eine Rotorzeitkonstante des PT1-Glieds einen Parameter dar, der sich aus den Maschinenparametern berechnet. Dessen genaue Ermittlung ist unwichtig, da sich Abweichungen nur auf das transiente, jedoch nicht auf das stationäre Verhalten auswirken.A rotor time constant of the PT1 element represents a parameter that is calculated from the machine parameters. Its exact determination is unimportant, since deviations only affect the transient but not the steady-state behavior.
Das Ergebnis des zweiten Blocks B2 entspricht dem Magnetisierungsstrom im Rotor mit Zeiger im Koordinatensystem des Rotors.The result of the second block B2 corresponds to the magnetizing current in the rotor with a pointer in the coordinate system of the rotor.
In einem dritten Block B3 erfolgt eine Rückdrehung des Rotormagnetfelds durch den Winkel +a in das Statorkoordinatensystem.In a third block B3, the rotor magnetic field is rotated back through the angle +a into the stator coordinate system.
In einem vierten Block B4 erfolgt letztlich die Drehmoment-Berechnung bzw. die Bestimmung des Vorzeichens des Drehmoments DMVZ gemäß Gleichung (8).Finally, in a fourth block B4, the torque is calculated or the sign of the torque DMVZ is determined according to equation (8).
Dabei wird das Drehmoment bzw. dessen Vorzeichen DMVZ durch eine Multiplikation der Ergebnisse des dritten Blocks B3 mit dem konjugiert-komplexen Raumzeiger der Ständerströme ermittelt.The torque or its sign DMVZ is determined by multiplying the results of the third block B3 with the conjugate-complex space vector of the stator currents.
Das hier beschriebene Modell ist sehr einfach aufgebaut und daher leicht implementierbar. Es ist auf spezielle Maschinenparameter nicht angewiesen und muss im laufenden Betrieb nicht adaptiert werden.The model described here is very simple and therefore easy to implement. It is not dependent on special machine parameters and does not have to be adapted during operation.
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- WO 2016134964 A1 [0011]WO 2016134964 A1 [0011]
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Patent Citations (2)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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JENNI, Felix (Autor); Fachhochschule Nordwestschweiz - Hochschule für Technik (Hrsg.): Geregelte Antriebe mit Drehfeldmaschinen und selbstgeführten Stromrichtern. Windisch : 2019. S. 1-252. URL: https://felixjenni.ch/dokumente/Ger_Antriebe.pdf [abgerufen am 2021-04-21]. |
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