DE19523971B4

DE19523971B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Regeln eines Induktionsmotors

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Publication number: DE19523971B4
Application number: DE19523971A
Authority: DE
Inventors: Akira Nagoya Imanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2015-07-01
Also published as: HK1009662A1; JPH0880100A; GB9512845D0; GB2290888A; DE19523971A1; GB2290888B; US5629597A

Abstract

Regeleinheit für einen Induktionsmotor (1) mit
– einer Stromdetektoreinheit (2) zum Erfassen eines Primärstroms (I_1U, I_1V) in dem Induktionsmotor (1);
– einem Koordinatenwandler (14) zum Berechnen der feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors aus dem von der Stromdetektoreinheit (2) erfassten Primärstrom (I_1U, I_1V) sowie aus einem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*);
– einer Recheneinheit (15b) für einen Fehlerstrom (I_err), in die die feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors, der Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), der Sollwert der feldbildenden Stromkomponente (I_1d*) und ein Korrekturwert (Δσ) für einen voreingestellten Streukoeffizienten (σ*) eingegeben werden und die den Fehlerstrom (Ierr) berechnet gemäß I_err = I_1d* – I_1d+ (σ* + Δσ)·I_1q ²/(I_1d* – (σ* + Δσ)·I_1d)
– einer Korrektureinheit (11b) für den Primärwiderstand (R₁), in die der Fehlerstrom (I_err) eingegeben wird und die mittels eines mindestens einen integralen Faktor einschließenden Algorithmus einen Korrekturwert (ΔR₁) für den voreingestellten Primärwiderstand (R₁) berechnet;
– einer...

Description

Die vorligende Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinheit mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 3 und ein Regelverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 bzw. 4
Eine herkömmliche Regeleinheit der Art, mit der sich die Erfindung befaßt, ist in 30 gezeigt und umfaßt einen Induktionsmotor 1, eine Transistor-Wechselrichterschaltung 26 zum Antrieb des Induktionsmotors 1 mit variabler Frequenz, einen Frequenz-Sollwertgeber 22, einen Funktionsgenerator 23, eine Sollwertgeberschaltung 24 für eine erste Spannung sowie eine PWM-Schaltung 25.
In einem Induktionsmotor mit der vorstehend beschriebenen Regeleinheit wird die Frequenz wie folgt geregelt.
31 zeigt eine Ersatzschaltung des T-Typs für eine Phase eines bekannten Induktionsmotors. In dieser Fig. ist folgendes zu sehen: ein Primärwiderstand R₁, ein Sekundärwiderstand R₂, eine primäre Querinduktivität 1₁ , eine sekundäre Querinduktivität 1₂ , eine primäre/sekundäre Gegeninduktivität M, eine Primärfrequenz ω₁, eine Schlupffrequenz ω_s, eine Primärspannung V₁, eine Spaltinduktionsspannung E₀, ein Primärstrom I₁ sowie ein Sekundärstrom I₂.
Der Spaltmagnetfluß Φ₀ wird durch die Induktionsspannung E₀ und die Primärfrequenz ω₁ bestimmt, und da die Zeitintegration der Spannung den Magnetfluß anzeigt, erhält man die Gleichung (1): Φ0 = E0/ω1 (1)
Ein Strom I_2r, der auf diesen Magnetfluß Φ₀ einwirkt und ein Drehmoment erzeugt, ist eine wirksame Komponente eines Sekundärstroms I₂, nämlich das Element gleicher Phase der Indukti onsspannung E₀. Folglich ergibt sich I_2r aus der Gleichung (2), wie in 31 gezeigt:
Das von einem Induktionsmotor erzeugte Drehmoment T_e ist proportional zum Produkt des Magnetflusses ϕ₀ und des Stroms I_2r, so daß die Gleichung (3) wie folgt geschrieben werden kann: Te = KΦ0I2r (3)
Hierin ist K proportional konstant.
Setzt man in die Gleichung (3) die Gleichungen (1) und (2) ein, so erhält man die Gleichung (4):
Wenn E₀/ω₁ auf konstantem Wert gehalten wird, ändert sich aus der Gleichung (4) das erzeugte Drehmoment T_e entsprechend der Schlupffrequenz ω_s. In diesem Schritt wird das maximale Drehmoment T_max durch Differenzieren der Gleichung (4) hinsichtlich der Schlupffrequenz ω_s und dadurch erhalten, daß der Zähler auf Null gesetzt wird. So wird das maximale Drehmoment durch Gleichung (5) erhalten:
Aus diesem Grund hat das maximale Drehmoment T_max keine Auswirkung auf ω₁, wenn E₀/ω₁ auf konstantem Wert gehalten wird.
Da jedoch in der Praxis die Induktionsspannung E_Q nicht leicht festzustellen ist, wird im allgemeinen ein sogenanntes V/F-Konstantregelungssystem verwendet, in welchem die Primärspannung V zu ω₁ proportional gemacht wird, um den Wert von V₁/ω₁ konstant zu machen. In diesem Fall kann in einem Be reich, in dem die Primärfrequenz ω₁ niedrig ist, der Spannungsabfall aufgrund des Primärwiderstandes R₁ im Verhältnis zu Primärspannung V₁ nicht ignoriert werden, so daß V₁ im voraus um einen Spannungswert größer gemacht wird, der R₁I₁ im niederfrequenten Bereich äquivalent ist.
Die in 30 gezeigte Regeleinheit arbeitet wie folgt:
Aus den oben genannten Gründen wird der Sollwert der Primärfrequenz ω₁*, den der Frequenz-Sollwertgeber 22 ausgibt, basierend auf der mit durchgezogener Linie in 32 angedeuteten Funktionsbeziehung, als Eingabe in den Funktionsgenerator 23 bereitgestellt, der einen Sollwert der Amplitude V₁* der Primärspannung ausgibt.
Dann führt die Sollwertgeberschaltung 24 für die primäre Spannung eine Berechnung mit dem Sollwert der Amplitude V₁* für die Primärspannung und dem Sollwert der Primärfrequenz ω₁* unter Verwendung der Gleichung (6) durch und gibt die Sollwerte der Primärspannungen V_1u*, V_1v* und V_1W* an die entsprechenden ersten Spulen des Induktionsmotors 1. V1u* = V1*cos ω1*t V1v* = V1*cos (ω1*t – 2π/3) V1w* = V1*cos (ω1*t + 2π/3) (6)
Dann erzeugt die PWM-Schaltung 25 ein Basissignal zum Steuern der EIN/AUS-Vorgänge eines hier nicht gezeigten Transistors, der eine Transistor-Wechselrichterschaltung 26 bildet, und zwar entsprechend den Sollwerten der Primärspannung V_1u*, V_1v*, V_1W*, und infolgedessen werden die tatsächlich dem Induktionsmotor 1 zugeführten Primärspannungen so geregelt, daß sie den entsprechenden Sollwerten folgen. Aus diesem Grund kann der Induktionsmotor 1, genauer gesagt seine Drehgeschwindigkeit entsprechend dem Sollwert der Primärfrequenz ω₁* geregelt werden.
Wenn es bei einer Regeleinheit für den herkömmlichen Induktionsmotor gemäß obiger Beschreibung erforderlich ist, ein großes Drehmoment zu erzeugen, wenn der Motor mit niedriger Geschwindigkeit läuft, muß der Sollwert der Primärspannung V₁* auf einen höheren Wert gesetzt werden, damit ein Spannungsabfall, wie 28 zeigt, ausgeglichen werden kann, um den durch den Primärwiderstand R₁ verursachten Spannungsabfall zu korrigieren.
Allerdings ändert sich der Primärwiderstand R₁ mit der Temperatur, so daß es sehr schwierig ist, den Spannungsabfall genau auszugleichen. Wenn die zum Ausgleich des Spannungsabfalls verursachte Spannungserhöhung geringer ist als der tatsächliche Spannungsabfall, wird folglich bei konstantem Anlegen eines Lastdrehmomentes an den Induktionsmotor das bei langsamer Drehgeschwindigkeit erzeugte Drehmoment in so starkem Maße unzureichend, daß der Induktionsmotor nicht angelassen werden kann. Wird andererseits zum Ausgleich des Spannungsabfalls eine zu starke Spannungserhöhung vorgesehen, muß der Betrieb der Inverterschaltung angehalten werden, um diese vor Beschädigung durch Überstrom zu schützen, der entsteht, weil bei langsamer Umdrehungsgeschwindigkeit ein großer Primärstrom fließt, was von großem Nachteil ist.
Selbst wenn das erzeugte Drehmoment gleichbleibend ist, ändert sich das Gesamtträgheitsmoment, so daß die Änderungsgeschwindigkeit der Umdrehungsgeschwindigkeit des Induktionsmotors eine andere wird. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit des Sollwertes der Primärfrequenz ω₁* nicht ordnungsgemäß eingestellt wird, kann aus diesem Grund eine Beschleunigung oder Verlangsamung des Induktionsmotors nicht ordnungsgemäß entsprechend ω₁* durchgeführt werden, und manchmal kann ein starker Primärstrom darin fließen, so daß der Betrieb der Inverterschaltung angehalten werden muß, um sie vor Überstrom zu schützen.

Zur Lösung der genannten Probleme hat der Erfinder der eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor vorgeschlagen, bei der keine solchen Probleme wie Drehmomentmangel oder Überstrom auftreten, selbst wenn der Wert des Primärwiderstandes R₁ im Induktionsmotor sich aufgrund der Temperatur ändert, und die im übrigen nicht von der Änderungsgeschwindigkeit der Induktionsmotorsangetriebenen Maschine oder vom Sollwert der Primärfrequenz ω₁* abhängt, und die darüber hinaus immer ordnungsgemäß die Drehgeschwindigkeit eines Induktionsmotors unter stabilen Bedingungen steuern kann.

Auch die japanische Patent-Offenlegungsschrift 02-299493 offenbart ein Verfahren zum Korrigieren eines eingestellten Wertes eines primären Widerstandes. Bei diesem herkömmlichen Ansatz wird aus einer Spannung und einem Strom in einem Motor, die von einem Spannungsdetektor bzw. einem Stromdetektor festgestellt werden, ein sekundärer Verkettungsmagnetfluß errechnet. Der Primärwiderstandswert wird entsprechend dem Ausmaß der Amplitudenabweichung zwischen dem Sollwert und dem berechneten Wert korrigiert.

Allerdings wird bei diesem herkömmlichen Ansatz der Spannungsabfall im Primärschaltkreis von einer Spannung an einem Anschluß des Motors subtrahiert und die Differenz zeitintegriert, um den sekundären Verkettungsmagnetfluß zu erhalten. Wegen dieser Zeitintegration ist eine genaue Motorspannung erforderlich, und das bedeutet, daß ein gesonderter Spannungsdetektor vorgesehen werden muß, was von Nachteil ist. Aus diesem Grund ist ein Regelungsverfahren nötig, welches keine Mittel zum Berechnen eines Magnetflusses, wie eines sekundären Verkettungsmagnetflusses braucht.

33 ist ein Blockschaltbild, welches den allgemeinen Aufbau der oben beschriebenen Regeleinheit für einen Induktionsmotor zeigt (japanische Patent-Offenlegungsschrift 05-30792). 33 zeigt einen Stromdetektor 2, der einen im Induktionsmotor 1 fließenden Primärstrom feststellt, eine Umformerschaltung variabler Frequenz 3, die in einer Stufe vor dem Induktionsmotor 1 vorgesehen ist, ein Sollwertgeber für die feldbildende Stromkomponente 4, die im Induktionsmotor 1 eine feldbildende Stromkomponente hervorruft, eine Rechenschaltung für die induzierte Spannung 5a, die mit dem Sollwertgeber 4 für die feldbildende Stromkomponente und mit einem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist und einen Sollwert für die induzierte Spannung ausgibt, eine Rechenschaltung für ein Fehlerstromelement 6, die mit dem Stromdetektor 2, dem Sollwertgeber für die feldbildende Stromkomponente 4 und dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, feldorientierte Komponenten des Primär-Stromvektors, nachstehend als Primärstromelement bezeichnet, berechnet, die jeweils eine Phase haben, die sich um 90° von den anderen vom Primärstrom im Induktionsmotor 1 und dem Sollwert der Primärfrequenz unterscheidet; und ferner einen Fehlerstrom basierend auf dem Sollwert der feldbildenden Stromkomponente und dem Primärstrom errechnet, eine Rechenschaltung für Kompensationsspannung 7a, die mit der Fehlerstromelement-Rechenschaltung 6, dem Frequenz-Sollwertgeber 9, der Primärwiderstand-Einstelleinheit 10 und einer Korrekturschaltung für primäre Widerstandskorrektur 11a verbunden ist und eine Korrekturspannung errechnet, und eine Rechenschaltung für einen Sollwert der Primärspannung 8, die mit der Korrekturspannungs-Rechenschaltung 7a, der Rechenschaltung 5a für die induzierte Spannung und dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist und einen Sollwert der Primärspannung beruhend auf dem Sollwert der induzierten Spannung und der Korrekturspannung ausgibt.

Die Schaltung arbeitet wie folgt:
Ein Sollwert der induzierten Spannung V_1q0* wird von der Rechenschaltung 5a für die induzierte Spannung aus L₁* errechnet, einem vorherbestimmten Wert der primären Selbstinduktivität, die zuvor in einer Faktoreinstelleinheit in der Rechenschaltung für die induzierte Spannung eingestellt wurde, einem Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d*, der von dem Sollwert der feldbildenden Stromkomponente 4 eingegeben wurde, und einem Sollwert der Primärfrequenz ω₁*, der vom Frequenz-Sollwertgeber 9 eingegeben wurde. Hierzu wird die Gleichung (7) benutzt und das Ergebnis an die Rechenschaltung 8 für den Sollwert der Primärspannung an die Rechenschaltung 8 für den Sollwert der Primärspannung ausgegeben. V1q0* = L1*ω1*I1d (7)

Die vom Stromdetektor 2 erfaßten Primärströme I_1u und I_1v werden auf dem rotierenden Koordinatensystem (d-q Koordinatensystem) umgewandelt, welches entsprechend dem Sollwert der Primärfrequenz ω₁* rotiert, und werden als Elemente der d-Achse und q-Achse I_1d bzw. I_1q des oben genannten Primärstroms erhalten. Ferner wird das Fehlerstromelement I_err mit Hilfe der Gleichung (8) errechnet, so daß der tatsächliche Wert des im Induktionsmotor 1 erzeugten primären Magnetflusses Null wird, wenn er mit einem Sollwert für den primären Magnetfluß zusammenfällt, der als Produkt aus dem Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d* und der primären Selbstinduktivität L₁, im Induktionsmotor 1 aus den obigen Werten I_1d und I_1q bereitgestellt wird. Ein vorherbestimmter Wert für den Streukoeffizienten δ* ist eine Ersatzschaltungskonstante für den Induktionsmotor 1, die zuvor in der Faktoreinstelleinheit in der Rechenschaltung 6 für das Fehlerstromelement eingestellt wurde. Der Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d* wird von der Befehlseinstelleinheit 4 für die feldbildende Stromkomponente ausgegeben. Ierr = I1d* – I1d + σ*I1q 2/(I1d* – σ*I1d) (8)

Hier wird σ*, bei dem es sich um einen vorherbestimmten Wert eines Streukoeffizienten für den Induktionsmotor 1 handelt, unter Verwendung der Gleichung (9) aus L₁* errechnet, das heißt aus einem vorherbestimmten Wert für die primäre Selbstinduktivität des Induktionsmotors 1, L₂*, bei dem es sich um einen vorherbestimmten Wert für die zweite Selbstinduktivität L₂ handelt und M*, bei dem es sich um einen vorherbestimmten Wert für die primäre/sekundäre Gegeninduktivität M handelt. Dies wird als Faktor für eine Faktoreinstelleinheit im Innern der Rechenschaltung 6 für das Fehler stromelement eingestellt. σ* = 1 – (M*)2/(L1*L2*) (9)

Dann wird das von der Rechenschaltung 6 für das Fehlerstromelement ausgegebene Fehlerstromelement I_err durch die Korrekturschaltung 11a für den Primärwiderstand unter Verwendung der Gleichung (10) berechnet und als Korrekturwert ΔR ^₁ für den vorherbestimmten Wert des Primärwiderstandes R₁* ausgegeben. ΔR1 = (KRP + KRI/S)Ierr (10)

Hier ist K_RP eine proportionale Verstärkung und K_RI eine Integrationsverstärkung.

Dann werden Korrekturspannungselemente ΔV_1d, ΔV_1q für die d-Achse und q-Achse ausgegeben, die das Fehlerstromelement I_err näher an Null bringen. Der vorherbestimmte Wert des Primärwiderstandes R₁*, der von der Einstelleinheit 10 für den Primärwiderstand eingegeben wird, wird nämlich dem Korrekturwert ΔR ^₁, für den vorherbestimmten Wert des Primärwiderstandes R₁* hinzugefügt, der von der Korrekturschaltung für den Primärwiderstand 11a eingegeben wurde, um den Schätzwert des Primärwiderstandes R ^₁ zu erhalten. Das Korrekturspannungselement ΔV_1d für die d-Achse und das Korrekturwertelement ΔV_1q für die q-Achse werden anhand der Gleichung (11) benutzt, wobei das d-Achsenelement I_1d des Primärstroms, das q-Achsenelement I_1q des Primärstroms, das Fehlerstromelement I_err benutzt wird, die jeweils von der Rechenschaltung 6 für das Fehlerstromelement eingegeben werden. Und es wird der vom Frequenz-Sollwertgeber 9 eingegebene Sollwert der Primärfrequenz ω₁* und die berechneten Korrekturspannungselemente ausgegeben. ΔV1d = R1I1d + KcdIerr ΔV1q = R ^1I1q + (K0ω1* + Kcq)Ierr (11)

Hier sind K_cd, K_cq und K₀ proportionale Verstärkungen, die jeweils vorher in einer Faktoreinstelleinheit in der Korrekturspannungs-Rechenschaltung 7a eingestellt wurden.

Dann liefert die Rechenschaltung 8 für den Sollwert der Primärspannung die Primärfrequenz-Sollwerte V_1u*, V_1v* und V_1W*. Mit Hilfe der folgenden Gleichung (12) werden die Elementbefehle der d-Achse und q-Achse V_1d*, V_1q* anhand der Korrekturspannungselemente ΔV_1d, ΔV_1q berechnet, die von der Rechenschaltung 7a für den Korrekturwert eingegeben wurden, sowie des Befehls V_1q0* für die induzierte Spannung, der von der Rechenschaltung 5a eingegeben wurde. Die so berechneten Elementbefehle werden dann ausgegeben. Ferner werden die Elementbefehle der d-Achse und der q-Achse V_1d*, V_1q* von der Rechenschaltung 8 für den Sollwert der Primärspannung in die entsprechenden Sollwerte V_1u*, V_1v* und V_1w* umgewandelt, wozu der Sollwert der Primärfrequenz ω₁* benutzt wird, den der Frequenz-Sollwertgeber 9 eingegeben hat. Diese Anweisungen werden dann ausgegeben. V1d* = ΔV1d V1q* = ΔV1q + V1q0* (12)

Wenn die Sollwerte der Primärspannung V_1u*, V_1v* und V_1w* in die Umwandlerschaltung der variablen Frequenz eingegeben werden, wird der tatsächliche Wert des dem Induktionsmotor 1 auferlegten Primärstroms so geregelt, daß die Primärspannung den Sollwerten der Primärspannung folgt.

Zusätzlich zu dem schon Gesagten kann auf die japanische Patentoffenlegungsschrift 02-299493 verwiesen werden, die ein Induktionsmotorregelverfahren offenbart, die japanische Patentoffenlegungsschrift 03-245789, die ein Induktionsmotorvektorregelverfahren offenbart, die japanische Patentoffenlegungsschrift 04-261384, die ein Drehmomentsteuer-Inverterregelverfahren und eine Vorrichtung für diesen Zweck offenbart, die japanische Patentoffenlegungsschrift 62-135288, die eine Induktionsmotor-Magnetvektorrechenvorrichtung offenbart, die japanische Patentoffenlegungsschrift 01-206888, die einen Induktionsmotorregler offenbart, die japanische Patentoffenlegungsschrift 59-21293, die einen Induktionsmotordrehmomentregler offenbart, sowie die japanische Patentoffenlegungsschrift 61-62392, die einen Induktionsmotorvektorregler offenbart.

Die Reglereinheit (offenbart in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 05-30792) für einen Induktionsmotor, die entwickelt wurde, um die genannten Schwierigkeiten bei den herkömmlichen Arten von Reglereinheiten für Induktionsmotoren zu überwinden, hat den oben beschriebenen Aufbau, so daß für den Fall, daß R₁*, L₁* und σ*, welche vorherbestimmte Werte für den Primärwiderstand R₁, eine Schaltkreiskonstante für einen Induktionsmotor, eine primäre Selbstinduktivität L₁, ein Streukoeffizient σ (= 1 – M²/(L₁L₂)) und dergleichen sind, den wahren Werten gleichen, die Reglereinheit so arbeitet, daß der tatsächliche Wert des im Induktionsmotor erzeugten primären Magnetflusses mit dem Produkt des Sollwertes der feldbildenden Stromkomponente und der primären Selbstinduktivität für den Induktionsmotor zusammenfällt. Aus diesem Grund kommt es weder zu einem Mangel an Drehmoment noch zu Überstrom, und die Drehgeschwindigkeit des Induktionsmotors läßt sich immer unter stabilen Bedingungen steuern.

In dieser Reglereinheit für einen Induktionsmotor können Drehkonstanten für den Induktionsmotor, nämlich der Primärwiderstand R₁, die primäre Selbstinduktivität L₁, der Streukoeffizient σ (= 1 – M²/(L₁L₂)) und dergleichen im allgemeinen von einer Konstruktionsspezifikation für den Induktionsmotor erhalten werden oder durch einen Konstantenmeßversuch, eine Gleichstrom-Widerstandsmessung, einen Kurzschlußversuch und einen Leerlaufversuch. Jedoch können bei nach den gleichen Spezifikationen hergestellten Induktionsmotoren die Schaltkreiskonstanten sich manchmal wegen Schwankungen im Herstellungsprozeß wesentlich unterscheiden. In einem solchen Fall, oder falls die Konstruktionsspezifikationen nicht zu erhalten sind, muß ein Konstantenmeßversuch für jeden in Betrieb zu nehmenden Induktionsmotor durchgeführt werden.

Manchmal wird außerdem ein Induktionsmotor nicht unter normalen und konstanten Sollwerten der feldbildenden Stromkomponente betrieben, sondern kann durch Ändern des Sollwertes der feldbildenden Stromkomponente, beispielsweise durch veränderliche Erregung oder Feldschwächung geregelt werden. Aber in diesem Fall kann sich in manchen Induktionsmotoren die primäre Selbstinduktivität aufgrund magnetischer Sättigung stark ändern. Wenn der vorherbestimmte Wert für die primäre Selbstinduktivität sich von dem wahren Wert unterscheidet, wird anhand der Gleichung (8) im Fehlerstromelement I_err eine Konstantenabweichung erzeugt. Ist diese groß wegen eines Fehlers im Einstellen der primären Selbstinduktivität, dann kann manchmal die Ausgangsspannung kleiner sein als der ideale Wert, was wiederum zu einem Mangel an Drehmoment führen kann. Aus diesem Grund ist es bei dieser Reglereinheit für einen Induktionsmotor manchmal erforderlich, ein sehr kompliziertes Verfahren durchzuführen, beispielsweise um die Sättigungskurve der primären Selbstinduktivität zu bestimmen und die Meßwerte zu speichern.

Wenn bei einem sogenannten Kurzschlußläufer der Primär- und der Sekundärstrom groß ist, kann es manchmal zu einer magnetischen Sättigung kommen, die wiederum wesentliche Änderungen des Streukoeffizienten hervorrufen kann. Wenn der vorherbestimmte Wert des Streukoeffizienten sich in diesem Fall stark von dem wahren Wert unterscheidet, insbesondere wenn eine große Last anliegt, tritt in dem durch die Gleichung (8) gegebenen Fehlerstromelement I_err eine große Konstantenabweichung auf. Ist diese Konstantenabweichung des Fehlerstromelements I_err stark auf der negativen Seite, können unter Umständen die Korrekturspannungselemente ΔV_1d, ΔV_1q für die d-Achse und die q-Achse, durch die Gleichung (11) gegeben, ideale Werte annehmen, was wiederum zu einem zu geringen Drehmoment führen kann. Es ist schwierig, die Sättigungskurve des Streukoeffizienten aufgrund magnetischer Sättigung zu messen. Und mit der vorstehend vorgeschlagenen Reglereinheit für einen Induktionsmotor kann beim Antrieb des Motors im Fall eines sich signifikant ändernden Streukoeffizienten die Sättigungskurve des Streukoeffizienten nicht gespeichert werden. Und der Einstellfehler kann einen Mangel an Drehmoment hervorrufen.

Was den Primärwiderstand betrifft, kann selbst mit der vorstehend vorgeschlagenen Reglereinheit eine Korrektur richtig vorgenommen werden. Eine ausgezeichnete Regelung läßt sich bei einem eingeprägten Zwischenkreisstrom erzielen, was die häufigste Art des Antriebs ist. Allerdings ist dabei nicht der Fall eines Bremsbetriebes berücksichtigt, so daß für den Fall, daß eine spezifische Last ein großes und langsames Trägheitsmoment erfordert, beispielsweise beim Antrieb eines Fahrstuhls und dergleichen manchmal immer noch ein unzureichendes Drehmoment erhalten wird.

Ferner offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift 02-299493 ein Induktionsmotorregelverfahren zum Korrigieren des vorherbestimmten Wertes des primären Widerstands. Bei diesem Regelverfahren wird anhand einer Spannung und eines Stroms im Motor, die von einem Spannungsdetektor bzw. einem Stromdetektor erfaßt werden, ein sekundärer Verkettungsmagnetfluß berechnet und der primäre Widerstandswert entsprechend dem Ausmaß der Amplitudenabweichung zwischen dem Sollwert und dem berechneten Wert korrigiert. Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen Ansatz wird allerdings der Ständerspannungsabfall der von der Anschlußspannung des Motors subtrahiert und die Differenz der Zeitintegration unterworfen. So wird der sekundäre Verkettungsmagnetfluß berechnet.

Um die Integration durchzuführen, ist allerdings ein genauer Motorspannungswert nötig. Zu diesem Zweck ist ein Spannungsmeßfühler unerläßlich, was von Nachteil ist. Aus diesem Grund muß ein Regelverfahren angewandt werden, welches keine Rechenvorrichtung zum Berechnen des Magnetflusses, wie des sekundären Verkettungsmagnetflusses braucht.

Aus der DE 30 34 275 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ermitteln von Parameterwerten eines Induktionsmotors bekannt. Diese Parameter sind der Primärwiderstand, die primäre Selbstinduktivität und die Streuinduktivität. Fur eine genaue feldorientierte Regelung des Induktionsmotors ist es erforderlich, die zu den einzelnen Betriebszuständen gehörenden Parameterwerte zu ermitteln, da sich die Parameter während des Betriebs des Induktionsmotors, beispielsweise wegen Erwärmung oder Sättigung, verändern. Dabei werden die Parameter nur innerhalb bestimmter Betriebszustandsbereiche ermittelt. In der dafür vorgesehenen Vorrichtung ist daher eine Korrekturabschnittsregeleinheit zur wahlweisen Bestimmung einer der drei Parameterwerte vorgesehen. Die bekannte Korrekturabschnittsregeleinheit entspricht einem Schalter, der nur auf denjenigen Regler aufgeschaltet wird, der dem augenblicklich zu bestimmenden Maschinenparameter zugeordnet ist. Dabei werden bei einer niedrigen Primärfrequenz vorzugsweise der Primärwiderstand und bei einer hohen Primärfrequenz die primäre Selbstinduktivität und die Streuinduktivität bestimmt. Die bekannte Regeleinheit enthält eine Schalteinrichtung zur Vorzeichenumkehr eines Reglereingangssignals, mit der die Polarität der Korrekturverstärkung des Reglers für den Primärwiderstand in Abhängigkeit von den Primärströmen umgekehrt wird. Dabei muß für die Regelung des Induktionsmotors die Ständerspannung am Motor abgegriffen werden, wozu ein gesonderter Spannungsdetektor erforderlich ist. Außerdem kann durch die Verwendung des Schalters in der Korrekturabschnittsregeleinheit nur ein abrupter Übergang vom Regler zur Bestimmung eines Maschinenparameters zu einem anderen Regler zur Bestimmung eines anderen Maschinenparameters realisiert werden. Dadurch ist eine stabile Korrektur nicht möglich.

Aus dem Artikel "Parameter-Adaption..." (EPE-Konferenzbericht, 1991, Firenze, Band 2, Seiten 138 bis 144) ist ebenfalls eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor bekannt. Bei dieser Regeleinheit wird eine Online-Korrektur des Primärwiderstandes, der primären Selbstinduktivität und der Läuferzeitkonstante durchgeführt. Auch eine Korrektur des Streukoeffizienten ist aus diesem Artikel bekannt. Für die feldorientierte Regelung des Induktionsmotors werden bestimmte Betriebsbereiche für die Korrektur der Parameter vorgeschlagen. Bei einer kleinen Primärfrequenz wird eine Korrektur des Primärwiderstandes und bei einer großen Primärfrequenz eine Korrektur der primären Selbstinduktivität vorgeschlagen. Die Korrekturen der primären Selbstinduktivität und der Läuferzeitkonstanten sind weiterhin von einem Referenzwert einer Komponente des Primärstromes abhängig. Vorgegebene Schwellenwerte für die Primärfrequenz und den Referenzwert der Komponente des Primärstromes stellen Kriterien für die Durchführung der Parameterkorrekturen dar. Aus diesem Artikel ist ebenfalls nur ein abrupter Übergang von einem Regler zur Bestimmung eines Maschinenparameters zu einem anderen Regler zur Bestimmung eines anderen Maschinenparameters bekannt. Daher ist auch bei dieser Regelung eine stabile Korrektur nicht möglich.

Aus dem Artikel "Maschinenparameter-Einstellung..." (ELIN-Zeitschrift, 1991, Heft 3/4, Seiten 72 bis 84) ist eine Maschinenparameter-Einstellung und deren Korrektur bei einem Induktionsmotor bekannt. Dabei ist eine Korrektur des Primärwiderstandes, der primären Streuinduktivität und des Streukoeffizienten vorgesehen. Die Bestimmung und Korrektur der Maschinenparameter wird für die feldorientierte Regelung des Induktionsmotors verwendet. Es ist jedoch nicht beschrieben, unter welchen Betriebsbedingungen des Induktionsmotors die Adaptionen der Maschinenparamter durchgeführt werden sollen. Möglicherweise werden die Adaptionen gleichzeitig vorgenommen, so daß eine Korrekturabschnittsregeleinheit nicht vorgesehen ist und auch bei dieser Regelung eine stabile Adaption nicht möglich ist.

Aus der DE 30 26 202 A1 ist ebenfalls eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor bekannt. Mit dieser Regeleinheit soll sowohl im unteren als auch im oberen Drehzahlbereich des Induktionsmotors ein elektrisches Spannungssignal gebildet werden, das zu einer Flußkomponenente des in dem Induktionsmotor auftretenden Flusses proportional ist und einen von der Primärfrequenz des Induktionsmotors unabhängigen, möglichst geringen Phasen- und Amplitudenfehler aufweist. Diese Regeleinheit enthält Wechselspannungsintegratoren mit sogenannten I-Reglern, deren Kennlinien während des Betriebes wegdriften können. Um ein solches Wegdriften der Integratoren zu vermeiden, muß eine Nullpunktregelung des Integrator-Nullpunktes vorgesehen sein. Wie stark diese Nullpunktregelung in die Korrektur der Kennlinien der Integratoren eingreift, ist durch frequenzabhängige Gewichtungsfaktoren der Nullpunktregelung festgelegt. Dadurch soll bestimmt werden, ob die Ausgangsgröße, in diesem Fall der Fluß vorwiegend vom Spannungsmodell oder vom Strommodell des Strominduktionsmotors bestimmt wird. In der DE 30 26 202 A1 ist jedoch keine Regeleinheit genannt, die eine Korrektur der Maschinenparameter vornimmt.

Ausgehend vom Stand der Technik gemäß der JP 5-30792 A ist es Aufgabe der Erfindung, eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor und ein Regelverfahren bereitzustellen, bei denen kein Mangel an Drehmoment oder Überstrom auftritt und mit denen die Regelgeschwindigkeit eines Induktionsmotors stets mit hinreichender Genauigkeit unter stabilen Bedingungen gesteuert werden kann, und zwar auch dann, wenn Einstellwerte für Schaltkreiskonstanten des Induktionsmotors, beispielsweise der Primärwiderstand, die primäre Selbstinduktivitat und der Streukoeffizient, sich von den tatsächlichen Werten unterscheiden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Regelverfahren und eine Vorrichtung der oben genannten Art bereitzustellen, mit denen das oben genannte Ziel auch dann erreicht wird, wenn eine Regelung durch Ändern der feldbildenden Stromkomponente, beispielsweise durch variable Erregung oder Feldschwächung, angewandt wird, und zwar durch automatisches Korrigieren des Wertes der primären Selbstinduktivität, die sich aufgrund magnetischer Sättigung ändert.

Diese Aufgabe wird vorrichtungsmäßig durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 3 und verfahrensmäßig durch die Merkmale der Patentansprüche 2 und 4 gelöst.

Gemäß der Erfindung sind zusätzlich zu der bekannten Korrektureinheit für den bekannten Primärwiderstand eine weitere Korrektureinheit für die primäre Selbstinduktivität und eine Korrektureinheit für den Streukoeffizienten in der Regeleinheit vorgesehen. Zur Regelung dieser Korrektureinheiten ist eine übergeordnete Steuereinheit vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Primärfrequenz und den feldorientierten Komponenten des Primärstrom-Vektors bestimmt, in welchen Betriebsbereichen des Induktionsmotors die jeweiligen Korrektureinheiten in Funktion sind. Dem in der Korrektureinheit korrigierenden jeweiligen Parameter wird eine zuvor eingestellte Verstärkungsfunktion überlagert.

Für ein entsprechendes Regelverfahren für einen Induktionsmotor sind folgende Schritte vorgesehen:

– Erfassen des Primärstroms in dem Induktionsmotor;
– Errechnen der feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors aus dem erfaßten Primärstrom und aus dem Sollwert der Primärfrequenz;
– Errechnen eines Fehlerstroms, der auf der Sollwert-Istwert-Differenz der feldbildenden Stromkomponente basiert, aus den feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors, dem Sollwert der Primärfrequenz, dem Sollwert der feldbildenden Stromkomponente und einem Korrekturwert für einen voreingestellten Streukoeffizienten;
– Errechnen eines Korrekturwertes für den voreingestellten Primärwiderstand aus dem Fehlerstrom;
– Errechnen eines Korrekturwertes für die voreingestellte Selbstinduktivität aus dem Fehlerstrom;
– Errechnen eines Korrekturwertes für den voreingestellten Streukoeffizienten aus dem Fehlerstrom;
– Errechnen einer Korrekturspannung aus dem Sollwert der Primärfrequenz, dem Fehlerstrom, den feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors und dem Korrekturwert des Primärwiderstandes;
– Ausgeben eines Sollwertes für die induzierte Spannung durch Eingeben des Sollwertes der Primärfrequenz, des Sollwertes der feldbildenden Stromkomponente und des Korrekturwertes der voreingestellten Selbstinduktivität;
– Steuern des Korrekturwertes des voreingestellten Primärwiderstandes, des Korrekturwertes der voreingestellten primären Selbstinduktivität und des Korrekturwertes des voreingestellten Streukoeffizienten in Abhängigkeit von dem Sollwert der Primärfrequenz und den feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors und in Übereinstimmung mit einer zuvor eingestellten Stärkungsfunktion; und
– Errechnen eines Sollwertes der Primärspannung für den Induktionsmotor aus dem Sollwert der Primärfrequenz, dem Sollwert der induzierten Spannung und der Korrekturspannung.

Alternativ können für eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor, die eine Stromdetektiereinheit, einen Koordinatenwandler, eine Recheneinheit für die Korrekturspannung, eine Recheneinheit für die induzierte Spannung und eine Recheneinheit für den Primärspannungs-Sollwert umfaßt, gemäß der Erfindung weiterhin eine Recheneinheit für den Fehlerstrom und eine Korrektureinheit für die feldbildende Stromkomponente vorgesehen sein. Die Recheneinheit für den Fehlerstrom ist vorgesehen, einen auf der Sollwert-Istwert-Differenz feldbildenden Stromkomponente basierenden Fehlerstrom zu berechnen, wobei in die Recheneinheit der Sollwert der Primärfrequenz, die feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors und ein korrigierter Sollwert der feldbildenden Stromkomponente eingegeben werden. Die Korrektureinheit für die feldbildende Stromkomponente ist vorgesehen, den korrigierten Sollwert der feldbildenden Stromkomponente aus dem Fehlerstrom zu berechnen.

Ein entsprechendes Regelverfahren umfaßt die folgenden Schritte:

– Erfassen eines Primärstroms in dem Induktionsmotor;
– Errechnen von feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors aus dem erfaßten Primärstrom ebenso wie aus dem Sollwert der Primärfrequenz;
– Errechnen eines Fehlerstroms, der auf der Sollwert-Istwert-Differenz der feldbildenden Stromkomponente basiert, aus dem Sollwert der Primärfrequenz, den feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors und einem korrigierten Sollwert der feldbildenden Stromkomponente;
– Errechnen eines korrigierten Sollwertes der feldbildenden Stromkomponente aus dem Fehlerstrom;
– Errechnen einer Korrekturspannung aus dem Sollwert der Primärfrequenz und dem Fehlerstrom;
– Ausgeben eines Sollwertes der induzierten Spannung durch Eingeben des Sollwertes der Primärfrequenz; und
– Errechnen eines Primärspannungs-Sollwertes für den Induktionsmotor aus dem Sollwert der Primärfrequenz, dem Sollwert der induzierten Spannung und der Korrekturspannung.

Dabei wird ein instabiler Anteil des Fehlerstroms gegen Null geregelt. Der Sollwert der feldbildenden Stromkomponente wird somit nur dann korrigiert, wenn der Fehlerstrom instabil ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
1 ein Blockschaltbild der gesamten Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
2 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für die induzierte Spannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für die Korrekturspannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für den Primärspannungsbefehl gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung für die primäre Selbstinduktivität gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 eine Rechenschaltung für das Primärstromelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für den Fehlerstrom gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
8 ein Ablaufdiagramm des Betriebs einer Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
9 ein Blockschaltbild der gesamten Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
10 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für die induzierte Spannung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
11 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für den Fehlerstrom gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
12 ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung für den Ableitfaktor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
13 ein Ablaufdiagramm des Betriebs einer Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
14 ein Blockschaltbild der gesamten Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
15 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für die Korrekturspannung gemäß dem dritten Ausführungsbei spiel;
16 ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung für den Primärwiderstand gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
17 ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung für die primäre Selbstinduktivität gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
18 ein Blockschaltbild einer Korrekturschaltung für den Ableitfaktor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
19 ein Blockschaltbild einer Korrekturabschnittregelschaltung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel;
20 ein Blockschaltbild einer Korrekturabschnittregelschaltung gemäß einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels;
21 ein Blockschaltbild einer Korrekturabschnittregelschaltung gemäß einer Abwandlung des dritten Ausfüh rungsbeispiels;
22 ein Blockschaltbild einer Korrekturabschnittregelschaltung gemäß einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels;
23 ein Blockschaltbild einer Korrekturabschnittregelschaltung gemäß einer Abwandlung des dritten Ausführungsbeispiels;
24 ein Ablaufdiagramm eines beim dritten Ausführungsbeispiel benutzten Algorithmus;
25 ein Ablaufdiagramm des Betriebs einer Reglereinheit für einen Induktionsmotor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
26 ein Blockschaltbild der gesamten Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
27 ein Blockschaltbild einer Rechenschaltung für die induzierte Spannung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;
28 eine Korrekturschaltung für den Erregerstrombefehl gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;
29 ein Ablaufdiagramm des Betriebs einer Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel;
30 ein Blockschaltbild einer gesamten bekannten Regeleinheit für einen Induktionsmotor;
31 eine T-förmige Ersatzschaltung pro Phase eines Induktionsmotors;
32 eine graphische Darstellung eines Musters in einem Funktionsgenerator einer herkömmlichen Regeleinheit für einen Induktionsmotor; und
33 ein Blockschaltbild einer gesamten Regeleinheit für einen Induktionsmotor, die früher vom gleichen Erfinder vorgeschlagen wurde.
Die allgemeine Anordnung eines ersten Ausführungsbeispiels ist in 1 als Blockschaltbild dargestellt und weist folgendes auf: einen Induktionsmotor 1, einen Stromdetektor 2, einen Frequenzumrichter 3, eine Einstelleinheit für einen Erregerstrombefehl 4, eine Rechenschaltung für induzierte Spannung 5b, eine Rechenschaltung für die Korrekturspannung 7b, eine Rechenschaltung für einen Sollwert der Primärspannung 8, einen Frequenz-Sollwertgeber 9, eine Einstelleinheit für eine primäre Selbstinduktivität 12, eine Korrekturschaltung für die primäre Selbstinduktivität 13a, eine Rechenschaltung für ein Primärstromelement 14 und eine Rechenschaltung für ein Fehlerstromelement 15a.
In 2 ist als Blockschaltbild im einzelnen der Aufbau der Rechenschaltung 5b für die induziertee Spannung gezeigt. Diese Rechenschaltung 5b für die induzierte Spannung hat einen Eingangsanschluß 30, der mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, einen Eingangsanschluß 36, der mit der Einstelleinheit für die feldbildende Stromkomponente 4 verbunden ist, einen Eingangsanschluß 31, der mit der Einstelleinheit für die primäre Selbstinduktivität 12 verbunden ist, einen Eingangsanschluß 32, der mit der Korrekturschaltung für die primäre Selbstinduktivität 13a verbunden ist, einen Addierer 33, Multiplizierer 34, 35 sowie einen Ausgangsanschluß 37.
Das Blockschaltbild der 3 zeigt im einzelnen den Aufbau der Rechenschaltung für die Korrekturspannung 7b. Diese Rechenschaltung 7b hat Eingangsanschlüsse 38, 39, die jeweils mit der Rechenschaltung 14 für das primäre Stromelement verbunden sind, einen Eingangsanschluß 39, der mit der Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom verbunden ist, einen Eingangsanschluß 40, der mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, Faktoreinheiten 42, 46, 49, Verstärker 43, 45, Addierer 44, 48 und 50, einen Multiplizierer 47 sowie Ausgangsanschlüsse 51, 52.
Das Blockschaltbild der 4 zeigt im einzelnen den Aufbau der Rechenschaltung 8 für den Sollwert der Primärspannung. Zu der Rechenschaltung 8 gehören Eingangsanschlüsse 80, 81, die jeweils mit der Rechenschaltung 7b für die Korrekturspannung verbunden sind, ein Eingangsanschluß 82, der mit der Korrekturschaltung 5b für die induzierte Spannung verbunden ist, ein Eingangsanschluß 83, der mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, Addierer 84, 93, 96, ein V/F-Umformer 85, ein Zähler 86, ein ROM 87, D/A-Umsetzer des Multiplikationstyps 88 bis 91, Subtrahierer 92, 95, Faktoreinheiten 94, 97 bis 99 und Ausgangsanschlüsse 100 bis 102.
5 ist ein Blockschaltbild, welches im einzelnen den Aufbau der Korrekturschaltung 13a für die primäre Selbstinduktivität zeigt. Zu dieser Korrekturschaltung 13a gehört ein Eingangsanschluß 53, der mit der Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom verbunden ist, ein Verstärker 54, ein Integrator 55 des Verstärkungstyps, ein Addierer 56 und ein Ausgangsanschluß 57.
6 ist ein Blockschaltbild der oben schon erwähnten Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement. Zu dieser Rechenschaltung 14 gehören Eingangsanschlüsse 58, 59, die jeweils mit dem Stromdetektor 2 verbunden sind, ein mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbundener Eingangsanschluß 60, Faktoreinheiten 61, 62 und 63, Addierer 64, 72, ein V/F-Umformer 65, ein Zähler 66, ein ROM 67, D/A-Umsetzer des Multiplikationstyps 68 bis 71, ein Subtrahierer 73 und Ausgangsanschlüsse 74, 75.
7 zeigt als Blockschaltbild die Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom. Diese Rechenschaltung 15a hat einen Eingangsanschluß 103, der mit der Einstelleinheit 4 für den Erregerstrombefehl verbunden ist, Eingangsanschlüsse 104, 105, die mit der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement verbunden sind, Faktoreinheiten 106, 108, einen Multiplizierer 107, einen Dividierer 110, Subtrahierer 109, 111, einen Addierer 112 und einen Ausgangsanschluß 113.
Vor einer Beschreibung der Arbeitsweise des oben umrissenen ersten Ausführungsbeispiels soll ein Verfahren zum Regeln des Induktionsmotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden. Die Gleichungen, mit denen Spannung und Strom für einen Induktionsmotor in einem Rotationskoordinatensystem (d-q-Koordinatensystem) erhalten werden, welches mit der Primärfrequenz ω₁ rotiert, sind, wie allge mein bekannt, durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt: V1d = (R1 + PL1)I1d – L1ω1I1q + PMI2d – Mω1I2q V1q = L1ω1I1d + (R1 + PL1)I1q + Mω1I2d + PMI2q 0 = PMI1d – MωsI1q + (R2 + PL2)I2d – L2ωsI2q 0 = MωsI1d + PMI1q + L2ωsI2d + (R2 + PL2)I2q (13)
Hier sind L₁, L₂ primäre und sekundäre Selbstinduktivitäten eines Induktionsmotors, M die primäre/sekundäre Gegeninduktivität, I_2d, I_2q die Elemente des Sekundärstroms der d-Achse bzw. der q-Achse, ω_s die Schlupffrequenz des Induktionsmotors und P ein Differentialoperator (= d/dt).
Die d-Achsen- und q-Achsenelemente ϕ_1d, ϕ_1q sind durch die folgenden Gleichungen (14) ausgedrückt, wie bekannt: Φ1d = L1I1d + MI2d Φ1q = L1I1q + MI2q (14)
Wenn I_2d und I_2q in der Gleichung (13) durch die Gleichung (14) ersetzt werden, erhält man die Gleichungen (15) und (16) V1d = R1I1d + PΦ1d – ω1Φ1q V1q = R1I1q + PΦ1q – ω1Φ1d (15) 0 = (R2 + PL2)Φ1d – L1(R2 + PL2σ)I1d – L2ωsΦ1q + σL1L2ωsI1q 0 = (R2 + PL2)Φ1q – L1(R2 + PL2σ)I1q + L2ωsΦ1d + σL1L2ωsI1d (16)
Hier ist der Streukoeffizient σ durch die Gleichung (17) gegeben: σ = 1 – M2/(L1L2) (17)
Es wird angenommen, daß der primäre Magnetfluß ϕ₁ auf konstantem Pegel eingeregelt wird, wie im voraus eingestellt. Dabei wird die Gleichung (18) angewandt: Φ1d = L1I1d* Φ1q = 0 (18)
Hier ist I_1d* ein Sollwert für die feldbildende Stromkomponente. Unter Berücksichtigung des konstanten Zustandes wird ferner angenommen, der Differentialoperator P sei 0. Dann erhält man durch Einsetzen der Gleichung (18) in die Gleichung (15) die folgende Gleichung (19). Außerdem kann die Gleichung (20) durch Einsetzen der Gleichung (18) in die Gleichung (16) erhalten werden V1d = R1I1d (19) V1q = R1I1q + L1ω1I1d* 0 = I1d* – I1d + σI1q 2/(I1d* – σI1d) (20)
Wenn also V_1d und V_1q durch die Gleichung (19) gegeben sind, ist die Gleichung (18) im konstanten Zustand erfüllt, und der primäre Magnetfluß ϕ₁ wird auf konstantes Niveau geregelt, wie zuvor eingestellt.
Um bei diesem Schritt die Dämpfungscharakteristiken des Regelsystems zu verbessern und eine größere Stabilität zu gewährleisten, wird unter Ausnutzung der Tatsache, daß bei Erfüllung der Gleichung (18) I_1d und der Sollwert I_1d* die Gleichung (20) ergeben, ein Ausdruck hinzugefügt, so daß die rechte Seite der Gleichung (20) Null wird. Mit dieser Operation wird die Gleichung (21) erhalten: V1d = R1*I1d + KcdIerr V1q = R1*I1q + L1*ω1I1d* + (K0ω1 + Kcq)Ierr (21)
In der Gleichung (21) werden unter Verwendung der Gleichungen (22) bzw. (23) K₀ und I_err erhalten: K0 = σ*L1*/(1 – σ*) (22),worin K_cd = K₀K_d, K_cq = K₀K_q. Ierr = I1d* – I1d + σ*I1q 2/(I1d* – σ*I1d) (23)
Die Gleichung (21) schließt einen eingestellten Wert L₁* für die primäre Selbstinduktivität L₁ ein. In einem allgemeinen Induktionsmotor entspricht der tatsächliche Wert der primären Selbstinduktivität aufgrund von Herstellungsschwankungen nicht dem Sollwert, weil Dispersion erzeugt wird. Wenn Regelvorgänge, wie eine veränderliche Erregung oder eine Feldschwächung durchgeführt werden, stellt sich ein Einfluß magnetischer Sättigung ein, und die primäre Selbstinduktivität L₁ ändert sich aufgrund der Größe der feldbildenden Stromkomponente signifikant. Es ist äußerst kompliziert, diese Änderung zu messen und vorzunehmen und eine die Änderung wiedergebende Kurve zu speichern. Wenn es zwischen dem Einstellwert L₁* für die primäre Selbstinduktivität und dem wahren Wert L₁ einen Fehler gibt, wird gemäß der vorliegenden Erfindung der I_err-Wert proportioniert und integriert entsprechend einer im voraus eingestellten Verstärkung unter Ausnutzung der Tatsache, daß der Stromfehler I_err in der Gleichung (23) nicht Null wird, und der resultierende Wert wird als Korrekturwert L ^₁ für den Einstellwert L₁* der primären Selbstinduktivität benutzt.
Der Korrekturwert ΔL ^₁ für den Einstellwert L₁* der primären Selbstinduktivität wird mittels der Gleichung (24) errechnet, und dann L₁* addiert, wie durch die Gleichung (25) angedeutet, um den Schätzwert der primären Induktivität L ^₁ zu erhalten. Dann wird L₁* in der Gleichung (21) durch den mittels der Gleichung (25) erhaltenen L ^₁-Wert ersetzt, um zu der Gleichung (26) zu gelangen. L ^1 = (KLP + KLI/S)Ierr (24)
K_LP ist eine proportionale Verstärkung, während L_LI eine Integrationsverstärkung ist. L ^1 = L1* + ΔL ^1 (25) V1d = R1*I1d + KcdIerr V1q = R1*I1q + L1ω1I1d* + (K0ω1 + Kcq)Ierr (26)
Selbst wenn es einen Fehler im Einstellwert für die primäre Selbstinduktivität gibt, oder selbst wenn der tatsächliche Wert der primären Selbstinduktivität sich aufgrund der Einflüsse magnetischer Sättigung ändert, wird mit dem Regelsystem für den Induktionsmotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel automatisch eine Korrektur auf solche Weise durchgeführt, daß der primäre Magnetfluß ϕ₁ immer auf einem gleichbleibenden Wert entsprechend dem Einstellwert gehalten wird. So wird eine ausgezeichnete Regelung des Induktionsmotors erreicht.
Nun soll die Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels anhand des Ablaufdiagramms der 8 unter Hinweis auf die 2 bis 7 erläutert werden. Zunächst wird ein Anfangswert ΔL₁ eingestellt (Schritt S1). Als nächstes wird, wie 6 zeigt, ein d-Achsenelement I_1d und ein q-Achsenelement 1_1q des Primärstroms von der Rechenschaltung 14 für den Fehlerstrom ausgegeben (Schritt S2). Die vom Stromdetektor 2 erfaßten Primärströme I_1u und I_1v im Induktionsmotor 1 werden in die Eingangsanschlüsse 58 bzw. 59 eingeleitet, wenn das Berechnen entsprechend der Gleichung (27) von den Faktoreinheiten 61 bis 63 und dem Addierer 64 durchgeführt wird. Die α-Achsen- und die β-Achsenelemente I₁α und I₁β auf dem orthogonalen Koordinatensystem (α-β-Koordinatensystem) werden von der Faktoreinheit 61 bzw. dem Addierer 64 ausgegeben.
Wenn andererseits der Sollwert der Primärfrequenz ω₁*, bei dem es sich um einen vom Frequenz-Sollwertgeber 9 ausgegebenen Analogwert handelt, über den Eingangsanschluß 60 in den V/F-Umformer 65 eingegeben wird, wird ein Impulsreihensignal mit einer Frequenz proportional zum Sollwert der Primärfrequenz ω₁* erhalten. Vom Zähler 66 wird ein Sollwert des Winkels θ₁*, bei dem es sich um einen digitalen Wert handelt, und ein Zeitintegrationswert für den Sollwert der Primärfrequenz ω₁* erhalten. Dieser wird als Adresse in den ROM 67 mit den darin gespeicherten Werten für sin θ₁ und cos θ₁* eingegeben. Der Speicher ROM 67 gibt dann die digitalen Werte für sin θ₁* und cos θ₁* aus. Als nächstes werden I₁α und I₁β, die beide von der Faktoreinheit 61 und dem Addierer 64 ausgegeben wurden, ebenso wie digitale Werte für sin θ₁* und cos θ₁* in die D/A-Umsetzer 68 bis 71 des Multiplikationstyps eingegeben und analog umgesetzt. Dann werden die Werte dem Addierer 72 und Subtrahier er 73 aufgegeben. Beim Rechnen mit der Gleichung (28) werden die d-Achsen-und die q-Achsenele mente I_1d und I_1q des als Ausgabe vom Addierer 72 und Subtrahierer 73 erhaltenen Primärstroms an den Ausgangsanschlüssen 74, 75 abgegeben. I1d = I1α cos θ1* + I1β sin θ1* I1q = – I1α sin θ1* + I1β cos θ1* (28)
Der Fehlerstrom I_err wird, wie 7 zeigt, von der Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom ausgegeben (Schritt S3). Der über den Eingangsanschluß 103 von der Einstelleinheit 4 für den Sollwert der feldbildenden Komponente ausgegebene Sollwert der feldbildenden Komponente I_1d*, die d-Achsen- und q-Achsenelemente I_1d und I_1q des Primärstroms, die über die Eingangsanschlüsse 104, 105 von der Rechenschaltung 14 für den Primärstrom ausgegeben wurden und der Fehlerstrom I_err, der von den Faktoreinheiten 106 und 108, dem Multiplizierer 107, Dividierer 110, Addierer 112 und Subtrahierern 109, 111 anhand der Gleichung (23) errechnet wurde, werden von dem Ausgangsanschluß 113 abgegeben.
Dann werden, wie 3 zeigt, Korrekturspannungselemente ΔV_1d und ΔV_1q für die d-Achse und die q-Achse von der Rechenschaltung für die Korrekturspannung ausgegeben. Für das d-Achsenelement I_1d und das q-Achsenelement 1_1q wird jeder Primärstrom über die Eingangsanschlüsse 38, 41 von der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement abgegeben, und auch das Fehlerstromelement I_err wird über dem Eingangsanschluß 39 von der Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom abgegeben. Infolgedessen wird das Berechnen der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1d von der Faktoreinheit 42, dem Verstärker 43 und Addierer 44 vorgenommen. Der resultierende Wert wird als Korrekturspannungselement ΔV_1d für die d-Achse am Ausgangsanschluß 51 bereitgestellt. Das Berechnen des dritten Ausdrucks in der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q wird andererseits vom Verstärker 45, von der Faktoreinheit 46, dem Multiplizierer 47 und Addierer 48 aus dem Fehler stromelement I_err und dem Sollwert der Primärfrequenz ω₁ vorgenommen, welcher über den Eingangsanschluß 40 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 zur Verfügung gestellt wurde. Auch das Berechnen des ersten Ausdrucks in der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q wird von der Faktoreinheit 49 vorgenommen. Die Ausgaben des Addierers 48 und der Faktoreinheit 49 werden dann vom Addierer 50 addiert, wenn die Spannung für den zweiten Ausdruck in der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q, nämlich die Spannungselemente unter Ausschluß einer induzierten Spannung als Korrekturspannungselement ΔV_1q für die q-Achse vom Ausgangsanschluß 52 abgegeben werden.
Dann wird, wie 5 zeigt, der Korrekturwert ΔL ^₁ für den Einstellwert L₁* der primären Selbstinduktivität von der Korrekturschaltung 9 für den Primärwiderstand abgegeben (Schritt S4). Das Fehlerstromelement I_err wird über den Eingangsanschluß 53 von der Rechenschaltung 15a für das Fehlerstromelement ausgegeben. Dann erfolgt das Berechnen der Gleichung (24) durch den Verstärker 54, den Integrator 55 vom Verstärkertyp und den Addierer 56, und der resultierende Wert wird als Korrekturwert ΔL ^₁ für den Einstellwert L₁* der primären Selbstinduktivität vom Ausgangsanschluß 57 abgegeben.
Dann wird, wie 2 zeigt, der Sollwert der induzierten Spannung V_1q0* von der Rechenschaltung 5b für induzierte Spannung ausgegeben. Der Einstellwert L₁* für die primäre Selbstinduktivität, der über den Eingangsanschluß 31 von der Einstelleinheit 12 für die primäre Selbstinduktivität ausgegeben wurde, und der Korrekturwert ΔL ^₁ für die primäre Selbstinduktivität, der über den Eingangsanschluß 32 von der Korrekturschaltung 13a für die primäre Selbstinduktivität ausgegeben wird, werden vom Addierer 33 addiert, um einen Schätzwert L ^₁ für die primäre Selbstinduktivität zu erzeugen (Schritt S5). Ferner wird der Sollwert der Primärfrequenz ω₁*, der über den Eingangsanschluß 30 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 ausgegeben wird, mit dem Schätzwert L₁ für die primäre Selbstinduktivität, der vom Addierer 33 ausgegeben wird, im Multiplizierer 34 multipliziert, und der resultierende Wert wird dann vom Multiplizierer 35 mit dem über den Eingangsanschluß 36 von der Einstelleinheit 4 für den Sollwert der feldbildenden Komponente ausgegebenen Sollwert der feldbildenden Komponente I_1d* multipliziert, wenn der Sollwert der induzierten Spannung V_1q0* (= L ^₁ω₁*I_1d*), welcher dem zweiten Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q äquivalent ist, erhalten wird und am Ausgangsanschluß 37 bereitsteht (Schritt S6).
Dann werden, wie 4 zeigt, die Sollwerte der Primärspannung V_1u*, V_1v* und V_1w* von der Rechenschaltung 8 für den Sollwert der Primärspannung ausgegeben. Die Korrekturspannungselemente ΔV_1d, ΔV_1q für die d-Achse und für die q-Achse werden über die Eingangsanschlüsse 80 und 81 von der Rechenschaltung 7b für die Korrekturspannung abgegeben (Schritt S7). Hierin wird, wie die Gleichung (26) zeigt, das d-Achsenelement V_1d der Primärspannung Null, wenn keine Last vorliegt, so daß ΔV_1d als der d-Achsenelementbefehl V_1d* betrachtet werden kann. Andererseits wird der über den Eingangsanschluß 82 von der Rechenschaltung 5 für die induzierte Spannung ausgegebene Sollwert der induzierten Spannung V_1q* und das Korrekturspannungselement ΔV_1q für die q-Achse vom Addierer 84 addiert. Die rechte Seite der Gleichung (26) wird für V_1q berechnet, und der resultierende Wert wird als q-Achsenelementbefehl V_1q* des Primärstroms ausgegeben. Dann wird der Sollwert der Primärfrequenz ω₁* über den Eingangsanschluß 83 vom Frequenzbefehlsgenerator eingegeben, wenn im Wege einer Operation ähnlich der oben beschriebenen der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement Digitalwerte für sin θ₁* und cos θ₁*, die jeweils vom ROM 87 ausgegeben werden, in die D/A-Umsetzer des Multiplikationstyps 88 bis 91 eingegeben und darin multipliziert und in analoge Werte umgesetzt werden. Die resultierenden Werte werden in den Subtrahierer 92 und Addierer 93 eingegeben, wo anhand der Gleichung (29) weitergerechnet wird. So wird der Befehl V₁α* für das α-Achsenelement und der Befehl V₁β* für das β-Achsenelement jeweils für die Primärspannung erhalten. V1α* = V1d* cos θ1* – V1q* sin θ1* V1β* = V1d* sin θ1* + V1q* cos θ1* (29)
Dann führen die Faktoreinheiten 94, 97 bis 99, der Subtrahierer 95 und der Addierer 96 die Rechnungen entsprechend der Gleichung (30) durch, und von den Ausgangsanschlüssen 100 bis 102 werden die entsprechenden Sollwerte der Primärspannung V_1u*, V_1v* und V_1w* ausgegeben (Schritt S8).
Die Sollwerte der Primärspannung V_1u*, V_1v* und V_1w* werden dann in die Umformerschaltung 3 variabler Frequenz eingegeben, wenn im Wege einer Operation ähnlich der in der herkömmlichen Einheit vorgenommenen, tatsächliche Werte der Primärspannung, die am Induktionsmotor 1 anliegen, so geregelt werden, daß sie den Sollwerten der Primärspannung entsprechen.
Auch wenn in der vorstehenden Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels davon ausgegangen wird, daß die Korrekturschaltung 13a für die primäre Selbstinduktivität mit einem Verstärker und einem Integrator des Verstärkungstyps verwirklicht ist, sei ausdrücklich erwähnt, daß diese Korrekturschaltung 13a auch nur einen Integrator des Verstärkertyps enthalten kann. Ferner wird bei dem obigen Ausführungsbeispiel der Primärstrom I_1w aus I_1u und I_1v berechnet; aber es kann auch ein von einem Stromdetektor erfaßter Wert benutzt werden.
Ferner wird der Einstellwert der primären Selbstinduktivität L₁* und ein Korrektursatz für den primären Selbstinduktivität ΔL ^₁, summiert und die Summe benutzt, um einen Schätzwert L ^₁ der primären Selbstinduktivität in der Rechenschaltung 5b für die induzierte Spannung zu erhalten. Aber dieser Summiervorgang kann auch in der Korrekturschaltung 13a für die primäre Selbstinduktivität durchgeführt werden. Ferner muß der Einstellwert L₁* der primären Selbstinduktivität nicht unbedingt von der Einstelleinheit 12 für die primäre Selbstinduktivität ausgegeben werden, sondern kann auch in der Rechenschaltung 5b für die induzierte Spannung oder der Korrekturschaltung 13a für die primäre Selbstinduktivität als Konstante eingestellt sein.
Als nächstes soll das zweite Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
9 ist ein Blockschaltbild, welches die allgemeine Gestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels wiedergibt, das, wie gezeigt, folgendes aufweist: einen Induktionsmotor 1, einen Stromdetektor 2, einen Frequenzumrichter 3, eine Einstelleinheit für einen Sollwert der feldbildenden Stromkomponente 4, eine Rechenschaltung für eine induzierte Spannung 5a, eine Rechenschaltung für eine Korrekturspannung 7b, eine Rechenschaltung für einen Sollwert der Primärspannung 8, einen Frequenz-Sollwertgeber 9, eine Rechenschaltung für ein Primärstromelement 14, eine Rechenschaltung für einen Fehlerstrom 15b, eine Einstelleinheit für einen Streukoeffizienten 16 sowie eine Korrekturschaltung für den Streukoeffizienten 17a.
10 ist ein Blockschaltbild, welches im einzelnen den Aufbau der Rechenschaltung 5b für die induzierte Spannung wiedergibt. Wie gezeigt, hat die Rechenschaltung 5b für die induzierte Spannung einen Eingangsanschluß 200, der mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, einen Eingangsanschluß 201, der mit der Einstelleinheit 4 für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente verbunden ist, eine Faktoreinheit 202, einen Multiplizierer 203 sowie einen Ausgangsanschluß 204.
11 ist ein Blockschaltbild der erwähnten Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom. Diese Rechenschaltung 15b hat einen Eingangsanschluß 205, der mit der Einstellvorrichtung 4 für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente verbunden ist, einen Eingangsanschluß 206, 207 in Verbindung mit der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement, einen Eingangsanschluß 212, der an die Einstelleinheit 16 für den Streukoeffizienten angeschlossen ist, einen Eingangsanschluß 213, der an die Korrekturschaltung 17a für den Streukoeffizienten angeschlossen ist, Multiplizierer 208 bis 210, einen Dividierer, Subtrahierer, 214, 215, Addierer 211, 217 sowie einen Ausgangsanschluß 218.
12 ist ein Blockschaltbild der Korrekturschaltung 17a für den Streukoeffizienten, die einen Eingangsanschluß 219 hat, der mit der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom verbunden ist, ferner einen Verstärker 220, einen Integrator des Verstärkungstyps 221, einen Addierer 222 sowie einen Ausgangsanschluß 223.
Es folgt eine Beschreibung eines Regelsystem für den Induktionsmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Wie schon im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, wird, wenn V_1d und V₁₁ anhand der Gleichungen (21) bis (23) bestimmt sind, der primäre Magnetfluß ϕ₁ auf konstantem Pegel entsprechend dem bei der Konstruktion zugrundegelegten Wert gehalten.
Die Gleichung (21) schließt einen Einstellwert σ* für den Streukoeffizienten σ ein. In allgemeinen Induktionsmotoren fällt unter Umständen der tatsächliche Wert des Streukoeffizienten σ* wegen Herstellungsschwankungen nicht mit dem Sollwert zusammen, und es wird eine Dispersion erzeugt. Außerdem entsteht in allgemeinen Induktionsmotoren eine magnetische Sättigung, und der Streukoeffizient kann sich entsprechend der Größe der primären und sekundären Ströme signifikant ändern. Es ist außerordentlich schwierig, diese Werte zu messen und eine sie wiedergebende Kurve zu speichern. Bei der vorliegenden Erfindung ist es so, daß bei Vorhandensein eines Fehlers zwischen dem Einstellwert σ* für den Streukoeffizienten und dem wahren Wert σ* durch die Ausnutzung der Tatsache, daß der durch die Gleichung (23) erhaltene Fehlerstrom I_err nicht Null wird, I_err einer Proportionierung und Integrierung mit einer im voraus festgesetzten Verstärkung unterzogen wird und der resultierende Wert als Korrekturwert Δσ ^ für den Einstellwert σ* des Streukoeffizienten benutzt wird.
Der Korrekturwert Δσ ^ für den Einstellwert σ* des Streukoeffizienten wird anhand der Gleichung (31) berechnet, und σ* wird dem resultierenden Wert hinzugefügt, wie in Gleichung (32) gezeigt, um einen Schätzwert σ ^ des Streukoeffizienten zu erhalten. Dann wird σ* in der Gleichung (23) durch σ ^ aus der Gleichung (32) ersetzt und damit die Gleichung (33) aufgestellt. Δσ ^ = (KSP + KSI/S)Ierr (31)
Hier ist K_SP eine proportionale Verstärkung, während K_SI eine integrale Verstärkung ist. σ ^ = σ* + Δσ ^ (32) Ierr = I1d* – I1d + σ ^I1q 2/(I1d* – σ ^I1d) (33)
Das Regelsystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so wie oben beschrieben, und selbst wenn es einen Fehler in einem Einstellwert des Ableitfaktors gibt, oder selbst wenn ein tatsächlicher Wert des Ableitfaktors sich durch den Einfluß magnetischer Sättigung ändert, wird die Korrektur automatisch ausgeführt, so daß der primäre Magnetfluß ϕ₁ immer auf konstantem Niveau entsprechend dem Einstellwert gehalten wird und damit eine ausgezeichnete Steue rung des Induktionsmotors geboten ist.
Die mit dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 10 bis 12 durchgeführten Operationen werden nun anhand des Ablaufdiagramms der 13 beschrieben. Zunächst wird ein Anfangswert für Δσ eingestellt (Schritt S11). Als nächstes wird, wie 10 zeigt, der Befehl induzierte Spannung V_1q0* von der Rechenschaltung 5a für induzierte Spannung ausgegeben. Der Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d* wird von der Einstelleinheit 4 für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente über den Eingangsanschluß 201 in die Faktoreinheit 202 eingegeben, und der resultierende Wert wird dann vom Multiplizierer 203 mit dem Sollwert der Primärfrequenz ω₁* multipliziert, der über den Eingangsanschluß 200 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 ausgegeben wird, wenn der Sollwert der induzierten Spannung V_1q0* (= L₁*ω₁*I_1d*), der dem zweiten Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q äquivalent ist, erhalten und vom Ausgangsanschluß 204 ausgegeben wird.
Wie 12 zeigt, gibt die Korrekturschaltung 17a für den Streukoeffizienten auch den Korrekturwert Δσ ^ für den Einstellwert σ* des Streukoeffizienten aus (Schritt S14). Das Fehlerstromelement I_err wird über den Eingangsanschluß 219 von der Rechenschaltung 15b für das Fehlerstromelement ausgegeben. Folglich wird eine Berechnung entsprechend der Gleichung (31) vom Verstärker 220, Integrator des Verstärkungstyps 221 und Addierer 222 durchgeführt, und der erhaltene Wert wird als Korrekturwert Δσ ^ für den Einstellwert σ* des Streukoeffizienten am Ausgangsanschluß 223 ausgegeben.
Dann wird, wie 11 zeigt, der Fehlerstrom I_err von der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom ausgegeben. Der über den Eingangsanschluß 212 von der Einstelleinheit 16 für den Streukoeffizienten ausgegebene Einstellwert σ* und der über den Eingangsanschluß 213 von der Korrekturschaltung 17a für den Streukoeffizienten ausgegebene Korrekturwert Δσ ^* für den Streukoeffizienten werden vom Addierer 211 addiert und somit der Schätzwert σ ^ des Streukoeffizienten erhalten (Schritt S15). Ferner wird der Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d*, der über den Eingangsanschluß 205 von der Einstelleinheit 4 für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente ausgegeben wird, die d-Achsen- und q-Achsenelemente I_1d und I_1q des Primärstroms, die von der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement über die Eingangsanschlüsse 206, 207 bereitgestellt werden, und der Fehlerstrom I_err, den die Multiplizierer 208 bis 210, ein Dividierer 216, Addierer 217 und Subtrahierer 214, 215 mittels der Gleichung (33) errechnet haben und der als Ausgang vom Addierer 217 zur Verfügung steht, vom Ausgangsanschluß 218 ausgegeben.
Im übrigen sind die gleichen Bezugszeichen wie beim ersten Ausführungsbeispiel benutzt, ohne daß die entsprechenden Elemente noch einmal erläutert werden. Allerdings sei darauf hingewiesen, daß die Korrekturschaltung 17a für den Streukoeffizienten, obwohl hier mit einem Verstärker und einem Integrator des Verstärkungstyps verwirklicht, auch nur einen Integrator des Verstärkungstyps aufweisen kann. Außerdem wird hier der Primärstrom I_1w aus I_1u und I_1v berechnet; aber es kann auch ein von einem Stromdetektor erfaßter Wert benutzt werden. Die Schritte S12, S13 sowie S16 bis S18 sind die gleichen Operationen wie die in 8 gezeigten und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Der Einstellwert σ* des Streukoeffizienten und der Korrekturwert für denselben werden in der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom summiert, um einen Schätzwert σ ^ zu erhalten. Das Summieren kann aber auch in der Korrekturschaltung 17a für den Streukoeffizienten erfolgen.
Ferner muß der Einstellwert σ* des Streukoeffizienten nicht unbedingt von der Einstelleinheit 16 für den Streukoeffizienten ausgegeben werden, sondern kann in der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom oder in der Korrekturschaltung 17a für den Streukoeffizienten als ein konstanter Faktor gesetzt werden.
Als nächstes soll das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf 14 gezeigt werden. Es weist folgendes auf: einen Induktionsmotor 1, einen Stromdetektor 2, eine Umformerschaltung variabler Frequenz 3, eine Einstelleinheit 4 für die feldbildende Stromkomponente, eine Rechenschaltung für die induzierte Spannung 5b, eine Rechenschaltung für Korrekturspannung 7a, eine Rechenschaltung für einen Sollwert der Primärspannung 8, einen Frequenz-Sollwertgeber 9, eine Einstelleinheit 10 für einen Primärwiderstand, eine Korrekturschaltung für den Primärwiderstand 11b, eine Einstelleinheit für eine primäre Selbstinduktivität 12, eine Korrekturschaltung für die primäre Selbstinduktivität 13b, eine Rechenschaltung für ein Primärstromelement 14, eine Rechenschaltung für einen Fehlerstrom 15b, eine Einstelleinheit für einen Streukoeffizienten 16, eine Korrekturschaltung für den Streukoeffizienten 17b und eine Korrekturabschnittregelschaltung 18a.
15 zeigt im einzelnen die Anordnung in der Rechenschaltung 7a für die Korrekturspannung, die hier mit einem Eingangsanschluß 150 verwirklicht ist, der an die Einstelleinheit 10 für den Primärwiderstand angeschlossen ist, einem Eingangsanschluß 151, der mit der Korrekturschaltung 11b für den Primärwiderstand verbunden ist, Eingangsanschlüssen 38, 39, die jeweils mit der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement verbunden sind, einem Eingangsanschluß 39, der mit der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom verbunden ist, einem Eingangsanschluß 40, der mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, einer Faktoreinheit 46, Verstärkern 43, 45, Addierern 44, 48, 50 und 152, Multiplizierern 47, 153, 154 sowie Ausgangsanschlüssen 51 und 52.
16 ist ein Blockschaltbild der Korrekturschaltung 11b für den Primärwiderstand, zu der folgendes gehört: ein Eingangsanschluß 301, ein Eingangsanschluß 300, der mit der Korrekturabschnittregelschaltung 18a verbunden ist, ein Multiplizierer 302, ein Verstärker 303, ein Integrator des Verstärkungstyps 304, ein Addierer 305 sowie ein Ausgangsanschluß 306.
17 zeigt als Blockschaltbild im einzelnen die Anordnung der Korrekturschaltung 13b für die primäre Selbstinduktivität. Diese Korrekturschaltung 13b hat einen Eingangsanschluß 308, der mit der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom verbunden ist, einen Eingangsanschluß 307, der mit der Korrekturabschnittregelschaltung 18a verbunden ist, einen Multiplizierer 309, einen Verstärker 54, einen Integrator des Verstärkungstyps 55, einen Addierer 56 sowie einen Ausgangsanschluß 310.
18 zeigt die Korrekturschaltung 17b für den Streukoeffizienten als Blockschaltbild. Diese Korrekturschaltung 17b ist mit einem Eingangsanschluß 312, der mit der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom verbunden ist, einem mit der Korrekturabschnittregelschaltung 18a verbundenen Eingangsanschluß 311, einem Multiplizierer 313, einem Verstärker 220, einem Integrator des Verstärkungstyps 221, einem Addierer 222 und einem Ausgangsanschluß 314 verwirklicht.
19 zeigt als Blockschaltbild im einzelnen den Aufbau der Korrekturabschnittregelschaltung 18a. Diese Korrekturabschnittregelschaltung 18a hat einen Eingangsanschluß 315, der mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, einen Eingangsanschluß 316, der mit der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement verbunden ist, eine Korrektursignalerzeugerschaltung 317 sowie Ausgangsanschlüsse 318, 391 und 320, die jeweils ein Korrekturabschnittregelsignal von der Korrektursignalerzeugerschaltung 317 ausgeben.
Es soll nunmehr ein erfindungsgemäßes Regelsystem für einen Induktionsmotor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben werden. Wie schon im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert, wird bei der Bestimmung von V_1d und V_1q mit Hilfe der Gleichungen (21) bis (23) der Magnetfluß ϕ₁ auf gleichbleibendem Niveau entsprechend dem Einstellwert gehalten. Wie schon erläutert, sind in den Gleichungen (21) bis (23) Einstellwerte für den Primärwiderstand R₁, die primäre Selbstinduktivität L₁, den Streukoeffi zienten σ = (1 – M²/(L₁L₂)) eingeschlossen, bei denen es sich um Schaltkreiskonstanten für einen Schaltkreis in einem Induktionsmotor handelt. Diese Faktoren können korrigiert werden, wenn man einen zuvor schon vorgeschlagenen Ansatz benutzt (japanische Patentoffenlegungsschrift 05-30792) oder die Methoden gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Allerdings wird die Korrektur mit einem Fehlerstrom gemacht, der von der Rechenschaltung 15a oder 15b für den Fehlerstrom ausgegeben wird, und infolgedessen wird die Korrektur unstabil, wenn alle Korrekturschaltungen gleichzeitig betrieben werden.
Insbesondere wenn eine Korrektur in einem Bereich erfolgt, wo der Einfluß der Konstanten auf den Fehlerstrom gering ist, erfolgt eine Korrektur, wenn der Fehlerstrom aufgrund einer anderen Konstante erzeugt wird, selbst bis zu der Konstante. Infolgedessen können die korrigierten Werte signifikant von den tatsächlichen Werten abweichen.
Bei diesem Schritt macht man sich die Tatsache zunutze, daß bei einem großen Sollwert der Primärfrequenz ω₁ die Spannung von L₁*ω₁I_1d des zweiten Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichung (21) für V_1q verhältnismäßig groß wird und die Spannungen von R₁*I_1d und R₁*I_1q des ersten Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichungen für V_1d und V_1q verhältnismäßig klein werden. Somit hört die Operation zum Korrigieren des Einstellwertes für die primäre Selbstinduktivität ebenso wie des Einstellwertes für den Streukoeffizienten beim Betrieb im langsamen Geschwindigkeitsmodus auf. Stattdessen wird eine Operation zur Korrektur des Einstellwertes des Primärwiderstandes während des Betriebs im Hochgeschwindigkeitsmodus durchgeführt. Aus diesem Grund wird beim Betrieb mit niedriger Geschwindigkeit ein Fehler in der Einstellung des Primärwiderstandes, der den größten Einfluß auf den primären Magnetfluß im Induktionsmotor hat, welcher mit dem Einstellwert zusammenfällt, ausgewählt und korrigiert. Beim Hochgeschwindigkeitsmodus hingegen werden Fehler in der Einstellung der primären Selbstinduktivität und des Streukoeffizienten, die den größten Einfluß darauf haben, daß der primäre Magnetfluß eines Induktionsmotors mit dem Einstellwert zusammenfällt, korrigiert, so daß eine stabile Regelung mit hoher Präzision erreicht wird. Es wird ein Korrektursignal, ausgedrückt durch Gleichung (34) erzeugt: (|ω1*| ≤ ωx) SW.1 = 1 SW.2 = 0 SW.3 = 0 (|ω1*| > ωx) SW.1 = 0 SW.2 = 1 SW.3 = 1 (34)
Hier ist ω_x ein Bestimmungswert für Schaltbedingungen.
Außerdem wird durch die Ausnutzung der Tatsache, daß der Faktor σ*I_1q/²(I_1d* – σ*I_1d) des dritten Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichung (23) für I_err proportional ist zum Quadrat von I_1q, wenn die Last leicht ist, nämlich wenn I_1q klein ist, eine Operation zur Korrektur des Einstellwertes für den Streukoeffizienten angehalten. Andererseits wird bei schwerer Last, oder wenn I_1q groß ist, eine Operation zur Korrektur des Einstellwertes für die primäre Selbstinduktivität angehalten. Bei leichter Last wird also ein Fehler in der Einstellung der primären Selbstinduktivität, die den größten Einfluß darauf hat, daß der primäre Magnetfluß im Induktionsmotor mit dem Einstellwert übereinstimmt, ausgewählt und korrigiert. Im Gegensatz dazu wird bei schwerer Last ein Fehler in der Einstellung des Ableitfaktors, der den größten Einfluß darauf hat, daß der primäre Magnetfluß im Induktionsmotor mit dem Einstellwert übereinstimmt, ausgewählt und korrigiert, so daß eine stabile und äußerst präzise Regelung erhalten wird. Es wird ein Korrektursignal, ausgedrückt durch Gleichung (35), erzeugt: (|I1q| ≤ I1qx) SW.2 = 1 SW.3 = 0 (|I1q| > I1qx) SW.2 = 0 SW.3 = 1 (35)
Hier ist I_1qx ein Bestimmungswert für Schaltbedingungen. Als nächstes sollen die Operationen für das dritte Ausführungsbeispiel beschrieben werden.
Wie 15 zeigt, werden die Korrekturspannungselemente ΔV_1d, ΔV_1q für die d-Achse und die q-Achse von der Rechenschaltung 7a für das Korrekturspannungselement ausgegeben. Der Einstellwert R₁* für den Primärwiderstand wird über den Eingangsanschluß 150 von der Korrekturschaltung 10 des Primärwiderstands ausgegeben, und der Korrekturwert ΔR₁ für den Einstellwert R₁* des Primärwiderstands wird über den Eingangsanschluß 151 von der Korrekturschaltung 11b für den Primärwiderstand ausgegeben. Dann erfolgt die Berechnung gemäß der Gleichung (10), und der Schätzwert R₁ für den Primärwiderstand wird vom Addierer 152 ausgegeben. Außerdem wird der Fehlerstrom I_err über den Eingangsanschluß 39 von der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom ausgegeben, und das d-Achsenelement I_1d sowie das q-Achsenelement I_1q und jeder der primären Ströme wird von der Rechenschaltung 14 des Primärstromelements ausgegeben.
Daraufhin wird der Einstellwert R₁* des Primärwiderstands vom Eingangsanschluß 150 sowie ein Korrekturwert ΔR₁ für den Einstellwert R₁ des Primärwiderstands vom Eingangsanschluß 151 eingegeben und im Addierer 152 addiert. Der resultierende Wert wird als Schätzwert R₁ für den Primärwiderstand ausgegeben. Die Berechnung der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1d wird vom Multiplizierer 153, Verstärker 43 und Addierer 44 durchgeführt und der erhaltene Wert als Korrekturspannungselement ΔV_1d für die d-Achse am Ausgangsanschluß 51 ausgegeben. Die Berechnung des dritten Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q wird vom Verstärker 45, der Faktoreinheit 46, dem Multiplizierer 47 und Addierer 48 anhand des über den Eingangsanschluß 40 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 ausgegebenen Sollwertes der Primärfrequenz ω₁*, des Fehlerstromelements I_err sowie des vom Addierer 152 ausgegebenen Schätzwertes R₁ des Primärwiderstands vorgenommen. Die Berechnung des ersten Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q erfolgt durch den Multiplizierer 154. Dann werden die Ausgabewerte des Addierers 48 und der Faktoreinheiten 49 vom Addierer 50 addiert, wenn die Spannung des zweiten Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichung (26) für V_1q, nämlich ein Spannungselement, welches die induzierte Spannung ausschließt, als Korrekturspannungselement ΔV_1q für die q-Achse vom Ausgangsanschluß 42 ausgegeben wird.
Durch die Tätigkeit der in 19 gezeigten Korrekturabschnittregelschaltung 18a wird dann ein Primärfrequenzwert ω₁* über den Eingangsanschluß 315 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 ausgegeben. Und außerdem wird das q-Achsenelement I_1q des Primärstroms über den Eingangsanschluß 316 von der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement eingegeben, wenn die Bearbeitung entsprechend Gleichung (34) und Gleichung (35) von der Korrektursignalerzeugerschaltung 317 durchgeführt wird. Von den Ausgangsanschlüssen 318, 319 und 320 werden SW.1, SW.2 und SW.3 als Korrekturabschnittregelsignale für die Korrekturschaltung 11b des Primärwiderstands, die Korrekturschaltung 13b der primären Selbstinduktivität und die Korrekturschaltung 17b für den Streukoeffizienten ausgegeben.
Ferner wird bei der in 16 gezeigten Korrekturschaltung 11b für den Primärwiderstand das Korrekturregelsignal SW.1, welches über den Eingangsanschluß 300 von der Korrekturabschnittregelschaltung 18a eingegeben wurde, vom Multiplizierer 302 mit dem Fehlerstrom I_err multipliziert, der über den Eingangsanschluß 301 von der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom eingegeben wurde. Der resultierende Wert wird als Korrekturwert ΔR₁, für den Einstellwert R₁* des Primärwiderstands vom Verstärker 303, Integrator des Verstärkungstyps 304 und Addierer 305 am Ausgangsanschluß 306 ausgegeben.
Ähnlich wird bei der in 17 gezeigten Korrekturschaltung 13b für die primäre Selbstinduktivität das Korrekturab schnittregelsignal SW.2, welches über den Eingangsanschluß 307 von der Korrekturabschnittregelschaltung 18a eingegeben wurde, vom Multiplizierer 309 mit dem Fehlerstrom I_err multipliziert, der über den Eingangsanschluß 308 von der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom eingegeben wurde. Der resultierende Wert wird als Korrekturwert ΔL₁ für den Einstellwert L₁* der primären Selbstinduktivität vom Verstärker 54, dem Integrator des Verstärkungstyps 55 und dem Addierer 56 am Ausgangsanschluß 310 ausgegeben.
Ferner wird bei der in 18 gezeigten Korrekturschaltung 17b für den Streukoeffizienten das Korrekturabschnittregelsignal SW.3, welches über den Eingangsanschluß 311 von der Korrekturabschnittregelschaltung 18a eingegeben wurde, vom Multiplizierer 313 mit dem Fehlerstrom I_err multipliziert, der über den Eingangsanschluß 312 von der Rechenschaltung 15b für den Fehlerstrom eingegeben wurde. Der resultierende Wert wird als Korrekturwert Δσ für den Einstellwert σ* des Streukoeffizienten vom Verstärker 220, dem Integrator des Verstärkungstyps 221 und dem Addierer 222 am Ausgangsanschluß 314 ausgegeben.
Es sei darauf hingewiesen, daß bei einem alternativen Ausführungsbeispiel die in 19 gezeigte Korrekturabschnittregelschaltung 18a durch die in 20 gezeigte Korrekturregelschaltung 18b ersetzt sein kann. Bei der in 18 gezeigten Korrekturabschnittregelschaltung 18b wird der Sollwert der Primärfrequenz ω₁* über den Eingangsanschluß 315 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 eingegeben, Korrekturabschnittregelsignale für die Korrekturschaltung 11b des Primärwiderstands, die Korrekturschaltung 13b der primären Selbstinduktivität sowie der Korrekturschaltung 17b für den Streukoeffizienten werden mit Hilfe der Gleichung (34) erzeugt, und diese Signale als SW.1, SW.2 und SW.3 von den Ausgangsanschlüssen 318, 319 bzw. 320 ausgegeben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die in 19 gezeigte Korrekturabschnittregelschaltung 18a durch eine in 21 dargestellte Korrekturabschnittregel schaltung 18c ersetzt sein. In der in 21 dargestellten Korrekturabschnittregelschaltung 18c wird das q-Achsenelement I_1q des Primärstroms über den Eingangsanschluß 315 von der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement eingegeben, Korrekturabschnittregelsignale für die Korrekturschaltung 13b der primären Selbstinduktivität und der Korrekturschaltung 17b für den Streukoeffizienten werden mit Hilfe der Gleichung (35) erzeugt, und diese Signale werden von den Ausgangsanschlüssen 319 bzw. 320 als SW.2 und SW.3 ausgegeben.
Bei der vom Erfinder der vorliegenden Anmeldung schon früher vorgeschlagenen Einheit wird auch der Primärwiderstand korrigiert. Allerdings wurde dabei der Fall eines Bremsbetriebes nicht berücksichtigt, und folglich kann die Korrektur des Primärwiderstands nicht unter stabilen Bedingungen während des Bremsbetriebes erfolgen. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, kann die in 19 gezeigte Korrekturabschnittregelschaltung 18a durch die in 22 gezeigte Korrekturabschnittregelschaltung 18d ersetzt werden. Bei der in 22 gezeigten Korrekturabschnittregelschaltung 18d wird das q-Achsenelement I_1q des Primärstroms über den Eingangsanschluß 316 von der Rechenschaltung 14 des Primärstromelements eingegeben, und das Korrekturabschnittregelsignal für die Korrekturschaltung 17b des Primärwiderstandes wird von einem Schaltstromkreis 321 erzeugt, so daß das Signal "1" wird, wenn I_1q positiv ist, aber "–1", wenn I_1q negativ ist. Das Signal wird als SW.1 am Ausgangsanschluß 318 bereitgestellt.
Es sei noch erwähnt, daß eine Korrekturabschnittregelschaltung auch durch Kombinieren der in den 20, 21 und 22 gezeigten Korrekturabschnittregelschaltungen 18b, 18c und 18d nach Bedarf gebildet werden kann. Ferner sei erwähnt, daß bei dem obigen Ausführungsbeispiel I_1u oder Ii_v, d.h. die Ausgabe des Stromdetektors 2 statt der Ausgabe der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement, nämlich I_1q benutzt werden kann.
Erfindungsgemäß haben die Ausgangssignale SW.1, SW.2 und SW.3, die die Korrekturabschnittregelschaltung 18a gemäß 19 ausgibt, mehrwertige Signale mit Zwischenwerten, wie 23 zeigt, statt der digitalen Signale "1", "0" und "–1". Bei der Korrekturabschnittregelschaltung 18e gemäß 23 sind Eingangsanschlüsse 315, 316, Absolutwertschaltungen 321, 322, Funktionsgeneratoren 323 bis 326, Multiplizierer 327, 327 sowie Ausgangsanschlüsse 318 bis 320 vorgesehen.
Die Operationen bei diesem Ausführungsbeispiel gehen wie folgt vor sich:
Bei der in 23 gezeigten Korrekturabschnittregelschaltung 18e wird der Sollwert der Primärfrequenz ω₁* über den Eingangsanschluß 315 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 eingegeben, und von der Rechenschaltung 14 für das Primärstromelement wird über den Eingangsanschluß 316 das q-Achsenelement I_1q des Primärstroms eingegeben. Der absolute Wert dieses Sollwertes der Primärfrequenz ω₁* wird von der Absolutwertschaltung 321 identifiziert, und die Funktionsgeneratoren 323, 326 geben den absoluten Wert aus. Ähnlich wird der Absolutwert des q-Achsenelements I_1q des Primärstroms durch die Absolutwertschaltung 322 abgeleitet und von den Funktionsgeneratoren 324, 325 ausgegeben.
In den Funktionsgeneratoren 323 bis 326 werden Werte, die Ausgaben der Absolutwertschaltungen 321, 322 entsprechen, gemäß der zuvor eingestellten Funktion ausgegeben. Zunächst erzeugt der Funktionsgenerator 323 ein Signal AN.1 entsprechend der Ausgabe der Absolutwertschaltung 321. Das Signal AN.1 wird vom Ausgangsanschluß 318 an die Korrekturschaltung 11b für den Primärwiderstand ausgegeben. Als nächstes gibt der Funktionsgenerator 326 ein Signal AN.12 aus, welches der Ausgabe der Absolutwertschaltung 321 entspricht.
Ferner werden Signale AN.21, AN.22 entsprechend den Ausgaben des Funktionsgenerators 324 bzw. des Funktionsgenerators 325 erzeugt, und das vom Funktionsgenerator 326 ausgegebene Signal AN.12 wird vom Multiplizierer 327 mit dem vom Funktionsgenerator 324 gelieferten Signal AN.21 multipliziert, um ein Signal AN.2 zu bilden, welches am Ausgangsanschluß 319 der Korrekturschaltung 13b für die primäre Selbstinduktivität bereitgestellt wird. Das vom Funktionsgenerator 326 ausgegebene Signal AN.12 wird vom Multiplizierer 328 mit dem Signal AN.22 multipliziert, welches der Funktionsgenerator 325 zur Verfügung stellt, um ein Signal AN.3 zu erzeugen, welches vom Ausgangsanschluß 320 an die Korrekturschaltung 17b für den Streukoeffizientrn angelegt wird.
24 ist ein Ablaufdiagramm des beim dritten Ausführungsbeispiel benutzten Algorithmus, dessen Folge nunmehr beschrieben wird. Zunächst wird der Korrekturwert ΔL₁, der Korrekturwert Δσ für den Streukoeffizienten und der Korrekturwert ΔR₁, für den Primärwiderstand auf Null gelöscht. Ferner wird ein anfänglicher Einstellwert L₁* für die primäre Induktivität, ein anfänglicher Einstellwert σ* für den Streukoeffizienten sowie ein anfänglicher Einstellwert R₁* für den Primärwiderstand auf die entsprechenden Schätzwerte L₁, Δσ bzw. R₁ gesetzt (Schritt S21). Dann werden mit Hilfe der Gleichungen (27) bzw. (28) die Elemente der d-Achse und der q-Achse, I_1d, I_1q des Primärstroms errechnet. Ferner wird der Fehlerstrom I_err mit Hilfe der Gleichung (33) berechnet (Schritt S22).
Mit Hilfe der Gleichungen (34), (35) wird dann ein zu korrigierender Einstellwert anhand der Bestimmung der Bedingungen ausgewählt. Daraufhin wird ein Korrekturwert für den ausgewählten Einstellwert errechnet, so daß der Fehlerstrom I_err mit Hilfe irgendeiner der Gleichungen (10), (25) und (31) auf Null herabgesetzt wird (Schritt S23). Es sei darauf hingewiesen, daß ein Korrekturwert für jeden der Einstellwerte, die in diesem Schritt nicht gewählt wurden, der gleiche ist wie der beim vorigen Mal benutzte. Dann werden die Korrekturwerte ΔL₁, Δσ und ΔR₁, zu den anfänglichen Einstellwerten L₁*, σ* bzw. R₁* addiert und als entsprechende Schätzwerte L₁, Δσ und R₁ gesetzt (Schritt S24).
Ferner werden anhand der im Schritt S24 erhaltenen Schätzwerte der Befehl V_1d* für das d-Achsenelement und der Befehl V_1q* für das q-Achsenelement des Primärstroms errechnet (Schritt S25). Außerdem werden die Dreiphasen-Sollwerte V_1u*, V_1v*, V_1w* der Primärspannung aus den Befehlen V_1d* und V_1q* für das d-Achsenelement bzw. das q-Achsenelement der Primärspannung mit Hilfe der Gleichungen (29) und (30) errechnet (Schritt S26).
Es sei darauf hingewiesen, daß die Schritte S22 bis S26 eine Schleife bilden und jeder Schritt wiederholt durchgeführt wird, und daß die Reihenfolge unterschiedlich sein kann. So ist beispielsweise ein Algorithmus erlaubt, bei dem der Schritt S23 vor dem Schritt S22 erfolgt oder der Schritt S23 vor dem Schritt S25 ausgeführt wird.
Das Ablaufdiagramm gemäß 25 zeigt gleichfalls Operationen für das dritte Ausführungsbeispiel. Die Schritte S31 bis S33 ebenso wie S35 bis S40 sind die gleichen wie schon unter Hinweis auf 24 beschrieben und werden deshalb nicht wiederholt. Die Operationen im Schritt S34 (K_RP, Krl, KSP, KSI, K_cp, K_cl) werden von der Korrekturabschnittregelschaltung 18a bestimmt.
Es soll noch ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben werden, welches als Blockschaltbild in 26 dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel weist folgendes auf: einen Induktionsmotor 1, einen Stromdetektor 2, eine Umformerschaltung variabler Frequenz 3, eine Einstelleinheit für einen Sollwert der feldbildenden Stromkomponente 4, eine Rechenschaltung für die induzierte Spannung 5c, eine Rechenschaltung für Korrekturspannung 7b, eine Rechenschaltung für einen Sollwert der Primärspannung 8, einen Frequenz-Sollwertgeber 9, eine Rechenschaltung für ein Primärstromelement 14, eine Rechenschaltung für einen Fehlerstrom 15a und eine Korrekturschaltung für einen Sollwert der feldbildenden Stromkomponente 19 sowie einen Subtrahierer 20.
27 ist ein Blockschaltbild der genannten Rechenschaltung 5c für die induzierte Spannung. Wie zu sehen ist, gehört zu dieser Schaltung ein Eingangsanschluß 410, der mit dem Frequenz-Sollwertgeber 9 verbunden ist, eine Faktoreinheit 411 und ein Ausgangsanschluß 412.
28 zeigt im einzelnen den Aufbau der genannten Korrekturschaltung 19 für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente. Diese Schaltung hat einen Eingangsanschluß 413, der mit der Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom verbunden ist, einen Verstärker 414, einen Integrator des Verstärkungstyps 415, einen Addierer 416 sowie einen Ausgangsanschluß 417.
Ein Regelsystem für einen Induktionsmotor gemäß diesem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht wie folgt aus.
Wie schon im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, wird bei der Bestimmung von V_1d und V_1q mit Hilfe der Gleichungen (21) bis (23) der primäre Magnetfluß ϕ₁ auf konstantem Pegel entsprechend dem Einstellwert gehalten. Wie auch schon beschrieben, enthält die Gleichung (21) einen Einstellwert für die primäre Selbstinduktivität L₁, wobei es sich um eine Schaltkreiskonstante für den Induktionsmotor handelt. Ein Fehler beim Einstellen dieser primären Selbstinduktivität kann gemäß dem Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels korrigiert werden. Wenn allerdings die primäre Selbstinduktivität L, korrigiert und größer wird als der Einstellwert L₁*, L₁ω₁I_1d* (der zweite Ausdruck auf der rechten Seite der Gleichung (26) für die induzierte Spannung V_1q*) wird größer als L₁*ω₁I_1d* welches der Einstellwert der induzierten Spannung ist, der mit dem Einstellwert L₁* für die ursprüngliche Selbstinduktivität berechnet wurde. Ist diese induzierte Spannung größer als der ursprüngliche Einstellwert, kommt es zu einem Mangel an Spannung, und die Regelung wird unstabil. So werden V_1d* und V_1q* wie durch die Gleichung (36) angedeutet, geregelt: V1d = R1*I1d + KcdIerr V1q = R1*I1q + Kaω1+ (K0ω1 + Kcq)Ierr(36)
Hier Ka = L₁*I_1d*.
Unter Ausnutzung der Tatsache, dass bei Vorhandensein eines Fehlers zwischen einem Einstellwert für die primäre Selbstinduktivität L₁ und dem tatsächlichen Wert der durch die Gleichung (23) ausgedrückte Fehlerstrom I_err niemals Null wird, wird I_err einer Proportionierung und Integration entsprechend einer vorher eingestellten Verstärkung unterzogen und der resultierende Wert als Korrekturwert ΔI_1d für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d* errechnet. Mit Hilfe der Gleichung (37) wird der Korrekturwert ΔI_1d für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d* berechnet, und dann wird I_1d* hinzugefügt, um den korrigierten Sollwert für die feldbildende Stromkomponente I_1d zu erhalten, wie die Gleichung (38) zeigt: ΔI ^1d = (Kdp + Kdl/S)Ierr (37) I ^1d* = I1d* + ΔI ^1d* (38)
Ferner wird I_1d*, in der Gleichung (23) zum Erhalt des Fehlerstroms I_err benutzt, in den Ausdruck für den korrigierten Sollwert der feldbildenden Stromkomponente I_1d eingetauscht, der mit Hilfe der Gleichung (38) erhalten wurde. Damit ergibt sich die Gleichung (39): Ierr* = I ^1d* – I1d + σ*I1q 2/(I ^1d* – σ*I1d)
Wenn bei dem oben beschriebenen Regelsystem des vierten Ausführungsbeispiels ein Fehler bei der Einstellung der primären Selbstinduktivität aufgetreten ist, kommt es automatisch zu einer Korrektur in dem Zustand, wo die induzierte Spannung auf einem konstanten Niveau gehalten wird, so dass der Primärfluss Φ1 immer auf einen konstanten Pegel eingeregelt wird. Aus diesem Grund stellt sich nie ein Mangel an Spannung ein, und der Induktionsmotor kann ausgezeichnet geregelt werden.
Die Operationen des vierten Ausführungsbeispiels sollen unter Hinweis auf das Ablaufdiagramm gemäß 29 und die 27 und 28 erläutert werden.
Als erstes wird ein Anfangswert ΔV_1d festgesetzt (Schritt S41). Als nächstes wird in der Rechenschaltung 5c für die induzierte Spannung, die in 27 gezeigt ist, der Sollwert der Primärfrequenz ω₁* über den Eingangsanschluß 410 vom Frequenz-Sollwertgeber 9 ausgegeben, der Ausgabewert in der Faktoreinheit 411 einer Multiplikation um einen festen Faktor unterzogen und dann von dem Ausgangsanschluß 412 als V_1d0* ausgegeben.
Außerdem wird in der in 28 gezeigten Korrekturschaltung 19 für den Sollwert der feldbildenden Komponente der über den Eingangsanschluß 413 von der Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom eingegebene Fehlerstrom I_err einer Berechnung mit Hilfe der Gleichung (37) durch den Verstärker 414, den Integrator des Verstärkungstyps 415 und den Addierer 416 unterzogen und der resultierende Wert als Korrekturwert ΔI_1d* für den Erregerstrombefehl I_1d* vom Ausgangsanschluß 417 ausgegeben (Schritt S44).
Ferner wird der Korrekturwert ΔI_1d für den Sollwert der feldbildenden Komponente I_1d* von der Korrekturschaltung 19 für den Sollwert der feldbildenden Komponente im Subtrahierer 20 vom Sollwert der feldbildenden Komponente I_1d*, den die Einstelleinheit 40 für den Sollwert der feldbildenden Komponente ausgibt, abgezogen und der resultierende Wert als korrigierter Sollwert der feldbildenden Komponente I_1d* an die Rechenschaltung 15a für den Fehlerstrom abgegeben (Schritt S45). Da die Schritte S42, S43 und S46 bis S48 die gleichen sind wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen werden sie nicht noch einmal erläutert.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele 3 und 4 beschränkt. Jede Regeleinheit für einen Induktionsmotor und jedes Regelungsverfahren für einen solchen, bei denen Mittel gemäß der vor liegenden Erfindung verwendet sind, kann die gleichen Effekte wie die vorgenannten Ausführungsbeispiele erzielen.
Außerdem können die erfindungsgemäßen Wirkungen sowohl durch Verwendung von Hardware als auch Software erzielt werden.
Wie vorstehend beschrieben, ist eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung so aufgebaut und angeordnet, daß ein Einstellwert der primären Selbstinduktivität korrigiert wird, indem ein Fehlerstrom benutzt wird, so daß der tatsächliche Wert des mit einem Induktionsmotor erzeugten primären Magnetflusses Null wird, wenn er mit dem Einstellwert übereinstimmt, und der primäre Magnetfluß im Induktionsmotor wird unter Verwendung des korrigierten Wertes der primären Selbstinduktivität auf den Einstellwert berichtigt. Aus diesem Grund kann selbst dann immer eine stabile Regelung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, wenn es einen Fehler zwischen einem Einstellwert der primären Selbstinduktivität, einschließlich des der Konstruktion zugrundeliegenden Wertes und dem tatsächlichen Wert gibt.
Selbst bei einer Änderung des Sollwertes der feldbildenden Komponente, beispielsweise bei variabler Erregung oder Feldschwächung ist es für die Regelung nicht nötig, eine Sättigungskurve der primären Selbstinduktivität aufgrund magnetischer Sättigung zu messen und zu bestimmen und den Meßwert zu speichern, so daß eine so komplizierte Bemühung nicht erforderlich ist. Trotzdem kann immer eine stabile Regelung mit hoher Genauigkeit erzielt werden.
Eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor und ein entsprechendes Verfahren gemäß der Erfindung ist so ausgelegt und angeordnet, daß ein Einstellwert des Streukoeffizienten mit Hilfe eines Fehlerstroms korrigiert wird, so daß der tatsächliche Wert des mit dem Induktionsmotor erzeugten primären Magnetflusses Null wird, wenn er mit dem Einstellwert zusammenfällt. Der primäre Magnetfluß im Induktionsmotor wird mit Hilfe des korrigierten Streukoeffizienten so geregelt, daß der tatsächliche Wert des Streukoeffizienten mit dem Einstellwert zusammenfällt. Aus diesem Grund kann selbst dann eine stabile Regelung mit hoher Genauigkeit erzielt werden, wenn zwischen dem Einstellwert für den Streukoeffizienten, einschließlich des Sollwertes, und dem tatsächlichen Wert ein Fehler besteht.
Wenn der Streukoeffizient sich durch Einflüsse magnetischer Sättigung ändert, ist es bisher schwer gewesen, die Sättigungskurve des Streukoeffizienten zu messen, und die Sättigungskurve des Streukoeffizienten kann in keinem Speicher gespeichert werden, was die Stabilität und Genauigkeit der Regelung verschlechtert. Durch die Korrektur des Streukoeffizienten gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch Stabilität und große Präzision erreicht werden.
Eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor und ein Regelverfahren für denselben ist gemäß der Erfindung so ausgelegt und angeordnet, daß Einstellwerte für den Primärwiderstand, die primäre Selbstinduktivität und den Streukoeffizienten mit Hilfe eines Fehlerstroms so korrigiert werden, daß der tatsächliche Wert des innerhalb des Induktionsmotors erzeugten primären Magnetflusses Null wird, wenn der tatsächliche Wert mit dem Einstellwert übereinstimmt. Der primäre Magnetfluß in dem Induktionsmotor wird mit Hilfe der korrigierten Werte für den Primärwiderstand, die primäre Selbstinduktivität und den Streukoeffizienten so geregelt, daß der primäre Magnetfluß im Induktionsmotor mit dem Einstellwert übereinstimmt. Ferner werden die Korrekturvorgänge entsprechend dem Primärstrom bzw. der Primärfrequenz im Induktionsmotor gesteuert, und aus diesem Grund stimmt der primäre Magnetfluß im Induktionsmotor mit dem Einstellwert selbst dann überein, wenn zwischen dem Einstellwert beispielsweise für die primäre Selbstinduktivität oder den Streukoeffizienten und dem entsprechenden tatsächlichen Wert ein Fehler besteht. Es wird derjenige Einstellfehler für die Korrektur ausgewählt, der den größten Einfluß darauf hat, eine Übereinstimmung zwischen dem primären Magnetfluß im Induktionsmotor und dem Einstellwert hervorzubringen. So kann immer eine stabile Regelung mit hoher Genauigkeit erreicht werden.
Eine Regeleinheit für einen Induktionsmotor und ein Regelverfahren gemäß der Erfindung ist so ausgelegt und angeordnet, daß Operationen zur Korrektur eines Einstellwertes für die primäre Selbstinduktivität und eines Einstellwertes für den Streukoeffizienten während des Betriebs im Niedriggeschwindigkeitsmodus angehalten werden. Eine Operation zur Korrektur eines Einstellwertes für den Primärwiderstand hingegen wird während des Betriebs im Hochgeschwindigkeitsmodus angehalten. Es wird also während des Betriebs im Niedriggeschwindigkeitsmodus ein Einstellfehler für die Korrektur ausgewählt, der den größten Einfluß darauf hat, eine Übereinstimmung zwischen dem primären Magnetfluß im Induktionsmotor und dem Einstellwert hervorzurufen. Während des Betriebes im Hochgeschwindigkeitsmodus hingegen wird für die Korrektur ein Einstellfehler gewählt, der Einfluß darauf hat, Übereinstimmung zwischen dem primären Magnetfluß im Induktionsmotor und dem Einstellwert hervorzurufen. So kann immer eine stabile Regelung von hoher Genauigkeit erzielt werden.
Eine Regeleinheit und ein Regelverfahren für einen Induktionsmotor gemäß der Erfindung ist so ausgelegt und angeordnet, daß die Bestimmung, ob eine Last leicht oder schwer ist, entsprechend dem Primärstrom in einem Induktionsmotor durchgeführt wird. Eine Operation zur Korrektur des Einstellwertes für den Ableitwert wird angehalten, wenn die Last leicht ist, und eine Operation zur Korrektur des Einstellwertes für die primäre Selbstinduktivität wird angehalten, wenn die Last schwer ist. Aus diesem Grund wird bei leichter Last ein Einstellfehler für die primäre Selbstinduktivität, der den größten Einfluß darauf hat, Übereinstimmung zwischen dem primären Magnetfluß im Induktionsmotor und dem Einstellwert hervorzurufen, für die Korrektur ausgewählt. Ist andererseits die Last schwer, wird für die Korrektur ein Einstellfehler für den Streukoeffizienten gewählt, der den größten Einfluß darauf hat, Übereinstimmung zwischen dem primären Magnetfluß im Induktionsmotor und dem Einstellwert zu verursachen. So kann immer eine stabile Regelung von hoher Genauigkeit erreicht werden.
Eine Regeleinheit und ein Regelverfahren für einen Induktionsmotor gemäß der Erfindung ist so aufgebaut und angeordnet, daß eine Bestimmung, ob eine Last eine Leistungslast oder eine regenerierende Last ist, in Übereinstimmung mit dem Primärstrom im Induktionsmotor durchgeführt wird. Dabei wird die Polarität der Korrekturverstärkung des Primärwiderstandes umgekehrt, wenn es sich um einen Bremsbetrieb handelt. Aus diesem Grund kann selbst beim Bremsbetrieb eine stabile Regelung mit großer Genauigkeit erreicht werden.
Eine Regeleinheit und ein Regelverfahren für einen Induktionsmotor gemäß der Erfindung ist so ausgelegt und angeordnet, daß Korrekturverstärkungen für die Korrektureinrichtung des Primärwiderstandes, die Korrektureinrichtungen der primären Selbstinduktivität und die Korrektureinrichtungen des Streukoeffizienten in Übereinstimmung mit Funktionsmustern geregelt werden, die zuvor entsprechend dem Sollwert des Primärstroms und der Primärfreguenz in einem Induktionsmotor eingestellt oder unter Zuhilfenahme dieses Wertes berechnet wurden. Aus diesem Grund wird während des Betriebsmodus mit niedriger Geschwindigkeit ein Einstellfehler für den Primärwiderstand, der den größten Einfluß darauf hat, Übereinstimmung zwischen dem Magnetfluß im Induktionsmotor und dem Einstellwert zu erzielen, mit Vorzug für die Korrektur ausgewählt. Hingegen wird für den Betriebsmodus mit hoher Geschwindigkeit ein Einstellfehler für die primäre Selbstinduktivität ebenso wie für den Ableitfaktor vorzugsweise für die Korrektur ausgewählt. Außerdem wird, wenn die Last leicht ist, ein Einstellfehler für die primäre Selbstinduktivität, der den größten Einfluß darauf hat, Übereinstimmung zwischen dem Magnetfluß im Induktionsmotor und dem Einstellwert hervorzurufen, vorzugsweise für die Korrektur ausgewählt. Andererseits wird bei schwerer Last vorzugsweise für die Korrektur ein Einstellfehler für den Streukoeffizienten ausgewählt, der den größten Einfluß darauf hat, Übereinstimmung zwischen dem primären Magnetfluß und dem Einstellwert zu verursachen. So kann immer eine stabile Regelung mit hoher Genauigkeit erzielt werden.
Eine Regeleinheit und ein Regelverfahren für einen Induktionsmotor gemäß der Erfindung ist so ausgelegt und angeordnet, daß ein Einstellwert für die feldbildende Stromkomponente durch Benutzung eines Fehlerstroms korrigiert wird, so daß der tatsächliche Wert des im Induktionsmotor erzeugten primären Magnetflusses Null wird, wenn der tatsächliche Wert mit dem Einstellwert zusammenfällt. Der primäre Magnetfluß im Induktionsmotor wird mittels des korrigierten Einstellwertes der feldbildenden Stromkomponente so geregelt, daß der tatsächliche Wert mit dem Einstellwert zusammenfällt. So kann, selbst wenn ein Fehler besteht zwischen dem Einstellwert für die primäre Selbstinduktivität und dem tatsächlichen Wert derselben der Erregerstromauswahlwert korrigiert werden, wobei die induzierte Spannung auf gleichbleibendem Niveau gehalten wird. Es kommt also niemals zu einem Mangel an Spannung, und es kann immer eine stabile Regelung mit hoher Genauigkeit erzielt werden.

Claims

Regeleinheit für einen Induktionsmotor (1) mit – einer Stromdetektoreinheit (2) zum Erfassen eines Primärstroms (I_1U, I_1V) in dem Induktionsmotor (1); – einem Koordinatenwandler (14) zum Berechnen der feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors aus dem von der Stromdetektoreinheit (2) erfassten Primärstrom (I_1U, I_1V) sowie aus einem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*); – einer Recheneinheit (15b) für einen Fehlerstrom (I_err), in die die feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors, der Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), der Sollwert der feldbildenden Stromkomponente (I_1d*) und ein Korrekturwert (Δσ) für einen voreingestellten Streukoeffizienten (σ*) eingegeben werden und die den Fehlerstrom (Ierr) berechnet gemäß I_err = I_1d* – I_1d+ (σ* + Δσ)·I_1q ²/(I_1d* – (σ* + Δσ)·I_1d) – einer Korrektureinheit (11b) für den Primärwiderstand (R₁), in die der Fehlerstrom (I_err) eingegeben wird und die mittels eines mindestens einen integralen Faktor einschließenden Algorithmus einen Korrekturwert (ΔR₁) für den voreingestellten Primärwiderstand (R₁) berechnet; – einer Recheneinheit (7a) für eine Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q), in die der Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), der Fehlerstrom (I_err), die feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors, der voreingestellten Primärwiderstand (R₁*) und der Korrekturwert für den Primärwiderstand (ΔR₁) eingegeben werden und die eine Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q) berechnet; und – einer Recheneinheit (8) für einen Primärspannungs-Sollwert (V_1u*, V_1v*, V_1w*), in die der Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), der Sollwert der induzierten Spannung (V_1q0*), und die Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q) eingegeben werden und die einen Sollwert der Primärspannung (V_1U*, V_1V*, V_1W*) für den Induktionsmotor (1) berechnet und den berechneten Wert an einen Frequenzumrichter (3) ausgibt; – einer Korrektureinheit (13b) für die primäre Selbstinduktivität (L₁), in die der Fehlerstrom (I_err) eingegeben wird und die mittels eines PI-Algorithmus einen Korrekturwert (ΔL₁) für die voreingestellte Selbstinduktivität (L₁*), berechnet; – einer Korrektureinheit (17b) für den Streukoeffizienten (σ), in die der Fehlerstrom (I_err) eingegeben wird und die mittels eines PI-Algorithmus einen Korrekturwert (Δσ) für den voreingestellten Streukoeffizienten (σ*), errechnet; – einer Recheneinheit (5b) für die induzierte Spannung (V_1q0*), in die der Sollwert der Primär frequenz (ω₁*), der Sollwert der feldbildenden Stromkomponente (I_1d*), die voreingestellte Selbstinduktivität (L₁*) und der Korrekturwert für die primäre Selbstinduktivität (ΔL₁) eingegeben werden und die einen Sollwert der induzierten Spannung (V_1q0*), ausgibt; und – einer übergeordnete Steuereinheit (18a) zum Steuern der Korrektureinheit (11b) für den Primärwiderstand (R₁), der Korrektureinheit (13b) für die primäre Selbstinduktivität (L₁) und der Korrektureinheit (17b) für den Streukoeffizienten (σ), die Verstärkungen (K_RP, K_RI) für die Korrektureinheit (11b) des Primärwiderstands (R₁), die Korrektureinheit (13b) der primären Selbstinduktivität (L₁) und die Korrektureinheit für (17b) des Streukoeffizienten (σ) in Abhängigkeit (18a) von der Primärfrequenz (ω₁*) und den feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors und in Übereinstimmung mit einer zuvor eingestellten Verstärkungsfunktion steuert.
Regelverfahren für einen Induktionsmotor (1) mit folgenden Schritten: – Erfassen (2) eines Primärstroms (I_1u, I_1v) in dem Induktionsmotor (1); – Berechnen (14) von feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors aus dem erfassten Primärstrom (I_1u, I_1v) und aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*); – Berechnen (15b) eines Fehlerstroms (I_err) aus den feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors, dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), dem Sollwert der feldbildenden Stromkomponente (I_1d*) und einem Korrekturwert (Δσ) für einen voreingestellten Streukoeffizienten (σ*) gemäß I_err = I_1d* – I_1d+ (σ* + Δσ)·I_1q ²/(I_1d* – (σ* + Δσ)·I_1d) – Berechnen (11b) eines Korrekturwertes (ΔR₁) für den voreingestellten Primärwiderstand (R₁*) aus dem Fehlerstrom (I_err) mittels eines PI-Algorithmus; – Berechnen (13b) eines Korrekturwertes (ΔL₁) für die voreingestellte Selbstinduktivität (L₁*) aus dem Fehlerstrom (I_err) mittels eines PI-Algorithmus; – Berechnen (17b) eines Korrekturwertes (Δσ) für den voreingestellten Streukoeffizienten (σ*) aus dem Fehlerstrom (I_err) mittels eines mindestens einen integralen Faktor einschließenden Algorithmus; – Berechnen (7a) einer Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q), aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), dem Fehlerstrom (I_err), den feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors und dem Korrekturwert (ΔR₁) des Primärwiderstandes (R₁*); – Berechnen (5b) eines Sollwertes für die induzierte Spannung (V_1q0*), aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), dem Sollwert der feldbildenden Stromkomponenten (I_1d, I_1q) und eines Korrekturwertes (ΔL₁) der voreingestellten Selbstinduktivität (L₁); – Steuern (18a) des Korrekturwertes (ΔR₁) des voreingestellten Primärwiderstands (R₁), des Korrekturwertes (ΔL₁) der voreingestellten primären Selbstinduktivität (L₁*) und des Korrek turwertes (Δσ) des voreingestellten Streukoeffizienten (σ*) in Abhängigkeit von dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), und den feldorientierten (I_1d, I_1q) Komponenten des Primär-Stromvektors und in Übereinstimmung mit einer zuvor eingestellten Verstärkungsfunktion; – Berechnen (8) eines Sollwertes der Primärspannung (V_1u*, V_1v*, V_1w*), für den Induktionsmotor (1) aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*), dem Sollwert der induzierten Spannung (V_1q0*) und der Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q).
Regeleinheit für einen Induktionsmotor (1) mit – einer Stromdetektoreinheit (2) zum Erfassen eines Primärstroms (I_1u, I_1v) des Induktionsmotors (1); – einem Koordinatenwandler (14) zum Berechnen von feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors aus dem von der Stromdetektoreinheit (2) erfassten Primärstrom (I_1U, I_1V) sowie aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*); – einer Recheneinheit (7b) für eine Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q) in die der Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*) und ein Fehlerstrom (I_err) eingegeben werden und die eine Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q) berechnet; – einer Recheneinheit (5c) für eine induzierte Spannung (U_1q0*), in die der Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*) eingegeben wird und die mittels einem Proportionalfaktor K_A einen Sollwert für die induzierte Spannung (V_1q0*) berechnet; und – einer Recheneinheit (8) für den Primärspannungs-Sollwert (V_1u*, V_1v*, V_1w*), in die der Sollwert der induzierte Spannung (V_1q0*) und die Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q) eingegeben werden und die einen Sollwert der Primärspannung (V_1u*, V_1v*, V_1w*), für den Induktionsmotor (1) berechnet und den berechneten Wert an einen Frequenzumrichter (3) ausgibt; – einer Recheneinheit (15a) für den Fehlerstrom (I_err), in die die feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors (I_1d, I_1q) und ein korrigierter Sollwert (I_1d* – ΔI ^_1d*) für die feldbildende Stromkomponente (I_1d) eingegeben werden und die einen auf der Sollwert-Istwert-Differenz der korrigierten und der feldbildenden Stromkomponente (I_1d* – ΔI ^_1d* – I_1d), sowie einer Größe, die aus dem Quadrat der momentenbildenden Stromkomponente (I_1q) das mit dem Streufaktor (σ*) gewichtet wird und durch die Summe aus der mit dem Streufaktor (σ*) gewichteten feldbildenden Stromkomponente (I_1d) und dem korrigierten Sollwert (I_1d* – ΔI ^_1d*) der feldbildenden Stromkomponente dividiert wird, den Fehlerstrom (I_err) berechnet; – einer Korrektureinheit (19) für den Sollwert der feldbildende Stromkomponente (I_1d*), in die der Fehlerstrom (I_err) eingegeben wird und die einen Korrekturwert (ΔI ^_1d*) für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente (I_1d*) mittels eines mindestens einen integralen Faktor einschließenden Algorithmus berechnet.
Regelverfahren für einen Induktionsmotor (1) mit folgenden Schritten: – Erfassen (2) eines Primärstroms (I_1U, I_1V) in dem Induktionsmotor (1); – Berechnen (14) von feldorientierten Komponenten (I_1d, I_1q) des Primär-Stromvektors aus dem erfassten (I_1U, I_1V) Primärstrom sowie aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*); – Berechnen (15a) eines Fehlerstroms (I_err), der auf den feldorientierten Komponenten des Primär-Stromvektors (I_1d, I_1q) und einem korrigierten Sollwert (I_1d* – ΔI ^_1d*) für die feldbildenden Stromkomponente (I_1d) basiert, wobei aus der Sollwert-Istwert-Differenz der korrigierten und der feldbildenden Stromkomponente (I_1d* – ΔI ^_1d* – I_1d), sowie einer Größe, die aus dem Quadrat der momentenbildenden Stromkomponente (I_1q) das mit dem Streufaktor (σ*) gewichtet wird und durch die Summe aus der mit dem Streufaktor (σ*) gewichteten feldbildenden Stromkomponente (I_1d) und dem korrigierten Sollwert (I_1d* – ΔI ^_1d*) der feldbildenden Stromkomponente dividiert wird, den Fehlerstrom (I_err) berechnet; – Berechnen (19) eines Korrekturwertes (ΔI ^_1d*) für den Sollwert der feldbildenden Stromkomponente (I_1d*) aus dem Fehlerstrom (I_err) mittels eines mindestens einen integralen Faktor einschließenden Algorithmus; – Berechnen (7b) einer Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q) aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*) und dem Fehlerstrom (I_err); – Berechnen (5c) eines Sollwertes der induzierten Spannung (V_1q0*) aus dem Sollwert der Primärfrequenz (ω₁*) und einem Proportional-Faktor K_A; – Berechnen (8) eines Primärspannungs-Sollwertes (V_1u*, V_1v*, V_1w*) für den Induktionsmotor (1) aus dem Sollwert der Primärfrequenz, dem Sollwert der induzierten Spannung (V_1q0*) und der Korrekturspannung (ΔU_1d, ΔU_1q).