DE19635235C1 - Verbessertes Stromregelverfahren und Vorrichtung für einen spannungseinprägenden Umrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stromregelverfahren für einen spannungseinprägenden Umrichter, wobei eine ermittelte flußbildende Stromkomponente und eine ermittelte drehmoment­ bildende Stromkomponente eines Ist-Stromvektors einer Dreh­ feldmaschine jeweils auf einen flußbildenden Stromkomponen­ ten-Sollwert und einen drehmomentbildenden Stromkomponenten-Sollwert eines Soll-Stromvektors der Drehfeldmaschine gere­ gelt werden, wobei jeweils in Abhängigkeit einer ermittelten Stromkomponenten-Regelabweichung eine Regler-Stellgröße er­ mittelt wird, aus denen jeweils mittels Überlagerung einer gebildeten Vorsteuergröße Spannungskomponenten eines Soll-Spannungsvektors gebildet werden, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein derartiges Stromregelverfahren ist aus der EP 0 633 653 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Stromregelver­ fahren werden die Vorteile einer Zweikomponenten-Stromrege­ lung und einer Wirkstromregelung ohne deren Nachteile ver­ eint, ohne dabei zwischen beiden Regelungen umschalten zu müssen. Dazu ist die Zweikomponenten-Stromregelung um einen Querzweig erweitert, der die Ausgangsspannung des Reglers in der Wirkachse über ein Verzögerungsglied auf die Reglerspan­ nung in der Blindachse aufschaltet. Dies bewirkt, daß der Ausgang des Reglers in der Wirkachse nicht nur die Wirkspan­ nung verändert (wie bei der Zweikomponenten-Stromregelung), sondern über die Änderung der Blindspannung auch eine Drehung des Spannungszeigers bewirkt (wie bei der Wirkstromregelung). Gleichzeitig läßt sich durch diesen Querzweig erreichen, daß eine Änderung der Ausgangsspannung in der Wirkachse den Blindstrom nicht beeinflußt, die Regelkreise also entkoppelt sind. Die für die Zweikomponenten-Stromregelung typischen langsamen Ausgleichsvorgänge bei verstimmtem Vorsteuernetz­ werk treten daher nicht mehr auf. Für eine ideale Entkoppe­ lung ist die Zeitkonstante des Verzögerungsgliedes gleich der Kurzschlußzeitkonstante des Motors gewählt worden und die Verstärkung wird proportional zur Ständerfrequenz verändert.

Solange die Spannung des spannungseinprägenden Stromrichters nicht begrenzt ist, hat die neue Struktur das gleiche gute dynamische Verhalten wie die Zweikomponenten-Stromregelung, reagiert aber weniger empfindlich auf ein verstimmtes Vor­ steuernetzwerk. Bei Erreichen der Spannungsdecke geht sie au­ tomatisch in das Verhalten der Wirkstromregelung über, ohne daß eine Strukturumschaltung erforderlich wäre.

Es hat sich nun gezeigt, daß für eine sehr hohe stationäre Momentengenauigkeit die verbleibende Verstimmung der Motor­ parameter sich noch zu sehr auf die Stromregelung aus-wirkt. Außerdem treten an der Spannungsgrenze Grenzzyklen auf, die durch die Umschaltung der Querzweigverstärkung verursacht werden.

Bei der Zweikomponenten-Stromregelung wird der Stromvektor der Drehfeldmaschine in seinen zwei Komponenten mittels zweier Stromregler auf den gewünschten Sollwert geregelt. Zum Ermit­ teln der fluß- und drehmomentbildenden Stromkomponenten benö­ tigt die Vektorregelung die Kenntnis der Größen des Ersatz­ schaltbildes der Drehfeldmaschine (Ständerwiderstand R_s, Streuinduktivität L_σ und Hauptinduktivität L_H). Mittels eines Flußrechners, dem ein Spannungs-Istvektor und ein Strom-Ist­ vektor zugeführt ist, werden mittels der Parameter R_s und L_σ der Betrag des Rotorflusses und dessen Lage ermittelt. Aus­ führungsformen eines Flußrechners und deren Arbeitsweise ist dem Vortragsmanuskript "FIELD-ORIENTED CONTROL IN MODERN DRIVE TECHNOLOGY", abgedruckt in "Variable Speed A-C Drives Seminar Proceedings", June 7-8, 1993, Seiten 1147 bis 1156, zu entnehmen. Mit Hilfe der ermittelten Flußlage, eines Ko­ ordinatenwandlers und eines Vektordrehers werden die gemes­ senen Phasenströme in eine fluß- und drehmomentbildende Kom­ ponente transformiert. Der Flußrechner, der Koordinatenwand­ ler und der Vektordreher sind sehr oft in der Praxis zu einer Baueinheit zusammengefaßt, die sich Istwertrechner nennt.

Der Maschinenflußvektor, der mittels des Istwertrechners, dem das Spannungsmodell zugrundeliegt, aus den Klemmengrößen der Drehfeldmaschinen nachgebildet wird, ist fehlerbehaftet, wo­ bei sich der Fehler besonders im Phasenwinkel des Maschinen­ flußvektors bemerkbar macht. Da die flußbildende Stromkompo­ nente in Richtung des Maschinenflußvektors liegt, wirkt sich dieser Fehler voll auf die flußbildende Stromkomponente aus.

Aus der EP 0 317 869 A1 ist ein Verfahren zur Nachbildung des Lastwinkel-Istwertes einer Drehfeldmaschine und eine Schal­ tungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Bei diesem Verfahren zur Nachbildung des Lastwinkel-Istwertes ei­ ner Drehfeldmaschine werden aus den Klemmenspannungen und Leiterströmen mindestens zweier Phasen des Stators der Dreh­ feldmaschine, die jeweils ständerorientierte Wechselgrößen darstellen, in eine erste und eine zweite Ständerstromkompo­ nente des Maschinenstromvektors und in einem Betrag des Ma­ schinenflußvektors transformiert, die jeweils feldorientierte Größen sind. Die fehlerbehaftete erste Ständerstromkomponente des Istwertrechners wird korrigiert. Diese korrigierte erste Stromkomponente, auch als flußbildende Stromkomponente be­ zeichnet, besteht aus einer stationären und einer dynamischen Komponente. Die stationäre Stromkomponente dieser korrigier­ ten flußbildenden Stromkomponente wird aus dem Betrag des Ma­ schinenflußvektors dividiert durch den Wert der Maschinen­ hauptinduktivität ermittelt, wobei die dynamische Komponente gleich dem hochfrequenten Anteil der flußbildenden Stromkom­ ponente ist. Dadurch, daß die korrigierte erste Ständerstrom­ komponente aus zwei Komponenten, nämlich einer stationären und einer dynamischen Komponente besteht, erhält man über den gesamten Regelbereich der Drehfeldmaschine eine sehr gute Nachbildung des Lastwinkelistwertes.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, daß bekannte Stromregelverfahren und die Vorrichtung zur Durchführung die­ ses Verfahrens dahingehend zu verbessern, daß die Paramete­ runempfindlichkeit weiter verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß als flußbildenden Stromkomponenten-Istwert bei der Zweikomponenten-Stromregelung eine gebildete exakte fluß­ bildende Stromkomponente verwendet wird, die in Abhängigkeit eines gebildeten Betrages des Maschinenflußvektors und eines Wertes der Maschinenhauptinduktivität gebildet wird, erhält man eine Parameterunempfindlichkeit genau dann für den sta­ tionären Fall, wenn der flußbildende Stromkomponenten-Soll­ wert gleich dem exakten flußbildenden Stromkomponenten-Ist­ wert ist. Durch die Verwendung der exakten flußbildenden Stromkomponente verschwindet der Momentenfehler bei der Ver­ stimmung der Parameter Streuinduktivität L_σ und Hauptinduk­ tivität L_H.

Bei einem vorteilhaften Stromregelverfahren werden zusätzlich in Abhängigkeit des flußbildenden Stromkomponenten-Istwertes, der exakten flußbildenden Stromkomponente und einer ermittel­ ten Ständerfrequenz unter Zuhilfenahme der verwendeten Ma­ schinenparameter bei der Bestimmung der Vorsteuergrößen zu­ sätzliche Vorsteuergrößen gebildet, die komponentenweise zu den Vorsteuergrößen addiert werden.

Durch diese zusätzlichen Vorsteuergrößen erhält man ein idea­ les Vorsteuernetzwerk, das gegen Verstimmungen der Maschinen­ parameter Streuinduktivität L_σ, Ständerwiderstand R_s und Hauptinduktivität L_H unempfindlich wird. Mittels dieser zu­ sätzlichen Vorsteuergrößen bleibt die Parameterunempfindlich­ keit auch an der Spannungsgrenze (Feldschwächbereich) erhal­ ten, so daß Stabilitätsschwierigkeiten ohne diese zusätzli­ chen Vorsteuergrößen nun nicht mehr auftreten. Diese Wirkung tritt ein, obwohl bei der Berechnung der zusätzlichen Vor­ steuergrößen die Parametereinstellung des Vorsteuernetzwerkes und nicht die tatsächlichen Parameterwerte der betriebenen Drehstrommaschine verwendet werden. Durch diese zusätzlichen Vorsteuerwerte ist sichergestellt, daß die beiden Strom­ reglerausgänge der Zweikomponenten-Stromregelung stationär zu Null werden. Ein weiterer Vorteil dieser totalen Vorsteuerung besteht darin, daß im Bereich der Spannungsbegrenzung keine Grenzzyklen mehr entstehen.

Bei der Bestimmung der zusätzlichen Vorsteuergrößen wird ne­ ben den eingestellten Maschinenparametern des Vorsteuernetz­ werkes der flußbildende Stromkomponenten-Istwert, der gebil­ dete exakte flußbildende Stromkomponenten-Istwert und eine ermittelte Ständerfrequenz verwendet. Aus den beiden Strom­ komponenten-Istwerten wird eine Differenzstromkomponente er­ mittelt, die dann jeweils mit einem Maschinenparameter ge­ wichtet wird, wobei eine gewichtete Differenzstromkomponente anschließend noch mit der Ständerfrequenz multipliziert wird. Diese ermittelte Differenzstromkomponente ist ein Maß für die Verstimmung der Maschinenparameter. Dadurch ist es möglich, exakte Vorsteuergrößen zu berechnen, obwohl die Motorparame­ ter verstimmt sind.

Die Ausführung der Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens und die Ausführung der Komponenten dieser Vorrichtung sind den Unteransprüchen 5 bis 11 zu entnehmen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der Ausführungsbeispiele der Vorrichtung zur Durchführung des Stromregelverfahrens nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.

Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Stromregelverfahrens, wobei in

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Bildung der exakten flußbildenden Stromkomponente gemäß Fig. 1 ver­ anschaulicht ist und

Fig. 3 zeigt ein Ersatzschaltbild einer zweiten Ausführungs­ form der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Stromregelverfahrens, wobei in

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Bildung zu­ sätzlicher Vorsteuergrößen gemäß Fig. 3 veranschaulicht ist.

Die Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Stromregelverfahrens für einen spannungseinprägenden Umrichter. Bei diesem Verfahren werden die Ständerströme i_R, i_s, i_T einer Drehfeldmaschine in einem mit Ständerfrequenz ω_s drehend in der Regel am Flußwin­ kel Φ_′s orientierten Koordinatensystem geregelt. Eine derar­ tige Regelung wird als Vektorregelung bezeichnet, mit der es möglich ist, eine Drehfeldmaschine regelungstechnisch ähnlich zu führen wie eine Gleichstrommaschine. Hierbei wird mit Hilfe von Transformationsgleichungen für eine mehrphasige Ma­ schine ein zweiphasiges Modell aufgestellt, in dem die fluß­ bildende Stromkomponente i_sp und die drehmomentbildende Stromkomponente i_sq unabhängig voneinander geregelt werden. Bei einer Änderung der Belastung wird die drehmomentbildende Stromkomponente i_sq unverzüglich auf ihren neuen Wert gere­ gelt, während die flußbildende Stromkomponente i_sp ihren al­ ten beibehält. Die Stellgröße des Stromregelverfahrens sind über Komponenten ′u*_sp und u*_sq des Ständerspannungsvektors u*_s in diesem Koordinatensystem, da die Regelung für einen spannungseinprägenden Umrichter, beispielsweise einen Puls­ umrichter oder Direktumrichter, vorgesehen ist.

Zum Ermitteln der fluß- und drehmomentbildenden Stromkompo­ nente i_sp und i_sq benötigt die Vektorregelung die Kenntnis der Größen des Ersatzschaltbildes der Drehfeldmaschine (Ständerwiderstand R_s, Streuinduktivität L_σ und Hauptindukti­ vität L_H. Mittels eines Istwertrechners 2 werden die stän­ derorientierten Wechselgrößen u_R, u_S, i_R und i_S in feldorien­ tierte Gleichgrößen i_sp, i_sq, |Φ^S| und e^{j Φ ·S} transformiert. Die ermittelte Stromkomponente i_sp ist einer Einrichtung 4 zur Bildung einer exakten flußbildenden Stromkomponente i_spk zuge­ führt. Die ermittelten Stromkomponenten i_spk und i_sq werden jeweils einem Vergleicher 8 und 10 zugeführt, an deren nicht­ invertierenden Eingängen jeweils ein Stromkomponenten-Soll­ wert i*_sp und i*_sq anstehen. Ausgangsseitig ist der Verglei­ cher 8 bzw. 10 mit einem Stromregler 12 bzw. 14 verknüpft, der ausgangsseitig mit einem Addierer 16 bzw. 18 verbunden ist. Als Regler 12 bzw. 14 ist ein proportional-integral wirkender Regler vorgesehen. Diese Stromregler 12 und 14 werden von ei­ nem Vorsteuernetzwerk 20 dadurch unterstützt, daß Vorsteu­ ergrößen u*_spvor und u*_sqvor bestimmt werden, die jeweils dem Addierer 16 und 18 zugeführt werden. Somit müssen die Strom­ regler 12 und 14 an ihren Ausgängen nur mehr die Spannung Δu*_sp und Δu*_sq liefern, die vom Vorsteuernetzwerk 20 nicht ermittelt werden, beispielsweise dynamische Anteile, Fehler etc. Die Ausgänge der beiden Addierer 16 und 18 werden einem Vektordreher 22 mit nachgeschalteten Koordinatenwandler 24 zugeführt. Mit diesem Vektordreher 22 und Koordinatenwandler 24 werden die anstehenden Spannungskomponenten u*_sp und u*_sq zunächst in ständerorientierte Spannungskomponenten u*_{s α} und u*_{s β} gewandelt, die rechtwinkelig zueinander sind. Diese kar­ tesischen ständerorientierten Spannungskomponenten u*_{s α} und u*_{s β} werden dann in polare Spannungskomponenten u*_s und α*_s transformiert. Dieses Regelverfahren wird auch als Zweikompo­ nenten-Stromregelung bezeichnet und ist im näher bezeichneten Vortragsmanuskript ausführlich beschrieben worden.

Das Vorsteuernetzwerk 20, das auch als Entkopplungsnetzwerk bezeichnet wird, ist auch in diesem Vortragsmanuskript aus­ führlich dargestellt und beschrieben worden, so daß hier nur das wesentliche genannt wird. Das Vorsteuernetzwerk benötigt folgende Eingangsgrößen: Rotorfrequenz _s, flußbildenden Stromkomponenten-Sollwert i*_sp und drehmomentbildenden Strom­ komponenten-Sollwert i*_sq. Außerdem benötigt dieses Vorsteu­ ernetzwerk 20 die Werte der Parameter Ständerwiderstand R_s, Streuinduktivität L_σ und Hauptinduktivität L_H. Aufgrund der Sollwertvorgaben berechnet das Vorsteuernetzwerk 20 die zu erwartenden Spannungsanteile u*_spvor und u*_sqvor, die zur Entla­ stung der Stromregler 12 und 14 auf deren Reglerausgänge auf­ geschaltet werden. Sind die Parameter R_s, L_σ und L_H des Vor­ steuernetzwerkes 20 richtig eingestellt, so liefern die Stromregler 12 und 14 an ihren Ausgängen eine Regler-Stell­ größe Δu*_sp und Δu*_sq, die jeweils gleich Null sind. Die ge­ samte, für die gewünschten Stromkomponenten i*_sp und i*_sq er­ forderlichen Spannungskomponenten u*_sp und u*_sq werden vom Vorsteuernetzwerk 20 berechnet.

Diese Zweikomponenten-Stromregelung ist um einen Querzweig 26 erweitert, der die Ausgangsspannung Δu*_sq des Stromreglers 14 in der Wirkachse auf die Reglerspannung Δu*_sp des Stromreg­ lers 12 in der Blindachse aufschaltet. Dieser Querzweig 26 enthält zwei Multiplizierer 28 und 30 und einen Tiefpaß 32, auch als Verzögerungsglied bezeichnet. Die Multiplizierer 28 und 30 sind jeweils einem Eingang des Querzweiges 26 nachge­ schaltet, wobei der Tiefpaß. 32 einen Ausgang des Querzweiges 26 vorgeschaltet ist. Der Multiplizierer verknüpft das eine Eingangssignal Ständerfrequenz ω_S mit dem Koeffizienten Zeit­ konstante τ und Verstärkungsfaktor k. Die erzeugte Frequenz­ größe wird mittels des zweiten Multiplizierers 30 mit der zweiten Eingangsgröße Δu*_sq multipliziert. Die erzeugte fre­ quenzabhängige Spannungskomponente wird mittels des Verzöge­ rungsgliedes 32 auf den Addierer 16 in der Blindachse ge­ schaltet.

Dies bewirkt, daß der Ausgang des Reglers 14 in der Wirkachse nicht nur die Wirkspannung u*_sq verändert, sondern über die Änderung der Blindspannung u*_sp auch eine Drehung des Span­ nungszeigers u*_s bewirkt. Gleichzeitig läßt sich durch diesen Querzweig 26 erreichen, daß die Regelkreise entkoppelt sind.

Der p-Anteil des Stromreglers 12 liefert bei richtig einge­ stellten Parametern im Vorsteuernetzwerk 20 am Ausgang Null. Bei Erreichen der Aussteuergrenze würde der Integralanteil des Reglers 12 davonlaufen. Dies kann man dadurch verhindern, daß der Integralanteil derart frequenzabhängig begrenzt wird, daß an der Aussteuergrenze der Integralanteil zu Null gemacht wird. Dadurch ist der Stromregler 12 mit einem Begrenzer 34 versehen, dessen Steuereingang mit einem Ausgang eines Kenn­ liniengebers 36 verbunden ist, an dessen Eingang die Ständer­ frequenz ω_s ansteht.

Die Einrichtung 4 zur Bildung einer exakten flußbildenden Stromkomponente i_spk sind neben der ermittelten flußbildenden Stromkomponente i_sp auch noch der Wert der Maschinenhauptin­ duktivität L_H und der Betrag des Maschinenflußvektors |Φ^S| zugeführt.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Einrichtung 4 nach Fig. 1. Diese Einrichtung 4 weist einen Hochpaß 38, einen Quo­ tientenbildner 40 und einen Addierer 42 auf. Die Zeitkon­ stante T dieses Hochpasses 38 ist annähernd gleich der Fluß­ zeitkonstante L₂/R₂ der Drehfeldmaschine. Dadurch gelangen nur die hochfrequenten Anteile der flußbildenden Stromkompo­ nente i_sp zum ersten Eingang des Addierers 42. Der zweite Eingang dieses Addierers 42 ist mit dem Ausgang des Quotien­ tenbildners 40 verknüpft, dessen erster Eingang x mit dem Be­ trag des Maschinenflußvektors |Φ^S| und dessen zweiter Eingang y mit dem Wert der Maschinenhauptinduktivität L_H beaufschlagt sind. Am Ausgang dieses Quotientenbildners 40 steht eine sta­ tische Stromkomponente i_sps an, die äquivalent dem niederfre­ quenten Anteil der flußbildenden Stromkomponente i_sp ist. Die exakte flußbildende Stromkomponente i_spk, die am Ausgang des Addierers 42 ansteht, enthält somit eine stationäre und dyna­ mische Komponente i_spsr und i_spd. Bei einem stationären Be­ triebszustand des Antriebs, d. h. konstante Belastung einer Maschine, wirkt sich der dynamische Anteil i_spd kaum aus, je­ doch bei Änderung der Belastung einer Maschine, d. h. im dyna­ mischen Betriebszustand, ist der dynamische Anteil nicht mehr zu vernachlässigen.

Somit kann man unabhängig vom Betriebszustand der Drehfeld­ maschine immer eine exakte flußbildende Stromkomponente i_spk mittels dieser Einrichtung 4 generieren.

In der Fig. 3 ist ein Blockschaltbild einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Stromregelverfahrens dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 da­ durch, daß eine Einrichtung 6 zur Bildung zusätzlicher Vor­ steuergrößen u*_spz und u*_sqz und zwei weitere Addierer 44 und 46 vorgesehen sind. An den Eingängen des weiteren Addierers 44 bzw. 46 stehen die generierte Vorsteuergröße u*_spvor bzw. u*_sqvor des Vorsteuernetzwerkes 20 und die gebildete zusätzli­ che Vorsteuergröße u*_spz bzw. u*_sqz der Einrichtung 6 an.

Ausgangsseitig ist der weitere Addierer 44 bzw. 46 mit dem Ad­ dierer 16 bzw. 18 verknüpft. An den Eingängen der Einrichtung 6 stehen die gebildete flußbildende Stromkomponente i_sp des Istwertrechners 2, die gebildete exakte flußbildende Strom­ komponente i_spk der Einrichtung 4 und die ermittelte Ständer­ frequenz ω_S an. Zur Bildung der zusätzlichen Vorsteuergrößen u*_spz und u*_sqz benötigt die Einrichtung 6 die Parameter Stän­ derwiderstand R_s und Streuinduktivität L_σ der Drehfeldma­ schine. Diese Parameterwerte werden vom Vorsteuernetz 20 übernommen.

Durch die Erweiterung des Vorsteuernetzwerkes 20 um die Ein­ richtung 6 zur Bildung zusätzlicher Vorsteuergrößen u*_spz und u*_sqz erhält man nun ein ideales Vorsteuernetzwerk, dessen Ausgangsgrößen u*_spvori und u*_sqvori immer so berechnet werden, daß die Regler-Stellgrößen Δu*_sp und Δu*_sq stationär immer zu Null werden. Dadurch ist die Parameterunempfindlichkeit des bekannten Stromregelverfahrens über den gesamten Drehzahlbe­ reich der Drehfeldmaschine erheblich gesteigert worden.

In der Fig. 4 ist ein Blockschaltbild der Einrichtung 6 zur Bildung zusätzlicher Vorsteuergrößen u*_spz und u*_sqz näher dar­ gestellt. Diese Einrichtung 6 weist einen Vergleicher 48, zwei Gewichtungsfaktoren 50 und 52 und einen Multiplizierer 54 auf. Der Vergleicher 48 ist eingangsseitig der Einrichtung 6 angeordnet, wobei die vom Istwertrechner 2 gebildete fluß­ bildende Stromkomponente i_sp am nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers 48 ansteht, wogegen an seinem invertierenden Eingang die von der Einrichtung 4 gebildete exakte flußbil­ dende Stromkomponente i_spk ansteht. Ausgangsseitig ist dieser Vergleicher 48 einerseits mit dem Eingang des Gewichtungsfak­ tors 50 und andererseits mit dem Eingang des Gewichtungsfak­ tors 52 verbunden. Der Ausgang des Gewichtungsfaktors 52 ist mit einem Eingang des Multiplizierers 54 verknüpft, wogegen an seinem zweiten Eingang die Ständerfrequenz ω_S ansteht. Am Ausgang des Gewichtungsfaktors 50 steht die zusätzliche Vor­ steuergröße u*_spz und am Ausgang des Multiplizierers 54 die zusätzliche Vorsteuergröße u*_sqz an. Als Gewichtungsfaktor 50 ist der Wert des Ständerwiderstandes R_s vorgesehen, wogegen als Gewichtungsfaktor 52 der Wert der Streuinduktivität L_σ vorgesehen ist. Der Vergleicher 48 der Einrichtung 6 gene­ riert eine Differenzstromkomponente i_spdk, die anschließend von dem Gewichtungsfaktor 50 bzw. 52 gewichtet wird. Diese Differenzstromkomponente i_spdk ist ein Maß des Fehlers, der durch die Verstimmung der Maschinenparameter der Drehfeld­ maschine und der im Vorsteuernetzwerk 20 eingestellten Para­ meter entsteht. Das gilt deshalb, weil zur Ermittlung dieser Differenzstromkomponente i_spdk die fehlerbehaftete und die ex­ akte flußbildende Stromkomponente i_sp und i_spk verwendet wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ausführungsform ge­ mäß Fig. 3 ist die Einrichtung 4 bzw. 6 Bestandteil des Ist­ wertrechners 2 bzw. des Vorsteuernetzwerkes 20. Ebenso kann die Ausführungsform gemäß Fig. 3 durch einen Hochleistungsmi­ krocontroller verwirklicht werden.

Durch dieses verbesserte Stromreglerverfahren wird die Para­ meterunempfindlichkeit der Zweikomponenten-Stromregelung we­ sentlich verbessert, so daß im stationären Betrieb bei Ver­ stimmung der Maschinenparameter Streuinduktivität L_σ und Hauptinduktivität L_H Momentenfehler nicht mehr auftreten. Dies gilt nicht nur für den Steuerbereich bis zur Spannungs­ grenze, sondern auch darüber hinaus. Außerdem ist der Einfluß von Parameterfehleinstellungen beim Vorsteuernetzwerk 20 mi­ nimal geworden, so daß geschätzte Parameterwerke verwendet werden können.

Claims (11)

1. Stromregelverfahren für einen spannungseinprägenden Um­ richter, wobei eine ermittelte flußbildende Stromkomponente (i_sp) und eine ermittelte drehmomentbildende Stromkomponente (i_sq) eines Ist-Stromvektors (i _s) einer Drehfeldmaschine je­ weils auf einen flußbildenden Stromkomponenten-Sollwert (i*_sp) und einen drehmomentbildenden Stromkomponenten-Soll­ wert (i*_sq) eines Soll-Stromvektors (i*_s) der Drehfeldmaschine geregelt werden, wobei jeweils in Abhängigkeit einer ermittelten Stromkomponenten-Regelabweichung eine Regler-Stellgröße (Δu*_sp, Δu*_sq) ermittelt wird, aus denen jeweils mittels Überlagerung einer gebildeten Vorsteuergröße (u*_spvor, u*_sqvor) Spannungskomponenten (u*_sp, u*_sq) eines Soll- Spannungsvektors (u*_s) gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit der gebildeten flußbildenden Stromkompo­ nente (i_sp), eines gebildeten Betrags des Maschinenflußvek­ tors (|Φ^s|) und eines Wertes der Maschinenhauptinduktivität (L_H) eine exakte flußbildende Stromkomponente (i_spk) der Dreh­ feldmaschine gebildet wird, die als flußbildender Stromkompo­ nenten-Istwert (i_sp) mit dem flußbildenden Stromkomponenten-Sollwert (i*_sp) verglichen wird.

2. Stromregelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des flußbildenden Stromkomponenten-Ist­ wertes (i_sp), der exakten flußbildenden Stromkomponente (i_spk) und einer ermittelten Ständerfrequenz (ω_s) unter Zuhilfenahme der verwendeten Maschinenparameter (R_s, L_σ) bei der Bestimmung der Vorsteuergrößen (u*_spvor, u*_sqvor) zusätzliche Vor­ steuergrößen (u*_spz, u*_sqz) gebildet werden, die komponenten­ weise zu den berechneten Vorsteuergrößen (u*_spvor, u*_sqvor) ad­ diert werden.

3. Stromregelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exakte flußbildende Stromkomponente (i_spk) durch Ad­ dition einer stationären und dynamischen Stromkomponente (i_sps, i_spd) gebildet wird, wobei die stationäre Stromkomponente (i_sps) aus dem Betrag des Maschinenflußvektors (|Φ^s|) divi­ diert durch den Wert der Maschinenhauptinduktivität (L_H) er­ mittelt wird und die dynamische Stromkomponente (i_spd) gleich dem hochfrequenten Anteil der ermittelten flußbildenden Stromkomponenten (i_spd) des Ist-Stromvektors (i _s) der Dreh­ feldmaschine ist.

4. Stromregelverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der beiden zusätzlichen Vorsteuergrößen (u*_spz, u*_sqz) eine Differenzstromkomponente (i_spdk) aus der er­ mittelten flußbildenden Stromkomponente (i_sp) und der erzeug­ ten exakten flußbildenden Stromkomponente (i_spk) gebildet wird, die für die eine zusätzliche Vorsteuergröße (u*_spz) mit dem Maschinenparameter (R_s) gewichtet und für die andere zusätzliche Vorsteuergröße (u*_sqz) mit dem Maschinenparameter (L_σ) gewich­ tet und anschließend mit der ermittelten Ständerfrequenz (ω_s) multipliziert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Stromregelverfahrens für einen spannungseinprägenden Umrichter nach Anspruch 1 mit ei­ nem flußbildenden und drehmomentbildenden Regelkanal, die je­ weils einen eingangsseitigen Vergleicher (8, 10), einen Strom­ regler (12, 14) und einen ausgangsseitigen Addierer (16, 18) aufweisen, wobei Eingänge der Addierer (16, 18) mit Ausgängen eines Vorsteuernetzwerks (20) und der Vergleicher (10) mit einem Ausgang eines Istwertrechners (2) verbunden ist, an dessen Eingänge ermittelte Phasenspannungen (u_R, u_s) und er­ mittelte Phasenströme (i_R, i_s) anstehen, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Ausgänge dieses Istwertrechners (2) mit ei­ ner Einrichtung (4) zur Bildung einer exakten flußbildenden Stromkomponente (i_spk) verbunden sind, an deren drittem Ein­ gang ein Wert der Maschinenhauptinduktivität (L_H) ansteht und daß diese Einrichtung (4) ausgangsseitig mit einem Eingang des Vergleichers (8) verknüpft ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (6) zur Bildung zusätzlicher Vorsteuer­ größen (u*_spz, u*_sqz) vorgesehen ist, die eingangsseitig einer­ seits mit einem Ausgang des Istwertrechners (2), an dem die flußbildende Stromkomponente (i_sp) ansteht, und andererseits mit dem Ausgang der Einrichtung (4) zur Bildung einer exakten flußbildenden Stromkomponente (i_spk) verknüpft ist, an dessen drittem Eingang eine ermittelte Ständerfrequenz (ω_s) ansteht und die ausgangsseitig jeweils mit einem Eingang eines wei­ teren Addieres (44, 46) verbunden sind, die eingangsseitig mit den Ausgängen des Vorsteuernetzwerkes (20) verknüpft sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4) zur Bildung einer exakten flußbil­ denden Stromkomponente (i_spk) einen Hochpaß (38), dessen Zeit­ konstante (T) annähernd gleich der Flußzeitkonstante (L₂/R₂) der Drehfeldmaschine ist, einen Quotientenbildner (40) und einen Addierer (42) aufweist, wobei die Ausgänge des Hochpas­ ses (38) und des Quotientenbildners (40) mit den Eingängen des Addierers (42) verbunden sind, an dessen Ausgang die ex­ akte flußbildende Stromkomponente (i_spk) ansteht, und daß am Hochpaß (38) die gebildete flußbildende Stromkomponente (i_sp) und am Quotientenbildner der gebildete Betrag des Maschinen­ flußvektors (|Φ^s|) und der Wert der Maschinenhauptinduktivi­ tät (L_H) anstehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (6) zur Bildung zusätzlicher Vorsteuer­ größen (u*_spz, u*_sqz) einen Vergleicher (48), zwei Gewichtungs­ faktoren (50, 52) und einen Multiplizierer (54) aufweist, wo­ bei der Vergleicher (48) eingangsseitig angeordnet ist, des­ sen Ausgang jeweils mit einem Gewichtungsfaktor (50 bzw. 52) verbunden ist, wobei der Gewichtungsfaktor (52) ausgangssei­ tig mit dem Multiplizierer (54) verknüpft ist, an dessen zweitem Eingang die ermittelte Ständerfrequenz (ω_s) ansteht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Gewichtungsfaktor (50) der Wert des Ständerwiderstan­ des (R_s) der Drehfeldmaschine vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Gewichtungsfaktor (52) der Wert der Maschinenstreuin­ duktivität (L_σ) der Drehfeldmaschine vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Einrichtung (4) zur Bildung einer exakten flußbil­ denden Stromkomponente (i_spk) und/oder als Einrichtung (6) zur Bildung zusätzlicher Vorsteuergrößen (u*_spz, u*_sqz) ein Mikro­ controller vorgesehen ist.