DE3026348A1

DE3026348A1 - Field detecting system for three=phase machine - produces voltages proportional to magnetic flux components using model circuit to simulate processes in machine

Info

Publication number: DE3026348A1
Application number: DE19803026348
Authority: DE
Inventors: Felix Dr. Blaschke; Theodor Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Salzmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-07-31
Filing date: 1980-07-10
Publication date: 1982-02-04

Abstract

The system has a current model circuit (1) receiving voltages proportional to the stator current (i) and magnetisation current and a rotor-position signal. The model circuit simulates those events in the machine that convert the currents into flux components and thereby produces signals describing the flux components. The circuit output signals are passed to a zero-point controller that eliminates the dc component in the difference between the flux component determined at the ac voltage integrator and the output of the model for this component. The advantage lies in the system's functioning at high and low speeds and in having low phase and amplitude errors that are independent of the machine frequency.

Description

Schaltungsanordnung zur Bildung eines elektrischenCircuit arrangement for the formation of an electrical

Spannungssignals, das einer Flußkomponente in einer Drehfeldmaschine proportional ist.Voltage signal that is a flux component in a induction machine is proportional.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines elektrischen Spannungssignals, das einer Flußkomponente in einer Drehfeldmaschine proportional ist, der eingangs eine Spannung zugeführt ist, die einer zur Flußkomponente gehörigen Sternspannung proportional ist.The invention relates to a circuit arrangement for forming a electrical voltage signal that is a flux component in a induction machine is proportional to the input voltage is supplied, which is one of the flux component proper star voltage is proportional.

Die Schaltungsanordnung enthält einen Integrator als Eingangsglied, an dessen Ausgang das der Flußkomponente proportionale Spannungssignal abgegriffen ist, und einen zur Unterdrückung des Gleichanteils dieses Spannungssignals bemessenen PI-Nullpunktregler, dessen Eingang mit dem Ausgang des Integrators verbunden ist und dessen Ausgang an einen Suanenpunkt am Eingang des Integrators angeschlossen ist. Dabei weist der Nullpunktregler einen P-Regler und einen 1-Regler auf. Das Ausgangssignal des P-Reglers und das Ausgangssignal des I-Reglers sind dem Summenpunkt zugeführt. Das Ausgangssignal des Integrators ist mit einem ersten Gewichtsfaktor der Eingang des P-Reglers und mit einem zweiten Gewichtsfaktor dem Eingang des 1-Reglers zugeführt. Die Gewichtsfaktoren weisen einen Maxitalwert 1 auf. Diese Anordnung ist in der deutschen Patentschrift 28 33 593 (Hauptpatent) angegeben.The circuit arrangement contains an integrator as an input element, the voltage signal proportional to the flux component is tapped at its output and one dimensioned to suppress the DC component of this voltage signal PI zero point controller, the input of which is connected to the output of the integrator and its output connected to a Suanenpunkt at the input of the integrator is. The zero point controller has a P controller and a 1 controller. That The output signal of the P controller and the output signal of the I controller are the sum point fed. The output of the integrator has a first weight factor the input of the P-controller and with a second weighting factor the input of the 1-controller fed. The weighting factors have a maximum value of 1. This arrangement is given in German patent specification 28 33 593 (main patent).

Mit dieser bekannten Anordnung nach der DE-PS 28 33 593 soll der Maschinenfluß der Drehfeldnaschine unabhängig von der Maschinenfrequenz phasenrichtig und amplitudengetreu erfaßt werden, wobei der Nullpunktregler vom Beginn der Lageordnung des Läufers der Drehfeldmaschine bis zur Nennfrequenz der Drehfeldaaschine kontinuierlich im Eingriff sein soll. Als zweiter Gewichtsfaktor ist das Quadrat des ersten Gewichtsfaktors gewählt. Die Anordnung stellt einen Wechselspannungsintegrator dar, dessen Eigenfrequenz der- art in Abhängigkeit von der Frequenz der Drehfeldmaschine geführt ist, daß die Durchtrittstrequenz und die Dämpfung Jeweils für die der Maschinenfrequenz entsprechenden Frequenzen konstant ist. Der Phasenfehler bleibt dabei über den gesamten Drehzahlbereich der Drehfeldmaschine konstant.With this known arrangement according to DE-PS 28 33 593, the machine flow of the rotating field machine, in phase and true to the amplitude, regardless of the machine frequency are detected, the zero point controller from the beginning of the position order of the rotor of the induction machine up to the nominal frequency of the induction machine continuously in Intervention should be. The second weight factor is the square of the first weight factor chosen. The arrangement represents an alternating voltage integrator, its natural frequency the- type depending on the frequency of the induction machine is that the passage frequency and the attenuation are each for that of the machine frequency corresponding frequencies is constant. The phase error remains over the entire Constant speed range of the induction machine.

Der Wechselspannungsintegrator wird zur Berechnung der EMK bzw. des Läuferflusses einer Drehfeldmaschine verwendet.The AC voltage integrator is used to calculate the EMF or the Rotor flux of a rotary field machine used.

Bei einer Asynchronmaschine wird der Fluß von dem zur Feldachse parallelen Anteil (Magnetisierungsstrom) des StZnderstromes aufgebaut, während der zur Feldachse senkrechte Anteil (Wirkstrom) zur Ausbildung des Drehmomentes fUhrt.Bei Synchronmaschinen liegen die Verhältnisse ähnlich, wobei Jedoch zu berücksichtigen ist, daß auch der zur Feldachse parallele Anteil des Erregerstromes zum Feld beiträgt. Im folgenden wird stets die Sunde der feldparallelen Anteile von Ständerstrom und Erregerstrom als "magnetisierender Strom i #1" bezeichnet.In an asynchronous machine, the flux is parallel to the field axis Component (magnetizing current) of the stator current built up during that to the field axis vertical component (active current) leads to the development of the torque. In synchronous machines the conditions are similar, although it should be noted that the contributes to the field axis parallel component of the excitation current to the field. Hereinafter is always the bottom of the field-parallel components of stator current and excitation current referred to as "magnetizing current i # 1".

Der Läuferfluß erzeugt in Läuferwicklung und Ständerwicklung eine (K, die sich an den Maschinenklemmen bemerkbar nacht. Die Wechselspannungsintegratoren nach der DE-PS 2833593 (Hauptpatent) können dazu dienen, aus abgegriffenen Meßwerten für Ständerstrom und Ständerspannung der Maschine den Fluß der Maschine zu ermitteln. Der Integrator dient als Rechenmodell (I'Spannungsmodell"), das ggf. unter Berücksichtigung des ohmschen Spannungsabfalls und der induktiven Streuspannung (hierzu ist der Anordnung zusätzlich eine dem Ständerstrom in einer Maschinenzuleitung proportionale Spannung zuzuführen) durch Integration der Sternspannung oder einer proportionalen, aus der Sternspannung abgeleiteten Spannung ein Spannungssignal bildet, das eine Flußkomponente der Drehfeldmaschine in einem bezüglich der Ständerwicklung raumfest vorgegebenen Koordinatensystem darstellt. Durch Verwendung einer baugleichen Anordnung, die aus einer zweiten Sternspannung eine zweite Komponente des Flusses bildet, kann dadurch ein Vektor ermittelt werden, der bei Zustandsänderungen der Drehfeldmaschine dem Vektor des in der Maschine tatsächlich auftretenden Flusses mit guter Genauigkeit folgt.The rotor flux generates one in the rotor winding and stator winding (K, which is noticeable at the machine terminals. The AC voltage integrators according to DE-PS 2833593 (main patent) can be used to take measured values to determine the flow of the machine for the stator current and stator voltage of the machine. The integrator serves as an arithmetic model (I'Tension model "), which, if necessary, takes into account ohmic voltage drop and inductive stray voltage (see the arrangement In addition, a voltage proportional to the stator current in a machine lead supply) by integrating the star voltage or a proportional one from the Voltage derived from star voltage forms a voltage signal that is a flux component of the induction machine in a fixed space with respect to the stator winding Represents coordinate system. By using an identical arrangement that consists of a second star voltage forms a second component of the flow, can thereby a vector can be determined that changes in the state of the induction machine dem Vector of the flux actually occurring in the machine with good accuracy follows.

Um ein Wegdriften der Integratoren zu vermeiden, iuß Jedoch durch eine Nullpunktregelung der Integrator-Nullpunkt konstant gehalten werden. Dazu dient nach der erwähnten deutschen Patentschrift 28 33 593 der aus einem P-Regler und aus einem 1-Regler bestehende Nullpunktregler in der Integratorrückführungsleitung, dessen Durchgriff frequenzabhängig gewichtet ist. Mit der Nullpunktdrift des Integrators werden Jedoch auch niedrigen Betriebsfrequenzen entsprechende langsame Änderungen der am Integratorausgang abzugreifenden Flußkomponente unterdrückt. Bei stationärem Betrieb erzeugt die Anordnung ferner einen Winkelfehler, der ebenfalls vor allem bei niedrigen Frequenzen zu einer störenden Fehlorientierung führt, falls beim Betrieb der Drehfeldmaschine die Sollwerte der einzuspeisenden Stromvektoren auf den ermittelten Flußvektor orientiert sind.In order to prevent the integrators from drifting away, you must, however a zero point control the integrator zero point can be kept constant. Serves for this according to the aforementioned German patent 28 33 593 from a P controller and Zero point controller consisting of a 1-controller in the integrator feedback line, whose penetration is weighted depending on the frequency. With the zero point drift of the integrator However, slow changes corresponding to low operating frequencies will also occur the flux component to be tapped off at the integrator output is suppressed. With stationary In operation, the arrangement also produces an angular error, which is also mainly leads to a disruptive misorientation at low frequencies, if during operation of the induction machine, the setpoint values of the current vectors to be fed in are based on the Are flow vector oriented.

Der guten Dynamik des Strommodells steht demnach eine Fehlorientierung beim stationären Betrieb gegenüber, die vor allem bei niedrigen Frequenzen zu Störungen führen kann. Hinzu kommt, daß auch bei höheren Betriebsfrequenzen für Ober- und Unterschwingungen, die vom Stromrichter verursacht werden, Werte für die Dämpfung und den Winkelfehler auftreten, die von dem auf die Betriebsfrequenz abgestimmten Wert abweichen und dazu fUhren können, daß diese Schwingungen nicht mehr ausreichend gedämpft werden.The good dynamics of the current model is therefore a misorientation in stationary operation, which leads to interference, especially at low frequencies can lead. In addition, even at higher operating frequencies for upper and lower frequencies Undershoots caused by the converter, values for the damping and the angle error occur, which is tuned to the operating frequency Value and can lead to the fact that these vibrations are no longer sufficient be dampened.

Ein Modellwert für den in der Drehfeldmaschine tatsächlich auftretenden Fluß kann Jedoch auch durch eine andere Rechenmodellschaltung ("Strommodell") ermittelt werden, dessen Eingängen lediglich Eingangsspannungen zugeführt werden, die dem Ständerstrom, den Magnetisierungsstrom und der Läuferstellung entsprechen. Diese Rechenmodellschaltung bildet die in der Drehfeldmaschine auftretenden, zur Ausbildung des Flusses führenden Vorgänge in entsprechenden elektronischen Recheneinheiten nach und ist Jeweils nach dem Typ der verwendeten Drehfeldaaschine (Synchronmaschine bzw. Asynchronmaschine) unterschiedlich aufgebaut. In dem Vortrag wRegelverfahren für Drehfeldmaschinenw vor dem Bildungswerk des "Vereins deutscher Ingenieure", dessen Manuskript vom VDI-Bildungswerk, Düsseldorf, unter der Bestell-Nr.A model value for that actually occurring in the induction machine However, the flow can also be determined by another calculation model circuit ("current model") are, whose inputs are fed only input voltages that the Correspond to the stator current, the magnetizing current and the rotor position. These The arithmetic model circuit forms those that occur in the induction machine for training purposes the flow leading processes in corresponding electronic processing units after and depends on the type of rotary field machine used (synchronous machine or asynchronous machine) constructed differently. In the lecture wRegelverfahren for rotary field machines in front of the training center of the "Association of German Engineers", its manuscript from the VDI-Bildungswerk, Düsseldorf, under the order no.

BW 3898 vertrieben wird, ist die Struktur der Asynchronmaschine bzw. der Synchronmaschine analysiert. Für alle weiteren Erörterungen wird die dort eingeführte Nomenklatur verwendet, wonach mit den Indizes #1 und 9 2 die feldparallele und feldsenkrechte Komponente eines Vektors, mit den Indizes α und ß die Vektorkomponenten in einem kartesischen, raumfesten Bezugssystem und mit dem Index s eine im Ständer auftretende Größe bezeichnet wird.BW 3898 is sold, the structure of the asynchronous machine resp. analyzed by the synchronous machine. The one introduced there is used for all further discussions Nomenclature is used, according to which with the indices # 1 and 9 2 the field-parallel and field-perpendicular Component of a vector, with the indices α and ß the vector components in a Cartesian, spatially fixed reference system and with the index s one in the stator occurring size is designated.

In Bild 5 auf Seite 10 ist ein Umrichter U für eine Asynchronmaschine dargestellt, dessen Steuerung auf der linken Seite die Sollwerte für den zum Fluß parallelen Anteil des Ständerstromes (Magnetisierungsstrom i8 1) und den zum Fluß senkrechten Anteil (i#2s*) des Ständerstromes zugeführt sind. Der Umrichter speist die rechts in einer Ersatz struktur dargestellte Asynchronmaschine mit einen Ständerstrom, der in einem ständerbezogenen Koordinatensystem den Betrag is und den Winkel #ss besitzt. Für die Steuerung der Asynchronmaschine ist links eine Rechenmodellschaltung angegeben, die aus den erwähnten feldorientierten Stromsollwerten die Schlupffrequenz und daraus mittels der Läuferstellung, die als Winkel #s der Läuferachse bezüglich einer Achse des ständerbezogenen Koordinatensystems eingegeben wird, den Winkel des Modellflußvektors im ständerbezogenen Koordinatensystem ermittelt. Durch ein auf die Zeitkonstante der Maschine abgestimmtes Dynamikglied (Verzögerungsglied) wird aus der Magnetisierungsstromkomponente i#1s* des eingegebenen Ständerstromsollwertes ein Modellwert für den Mag- netisierungsstrom-Istwert und damit für den Betrag des auftretenden Flusses gebildet. Diese Modellschaltung liefert also einen nur aus den Ständerströmen berechneten Modellwert für den Betrag und den Winkel des Flusses als ständerbezogene Polarkoordinaten, die bei Bedarf in die Komponenten des Modellflusses bezüglich kartesischer ständerfester Achsen umgerechnet werden können.In figure 5 on page 10 there is a converter U for an asynchronous machine shown, its control on the left side the setpoints for the to the river parallel component of the stator current (magnetizing current i8 1) and that to the flux vertical component (i # 2s *) of the stator current are supplied. The converter feeds the asynchronous machine shown on the right in a substitute structure with a stator current, which in a column-related coordinate system is the amount is and the angle #ss owns. For the control of the asynchronous machine there is an arithmetic model circuit on the left specified, the slip frequency from the field-oriented current setpoints mentioned and from this by means of the rotor position, which is referred to as angle #s of the rotor axis an axis of the column-related coordinate system is entered, the angle of the model flow vector determined in the column-related coordinate system. Through a Dynamic element matched to the time constant of the machine (delay element) becomes from the magnetizing current component i # 1s * of the entered stator current setpoint a model value for the mag- netization current actual value and thus formed for the amount of the occurring flow. This model circuit delivers thus a model value calculated only from the stator currents for the amount and the angle of the river as column-related polar coordinates, which, if necessary, can be entered in the Components of the model flow converted with respect to Cartesian axis fixed to the column can be.

In ähnlicher Weise ist in Bild 10 auf Seite 16 eine Anordnung mit einer Synchronmaschine angegeben, bei der dem Umrichter U im linken Teil neben den Sollwerten iS@ #1 und is* #2 noch der Sollwert ie*#1 für die zum Fluß parallele Komponente des Erregerstromes vogegeben ist. Bei der Synchronmaschine besteht zwischen i51, i#1e und dem magnetisierenden Strom i 1 der Zusammenhang ie = 1 Y1 - i#1s. Der Umrichter U und seine Steuerung speist dabei die Erregerwicklung mit einem Erregerstrom ie.In a similar way, there is an arrangement with in Figure 10 on page 16 of a synchronous machine, in which the inverter U in the left part next to the Setpoints iS @ # 1 and is * # 2 still the setpoint ie * # 1 for those parallel to the river Component of the excitation current is given. In the case of the synchronous machine, there is between i51, i # 1e and the magnetizing current i 1 the relationship ie = 1 Y1 - i # 1s. The converter U and its control system feeds the excitation winding with an excitation current ie.

Nachteilig beim Strommodell ist, daß die Modellparameter sehr genau auf die Maschinenparameter eingestellt werden müssen und daher sowohl bei stationären wie bei dynamischen Vorgängen z.B. eine temperaturbedingte Änderung des Läuferwiderstandes zu Fehlern bei der Ermittlung des Modellflusses führt. Da Jedoch die Flußermittlung bei niedrigen Frequenzen trotz der bisweilen unbefriedigenden Dynamik noch genauer ist als beim Spannungsmodell, wird das Strommodell dem Spannungsmodell vorgezogen, wenn die Drehfeldmaschine im unteren Drehzahlbereich betrieben werden soll.The disadvantage of the current model is that the model parameters are very precise need to be set on the machine parameters and therefore both at stationary as in dynamic processes, e.g. a temperature-related change in the rotor resistance leads to errors in the determination of the model flow. Since, however, the flow determination even more precise at low frequencies despite the sometimes unsatisfactory dynamics is than the voltage model, the current model is preferred to the voltage model, if the induction machine is to be operated in the lower speed range.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die sowohl im unteren wie im oberen Drehzahlbereich ein elektrisches Spannungasignal bildet, das einer Flußkomponente des in einer Drehfeldmaschine auftretenden Flusses proportional ist und einen von der Maschinentrequenz unabhängigen, möglichst geringen Phasen- und Amplitudenfehler aufweist. Dabei sollen die guten Eigenschaften der Vorrichtung nach der DE-PS 2833593 (Spannungsmodell) im oberen Drehzahlbereich beibehalten oder sogar noch verbessert werden.The invention is based on the object of a circuit arrangement indicate that an electrical Voltage signal forms that of a flux component of the occurring in an induction machine Flow is proportional and one of the Machine frequency independent, has the lowest possible phase and amplitude errors. The good ones should Properties of the device according to DE-PS 2833593 (voltage model) in the upper The speed range can be maintained or even improved.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by those specified in claim 1 Features solved.

Die Erfindung stellt eine Kombination des Spannungsmodelles mit dem Strommodelldir. Der Nullpunktregler wird nicht mehr dazu eingesetzt, um langfristige Gleichanteile, die sowohl von einer Nullpunktdrift des Integrators wie von bei niedrigen Frequenzen auftretenden langsamen Änderungen des am Integratorausgang abzugreifenden Flusses hervorgerufen werden, auszuregeln, sondern es werden nur Gleichanteile in der Differenz des vom Spannungsmodell errechneten Wertes und des vom Strommodell errechneten Modeliwertes unterdrückt.The invention provides a combination of the stress model with the Current model dir. The zero point controller is no longer used for long-term DC components that result from a zero point drift of the integrator as well as from low Frequencies occurring slow changes to be tapped at the integrator output Flux are caused to regulate, but only constant components in the difference between the value calculated by the voltage model and that of the current model calculated model value is suppressed.

Der Rückführungszweig des Spannungsmodell-Integrators bewirkt also, daß praktisch nur noch die Nullpunktdrift des Integrators ausgeregelt wird. Gleichzeitig wird als Folge der Frequenzgänge bei der Aufschaltung der beiden Modell schaltungen der Winkelfehler der Ausgangsgröße praktisch Null, unabhängig davon, wie stark die Driftregelung eingreift. Durch Variation der Eingriifsstärke kann vielmehr bestimmt werden, ob nun die Ausgangsgröße vorwiegend vom ursprünglichen Spannungsmodell oder vorwiegend vom Strommodell bestimmt wird. Die Eingriff sstärke, d.h. der Gewichtungsfaktor bei der Nullpunktregelung des Spannungsmodells nach der DE-PS 28 33 593 muß Jetzt nicht mehr proportional zur Frequenz geführt werden, sondern kann entsprechend dem Jeweiligen Bedürfnissen gewählt werden.The feedback branch of the voltage model integrator thus causes that practically only the zero point drift of the integrator is regulated. Simultaneously is as a result of the frequency responses when switching on the two model circuits the angle error of the output variable is practically zero, regardless of how strong the Drift control intervenes. Rather, it can be determined by varying the strength of the intervention whether the output variable is predominantly from the original stress model or is mainly determined by the current model. The level of intervention, i.e. the weighting factor in the zero point control of the voltage model according to DE-PS 28 33 593 must now can no longer be carried out proportionally to the frequency, but can be carried out according to the Respective needs can be chosen.

Der Nullpunktregler führt im niedrigen Frequenzbereich den Spannungsmodellwert dem Stromeodellwert nach. Dadurch wird im unteren Frequenzbereich (einschließlich der Frequenz O) die Ausgangsgröße vorwiegend vom Strommodell bestimmt. Die in diesem Frequenzbereich besonders günstigen Eigenschaften des Strommodelles bleiben also erhalten. Darüber hinaus wird die Dynamik sogar noch verbessert, da das Spannungsmodell mit seiner guten Dynamik als Vorsteuerung wirkt und bei schnellen Änderungen korrigierend eingreift.The zero point controller maintains the voltage model value in the low frequency range according to the current model value. As a result, in the lower frequency range (including the frequency O) the output variable is mainly determined by the current model. The one in this Characteristics of the current model that are particularly favorable in the frequency range therefore remain obtain. In addition, the dynamics are even improved because the stress model with its good dynamics acts as a feedforward control and corrects for rapid changes intervenes.

Im oberen Frequenzbereich wird die Ausgangsgröße vorwiegend von dem in diesem Betriebsbereich günstigeren Spannungsmodell bestimmt, wobei der Winkelfehler des Spannungsmodells zusätzlich durch das Strommodell weitgehend kompensiert wird, ohne daß sich die Fehler des Strommodelles hier wesentlich bemerkbar machen.In the upper frequency range, the output variable is predominantly from the in this operating range more favorable voltage model is determined, the angle error the voltage model is also largely compensated by the current model, without the errors of the current model making themselves significantly noticeable here.

Dabei ist es ferner von Vorteil, daß die Verstärkung der Driftregelung, d.h. der Faktor a<1, viel höher als beim ursprünglichen Spannungsiodell gewählt werden kann. Dadurch ist in Jedem Betriebsbereich ohne zusätzlichen Winkelfehler eine sehr gute Bedämpfung von Ober- und Unterschwingungen möglich. Auch kann abweichend von der DE-PS 28 33 593 der zweite Gewichtsfaktor, der dort gleich dem Quadrat des ersten Gewichtstaktors zu wählen war,nun optimiert werden.It is also advantageous that the amplification of the drift control, i.e. the factor a <1, much higher than selected for the original voltage model can be. This means that there is no additional angle error in any operating range very good damping of harmonics and undershoots is possible. Can also differ from DE-PS 28 33 593 the second weight factor, which is equal to the square of the The first weight factor to be selected was now to be optimized.

Möglichkeiten für die schaltungsmäßige Realisierung der Rechenmodelischaltung für das Strommodell sind eingangs bereits angegeben worden. Bevorzugt enthalten diese Modellschaltungen ein vom Nagnetisierungsstrom (Asynchronmaschine) bzw. vom magnetisierenden Strom i çj (Synchronmaschine), insbesondere dessen Sollwert, beaufschlagtes, an das Zeitverhalten der Drehfeldmaschine angepaßtes Dynamikglied (Verzögerungsglied 1. Ordnung) zur Bildung eines Modeliwertes für den Flußbetrag, eine Rechenstufe, der neben den Eingangs spannungen für Ständerstrom und gegebenenfalls magnetisierenden Strom auch der Modell-Flußbetrag des Dynamikgliedes zugeführt ist und die daraus den Modellwinkel des Flusses bezüglich der LuSerachse ermittelt, ein Rechenglied, das den nunmehr durch Betrag und Winkel festgelegten Modellfluß in zwei Vektorkomponenten eines Koordinatensystems transformiert, das durch zwei bezüglich des Läufers der Drehfeldmaschine fest vorgegebenen Achsen gegeben ist, sowie einen Vektordreher, dem die Läuferstellung eingegeben ist und der aus den läuferbezogenen Koordinaten nunmehr ständerbezogene Koordinaten des Modellflußvektors ermittelt.Possibilities for the circuit implementation of the calculation model circuit for the current model have already been specified at the beginning. Preferably included these model circuits a from the magnetization current (asynchronous machine) or from magnetizing current i çj (synchronous machine), in particular its setpoint, applied, Dynamic element adapted to the time behavior of the induction machine (delay element 1st order) for education a model value for the flow amount, an arithmetic stage, in addition to the input voltages for stator current and, if applicable magnetizing current is also supplied to the model flux amount of the dynamic link and which uses this to determine the model angle of the river with respect to the LuSer axis, a computation element, which now defines the model flow by amount and angle transformed into two vector components of a coordinate system that is divided by two fixed axes are given with respect to the rotor of the induction machine, as well as a vector rotator to which the rotor position is entered and which is derived from the Runner-related coordinates now stand-related coordinates of the model flow vector determined.

Bei einer Asynchronmaschine verbleibt bei gegebenem Magnetisierungsstrom (feldparallele Komponente des Ständerstromes) für die Beschreibung des Ständerstromes nur noch die zum Feldvektor senkrechte Komponente (Wirkstrom).In the case of an asynchronous machine, the magnetizing current remains at the given value (field-parallel component of the stator current) for the description of the stator current only the component perpendicular to the field vector (active current).

Wird der Ständerstrom durch seine feldorientierten Koordinaten eingegeben, 8o können diese aus den ständerbezogenen Koordinaten mittels eines weiteren Vektordrehers ermittelt werden, dem die Winkellage des Flußvektors eingegeben ist. Diese Winkellage kann mittels eines Vektoranalysators aus den Ausgangsgrößen des Spannungsmodelles ermittelt werden, vorzugsweise werden Jedoch die Ausgänge des Strommodelles benutzt. Bei den Komponenten des Stromvektors kann es sich um die Sollwerte handeln, bevorzugt werden Jedoch die Istwerte benutzt.If the stator current is entered through its field-oriented coordinates, 8o these can be obtained from the column-related coordinates using a further vector rotator can be determined to which the angular position of the flux vector is entered. This angular position can be made from the output values of the voltage model using a vector analyzer can be determined, but preferably the outputs of the current model are used. The components of the current vector can be the setpoint values, preferably However, the actual values are used.

Eine Synchronmaschine enthält neben der feldparallelen und der feldsenkrechten Komponente des Ständerstromes noch den Erregerstrom als weiteren Freiheitsgrad. Der magnetisierende Strom setzt sich dabei aus der feldparallelen Komponente des Ständerstromvektors und der feldparallelen Komponente des Erregerstromes zusammen, sofern von einer bei instationären Zuständen auftretenden ent- sprechenden Komponente des Dämpferstromes abgesehen werden kann. Daher wird bei Synchronmaschinen dem Strommodell neben den feldorientierten Koordinaten des Ständerstromes eine weitere Eingangsspannung zur Beschreibung des magnetisierenden Stromes, insbesondere für den Sollwert des magnetisierenden Stromes eingegeben. Aus der im Strommodell selbst errechneten läuferorientierten Winkellage des Flußvektors kann das Strommodell für eine Synchronmaschine aus dem Sollwert des magnetisierenden Stromes und der feldsenkrechten Komponente des Ständerstromes den Sollwert für den Erregerstrom ohne weiteren Aufwand berechnen, so daß für die Erregerstromsteuerung keine weitere Vorgaben nötig sind. Für einfache Steuerungen kann aber auch der Erregerstrom direkt vorgegeben (z.B.A synchronous machine contains in addition to the field-parallel and the field-perpendicular Component of the stator current nor the excitation current as a further degree of freedom. The magnetizing current is made up of the field-parallel component of the Stator current vector and the field-parallel component of the excitation current together, insofar as there is an occurrence of unsteady states speaking Component of the damper current can be disregarded. Therefore, in synchronous machines In addition to the field-oriented coordinates of the stator current, there is one more to the current model Input voltage to describe the magnetizing current, especially for the nominal value of the magnetizing current is entered. From the one in the current model itself The calculated rotor-oriented angular position of the flux vector can be used by the current model for a synchronous machine from the nominal value of the magnetizing current and the field perpendicular Component of the stator current the setpoint for the excitation current without further effort Calculate so that no further specifications are necessary for the excitation current control. For simple controls, however, the excitation current can also be specified directly (e.g.

konstant) werden, so daß dann der Rechenmodellschaltung auch der Istwert des magnetisierenden Stromes, d.h. die Differenz der feldsenkrechten Komponente des Erreger-Iststromes und der feldsenkrechten Ständerstromkomponente eingegeben werden können. Zur Eingabe des Ständerstromes können allgemein ständerbezogene oder feldorientierte Istwert- oder Sollwertkonponenten verwendet werden, wobei die Transformation vom Ständerbezugssystem ins feldorientierte Bezugssystem mittels Vektordrehern und Vektoranalysatoren erfolgen kann. Für einen feldorientierten Betrieb der Synchronmaschine ist die Eingabe teldorientierte r Ständerstromkomponenten am einfachsten. Anstelle des Nagnetisierungsstrom-Sollwertes kann auch ein Sollwert für den Flußbetrag selbst verwendet werden.constant), so that the calculation model circuit also receives the actual value of the magnetizing current, i.e. the difference between the component perpendicular to the field of the actual excitation current and the stator current component perpendicular to the field can be. To enter the stator current, stator-related or Field-oriented actual value or setpoint components can be used, with the transformation from the stand reference system to the field-oriented reference system using vector rotators and Vector analyzers can be done. For field-oriented operation of the synchronous machine the input of field-oriented r stator current components is the easiest. Instead of of the magnetization current setpoint value can also be a setpoint value for the amount of flux itself be used.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen für die Rechenmodellschaltungen, dreier Ausfuhrungsbeispiele für entsprechende Drehfeldmaschinen-Antriebe und 8 Figuren wird die Erfindung näher erläutert.On the basis of two exemplary embodiments for the arithmetic model circuits, three exemplary embodiments for corresponding induction machine drives and 8 figures the invention is explained in more detail.

Die Figuren zeigen: Figur 1: zwei Wechselspannungsintegratoren IG und IG', denen gemäß der Erfindung die Ausgangssignale einer Rechenmodellschaltung 1 zugeführt sind, Figur 2: die Frequenzgänge Fl und F2 des Wechselspannungsintegrator-Ausgangssignals für die am Integratoreingang und am Eingang des Nullpunktreglers zugeführten Signale, Figur 3: die bevorzugte Frequenzabhängigkeit der Durchgriffsstärke (Gewichtsfaktor a) des Nullpunktreglers, Figur 4: eine Rechenmodelischaltung (Strommodell) für den Einsatz bei einer Asynchronmaschine, Figur 5: eine Rechenmodellschaltung (Strommodell) für den Einsatz bei einer Synchronmaschine, Figur 6: eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer von einem Umrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeisten Synchronmaschine (Stromrichtermotor), Figur 7: eine Schaltungseinrichtung zum Betrieb einer von einem Direktumrichter gespeisten Synchronmaschine, Figur 8: eine Schaltungsanordnung zum Betrieb einer von einem Umrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeisten Asynchronmaschine.The figures show: FIG. 1: two AC voltage integrators IG and IG ', to which, according to the invention, the output signals of a computational model circuit 1, FIG. 2: the frequency responses F1 and F2 of the AC voltage integrator output signal for the signals fed to the integrator input and the input of the zero point controller, Figure 3: the preferred frequency dependency of the penetration strength (weight factor a) of the zero point regulator, Figure 4: a computing model circuit (current model) for the Use with an asynchronous machine, Figure 5: a calculation model circuit (current model) for use in a synchronous machine, Figure 6: a circuit arrangement for Operation of one fed by a converter with an impressed intermediate circuit current Synchronous machine (converter motor), Figure 7: a circuit device for operation a synchronous machine fed by a direct converter, FIG. 8: a circuit arrangement to operate one fed by a converter with an impressed intermediate circuit current Asynchronous machine.

Gemäß Figur 1 ist den Eingängen der Wechselstromintegratoren IG, IG', wie sie in der deutschen Patentschrift 28 33 593 beschrieben sind, die Komponenten des Ständerstromvektors i8 und des Spannungsvektors US zugeführt, während am Ausgang die entsprechenden Komponenten des Flußvektors 82 abgegriffen sind. Im folgenden werden die Indizes O( und 6 verwendet, um die Komponenten eines Vektors in einem ständerbezogenen, kartesischen Koordinatensystem zu bezeichnen. Der Wechselspannungsintegrator IG verarbeitet also die ProJektionen iαs und Uαs des Ständerstromvektors is und des Spannungsvektors Us auf die achse des ständerbezogenen Koordinatensystems zu der entsprechenden ProJektion #α des Flußvektors # auf dieselbe Achse, während der baugleiche zweite Wechselspannungsintegrator IG' die entsprechenden ProJektionen ißs und Ußs auf die 225-Achse des ständerbezogenen Koordinatensystems zu der FluSkomponente #ß in diesem Koordinatensystem verarbeitet.According to FIG. 1, the inputs of the alternating current integrators IG, IG ', as described in German patent specification 28 33 593, the components of the stator current vector i8 and the voltage vector US supplied, while at the output the corresponding components of the flux vector 82 are tapped. Hereinafter the subscripts O (and 6 are used to denote the components of a vector in a to designate column-related, Cartesian coordinate system. The AC voltage integrator IG thus processes the projections iαs and Uαs des Stator current vector is and the voltage vector Us on the axis of the stator-related Coordinate system to the corresponding projection # α of the flow vector # the same axis, while the structurally identical second AC voltage integrator IG 'the corresponding projections ißs and Ußs on the 225 axis of the stand-related coordinate system processed to the flow component # ß in this coordinate system.

Im Wechselspannungsintegrator IG ist einem ersten Summationspunkt S1 am Eingang eines Integrators V1 die Spannungskomponents Uαs und gleichzeitig zur Kompensation des ohmschen Spannungsabfalls in der Maschine eine der Ständerstromkomponente iαs proportionale, mit dem Wert des ohmschen Ständerwiderstandes R multiplizierte Spannung negativ zugeführt. Am Eingang des Integrators V1 liegt dann eine der α-Komponente des EMK-Vektors proportionale Spannung an. Um die Streuinduktivität der Drehfeldmaschine zu kompensieren, kann vorzugsweise einem zweiten Suniationspunkt S2 dem Ausgangssignal des Verstärkers V1 ein der Stromkomponente is proportionales, um den Wert der Streuinduktivität L# multipliziertes Signal negativ aufgeschaltet sein, so daß dadurch die entsprechende Komponente #α des magnetischen Hauptflußvektors gebildet ist.The AC voltage integrator IG has a first summation point S1 at the input of an integrator V1, the voltage component Uαs and at the same time one of the stator current components to compensate for the ohmic voltage drop in the machine iαs proportional, multiplied by the value of the ohmic stator resistance R. Negative voltage supplied. One of the α-components is then present at the input of the integrator V1 voltage proportional to the EMF vector. About the leakage inductance of the induction machine to compensate, can preferably a second Suniationspunkt S2 the output signal of the amplifier V1 a current component is proportional to the value of the leakage inductance L # multiplied signal can be applied negatively, so that the corresponding Component # α of the main magnetic flux vector is formed.

Zur Unterdrückung der Integrator-Nullpunktdrift ist das Ausgangssignal #α über einen Proportionalverstärker V3 und parallel hierzu über einen Integralverstärker V4 Jeweils unter Vorzeichenumkehr zum Summationspunkt S1 rUckgeführt. Die Eingriffstärke für die Nullpunktdrift-Regelung kann vorteilhaft dadurch verändert werden, daß #α dem Proportionalverstärker V3 proportional einem Gewichtungsfaktor a und dem Integralverstirker V4 proportional zu einem Gewichtungsfaktor b zugeführt wird. Gemäß der DE-PS 28 33 593 ist b = a2 gewählt. Hierzu dienen die Multiplikationsglleder Pl und P2. Vorzugsweise geschieht die Multiplikation nach dem Prinzip der Pulsbreitenmultiplikation, indem die Multiplikatoreingangsspannung über einen Schalter, dessen Öffnungszeit Schließzeit-Verhältnis (Tastverhältnis) entsprechend dem Multiplikationsfaktor a gewählt ist, auf den Multiplikatorausgang gelegt wird. Der Mittelwert der am Multiplikatorausgang liegenden Spannung stellt dann das Produkt dar. Während der Integrator V4 aufgrund seines Integrationsverhaltens selbst den Mittelwert bildet, muß für den Fall, daß der Multiplikator P1 durch einen entsprechend getasteten Schalter verwirklicht ist, ein als Glättungsglied ausgebildeter Verstärker V2 nachgeschaltet sein. Der Faktor a kann aus der Läuferfrequenz O durch einen Funktionsgeber 2 gebildet werden, dessen eingegebene Funktion a ( ) im Zusammenhang mit Figur 3 noch erläutert wird. Bei Anwendung der Pulsbreitenmultiplikation enthält der Funktionsgeber 2 ferner einen Generator, der eine getastete Ausgangsspannung mit einem dem Faktor a entsprechenden Tastverhältnis liefert.The output signal is used to suppress the integrator zero point drift # α via a proportional amplifier V3 and in parallel with this via an integral amplifier V4 each returned to summation point S1 with sign reversal. The level of engagement for the zero point drift control can advantageously be changed in that # α the proportional amplifier V3 proportional to a weighting factor a and the integral amplifier V4 is supplied in proportion to a weighting factor b. According to DE-PS 28 33 593 b = a2 is chosen. The Multiplication terms Pl and P2. The multiplication is preferably done according to the principle of pulse width multiplication, by switching the multiplier input voltage through a switch, its opening time Closing time ratio (duty cycle) corresponding to the multiplication factor a is selected, is applied to the multiplier output. The mean value at the multiplier output lying voltage then represents the product. While the integrator V4 due to its integration behavior itself forms the mean value in the event that the multiplier P1 is realized by a correspondingly keyed switch, an amplifier V2 designed as a smoothing element may be connected downstream. The factor a can be formed from the rotor frequency O by a function generator 2 whose input function a () will be explained in connection with FIG. 3. at The function generator 2 also contains an application of pulse width multiplication Generator that generates a sampled output voltage with a factor corresponding to a Duty cycle supplies.

Gemäß der Erfindung ist nun am Eingang des von den Elementen P1, P2, V2, V3, V4 gebildeten Nullpunktreglers der Ausgangsgröße Yldes Wechselspannungsintegrators eine Größe 4'o so aufgeschaltet, daß von dem Nullpunktregler nur Gleichanteile in der Differenz t 0 ausgeregelt werden. Entsprechend wird dem baugleichen Wechselspannungsintegrator IG' an einer dem Multiplizierer P1' vorgeschalteten Verknüpfungsstelle eine Große #ßo negativ aufgeschaltet, so daß auch der Nullpunktregler dieses zweiten Wechselspannungsintegrators Gleichanteile in der Differenz #ß- #ßo ausregelt. Die Größen #αo und #ßo stellen die ständerbezogenen Komponenten eines Vektors dar, der in der Rechenmodellschaltung 1 als Modell für den Flußvektor der Maschine gebildet ist. Diese Rechenmodellschaltung bildet - ausgehend von den der Maschine zuge- führten Strömen - in einem elektronischen Modell die Vorgänge nach, die in der Maschine zur Ausbildung des Flusses (genauer: des Läuferflusses) fUhren. Als weitere Eingangsinformation benötigt das Strommodell eine Angabe über die Lage (Winkel #) der Läuferachse bzw. Polradachse im ständerbezogenen System. Dies kann z.B. durch einen von der Läuferfrequenz M gespeisten, zu Betriebsbeginn auf die richtige Ausgangsstellung gesetzten Sinus-Cosinus-Oszillator 3 geschehen, der entsprechende Spanr.ungssignale cos und sinX dem Strommodell 1 eingibt.According to the invention is now at the entrance of the elements P1, P2, V2, V3, V4 formed zero point regulator of the output variable Yldes AC voltage integrator a size 4'o switched on in such a way that from the zero point controller only constant components in the difference t 0 can be corrected. The alternating voltage integrator is of the same construction IG 'at a connection point upstream of the multiplier P1' a variable # ßo switched on negatively, so that the zero point regulator of this second alternating voltage integrator Equal components in the difference # ß- # ßo corrected. Set the sizes # αo and # ßo represents the stand-related components of a vector that is used in the arithmetic model circuit 1 is formed as a model for the flow vector of the machine. This arithmetic model circuit forms - based on the data assigned to the machine led currents - in an electronic model the processes according to that in the machine for training of the river (more precisely: of the runner's river). As further input information does the current model require information about the position (angle #) of the rotor axis or Pole wheel axis in the column-related system. This can be done, for example, by one of the rotor frequency M fed sine-cosine oscillator set to the correct starting position at the start of operation 3, the corresponding voltage signals cos and sinX correspond to the current model 1 enters.

Ein ebener Vektor ist stets durch zwei Bezugsgrößen, z.B.A plane vector is always characterized by two reference quantities, e.g.

Betrag und Winkellage oder die beiden Komponenten bezUglich eines gegebenen Koordinatensystems, bestimmt. Daher sind dem Strommodell zwei Eingangsgrößen zur Information über den Ständerstromvektor einzugeben. Bei entsprechender, noch zu erläuternder Ausbildung der Rechenmodellschaltung kann als Bezugssystem ein ständerorientiertes oder ein feldorientiertes (d.h. mit dem Flußvektor umlaufendes) kartesisches Koordinatensystem oder auch ein Polarkoordinatensystem verwendet werden, da bei gegebenem Flußwinkel mittels Vektoranalysatoren, Vektordrehern oder polar/kartesischen Koordinatenwandlern Jederzeit eine Umrechnung möglich ist.Amount and angular position or the two components with respect to one given coordinate system. Therefore, the current model has two input variables for information about the stator current vector. With the appropriate, still To be explained training of the arithmetic model circuit can be used as a reference system a stand-oriented or a field-oriented (i.e., revolving with the flux vector) Cartesian coordinate system or a polar coordinate system can be used, since at a given flow angle by means of vector analyzers, vector rotators or polar / Cartesian coordinate converters A conversion is possible at any time.

Bei einer Synchronmaschine benötigt das Strommodell neben dem Ständerstromvektor noch eine Information über den magnetisierenden Strom i #1. Da Rechenmodellschaltung und Wechselspannungsintegratoren die Lage des Flußvektors selbst ermitteln und außerdem die Läuferstellung(und somit die Richtung des Erregerstromes) eingegeben ist, ist z.B. durch den Betrag des Erregerstromes ie gemäß dem Zusammenhang i #1 = i#1e + i#1e der magnetisierende Strom festgelegt. Bei einer Asynchronmaschine entfällt der Erregerstrom und der magnetisierende Strom iT ist mit dem feldparallelen Anteil i1 des Ständerstromvektors iden- tisch. Im folgenden werden die Indizes #1 und #2 benutzt, um in einem feldorientierten Koordinatensystem die zum Flußvektor parallele Komponente ( #1) und die dazu senkrechte Komponente (#2) zu bezeichnen.In the case of a synchronous machine, the current model needs in addition to the stator current vector Another piece of information about the magnetizing current i # 1. Since arithmetic model circuit and AC voltage integrators determine the position of the flux vector itself and also the rotor position (and thus the direction of the excitation current) is entered e.g. by the amount of the excitation current ie according to the relationship i # 1 = i # 1e + i # 1e set the magnetizing current. Not applicable for an asynchronous machine the excitation current and the magnetizing current iT is with the field-parallel component i1 of the stator current vector iden- table. The following are the Indices # 1 and # 2 are used in a field-oriented coordinate system to identify the Flow vector parallel component (# 1) and the component perpendicular to it (# 2) describe.

In Figur 2 ist oben die Struktur eines Wechselstromintegrators angegeben, wobei der Integrator V1 durch einen Integrator der Zeitkonstanten T und der Nullpunktregler durch einen PI-Regler der Zeitkonstanten T0 und der Verstärkung Vo symbolisiert ist. Durch den Gewichtsfaktor a kann die Eigenfrequenz verstellt werden. Es ergeben sich dabei für die beiden Eingänge El und E2 Frequenzgänge, die in Figur 2 für zwei verschiedene Parameterwerte a-1 und a-0,2 dargestellt sind und für die gilt Wird nun dem Eingang E1 die EMK der Maschine eingegeben (EMK - p.T.4>) und dem Eingang E2 der vom Stromnodell errechnete Modellfluß t0, so ergibt sich für das Signal am Ausgang A A - E1F1+E2F2 s sofern das Strommodell genau auf die Maschine abgestimmt ist (#=# o). Uberraschenderweise ergibt sich also durch die erfindungsgemäße Verwendung des Strommodelles, daß nun zumindest theoretisch der durch die Kombination wSpannungsmodell/Strormodell" ermittelte Fluß keinen Winkelfehler mehr aufweist. Insbesondere ist der ermittelte Fluß unabhängig von der durch den Faktor a veränderbaren Dämpfung. Es muß also Jetzt (abweichend von den deutschen Patentschriften 28 33 54.2 und 28 35 593) die Gewichtung a nicht mehr proportional der Frequenz geführt werden, vielmehr kann der Gewichtungsfaktor a und somit die Eingriffs stärke der Nullpunktregelung optimal auf die Jeweilige Frequenz abgestimmt werden. In Figur 3 ist gezeigt, welche Funktion a (ca) vorteilhaft dem Funktionsgeber 2 eingegeben werden kann. Diese Funktion steigt von einem im unteren Drehzahlbereich liegenden Minimalwert amin proportional zur Frequenz bis zum Wert 1 bei maximaler Frequenz an. In besonderen Fällen kann für #<#min auch ein im strichlierten Bereich liegender anderer Funktionsverlauf vorteilhaft sein. Auch müssen den I-Reglern V4,V4' die Differenzen #α- CD #ß- #ßo nicht mit dem Gewichtsfaktor a2 eingegeben werden, es kann auch ein anderer Gewichtsfaktor benutzt werden.In FIG. 2, the structure of an alternating current integrator is indicated above, the integrator V1 being symbolized by an integrator of the time constant T and the zero point controller being symbolized by a PI controller of the time constant T0 and the gain Vo. The natural frequency can be adjusted using the weight factor a. This results in frequency responses for the two inputs E1 and E2, which are shown in FIG. 2 for two different parameter values a-1 and a-0,2 and for which applies If the EMF of the machine is entered at input E1 (EMK - pT4>) and the model flow t0 calculated by the current model is entered at input E2, the result for the signal at output AA - E1F1 + E2F2 s is provided that the current model is precisely matched to the machine (# = # o). Surprisingly, the use of the current model according to the invention means that now at least theoretically the flux determined by the combination "voltage model / current model" no longer has an angular error. In particular, the determined flux is independent of the attenuation that can be changed by the factor a. In contrast to German patents 28 33 54.2 and 28 35 593) the weighting a is no longer proportional to the frequency, rather the weighting factor a and thus the level of intervention of the zero point control can be optimally matched to the relevant frequency. which function a (ca) can advantageously be entered in the function generator 2. This function increases proportionally to the frequency from a minimum value amin in the lower speed range up to the value 1 at the maximum frequency Area lying other functional course v be beneficial. The differences # α- CD # ß- # ßo do not have to be entered into the I controllers V4, V4 'with the weighting factor a2; a different weighting factor can also be used.

In Figur 4 ist für die Verwendung bei einer Asynchronmaschine ein Beispiel für den Aufbau einer Rechenmodellschaltung gegeben. Vorzugsweise wird bei einer Asynchronmaschine der Ständerstrom durch seine Istwerte eingegeben. Die Umrechnung von ständerbezogenen Ständerstromkomponenten iαs, i« auf feldorientierte Komponenten 5 te 1 und i#2s geschieht mittels eines Vektordrehers 40, dem der Winkel # zwischen FluBvektor und achse des Ständerbezugssystems durch entsprechende Spannungen sintf, cos# eingegeben ist. Die feldparallele Komponente if1 (Magnetisierungsstrom) wird einem Dynamikglied 41 eingegeben, z.B. einem Glättungsglied mit der auf das Verhalten der Asynchronmaschine abgestimmten Zeitkonstanten Ta, dessen Ausgangssignal #o den Betrag des sich in der Maschine bei gegebenen Magnetisierungsstrom einstellenden Flußvektors angibt (Tm ist hierbei als Quotient von Hauptinduktivität und Läuferwiderstand der Maschine gegeben). Mit den Baugliedern 42, 43 und 44 wird aus der feldsenkrechten Komponente i #2 (Wirkstrom) durch Division mit dem Flußbetrag und der Zeitkonstanten die sich bei gegebenen Wirk- strom i #1 einstellende Änderung des Winkels zwischen Feldachse und Läuferachse (d.h. die Schlupffrequenz) ermittelt, aus der sich der Winkel fL durch Integration ergibt. Mittels Winkelfunktionsgeneratoren 45 und Multiplikatoren 46 können daraus die läuferbezogenen Komponenten # o.sin #L und #o.cosßL des Modellflusses nun im Vektordreher 47 entsprechend der bereits erwähnten Läuferstellungseingabe zu den ständerbezogenen Komponenten #αo und #ßo des Modellflusses umgerechnet werden. Aus diesem Modellflußvektor bildet der Vektoranalysator 48 die Winkelstellung (sin y, cos#) des Flußvektors im Ständersystem, die zur Eingabe in den Vektordreher 40 benötigt wird.In Figure 4 is a for use in an asynchronous machine Example given for the structure of a computational model circuit. Preferably at an asynchronous machine, the stator current is entered through its actual values. The conversion from stator-related stator current components iαs, i «to field-oriented components 5 te 1 and i # 2s is done by means of a vector rotator 40, the angle # between Flux vector and axis of the stator reference system through corresponding voltages sintf, cos # is entered. The field-parallel component if1 (magnetizing current) becomes input to a dynamic element 41, e.g. a smoothing element with the behavior the asynchronous machine coordinated time constant Ta, whose output signal #o den Amount of the setting in the machine for a given magnetizing current Flux vector (Tm is here as the quotient of main inductance and rotor resistance given to the machine). With the members 42, 43 and 44, the perpendicular to the field becomes Component i # 2 (active current) by dividing with the amount of flux and the time constant which, given the effect current i # 1 setting change of The angle between the field axis and the rotor axis (i.e. the slip frequency) is determined, from which the angle fL results through integration. Using trigonometric function generators 45 and multipliers 46 can be used to derive the runner-related components # o.sin #L and # o.cosßL of the model flow now in the vector rotator 47 according to the already The mentioned rotor position input for the stand-related components # αo and # ßo of the model flow can be converted. From this model flow vector, the Vector analyzer 48 the angular position (sin y, cos #) of the flux vector in the stator system, which is required for input into the vector rotator 40.

Prinzipiell können anstelle der Ständerstromistwerte i5, ißs bzw. i8T1 und i#s 2 auch entsprechende Sollwerte verwendet werden und der Vektoranalysator 48 kann anstelle der Modellflußkomponenten tZ0, #ßo auch die Ausgangsgrößen #α,#ß des Wechselspannungsintegrators selbst benutzen. Diese Möglichkeit hat Jedoch den Nachteil, daß bei einer Asynchronmaschine dann die Gefahr besteht, daß sich im Laufe des Betriebs Strommodell und Spannungsmodell voneinander entfernen.In principle, instead of the stator current actual values i5, ißs or i8T1 and i # s 2 also use corresponding setpoints and the vector analyzer 48, instead of the model flow components tZ0, # ßo, the output variables # α, # ß of the AC voltage integrator itself. However, this option has the Disadvantage that with an asynchronous machine there is then the risk that in the course of operation, separate the current model and voltage model from one another.

Bei dem in Figur 5 als Beispiel für ein Strommodell einer Synchronmaschine gezeigten Schaltung hingegen können die Sollwerte ist i5* anstelle der Istwerte ohne weitere Nachteile verwendet werden. Sofern der Ständerstrom im Ständerbezugssystem vorgegeben ist, kann den entsprechenden Eingängen ein Vektordreher entsprechend dem Vektordreher 40 in Figur 4 vorgeschaltet werden. Hier wird analog aus dem magnetisierenden Strom i#1, der vorzugsweise als Sollwert eingegeben wird, mittels eines Dynamlkgliedes 51 der Modellflußbetrag #o gebildet. Abweichend von Figur 4 kann dem dem Dividierer 42 entsprechenden Dividierer 52 zur Bildung der Winkeländerung YL bzw. deB Winkels # L zwischen Läuferachse und Feldachse nicht die feldsenkrechte Ständerstromkomponente direkt autgeschaltet werden, vielmehr muß der Dämpferstrom berücksichtigt werden. Hierzu dient die Aufschaltung von i#1 und i51, der Dividierer 58 und der Multiplizierer 59, wobei zwischen dem Dividiererausgang und dem Multiplizierereingang der Sollwert i des Erregerstromes gebildet wird.In the one shown in FIG. 5 as an example of a current model of a synchronous machine The circuit shown, however, can use the setpoints i5 * instead of the actual values can be used without further disadvantages. If the stator current is in the stator reference system is specified, a vector rotator can correspond to the corresponding inputs upstream of the vector rotator 40 in FIG. Here the magnetizing becomes analogous Current i # 1, which is preferably entered as a setpoint value, by means of a dynamic link 51 the model flow amount #o is formed. In contrast to FIG. 4, the divider 42 corresponding divider 52 for forming the angle change YL or deB Angle # L between the rotor axis and the field axis is not the field-perpendicular stator current component are switched on directly, rather the damper current must be taken into account. The connection of i # 1 and i51, the divider 58 and the multiplier are used for this purpose 59, with the setpoint between the divider output and the multiplier input i of the excitation current is formed.

Dieser Sollwert kann direkt zur Steuerung der Erregerstromeinspeisung verwendet werden, ohne daß hierzu weitere Informationen benötigt würden. Die Bildung des Modellflußvektors in einen läuferbezogenen Bezugssystem mittels der Elemente 55 und 56 und in einem städerbezogenen Bezugssystem mittels des Vektordrehers 57 erfolgt analog zu Figur 4.This setpoint can be used directly to control the excitation current feed can be used without further information being required. The education of the model flow vector into a runner-related reference system by means of the elements 55 and 56 and in a city-related reference system by means of the vector rotator 57 takes place analogously to FIG. 4.

Die soeben beschriebene Rechenmodelischaltung 1 sowie die im Zusammenhang mit Figur 1 erläuterten Wechselspannungsintegratoren IG und IG', der Funktionsgeber 2 und die Oszillatorschaltung 3 sind nach Figur 6 bei einer Schaltungsanordnung zum Betrieb einer Synchronmaschine 4 eingesetzt. Die Einspeisung des Erregerstroms geschieht mittels einer Einspeiseeinrichtung 5, die Ständerwicklungen der Synchronmaschine werden durch einen Umrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeist, bestehend aus dem netzgeführten Gleichrichter 6, dem Zwischenkreis 7 und dem selbstgeführten Wechselrichter 8. Die in den Wechseirichterausgängen R, S fließenden Ströme i8R und i85 sowie die in diesen Leitungen auftretenden Spannungen U8R und U58 stellen die Komponenten des Ständerstromvektors i und des Spannungsvektors Us in einem ständerbezogenen Koordinatensystem dar, das von den entsprechenden, einen Winkel von 1200 einschließenden Wicklungsachsen der Synchronmaschine aufgespannt wird. Mittels Koordinatenwandlern 9 werden daraus die entsprechenden Komponenten iK , i8ß , UαsUßsin einem kartesischen Ständerbezugssystem gebildet, die den Eingängen der Wechsel- spannungsintegratoren zugeführt werden. Die Innenschaltung der Wechselspannungsintegratoren, in denen durch Integration der EMK die entsprechenden ständerbezogenen Flußkomponenten #α, #ß gebildet werden, sowie die Nullpunktregler, die Gleichanteile in den Differenzen #α- #αo, $ß - #ßo ausregeln, sind nur schematisch dargestellt. Aus den Wechselspannungsintegrator-Ausgangsgrößen t. ; ermittelt ein Vektoranalysator 10 die Winkellage (sin pS, cos #S) ) des Magnetflußvektors im kartesischen Ständerbezugssystem als Drehwinkel eines Vektordrehers und schaltet diesem die entsprechenden Signale auf.The calculation model circuit 1 just described and that in connection with FIG. 1 explained AC voltage integrators IG and IG ', the function generator 2 and the oscillator circuit 3 are shown in FIG. 6 in a circuit arrangement used to operate a synchronous machine 4. The supply of the excitation current takes place by means of a feed device 5, the stator windings of the synchronous machine are fed by a converter with an impressed intermediate circuit current, consisting of from the line-commutated rectifier 6, the intermediate circuit 7 and the self-commutated Inverter 8. The currents i8R flowing in the inverter outputs R, S and i85 as well as the voltages U8R and U58 occurring in these lines the components of the stator current vector i and the voltage vector Us in a stator-related Coordinate system, that of the corresponding, enclosing an angle of 1200 Winding axes of the synchronous machine is clamped. Using coordinate converters 9 the corresponding components iK, i8ß, UαsUßsin a Cartesian Stand reference system is formed, which corresponds to the inputs of the alternating voltage integrators are fed. The internal circuit of the AC voltage integrators in which by integrating the EMF the corresponding stator-related flux components # α, # ß are formed, as well as the zero point controller, the constant components in the differences # α- # αo, $ ß - # ßo correct, are only shown schematically. From the AC voltage integrator output variables t. ; determines a vector analyzer 10 the angular position (sin pS, cos #S)) of the magnetic flux vector in the Cartesian stator reference system as the angle of rotation of a vector rotator and switches the corresponding signals to it on.

Zur Steuerung der Synchronmaschine wird der Betrag i5 des Ständerstrom-Istwertes zusammen mit einem entsprechenden Sollwert 1 dem Eingang eines Stromreglers 12 aufgeschaltet, der die Steuerspannung für den Steuersatz 13 des Gleichrichters 6 liefert. Die Synchronmaschine wird feldorientiert betrieben, indem zur Bestimmung des Ständerstromsollwertes noch der Sollwinkel zwischen Ständerstromvektor und Flußverktor bzw. der dazu u 90° verschobene Winkel (Steuerwinkel) zwischen Soll-Ständerstrom und EMK-Vektor vorgegeben wird.The amount i5 of the stator current actual value is used to control the synchronous machine connected to the input of a current controller 12 together with a corresponding setpoint 1, which supplies the control voltage for the control set 13 of the rectifier 6. The synchronous machine is operated in a field-oriented manner by adding to the determination of the stator current setpoint the target angle between the stator current vector and the flux vector or the u 90 ° shifted to it Angle (control angle) between the nominal stator current and the EMF vector is specified.

Hierzu werden einem weiteren Vektoranalysator 18 der Sollwert i#2s* der feldsenkrechten Ständerstromkomponente, der z.B. von einem Drehmomentregler abgegriffen ist, und der Sollwert i8* der r feldparallelen Ständerstromkomponente, der z.B. von einem Blindleistungsregler geliefert ist, eingegeben. Der Vektoranalysator liefert neben dem für den Stromregler 12 benötigten Sollwert i8 des 5tänderstrombetrages die Winkeltunktlonen des Steuerwinkels a im feldorientierten Koordinatensystem, die im Vektordreher 11 in die ständerbezogenen kartesischen Komponenten eines Steuervektorn für den Steuersatz 16 des Wechselrichters 8, wobei noch mittels eines Koordinatenwand- lers 17 der Ubergang von kartesischen Koordinaten auf die drei gegeneinander um 1200 versetzten Ständerwicklungsachsen vollzogen wird.For this purpose, the setpoint i # 2s * the stator current component perpendicular to the field, e.g. from a torque controller is tapped, and the setpoint i8 * of the r field-parallel stator current component, e.g. supplied by a reactive power controller. The vector analyzer supplies the setpoint i8 of the 5-stator current amount required for the current regulator 12 the angle points of the control angle a in the field-oriented coordinate system, in the vector rotator 11 into the column-related Cartesian components of a control vector for the tax rate 16 of the inverter 8, whereby still by means of a coordinate wall lers 17 the transition from Cartesian coordinates to the three against each other around 1200 offset stator winding axes is completed.

Der Rechenmodelischaltung aind der Sollwert i#1* des magnetisierenden Stromes sowie die Komponenten-Sollwerte i#1s*, i#2s* eingegeben. Es können aber auch die entsprechenden Ständerstrom-Lstwerte eingegeben werden, wenn entsprechend den gestrichelt gezeigten Leitungen die Ständerstrom-Istwerte 1 αs, ißs über einen Vektordreher 15, dem die im Vektoranalysator 10 ermittelte Lage des Flußvektors eingegeben ist, in die entsprechenden feldorientierten Komponenten überführt werden.The calculation model circuit aind the setpoint i # 1 * of the magnetizing Current and the component setpoints i # 1s *, i # 2s * are entered. But it can the corresponding stator current actual values can also be entered, if appropriate the stator current actual values 1 αs, ißs over the lines shown in dashed lines a vector rotator 15 to which the position of the flux vector determined in the vector analyzer 10 is entered, can be transferred to the corresponding field-oriented components.

Figur 6 entspricht mit Ausnahme der Rechenmodellschaltung 1 im wesentlichen Figur 3 der deutschen Patentschrift 28 33 542. Abweichend sind dort den Wechselspannungsintegratoren direkt die Komponenten isR, i55, U8R, UsS zugeführt, so daß die Wechselspannungsintegratoren die Flußkomponenten ebenfalls in dem von den Ständerachsen aufgespannten 120°-Bezugssystem liefern und mittels eines nachgeschalteten, den Koordinatenwandlern 9 entsprechenden Koordinatenwandler umgerechnet werden. Eine derartige Anordnung ist auch nach Figur 6 möglich, sofern die von der Rechenmodellschaltung im kartesischen System gelieferten Flußkomponenten #αo, #ßo vor ihrer Eingabe in die Nullpunktregler der Wechselspannungsintegratoren durch einen 1200/900-Koordinatenwandler in dieses 120°-Bezugssystem umgerechnet werden.With the exception of the arithmetic model circuit 1, FIG. 6 essentially corresponds Figure 3 of German patent specification 28 33 542. The alternating voltage integrators are different there the components isR, i55, U8R, UsS are supplied directly, so that the AC voltage integrators the flux components also in the 120 ° reference system spanned by the stator axes deliver and by means of a downstream, the coordinate converter 9 corresponding Coordinate converter can be converted. Such an arrangement is also shown in FIG 6 possible, provided that they are supplied by the arithmetic model circuit in the Cartesian system Flux components # αo, # ßo before being entered in the zero point regulator of the alternating voltage integrators converted into this 120 ° reference system by a 1200/900 coordinate converter will.

Figur 7 zeigt eine Anordnung zum Betrieb einer Synchronmaschine, die von einem Direktumrichter 70 gespeist wird.Figure 7 shows an arrangement for operating a synchronous machine, the is fed by a direct converter 70.

Abweichend von Figur 6 werden dei Vektordreher 11 die Sollwerte für die feldorientierten Ständerstromkomponenten direkt eingegeben. Am Ausgang dieses Vektordrehers stehen die Komponentensollwerte , ißs* in kartesi- schen Ständerbezugssystem an und werden durch den Koordinatenwandler 17 in die entsprechenden Eingaben für die Direktumrichtersteuerung 71 umgewandelt.In contrast to FIG. 6, the vector rotators 11 are the setpoint values for the field-oriented stator current components entered directly. At the exit of this Vector rotator are the component setpoints, ißs * in Cartesian ting Stand reference system and are converted by the coordinate converter 17 into the corresponding Inputs for the direct converter control 71 converted.

Als Beispiel für eine ieldorientierte Regelung einer Asynchronmaschine ist in Figur 8 eine Asynchronmaschine 20 dargestellt, die von einem Stromzwischenkreisumrichter gespeist wird, dessen Wechselrichter 21 vorzugsweise auf Phasenfolgelöschung eingerichtet ist. Da dabei im wesentlichen die in Figur 6 bereits beschriebenen Elemente verwendet sind, sei hier nur darauf hingewiesen, daß im Unterschied zu Figur 6 als Eingangsgrößen für die Rechenmodellschaltung 1, deren Innenaufbau Figur 4 entspricht, die kartesischen, ständerbezogenen Stromkomponenten verwendet sind, um das Strommodell enger an die Asynchronmaschine zu koppeln. Generell entfällt bei einer Asynchronmaschine die Eingabe einer weiteren Information für den magnetisierenden Strom. Die Regelung der Asynchronmaschine ist vervollständigt durch einen Flußregler 80, der durch Vergleich des am Vektoranalysator 10 abgegriffenen Betrages # des Flußvektors mit einem Fluß-Sollwert #* den Sollwert für die ieldparallele Komponente i#1s* des Ständerstromvektors liefert, und einen Drehzahlregler, der den Sollwert i#2s* der feldsenkrechten Ständerstromkomponte der Differenz eines Drehzahlsollwertes #* und der gemessenen Ist-Drehzahl # nachführt. Natürlich ist auch eine Drehmomentregelung zur Bildung von i#2s* möglich.As an example for a field-oriented control of an asynchronous machine an asynchronous machine 20 is shown in Figure 8, which is from a current intermediate circuit converter is fed, the inverter 21 is preferably set up for phase sequence deletion is. Since the elements already described in FIG. 6 are essentially used are, it should only be pointed out here that, in contrast to FIG. 6, as input variables for the arithmetic model circuit 1, the internal structure of which corresponds to FIG. 4, the Cartesian, Stand-related power components are used to make the power model closer to the To couple asynchronous machine. In general, this is not necessary with an asynchronous machine Input of additional information for the magnetizing current. The regulation of the asynchronous machine is completed by a flux regulator 80, which by comparison of the amount # of the flux vector tapped at the vector analyzer 10 with a flux setpoint value # * supplies the setpoint for the ieldparallel component i # 1s * of the stator current vector, and a speed controller that controls the setpoint i # 2s * of the stator current component perpendicular to the field tracks the difference between a speed setpoint # * and the measured actual speed #. Of course, a torque control for the formation of i # 2s * is also possible.

Die Verwendung der hier nicht näher erläuterten Vektordreher, Vektoranalysatoren und Koordinatenwandler ist im einzelnen bereits in der deutschen Patentschrift 28 33 542 angegeben.The use of the vector rotators, vector analyzers not explained in more detail here and coordinate converter is already detailed in German patent specification 28 33 542 stated.

Zusammenfassung Schaltungsanordnung zur Bildung eines elektrischen Spannungssignals, das einer Flußkomponente in einer Drehfeldmaschine proportional ist.Summary circuit arrangement for the formation of an electrical Voltage signal that is proportional to a flux component in an induction machine is.

Die bekannte Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent bildet aus der Ständerspannung durch Abzug des ohmschen Spannungsabfalls einen EME-Vektor, aus dem durch Integration der Flußvektor # gebildet wird. Die Integratoren enthalten einen p-Regler und einen I-Regler als Nullpunktregler im Rückführungskreis. Dadurch wird Jedoch ein bei niedrigen Frequenzen störender Fehler bedingt. Gemäß der Erfindung wird in einer Rechenmodelischaltung ("Strommodell") aus Ständerstrom und Läuferstellung ein Modell-Flußvektor #o gebildet und dem Nullpunktregler so aufgeschaltet, daß die Differenz (3 - #o) der beiden Flußvektoren ausgeregelt wird. Dadurch wird gleichzeitig eine Nullpunktdrift und ein Winkelfehler vermieden undbei allen Frequenzen eine gute Dynamik erreicht.The known circuit arrangement according to the main patent forms from the Stator voltage by subtracting the ohmic voltage drop from an EME vector which the flux vector # is formed by integration. The integrators included a p-controller and an I-controller as a zero point controller in the feedback loop. Through this However, a disturbing error is caused at low frequencies. According to the invention is made up of stator current and rotor position in a calculation model circuit ("current model") a model flux vector #o is formed and connected to the zero point controller in such a way that the difference (3 - #o) of the two flow vectors is corrected. This will be at the same time a zero point drift and an angle error avoided and at all frequencies one good dynamics achieved.

Claims

Claims 1. Circuit arrangement for forming an electrical Voltage signal that is a flux component (# α) in a rotating field machine is proportional to the one belonging to the flux component (# α) on the input side Star voltage (u u) proportional voltage is supplied, iit an integrator (V1) as the input element, at the output of which the flow component (# α) is proportional Voltage signal is tapped, and ppit one for suppressing the DC component PI zero-point controller (V3, V4), whose input is denoted by this voltage signal the output of the integrator is connected and its output at a Sunienpunkt (S1) is connected to the input of the integrator (V1), the zero point controller a P controller (V3) and I controller (V4), the output signal of the P controller (V3) and the output signal of the 1-controller (V4) are fed to the Suzzenpunkt (51) and the output of the In integrator proportional (multiplier P1) to one frequency-dependent weighting factor (a) to the input of the P controller and proportional to the square (multipliers, Pl, P2) of the weight factor at the input of the I-controller (V4) is supplied and the weighting factor (a) has a maximum value 1, according to the German patent specification 28 33 593, g e k e n n z e i c h n e t by one of the stator current (i) and the magnetizing current (i ##) of the machine and one Rotor position signal (sin, cos #) corresponding voltage applied arithmetic diode circuit ("Current model" 1), the voltages corresponding to the currents are used for the formation the flux component (# α) in the machine leading processes and a model variable (# αo) for the flow component by means of the rotor position signal and such an addition of the flow component model quantity (# αo) to the input of the zero point controller, which the zero point controller has a direct component in the difference (# - # αo) of the am AC voltage integrator determined flow component (# α) and the model size (# αo) for this Flux component corrects (Fig. 1).

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the weighting factor is given by a given in the lower frequency range Frequency (#min) from a minimum value (amin) to the value 1 at maximum speed is performed proportionally to the frequency (Fig. 3).

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, d a -d u r c h g e no indication that the arithmetic model circuit is a dynamic element (412 51) to simulate the flux from the field-parallel stator current component (i # 1 at Asynchronous machines, Figure 4; i # 1 for synchronous machines, Figure 5) into a rotor-related Reference system as applied to the rotor position input (sin #, cos #) Vector rotator (47, 57) to form the column-related model flow component (# αo) contains (Fig. 4, Fig. 5).

4. Circuit arrangement according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n shows that the dynamic element is different from the one corresponding to the magnetizing current Stator current component is applied and a model flow amount is determined1 and that a computation stage (42, 43, 44; 52, 53, 54), which the model flow amount as well at least the stator current component perpendicular to the field is supplied and the model angle of the flow with respect to the rotor axis is determined, and a downstream arithmetic element it is provided that the components from the medell angle and the model flow amount of the model flow is calculated in a runner-related reference system (Fig. 4, Fig. 5).

5. Circuit arrangement according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the arithmetic stage calculates the model angle by integrating the the field-perpendicular stator current component and the model flux amount are determined Forms slip frequency (Fig. 4, 5).

6. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 5 for use in the case of an asynchronous machine, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that for Description of the stator current and the magnetization current the field-oriented Coordinates of the stator current are entered into the arithmetic model circuit.

7. Circuit arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the field-oriented components of the stator current from the Actual value components of the stator current vector in a stator-related coordinate system be formed by means of a further vector rotator (40), which is connected to the Output of the arithmetic model circuit connected vector analyzer (48) the angular position (sin, cozy) of the model flux vector entered in the column-related reference system is.

8. Circuit arrangement according to one of claims 3 to 5 for use in the case of a synchronous machine, it is clear that the Arithmetic model circuit as the voltage corresponding to the magnetizing current, the amount of the magnetizing current, in particular the setpoint value of this amount, and as the Stator current corresponding to voltages the field-oriented components of the stator current are entered.

9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, d a d u r it is noted that the weighting at the I-controller input is different is selected from the square of the weighting factor at the P-controller input.