DE3120797A1 - Device for controlling or regulating a salient-pole machine with the excitation current being controlled in advance (servo-controlled) - Google Patents
Device for controlling or regulating a salient-pole machine with the excitation current being controlled in advance (servo-controlled)Info
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung einer.Schenkel-Device for controlling or regulating a.
olmaschine mit Vorsteuerung des Erregerstromes Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung einer Schenkelpolmaschine gemäß dem Oberbegriff es Anspruches 1. Eine derartige Anordnung ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 23 42 653 bekannt.Oil machine with precontrol of the excitation current The invention relates on a device for controlling or regulating a salient pole machine according to the preamble of claim 1. Such an arrangement is from the German Offenlegungsschrift 23 42 653 known.
In der deutschen Auslegeschrift 21 32 178 ist eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung einer umrichtergespeisten, selbstgesteuerten Synchronmaschine bekannt, bei der der Sollwert für den als Vektor aufgefaßten Ständerstrom in Form einer mit dem Flußvektor parallelen Komponente und einer dazu senkrechten Komponente vorgegeben wird. In diesem feldorientierten System bestimmt die feldparallele Komponente den Beitrag des Ständerstromes zum Magnetisierungsstrom und kann insbesondere zu Null gesetzt werden. Die feldsenkreohte Komponente bestint bei vorgegebenem Fluß das-von der Maschine aufgebrachte elektrische Drehmoment und kann insbesondere dazu verwendet werden, um Drehzahl oder Drehmoment zu steuern oder regeln.In the German Auslegeschrift 21 32 178 is a device for Control or regulation of a converter-fed, self-controlled synchronous machine known, at which the setpoint for the stator current understood as a vector in the form a component parallel to the flux vector and a component perpendicular to it is specified. In this field-oriented system, the field-parallel component determines the contribution of the stator current to the magnetizing current and can in particular to Be set to zero. The field triangular component exists at a given flow the electrical torque applied by the machine and can, in particular, to do so used to control or regulate speed or torque.
Hierzu wird der durch diese nieldorientierten" Komponenten vorgegebene Ständerstrom-Sollvektor in einem Vektordreher entsprechend dem Winkel (Flußwinkel cf ) zwischen dem Flußvektor und einer raumfesten Ständerachse in ein raumfestes ("ständerorientiertes") Koordinatensystem transformiert und auf die Maschinenklemmen aufgeteilt, so daß der Ständerstrom nun auf .diesem Sollvektor gesteuert oder geregelt werden kann. Die Information huber den Flußwinkel T wird von einem Flußrechner gebildet, der von dem Istwert des Polradlagewinkels As sowie den 5 Kbl 2 Rch / 14.5.81 Istwerten für den Erregerstrom und den Ständerstrom gespeist ist. Der Flußrechner löst die Differentialgleichungen des elektrischen Teils der Maschine unter Verwendung von eingegebenen Maschinenparameter für den Läuferwiderstand und die Hauptinduktivität, wobei im Fall einer Vollpol-Synchronmaschine, deren Hauptinduktivität rotationssymmetrisch ist, nur ein einziger Induktivitätsparameter benötigt wird. Im Fall einer Schenkelpolmaschine ist der durch die Hauptinduktivität gegebene Zusammenhang zwischen dem Fluß und dem Strom der Maschine von der relativen Lage des Flusses zur magnetischen Läuierachse abhängig und muß daher in eine auf die zur Läuferachse parallele Flußkomponente wirkende Längsinduktivität und eine auf die senkrechte Flußkomponente wirkende Querinduktivität aufgespalten werden. Bei der Lösung der erwähnten Differentialgleichungen muß also mit einer vom Flußwinkel abhängigen Hauptinduktivität gerechnet werden.For this purpose, the specified by these field-oriented "components Stator current setpoint vector in a vector rotator corresponding to the angle (flux angle cf) between the flux vector and a spatially fixed stator axis into a spatially fixed one ("Column-oriented") coordinate system transformed and transferred to the machine terminals divided so that the stator current is now controlled or regulated on .this setpoint vector can be. The information about the flow angle T is generated by a flow computer, that of the actual value of the pole wheel position angle As and the 5 Kbl 2 Rch / 5/14/81 Actual values for the excitation current and the stator current is fed. The flow calculator solves that Differential equations of the electrical part of the machine using entered machine parameters for the rotor resistance and the main inductance, where in the case of a full-pole synchronous machine, its main inductance is rotationally symmetrical is, only a single inductance parameter is needed. In the case of a salient pole machine is the relationship between the flux and the main inductance the current of the machine from the relative position of the flux to the magnetic Läuierachse dependent and must therefore in a flux component parallel to the rotor axis acting longitudinal inductance and a transverse inductance acting on the vertical flux component be split up. In solving the above-mentioned differential equations, with a main inductance dependent on the flux angle.
Der dort beschriebene Flußrechner stellt ein Rechenmodell der Maschine dar und arbeitet im läuferorientierten Bezugssystem, in dem der Erregerstrom parallel zur d-Achse ist. Prinzipiell kann der Flußvektor auch mittels Hallsonden direkt erfaßt oder in einem anderen Rechenmodell ermittelt werden, wie es z.B. in Figur 5 der deutschen Patentanmeldung P 30 26 202 beschrieben ist. Dieses Modell arbeitet im feldorientierten Koordinatensystem mit einer einheitlichen Hauptinduktivität und gilt daher nur für Vollpolmaschinen. Eine weitere MöglichkeSt zur Bestimmung des Flusses besteht darin, die EMK der Maschine aus Motorspannung und Motorstrom zu berechnen und daraus durch Integration den Fluß zu gewinnen ("Spannungsmodell"), wie dies ebenfalls in der erwähnten deutschen Patentanmoldung P 30 26 202 beschrieben ist. Die von diesen Rechenmodellen gelieferte Information ueber den Flußvektor kann nicht nur zur feldorientierten Regelung des Ständer- stromes verwendet werden, vielmehr kann der Modell-Flußbetrag dazu herangezogen werden, um über eine Regelung des Erregerstromes den Flußbetrag auf einem konstanten Sollwert zu halten.The flow calculator described there provides a computational model of the machine and works in the rotor-oriented reference system in which the excitation current is parallel to the d-axis. In principle, the flux vector can also be used directly using Hall probes recorded or determined in another computer model, e.g. as shown in Figure 5 of the German patent application P 30 26 202 is described. This model works in the field-oriented coordinate system with a uniform main inductance and therefore only applies to full pole machines. Another way to determine of the flux is the EMF of the machine from motor voltage and motor current to calculate and from this to gain the flow through integration ("stress model"), as also described in the aforementioned German patent application P 30 26 202 is. The information provided by these calculation models about the flow vector can not only for field-oriented control of the stator Stromes used rather, the model flow amount can be used to determine a Regulation of the excitation current to keep the amount of flow at a constant setpoint.
In der deutschen Offenlegungsschrift 23 42 653 ist vorgeschlagen, anstelle der Flußregelung oder zusätzlich hierzu den Erregerstrom dadurch vorzusteuern, daß durch Division des Flußsollwertes mit der Hauptinduktivität und Subtraktion des feldparallelen Anteils des Ständerstromsollvektors die feldparallele Komponente iE .cos des Erregerstrom-Sollvektors gebildet wird, der nach Division mit dem vom Reehenmodell ermittelten cos #L eine Ptihrungsgröße iE ftir den Betrag des Erregerstroms gebildet wird. Durch diese Vorsteuerung wird demnach der Erregerstroi vom vornherein so vorgegeben, daß unter Berücksichtigung des magnetisierenaen Anteils i + des Ständerstromes die Gesamtdurchflutung bereits dem zum vorgegebenen Flußsollwert tP* gehörenden Wert nachgeführt wird. Sofern aus dem Nodellfluß und dem Flußsollwert noch zusätzlich die Regelabweichung eines Flußreglers gebildet wird, dient dieser Regler nur dazu, um den Erregerstrom auch bei raschen Änderungen mit einer hohen dynamischen Genauigkeit nachzufUhren.In the German Offenlegungsschrift 23 42 653 it is proposed that instead of the flow control or in addition to this, the excitation current can be pre-controlled, that by dividing the flux setpoint with the main inductance and subtracting of the field-parallel portion of the stator current setpoint vector is the field-parallel component iE .cos of the excitation current setpoint vector is formed, which after division with the from Reehen model determined cos #L a guide variable iE for the amount of the excitation current is formed. With this pre-control, the excitation flow is established from the start specified so that taking into account the magnetized component i + of the stator current the total flow already corresponds to that belonging to the specified flow setpoint tP * Value is tracked. If from the model flow and the flow setpoint additionally the control deviation of a flow controller is formed, this controller only serves to around the excitation current even with rapid changes with a high dynamic accuracy to track.
Der dabei ausgenutzte Zusammenhang iP=x.Yzwischen Magnetisierungsstrom fP (feldparallele Komponente der Gesamtdurchflutung), Hauptinduktivität x und Flußbetrag + gilt nur bei konstanter Induktivität, so daß diese Vorsteuerung flir eine Schenkelpolmaschine wegen der Unsymmetrie der Hauptinduktivität nicht anwendbar ist.The relationship iP = x.Y between magnetizing current used here fP (field-parallel component of the total flow), main inductance x and amount of flux + only applies to constant inductance, so this precontrol for a salient pole machine cannot be used due to the asymmetry of the main inductance.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, bei der auch bei einer Schenkelpolmaschine durch eine geeignete Vorsteuerung des Erregerstromes der Fluß mit hoher dynamischer Genauigkeit auf einen vorgegebenen Flußsollwert eingestellt werden kann.The invention is based on the object of creating a possibility in the case of a salient pole machine by means of a suitable pilot control of the Excitation current of the flow with high dynamic accuracy a specified flow setpoint can be set.
Dadurch wird ein eigener Flußregler überflüssig oder er wird soweit durch die Vorsteuerung des Erregerstromes unterstützt, daß er noch auftretende geringe Abweichungen des Flusses sehr schnell ausregelt. This makes your own flow regulator superfluous or it becomes that far supported by the precontrol of the excitation current that it is still low Corrects deviations in the flow very quickly.
Der Erfindung geht von der Überlegung aus, daß zunächst ein fiktiver Erregerstromwert gebildet wird, der bei Verwendung einer Vollpolmaschine einen dem vorgegebenen Flußsollwert entsprechenden Erregerstrom liefern würde. Der dabei begangene Fehler wird dann mittels einer Störgröße, die die Abweichung der Schenkelpolmaschine von der iiktiven Vollpolmaschine berücksichtigt, kompensiert. Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Die Unteranspruche kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The invention is based on the idea that initially a fictitious Excitation current value is formed, which when using a full-pole machine a dem predetermined flux setpoint would deliver corresponding excitation current. The one committed Error is then by means of a disturbance variable, which is the deviation of the salient pole machine taken into account by the iictive full pole machine, compensated. The task is solved by a device with the features specified in claim 1. The subclaims characterize advantageous developments of the invention.
Anhand von ii Figuren wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to ii figures.
Es zeigen: Figur 1 die Darstellung eines Vektors im ständerorientierten (raumfesten) Bezugssystem a, b sowie im läuferorientierten Bezugssystem d, 9 und im feldorientierten Bezugssystem i, <f 2; Figur 2 eine gemäß der Erfindung gesteuerte Schenkelpolmaschine; Figur 3 ein Modell einer Schenkelpolmaschine mit einer als Flußbestimmungseinrichtung bei Figur 2 verwendbaren Modellschaltung, Figur 4 eine gemäß der Erfindung geregelte Schenkelpolmaschine Figur 5 ein Steuergerät gemäß der Erfindung mit einer im läuferorientierten Bezugssystem arbeitenden Flußbestimmungseinrichtung; Figur 6 eine Modifikation des Geräts nach Figur 5, Figur 7 eine weitere Modifikation des Steuergeräts nach Figur 5; Figur 8 eine Weiterbildung der in Figur 7 als Flußermittlungseinrichtung verwendeten Schaltungsanordnung, Figur 9 eine als Rechenmodellschaltung im feldorientierten Bezugssystem arbeitende Flußermittlungseinrichtung; Figur 10 eine Figur 9 entsprechende, läuferorientiert rechnende Modellschaltungi und Figur ii eine weitere Modellschaltung zur Ermittlung des zu einem vorgegebenen Fluß gehörenden Erregerstroms.They show: FIG. 1 the illustration of a vector in the stand-oriented (spatially fixed) reference system a, b as well as in the rotor-oriented reference system d, 9 and in the field-oriented reference system i, <f 2; Figure 2 is controlled according to the invention Salient pole machine; Figure 3 shows a model of a salient pole machine with a as Flow determination device in Figure 2 usable model circuit, Figure 4 a salient pole machine regulated according to the invention FIG. 5 shows a control device according to FIG the invention with a flow determination device operating in the runner-oriented reference system; FIG. 6 shows a modification of the device according to FIG. 5, Figure 7 a further modification of the control device according to FIG. 5; Figure 8 shows a development of Circuit arrangement used in FIG. 7 as a flow determination device, FIG 9 a flow determination device operating as a computational model circuit in the field-oriented reference system; FIG. 10 shows a model circuit corresponding to FIG. 9 and calculating in a runner-oriented manner and FIG. ii shows a further model circuit for determining the predetermined one River belonging to the excitation current.
Nach Figur 1 kann ein Vektor, beispielsweise der Ständerstromvektor iS (Strombetrag iS) in einem ortsfesten, von ßen-Einheitsvektoren a, b aufgespannten Bezugssystem dargestellt werden durch seine beiden ständerorientierten 5 Koordinaten iS, iS. Diese ständerorientierte Darstellung a b des Vektors iS wird mit iS bezeichnet.According to FIG. 1, a vector, for example the stator current vector iS (current amount iS) in a stationary, spanned by ßen-unit vectors a, b The reference system is represented by its two stand-oriented 5 coordinates iS, iS. This stand-oriented representation a b of the vector iS is referred to as iS.
s Der Läufer rotiert und weist somit einen zeitlich verändernden Läuferlagewinkel #s gegenüber der raumfesten Achse a auf. Die Läuferachsen d, s stellen somit ein gegenüber a, b um den Winkel X s gedrehtes Koordinaten-System dar. Mit #s wird ein durch seine kartesischen Koordinaten cos #s, sin h s dargestellter Einheitsvektor bezeichnet, der demnach die Lage der d-Achse ständerorientiert beschreibt. Die läuferorientierte Darstellung S S S des Vektors iS wird mit iL =(id, iq)bezeichnet. s The rotor rotates and thus has a time-changing effect Rotor position angle #s with respect to the spatially fixed axis a. The rotor axes d, s thus represent a coordinate system rotated by the angle X s in relation to a, b with #s a is represented by its Cartesian coordinates cos #s, sin h s Denotes a unit vector, which accordingly describes the position of the d-axis in a column-oriented manner. The runner-oriented representation S S S of the vector iS is denoted by iL = (id, iq).
Der Fluß selbst wird durch einen Vektor # beschrieben, der neben seinem Betrag # den Flußwinkelf aufweist. Bezüglich der Läuferachse d ist der Vektor # um den Winkel gedreht, so daß durch einen feldparallelen Bezugsvektor w i und einen dazu senkrechten Bezugsvektor # 2 ein kartesisches, gegenüber dem läuierorientierten Bezugssystem d, q um den läuferorientierten Flußwinkel gedrehtes und gegenüber dem ständerorientierten Bezugs- System a, b um den ständerorientierten Flußwinkel gedrehtes Bezugssystem entsteht. Es gilt #s= #s+ #L.The flow itself is described by a vector # next to his Amount # has the flow angle eleven. With regard to the rotor axis d, the vector # rotated by the angle, so that by a field-parallel reference vector w i and a Reference vector # 2 perpendicular to it is a Cartesian one, compared to the one oriented towards the sounding Reference system d, q rotated around the rotor-oriented flow angle and compared to the stand-oriented reference System a, b around the stand-oriented Flux angle rotated reference system is created. The following applies: # s = # s + #L.
Die Vektoren T L = (cos fLs sin # L) und # S= (cos #S, sin t5 ) bezeichnen einen Einheitsvektor, der die Lage des Flusses im läuferorientierten bzw. ständerorientier-5 ten Bezugssystem darstellt. Der Vektor i wird nunmehr feldorientiert als i#S = (iS#1, iS#2) bezeichnet. Da es S S sich bei is, iL und iS# um denselben Vektor iS in verschiedenen Darstellungen handelt, ist der Vektorbetrag iS invariant (|iLS| = |iS| = |isS| = iS).The vectors T L = (cos fLs sin # L) and # S = (cos #S, sin t5) denote a unit vector that shows the position of the river in the runner-oriented or stator-oriented ten frame of reference. The vector i is now field-oriented as i # S = (iS # 1, iS # 2). Since S S is, iL and iS # are the same vector iS in different Representations, the vector amount iS is invariant (| iLS | = | iS | = | isS | = iS).
Nach Figur 2 wird die Ständerwicklung einer Schenkelpolmaschine 1 über einen Umrichter 2 mit Wechselstrom (Drehstrom) und der Läufer über einen Gleichrichter 3 mit Gleichstrom gespeist. Die Sollwerteingabe für den Ständerstrom wird durch einen Ständerstrom-Sollvektor i bezeichnet, der vorteilhaft in feldorientierten Soordinaten (i#S*) vorgegeben wird. Eine Steuereinrichtung 4 bildet daraus Steuerspannungen, die als Stellgröße für den Ständerstrom ein entsprechendes auf die Ventile des Umrichters 2 arbeitendes Steuergerät 5 ansteuern. Stromrichter 2 und Zündsteuergerät 5 bilden das Stellglied für den Ständerstrom. Entsprechend sind der Gleichrichter 3 und sein Zündsteuergerät 6 das Stellglied für den Erregerstrom. Allgemein werden die Zündsteuergeräte 5 und 6 Stromregler enthalten, wie durch die Istwertein-5 gänge für i und iE angedeutet ist. Die Eingangsgröße iE für das Erregerstrom-Stellglied wird in einem Erregerstrom-FUhrungsglied 7 und einer Vorsteuerstufe 8 gebildet. Ferner ist eine Flußbestimmungseinrichtung 9 vorgesehen, die in diesem Fall von den Istwerten für den Erregerstrom, den Ständerstrom sowie dem an einem Polradlagegeber abgegriffenen Läuferwinkel gespeist ist und eine Modellschaltung der Maschine darstellt.According to FIG. 2, the stator winding of a salient pole machine 1 Via a converter 2 with alternating current (three-phase current) and the rotor via a rectifier 3 fed with direct current. The setpoint input for the stator current is through a stator current setpoint vector i denotes, which is advantageous in field-oriented Direction data (i # S *) is specified. A control device 4 forms control voltages therefrom, which acts as a manipulated variable for the stator current on the converter valves 2 control working control unit 5. Form converter 2 and ignition controller 5 the actuator for the stator current. The rectifier 3 and are accordingly Ignition control unit 6, the actuator for the excitation current. In general, the ignition controllers 5 and 6 contain current controllers, as indicated by the actual value inputs for i and iE is. The input variable iE for the excitation current control element is stored in an excitation current control element 7 and a pilot stage 8 are formed. There is also a flow determination device 9 is provided, which in this case depends on the actual values for the excitation current, the stator current as well as the rotor angle tapped at a pole wheel position encoder is fed and one Representing a model circuit of the machine.
Um den bevorzugt feldorientiert vorgegebenen Ständerstromsollwert ist (iel(lorientierter Stromwinkel in entsprechende Stellgrdßen umzurechnen, liefert die Flußbestimmungseinrichtung den z.B. als Vektor dargestellten ständerorientierten Flußwinkel der einem Vektordreher für den Stromsollwert itf so beaufschlagt ist, daß das Bezugssystem des Vektors ins um den Winkel fs zurückgedreht wird und somit der Ständerstrom-Sollvektor (entsprechend dem ständerorientierten Stromwinkel #sS* = ##S* + #s) nunmehr in seinem stinderorientierten Koordinaten geliefert wird. Dieser ständerorientierte Sollvektor wird dann in einem als 2/3-Eomponentenwandler bezeichneten Bauglied ii in drei, gegeneinander um 1200 versetzte Komponenten zerlegt, die als Steuerspannungen für das Ständerstrom-Stellglied dienen, um in den drei Phasen der Ständerwicklung entsprechende Ständerströme zu erzeugen. Vektordreher, Komponentenwandler und die bei anderen Ausführungsformen noch benötigten Vektoranalysatoren sind in ihrem Aufbau in der erwähnten deutschen Auslegeschrift 21 32 178, Figuren 3, 4, 5 und 7 erläutert.Around the stator current setpoint, which is preferably specified in a field-oriented manner is (iel (l-oriented current angle to be converted into corresponding manipulated variables, provides the flux determination device is the stand-oriented one, e.g. represented as a vector Flux angle applied to a vector rotator for the current setpoint itf in such a way that that the reference system of the vector ins is rotated back by the angle fs and thus the stator current setpoint vector (corresponding to the stator-oriented current angle # sS * = ## S * + #s) is now delivered in its stinder-oriented coordinates. This The stator-oriented setpoint vector is then referred to as a 2/3 component converter Structural member ii is broken down into three components, offset from one another by 1200, which are called Control voltages for the stator current actuator are used in the three phases of the To generate stator winding corresponding stator currents. Vector rotator, component converter and the vector analyzers still required in other embodiments are shown in their structure in the aforementioned German Auslegeschrift 21 32 178, Figures 3, 4, 5 and 7 explained.
Dem Erregerstrom-Führungsglied 7 ist der Flußsollwert in Form seines Betrages #* vorgegeben. Bei Kenntnis der Hauptinduktivität x der Synohronmaschine kann gemäß x x . iµ der zugehörige Magnetisierungsstrom gebildet werden. Der Magnetisierungsstrom ist die feldparallele, zum Auibau des Feldes benötigte Komponente der Gesamtdurchflutung. Letztere setzt sich aus dem Ständerstrom is, dem Erregerstrom E und dem Dämpferstrom 1 und 1 d # iD = RL . # dt # zusammen, wobei der Erregerstrom zur d-Achse parallel (iEd = 1E, E = o) und der Dämpferstron: bei konstantem Flußbetrag zur Feldachse senkrecht (i#D1 = 0, i#D2 = iD) ist. Bei Volipolmaschinen, bei denen die Längskomponente Xd und die Querkomponente x der Hauptfeldinduktivität gleich sind (x - xq = xd) kann nach der Ermittlung des Magnetlsierungsstrom-Sollwertes iP = ¢ /x (Proportionalglied 12) durch Abzug der feldparallelen Komponente des Ständerstrom-Sollwertes oder -Istwertes demnach die feldparallele Komponente iEy1 = cos #1 des Soll-Erregerstromes i gebildet werden (Subtraktionsstelle i3). Auf diese Berücksichtigung des Ständerstromes kann aber auch verzichtet werden, wenn der Einfluß der feldparallelen Ständerstromkomponente vernachlässigbar ist (z.B. wenn iS+i = 0 gesetzt wird). Durch Division mit cos #L, dessen Größe dem Flußbestimmungsglied 9 entnommen werden kann, kann der Sollwert für den Erregerstrombetrag in gebildet werden.The excitation current guide member 7 is the flux setpoint in the form of his Amount # * specified. With knowledge of the main inductance x of the Synohron machine can according to x x. iµ the associated magnetizing current can be generated. The magnetizing current is the field-parallel component of the total flow that is required to build the field. The latter is made up of the stator current is, the excitation current E and the damper current 1 and 1 d # iD = RL. # dt # together, with the excitation current parallel to the d-axis (iEd = 1E, E = o) and the damper current: with constant flow to the field axis perpendicular (i # D1 = 0, i # D2 = iD). In Volipol machines where the longitudinal component Xd and the transverse component x of the main field inductance can be equal (x - xq = xd) after determining the magnetization current setpoint iP = ¢ / x (proportional term 12) by subtracting the field-parallel component of the stator current setpoint or actual value accordingly the field-parallel component iEy1 = cos # 1 of the target excitation current i is formed (subtraction point i3). On this consideration of the stator current can but can also be omitted if the influence of the field-parallel stator current component is negligible (e.g. if iS + i = 0 is set). By dividing with cos #L, the size of which can be taken from the flow determining element 9, the setpoint value for the amount of excitation current in.
Das Führungsglied 7 ermittelt aber nur für eine Vollpolmaschine. (x = Xq = xd) den richtigen Erregerstrom-Sollwert. Gemäß der Erfindung wird im Führungsglied 7 auch bei einer Schenkelpolmaschine ein Erregerstromsollwert erzeugt, wenn die Unsymmetrie der Hauptfeldlnduktivität vernachlässigt und als der Hauptinduktivität zugeordneter Induktivitätsparameter lediglich die Querinduktivität der Schenkelpolmaschine eingegeben ist0 Dieser Erregerstromwert ist dann wegen der vernachlässigten Unsymmetrie nur ein iiktiver Erregerstromsollwert. Man erhält dann jeweils nur fiktive Werte iµ, iE für den Magnetisierungso o strom und den Erregerstrom, die nur bei einer Vollpolmaschine dem vorgegebenen Flußsollwert t* zugeordnet wären.The guide member 7 only determines for a full pole machine. (x = Xq = xd) the correct excitation current setpoint. According to the invention, in the guide member 7 also generates an excitation current setpoint in a salient pole machine if the Asymmetry of the main field inductance and neglected as the main inductance associated inductance parameters only the transverse inductance of the salient pole machine entered 0 This excitation current value is then due to the neglected asymmetry only one iictive excitation current setpoint. You then only get fictitious values iµ, iE for the magnetization o o current and the excitation current, which only occur with one Full pole machine would be assigned to the specified flux target value t *.
Gemäß der Erfindung wird nun dieser Erregerstromwert iE als eine gestörte Größe für den Erregerstrom-Sollwert betrachtet. Die dem Erregerstrom-Stellglied vorgeschaltete Vorsteuerstufe 8 bildet nun die Eingangsgröße des Erregerstrom-Stellgliedes aus diesem (gestörten) Erregerstromwert und einer Störgröße, wobei die Störgröße aus der Längskomponente des mittels der Flußbestimmungseinrichtung bestimmten Flusses und Maschinenparametern zusammengesetzt ist, die die Querinduktivität xq und die Längsinduktivität xd der Schenkelpolmaschine beschreiben.According to the invention, this excitation current value iE is now considered to be disturbed Size considered for the excitation current setpoint. The excitation current actuator upstream pilot stage 8 now forms the input variable of the excitation current actuator from this (disturbed) excitation current value and a disturbance variable, where the disturbance variable from the longitudinal component of the flow determined by means of the flow determination device and machine parameters is composed, which is the shunt inductance Describe xq and the longitudinal inductance xd of the salient pole machine.
Die Rechtfertigung hierfür wird später gegeben. Vorzugsweise wird als SSörgrötXe das Produkt aus er Längskomponente des Flusses und der Differenz i / x - 1 / xd des reziproken Quer- und Langsinduktivit.ätsparameters gebildet.The justification for this will be given later. Preferably will as SSörgrötXe the product of the longitudinal component of the flow and the difference i / x - 1 / xd of the reciprocal transverse and longitudinal inductance parameter.
Figur 3 zeigt ein aus einem elektrischen Teil 20 und einem mechanischen Teilt 21 aufgebautes Ersatzschaltbild für die Synchronmaschine, wobei mit 22 ein Vektoroszillator dargestellt ist, der die Rückwirkung der Läuferdrehzahl #s auf den elektrischen Teil der Maschine bewirkt.FIG. 3 shows an electrical part 20 and a mechanical part Divides 21 constructed equivalent circuit diagram for the synchronous machine, with 22 a Vector oscillator is shown, which has the effect of the rotor speed #s on causes the electrical part of the machine.
Im elektrischen Teil 20 wird der Fluß #dadurch Integra-1 d# tion des Dämpferstromes iD = - RL dt in den läuferorientierten Koordinaten gebildet, wobei der Läuferwiderstand RL an den Proportionalgliedern 23 und anstelle der reziproken Induktivität Jeweils die entsprechenden reziproken Parameter xd, x an den Proportionaigliedern 24, 25 eingestellt werden können, sowie die Integratoren 25 und 26 benötigt werden. Erhalten wird ein Fluß-Modellwert # in Form seiner läuferorientierten Komponenten #d, #q, aus dem ein Vektoranalysator 27 den Flußbetrag Y sowie.In the electrical part 20, the flux # becomes Integra-1 d # tion des Damper current iD = - RL dt formed in the rotor-oriented coordinates, where the rotor resistance RL at the proportional members 23 and instead of the reciprocal Inductance The corresponding reciprocal parameters xd, x on the proportional elements 24, 25 can be set, and the integrators 25 and 26 are required. A flow model value # is obtained in the form of its runner-oriented components #d, #q, from which a vector analyzer 27 determines the amount of flow Y as well as.
den läuferorientierten Flußwinkel cPL in Form des Richtungsvektors iL = (cos #L, sin #L) bildet.the runner-oriented flow angle cPL in the form of the direction vector iL = (cos #L, sin #L).
Das elektrische Drehmoment Mel der Maschine ergibt sich aus dem Produkt des Flusses und der feldsenkrechten Ständerstromkomponente is (Efultiplizierer 28). Die Dif-3z (Multiplizierer ferenz zwischen dem elektrischen Drehmoment und dem von der angeschlossenen mechanischen Last hervorgerufenen Drehmoment MLast bestimmt die Läuferbeschleunigung, aus der durch Integration (Ausgang 49) die Läuferdrehzahl erhalten wird, Nochmalige Integration liefert den Läuferlagewinkel XS dem die Funktionen (Funktionsbildner 31, 32) cos #S und sin hs zugeordnet sind. Wird nun der vom Vektoranalysator 27 gelieferte, in Feldrichtung zeigende Einheitsvektor #L mittels eines Vektordrehers 33 entsprechend #s= #L + #S um diesen Läuferlagewinkel XS in das ständerorientierte Bezugssystem vorgedreht, so erhält man den ständerorientierten Flußwinkel Y5 bzw. dessen Richtungsvektor (f Außerdem ist mittels #S und des Vektordrehers 34 die Transformation des ständerorientiert vors gegebenen Stromvektors is in den für die Lösung der Differenzialgleichungen erforderlichen läuferorientierten Stromvektor iL möglich, aus dem außerdem mittels eines Vektordrehers 35 die zur Dildung des elektrischen Drehmoments erforderliche feldsenkrechte Ständerstromkomponente iS#2 berechnet werden kann.The electrical torque Mel of the machine results from the product of the flux and the stator current component is perpendicular to the field (efmultiplier 28). The Dif-3z (multiplier reference between the electrical torque and that of torque Mload caused by the connected mechanical load the rotor acceleration, from which the rotor speed through integration (output 49) is obtained Another integration provides the rotor position angle XS to which the functions (function generator 31, 32) cos #S and sin hs are assigned. Now becomes the unit vector supplied by the vector analyzer 27 and pointing in the direction of the field #L by means of a vector rotator 33 corresponding to # s = #L + #S around this rotor position angle XS pre-turned into the stand-oriented reference system, the stand-oriented one is obtained Flow angle Y5 or its direction vector (f is also by means of #S and the vector rotator 34 the transformation of the stator-oriented given current vector is in the rotor-oriented current vector required for solving the differential equations iL possible, from which also by means of a vector rotator 35 the for the formation of the electrical torque required field-perpendicular stator current component iS # 2 can be calculated.
Von dem in Fig. 3 dargestellten Strukturbild der gesamten Synchronmaschine wird für die Flußermittlung nur der elektrische Teil 20 benötigt und im Modell nachgebildet, während die Läuferfrequenz x S direkt von einem Drehzahlgeber an der Läuferachse abgegriffen werden kann. Sofern das elektrische Drehmoment nicht als Istwert für eine Drehmomentregelung benötigt wird, können also die Elemente 28, 21 und 35 entfallen. Anstelle der Schaltgruppe 22 kann ein Vektoroszillator verwendet werden, der von einer zu X S proportionalen Spannung gesteuerte Sinusgeneratoren enthalten kann, die zwei gegeneinander um 90° phasenverschobene Ausgangssignale erzeugen. Die für eine feldorientierte Maschinensteuerung erforderliche Information über den Fluß und seine Richtung T L wird letztlich nur von der Modellschaltung 20 geliefert, wobei anstelle der in Figur 2 und 3 verwendeten Istwerte ebenso gut, wie in Figur 4 dargestellt, die Sollwerte verwendet werden können.From the structure diagram of the entire synchronous machine shown in FIG. 3 only the electrical part 20 is required for the flow determination and is reproduced in the model, while the rotor frequency x S directly from a speed sensor on the rotor axis can be tapped. Unless the electrical torque is used as an actual value for a torque control is required, elements 28, 21 and 35 can be omitted. Instead of the vector group 22, a vector oscillator can be used which is produced by contain a voltage proportional to X S controlled sine wave generators, which generate two output signals that are 90 ° out of phase with each other. The for a field-oriented machine control required information about the flow and its direction T L is ultimately only supplied by the model circuit 20, where, instead of the actual values used in FIGS. 2 and 3, just as well as in FIG 4, the setpoints can be used.
Bei der in Figur 4 gezeigten Vorrichtung wird der Ständerstrom-Steuereinrichtlßn(r 4 der Ständerstrom-Sollwert 5* wiederum in den feldorientierten Komponenten-i çi 1 2 vorgegeben. Mittel* zweier Vektordreher 40, 41 wird der Ständerstrom-SoLZvektor nacheinander um den läuferorientierten Flußwinkel (fL und den Läuferstellungswinkel XS gedreht und dadurch in den ständerorientierten Sollvektor is* überführt. Zwischen den beiden -s Vektordrehern kann der nunmehr in läuferorientierten Ko-S* ordinaten vorgegebene Sollvektor iL direkt in die Flußermittlungseinrichtung 9 eingegeben werden, und da außerdem der ständerorientierte Flußwinkel #S nicht benötigt wird, kann im Prinzip als Flußermittlungseinrichtung 9 die Modellschaltung 20 aus Figur 3 (ohne die Vektordreher 33 und 34) verwendet werden.In the device shown in Figure 4, the stator current control device (r 4 the stator current setpoint 5 * again in the field-oriented components-i çi 1 2 specified. The mean * of two vector rotators 40, 41 is the stator current SoLZvektor successively by the rotor-oriented flow angle (fL and the rotor position angle XS rotated and thereby transferred to the stand-oriented target vector is *. Between The two -s vector rotators can now be ordinates in rotor-oriented coordinates The predetermined setpoint vector iL is input directly into the flow determination device 9 and since the stator-oriented flux angle #S is not required, In principle, the model circuit 20 from FIG 3 (without the vector rotators 33 and 34) can be used.
Ferner ist ein Regler 42 vorgesehen, der die an einem MeBglied 43 erfaßten, dem Vektor iS entsprechenden Phasenströme den am Komponentenwandler id abgegriffenen Sollwerten nachführt. Ebenso kann ein Erregerstromregler 45 vorgesehen sein, der den am Meßglied 46 abgegriffenen Erregerstrom-Istwert iE dem im Führungsglied 7 ermittelten und korrigierten Erregerstromwert iE* = iOE* + # iE nachführt. Arbeitet der Regler 45 hinreichend genau (iE = iE*), so kann anstelle des Erregerstrom-Sollwertes iE* auch der Istwert iE eingegeben werden; wesentlich ist nur, daß bei Verwendung der Modellschaltung 20 nach Figur 3 lediglich der durch die Störgröße kompensierte .("wahre") Erregerstrom als Ist- oder Sollwert eingegeben wird.In addition, a regulator 42 is provided which controls the measurements on a measuring element 43 detected phase currents corresponding to the vector iS the at the component converter id tracks tapped setpoints. An excitation current regulator 45 can also be provided which is the actual excitation current value tapped at the measuring element 46 iE the in the guide element 7 tracks the determined and corrected excitation current value iE * = iOE * + # iE. Is working the controller 45 is sufficiently accurate (iE = iE *), so instead of the excitation current setpoint iE * the actual value iE can also be entered; it is only essential that when used of the model circuit 20 according to FIG. 3, only the one compensated by the disturbance variable . ("true") excitation current is entered as actual or setpoint value.
Der Vollständigkeit wegen ist im Führungsglied 7 auch noch ein Flußregler 47 dargestellt, an dessen Eingang die Regelabweichung aus dem vorgegebenen Flußsollwert und dem in der Modellschaltung 9 ermittelten Flußbetrag P eingegeben ist. Die Regelabweichung wirkt korrigierend auf die Subtraktionsstelle 13, an der die feldparallele Komponente des gestörten Erregerstroms g x - iSy 1 gebildet wird. Bei der erfindungsgemäßen Führung des Erregerstroms ist das Ausgangssignal des Erregerstromreglers 45 praktisch bereits konstant und der Flußregler 47 ist bereits so stark entlastet, daß er ohne Verschlechterung der Dynamik praktisch entfallen kann.For the sake of completeness, there is also a flow regulator in the guide member 7 47, at the input of which the control deviation from the specified flow setpoint is shown and the flow amount P determined in the model circuit 9 is input. The control deviation works correcting for the subtraction point 13 at which the field parallel Component of the disturbed excitation current g x - iSy 1 is formed. In the inventive The output signal of the excitation current regulator 45 is practical for guiding the excitation current already constant and the flow regulator 47 is already so heavily relieved that he without Deterioration in dynamics can practically be omitted.
Die Anordnung wird vervollständigt durch einen Drehzahlregler 48, dem-als Istwert die an der Welle abgegriffene Läuferdrehzahl );S und ein entsprechender Drehzahl-Sollwert bzw eingegeben sind. Das Reglerausgangssignal lieiert den Sollwert i für die feldsenkrechte Komponente des Erregerstrom-Sollvektors. Der zur Umwandlung der Drehzahl in den die Läuferlage beschreibenden Vektor Xs dienende Vektoroszillator 22 ist im Zusammenhang mit -s Figur 3 bereits erläutert, wobei die L§uferdrehzahl 5 von einem Drehzahlgeber 49 anstelle einer Nachbildung des mechanischen Teils 21 abgegriffen ist.The arrangement is completed by a speed controller 48, dem-as actual value the rotor speed tapped on the shaft); S and a corresponding one Speed setpoint or have been entered. The controller output signal provides the setpoint i for the field-perpendicular component of the excitation current setpoint vector. The one to transform the speed in the vector Xs describing the rotor position serving the vector oscillator 22 has already been explained in connection with FIG. 3, the rotor speed 5 from a speed sensor 49 instead of a replica of the mechanical part 21 is tapped.
In Figur 5 ist die als Flußbestimmungseinrichtung verwendete Modell schaltung 9 im Zusammenwirken mit den Schaltgruppen 4, 7 und 8 noch einmal dargestellt, wobei die Regler 42, 45 und 47 nur gestrichelt symbolisiert sind, da der Regler 45 mit einer so kurzen Regelzeit ausgestattet werden kann, daß der Erregerstromistwert iE und Erregerstrom-Sollwert iE praktisch gleich sind. Der Regler 42 hat für die weitere Betrachtung des Steuervorgangs keine Bedeutung, und der Regler 47 ist ohnehin durch die Vorsteuerung so weit entlastet, daß er praktisch ohne Beeinträchtigung des Verhaltens der gesamten Anordnung weggelassen werden kann.In Figure 5 is the model used as the flow determining device circuit 9 in cooperation with the switching groups 4, 7 and 8 shown again, the controller 42, 45 and 47 are only symbolized by dashed lines, since the controller 45 can be equipped with such a short control time that the excitation current actual value iE and excitation current setpoint iE are practically the same. The controller 42 has for further consideration of the control process is irrelevant, and the controller 47 is anyway so much relieved by the feedforward that it is practically without impairment the behavior of the entire arrangement can be omitted.
Figur 5 liefert nun auch die Rechtiertigung für das Wesen der Erfindung, wonach zunächst aus dem Quotienten #*/xq ein fiktiver (d.h. gestörter) Erregerstromwert E* i0 gebildet und nachher durch die entsprechend gewählte Störgröße praktisch exakt kompensiert wird.Figure 5 now also provides the justification for the essence of the invention, after which first from the quotient # * / xq a fictitious (i.e. disturbed) Excitation current value E * i0 is formed and then by the correspondingly selected disturbance variable is practically exactly compensated.
Da der Erregerstrom nur eine d-Komponente besitzt, läßt sich der zu einem vorgegebenen Fluß bei vorgegebenem Ständerstrom gehörende Erregerstrom unter Berücksichtigung des Dämpferstromes RL.iD - dY schreiben: dt µ s 1 d # d .Since the excitation current has only one d component, it can be used a given flux with a given stator current belonging excitation current below Consideration of the damper current RL.iD - dY write: dt µ s 1 d # d.
iE = id - id - RL . dt Mit Hilfe der Beziehungen 1 1 1 1 1 # - + ; .#d = iµ xd xq xq xd xd d folgt daraus Dabei ist iE der zum Fluß Y, dem Ständerstrom is und der 0 Hauptfeldinduktivität xq gehörende fiktive Erregerstrom einer fiktiven Vollpolmaschine (x = xq), deren fiktiver Magnetisierungsstrom durch die feldparallele Komponente der Summe aus fiktivem Erregerstrom und dem Ständerstrom gegeben ist, so daß für den Fall, daß der Fluß auf einen konstanten Betrag geregelt ist, gilt: Zum Flußsollwert #* gehört demnach ein Erregerstrom-Sollbetrag oder ein Erregerstromvekt(^r, der z.B. feldorientiert durch bestimmt ist.iE = id - id - RL. dt Using the relationships 1 1 1 1 1 # - +; . # d = iµ xd xq xq xd xd d follows from this Here iE is the fictitious excitation current belonging to the flux Y, the stator current is and the main field inductance xq of a fictitious full-pole machine (x = xq), the fictitious magnetizing current of which is given by the field-parallel component of the sum of the fictitious excitation current and the stator current, so that for the If the flow is regulated to a constant amount, the following applies: Accordingly, a desired excitation current value belongs to the desired flux value # * or an excitation current vector (^ r, which e.g. is determined.
Die schaltungsmäßige Re;tlisierung dieser Zusammenhänge erfolgt in dem Erregerstrom-Führungsglied 7 und im Vorsteuerglied 8 in den Figuren 2, 4 und 5.The circuit reduction of these relationships takes place in the excitation current guide member 7 and in the pilot control member 8 in Figures 2, 4 and 5.
Wesentlichstes Ergebnis der Betrachtung ist, daß bei dieser Ermittlung des fiktiven Erregerstromwertes die Vernachlässigung der Induktivi-t;äts-Unsymmetrie einen Fehler darstellt, der lediglich aiif die Ermittlung des wahren Erregerstromes wirkt und durch eine entsprechende Störgröße allein unter Berücksichtigung eines Unsymmetrie-Maschinenparameters und des tatsichlichen Flusses (der prinzipiell auch durch Hallsonde erfaßbar ist) leicht korrigierbar ist. Dies ist überraschend, da an sich zu erwarten ist, daß der zu dem Ständersrom, dem momentanen Läuferwinkel und Flußwinkel sowie dei fiktiven Erregerstromwert gehörende Fluß sich nicht als einfache Funktion des wahren Flusses und des Erregerstromes oder anderer, für einen feldorientierten Betrieb ohnehin erfaßter Größen darstel-.The most important result of the consideration is that in this determination of the fictitious excitation current value neglecting the inductivity asymmetry represents an error, which is only aiif the determination of the true excitation current acts and by a corresponding disturbance only taking into account one Asymmetry machine parameters and the actual flow (which in principle also can be detected by a Hall probe) can be easily corrected. This is surprising since it is to be expected that this corresponds to the stator current, the instantaneous rotor angle and the flux angle and the flux belonging to the fictitious excitation current value are not considered to be simple function of true flow and excitation current or other, for one field-oriented operation of quantities already recorded.
len läßt und daher die zur Korrektur als Störgröße benötigte Abweichung zwischen fiktivem Erregerstrom und wahrem Erregerstrom eine komplizierte, u.U. nur näherungsweise angebbare Funktio vieler den augenblicklichen Betriebszustand beschreibender Größen ist.len and therefore the deviation required for correction as a disturbance variable between fictitious excitation current and true excitation current a complicated one, possibly only approximately specifiable function of many describing the current operating status Sizes is.
Da der Erregerstromwert j der zum Flußsollwert gehörende fiktive Erregerstrom einer Vollpolmaschine ist, kann nunmehr die Anordnung nach Figur 5 weiter so vereinfacht werden, daß als FLuf3ermittlungseinrichtung nicht eine Modellschaltung def tatsächlich angewendeten Schenkelpolmaschine, sondern eine Modellschaltung einer Vollpolmaschine mit x = Xq verwendet wird, wobei dann anstelle des tatsächlichen Erregerstrom-Istwertes bzw. Erregerstromsollwerts der fiktive Erregerstromwert i0 herangezogen wird.Since the excitation current value j corresponds to the flux setpoint belonging fictitious excitation current of a full-pole machine, the arrangement can now be FIG. 5 can be further simplified in such a way that it is not used as a FLuf3ermittungseinrichtung a model circuit def actually applied salient pole machine, but one Model circuit of a full pole machine with x = Xq is used, where instead of the actual excitation current actual value or excitation current setpoint is the fictitious Excitation current value i0 is used.
Figur 6 zeigt eine derartige Schaltung, bei der die Schaltungsanordnung 9' aus eingegebenen Werten für den Ständerstrom ist w den Läuferwiderstand RL und einen der Hauptinduktivität zugeordneten Induktivitätsparameter sowie einem Erregerstromwert einen Fluß-Modellwert teL nachbildet, wobei gemäß der Erfindung als Induktivitätsparameter ein einer Vollpolmaschine zugeordneter Parameter,, bevorzugt wie im dargestellten Fall die Querinduktivität Xq der Schenkelpolmaschine, und als Erregerstromwert der fiktive Erregerstrom io verwendet wird. Der fiktive Erregerstromwert wird Im vorgeschalteten Rechenglied 7' aus dem vorgegebenen Fluß bzw dem Induktivitätparameter x und dem vorgegebenen Ständerstrom (gemäß Fig. 6 5* wird nur die feldparallele Komponente i9yi benötigt) ermittelt. In der Ausgangsstufe 8' wird die zum Fluß t gehörende Größe iE des wahren Erregerstroms aus dem fiktiven Erregerstromwert i0 und der Störgröße #iE ermittelt, die aus dem Flußmodellwert # (gemäß Fig. 6 wird nur die läuferorientierte Längskomponente #d benötigt) und den Parametern für die Längsinduktivität xd und die Querinduktivität x zusammengesetzt ist. Die Störgröße #iE kann gemäß Fig. 6 am Proportionalglied 50 als Produkt (1/xq - 1/xd ) . #d gebildet und am Subtraktionsglied 51 negativ dauf iE aufgeschaltet werden.FIG. 6 shows such a circuit in which the circuit arrangement 9 'from the values entered for the stator current, w is the rotor resistance RL and an inductance parameter assigned to the main inductance and an excitation current value simulates a flux model value teL, according to the invention as an inductance parameter a parameter assigned to a full pole machine, preferably as shown Case the transverse inductance Xq of the salient pole machine, and as the excitation current value of the fictitious excitation current io is used. The fictitious excitation current value is im upstream Computing element 7 'from the predetermined flux or the inductance parameter x and the specified stator current (according to Fig. 6 5 * only the field-parallel component i9yi required). In the output stage 8 'is that belonging to the flow t Size iE of the true excitation current from the fictitious excitation current value i0 and the disturbance variable #iE determined from the flow model value # (according to FIG. 6, only the runner-oriented Longitudinal component #d required) and the parameters for the longitudinal inductance xd and the cross inductance x is composed. The disturbance variable #iE can according to FIG. 6 on the proportional term 50 as a product (1 / xq - 1 / xd). #d formed and on the subtracter 51 negative to be switched on iE.
Die Anordnung 7', 8', 9' kann anstelle der Anordnung 7, 8, 9 in Fig0 4 und 5 verwendet werden, um aus Sollwerten oder Istwerten (ähnlich der später erläuterten Figur ii) des Ständerstromes den zum Fluß sollwert t* gehörenden Erregerstromsollwert zu bilden. Sie kann aber auch allgemein als Modellschaltung dazu dienen, bei einem vorgegebenen Fluß den zugehörigen Erregerstrom zu.ermitteln.The arrangement 7 ', 8', 9 'can be used instead of the arrangement 7, 8, 9 in Fig. 4 and 5 can be used to calculate from setpoints or actual values (similar to the figure ii) of the stator current, which is explained later, shows the flux setpoint t * belonging to the flux Form the excitation current setpoint. But it can also be used in general as a model circuit serve to determine the associated excitation current for a given flow.
Figur 7 zeigt eine Modifikation von Figur 6, wobei der entsprechenden Schaltungsanordnung 9t als Erregerstromwert nicht der Betrag iE des fiktiven Erregerstroms, sondern seine beiden Komponenten iE*31 = iE* . cos # L E* E* o o und io #2 = io . sin #L zugeführt werden. Durch komponentenweises Addieren zum feldorientierten Ständerstrom is* (Additionsglied 70) entsteht ein feldorientierter Stromvektor, der ins läuferorientierte Bezugssystem transformiert wird (Vektordreher 71), Die Schaltungsanordnung 9' ermittelt zu dem fiktiven Erregerstromwert den dazugehörigen Fluß einer ebenso fiktiven Vollpolmaschine mit X = xq, wobei überraschenderweise dieser Fluß eine Nachbildung des zum wahren Erregerstrom iE bzw. iE gehörenden (wahren) Flusses j ist, so daß die Anordnung 9' als Flußermittlungseinrichtung dienen kann und in der in Fig. 7 gezeigten Weise eine in Fig. 4 entsprechende Anordnung ergibt. Die Schaltungsanordnung 9' kann allgemein als Schaltungsanordnung zur Nachbildung eines Fluß-Modellwertes innerhalb einer Modellschaltung 7', 8', 9' verwendet werden, wie sie anhand Fig. 6 bereits beschrieben wurde, sofern sichergestellt ist, daß der feldorientiert eingegebene Ständerstrom dem in feldorientierten Koordinaten dargestellten Ist-Strom der der Modellschaltung zugeordneten Maschine entspricht.Figure 7 shows a modification of Figure 6, the corresponding Circuit arrangement 9t as excitation current value not the amount iE of the fictitious excitation current, but its two components iE * 31 = iE *. cos # L E * E * o o and io # 2 = io . sin #L can be supplied. By adding components to the field-oriented Stator current is * (adder 70) creates a field-oriented current vector, which is transformed into the runner-oriented reference system (vector rotator 71), The Circuit arrangement 9 'determines the associated excitation current value for the fictitious excitation current value Flux of an equally fictitious full pole machine with X = xq, where surprisingly this flow is a replica of the (true) belonging to the true excitation current iE or iE Flow j, so that the arrangement 9 'can serve as a flow determining device and in the manner shown in FIG. 7 results in an arrangement corresponding to FIG. 4. The circuit arrangement 9 'can generally be used as a circuit arrangement for simulation a flow model value can be used within a model circuit 7 ', 8', 9 ', as already described with reference to FIG. 6, provided that it is ensured that the field-oriented stator current entered in field-oriented coordinates actual current shown corresponds to the machine assigned to the model circuit.
Da die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 und 7 nunmehr mit einem symmetrischen Induktivitätsparameter x arbeitet, gelingt jetzt auch die Lösung der entsprechenden Diffe- rentialgleichung im feldorientierten System, wie sie in der eingangs erwähnten deutschen Patentanmeldung P 30 26 202, Fig. 5, bereits angegeben ist. Fig. 8 zeigt einen entsprechenden Aufbau einer derartigen Schaltung sanordnung zur Nachbildung des Flusses. Eingangsvektor 5* dieser Schaltung ist der aus den Sollwerten iS und t am Additionsglied 70 gebildete Vektor 4 . q Xq Im allgemeinen ist die dargestellte Speisung mit den Sollwerten vorteilhaft, da sich auf diese Weise ein kompaktes Steuergerät für den Betrieb einer Schenkelpolmaschine ergibt, das allein schon bei Speisung aus den Sollwerten betriebsfähig ist und ohne die zugehörige Schenkelpolmaschine erprobt werden kann. Wenn man jedoch den fiktiven Erregerstromwert - anstatt aus dem Fluß sollwert abzuleiten - aus dem wahren Erregerstrom durch Addition der mit Hilfe der Schaltung 9' ermittelten Störgröße tiE bildet, so erhält, man eine Anordnung, dies es gestattet, aus eingegebenen Ist- oder Sollwerten des Ständerstromes dem Läuferwiderstand und einer vorgegebenen Größe des wahren Erregerstroms sowie einem der Hauptinduktivität zugeordneten Induktivitätsparameter den dazu gehörenden Fluß zu ermitteln. Eine derartige Anordnung ist demnach als von den Istwerten gespeiste Flußbestimmungseinrichtung einer Schenkelpolmaschine in der Vorrichtung nach Fig. 2 einsetzbar. Sie kann auch als entsprechendes Strommodell einer Schenkelpolmaschine für andere Anwendungen, z.B.Since the circuit arrangement according to FIGS. 6 and 7 now with a symmetrical Inductance parameter x is working, the solution of the corresponding one is now possible Differential equation in the field-oriented system, as described in the aforementioned German patent application P 30 26 202, Fig. 5, already indicated is. Fig. 8 shows a corresponding structure of such a circuit arrangement to replicate the river. Input vector 5 * of this circuit is that from the Setpoint values iS and t vector 4 formed at addition element 70. q Xq In general the illustrated supply with the setpoints is advantageous because it is based on these Way results in a compact control unit for the operation of a salient pole machine, which is already operational when fed from the setpoints and without the associated salient pole machine can be tested. However, if you take the fictional Excitation current value - instead of deriving the target value from the flux - from the true excitation current by adding the disturbance variable tiE determined with the aid of circuit 9 ', in this way, an arrangement is obtained that allows it, from entered actual or setpoint values of the stator current the rotor resistance and a given size of the true Excitation current and one of the inductance parameters assigned to the main inductance to determine the corresponding river. Such an arrangement is therefore as Flux determination device of a salient pole machine fed by the actual values can be used in the device according to FIG. It can also be used as a corresponding current model a salient pole machine for other applications, e.g.
im Zusammenhang mit der erwähnten deutschen Patentanmeidung P 30 26 202 vorteilhaft sein, selbst wenn damit der Erregerstrom nicht vorgesteuert werden soll. Fig. 9 zeigt eine solche Modellschaltung.in connection with the aforementioned German patent application P 30 26 202 can be advantageous, even if it does not pre-control the excitation current target. Fig. 9 shows such a model circuit.
Auch diese Schaltung arbeitet als Modellschaltung für die Schenkelpolmaschine und enthält eine Schaltungsanordnung 95, die aus eingegebenen Werten für den Ständerstrom is (sofern von Meßwerten für die Phasenströme aus- gegangen wird, ist eine Umwandlung in kartesische Koordinaten und Transformation ins Läuferbezugssystem - vom Läuferstellungswinkel #s gespeister Vektordreher 90 -jederzeit möglich), den Läuferwiderstand RL und einen der Hauptfeldinduktivität zugeordneten Induktivitätsparameter sowie einen fiktiven Erregerstromwert 1E einen Fluß-Modellwert (Betragt # , Richtung #L) nachbildet, wobei als Induktivitätsparameter x ein einer Vollpolmaschine (x = const) zugeordneter Induktivitätsparameter, vorzugsweise die Querinduktivität der Schenkelpimaschine (x ), verwendet ist. Der Erregerstromwert wird q hier von einem Rechenglied 96 aus der vorgegebenen Größe des (wahren) Erregerstromes (iE) und einer aus dem Flußmodellwert und Parametern für die Längsinduktivität xd und die Querinduktivität Xq der Schenkelpolmaschine zusammengesetzten Störgröße ermittelt. In dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist als Störgröße diE Produkt aus der Längskomponente des Modellflusses (Multiplizierer 92 zur Bildung von t d = t. cos #L) und der Differenz x1 ~ xi ) der reziproken Längskomponente und Querkompogente dgr Hauptinduktivität gebildet und additiv auf den vorgegebenen (wahren) Erregerstrom aufgeschaltet (Additionsglied 97).This circuit also works as a model circuit for the salient pole machine and contains a circuit arrangement 95 which consists of input values for the stator current is (provided that measured values for the phase currents are is gone is a conversion into Cartesian coordinates and a transformation into the rotor reference system - Vector rotator 90 fed by the rotor position angle #s - possible at any time), the Rotor resistance RL and an inductance parameter assigned to the main field inductance and a fictitious excitation current value 1E a flux model value (amount #, direction #L), where the inductance parameter x is a full pole machine (x = const) associated inductance parameter, preferably the shunt inductance the thigh pim machine (x) is used. The excitation current value becomes q here from an arithmetic element 96 from the specified size of the (true) excitation current (iE) and one of the flux model value and parameters for the series inductance xd and the transverse inductance Xq of the salient pole machine composite disturbance is determined. In the preferred exemplary embodiment shown, the disturbance variable is the product from the longitudinal component of the model flow (multiplier 92 to form t d = t. cos #L) and the difference x1 ~ xi) of the reciprocal longitudinal component and transverse component dgr main inductance and additive to the specified (true) excitation current switched on (addition element 97).
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 9 wird aus den Betrag des des fiktiven Erregerstromes mittels der Multiplizierer 94 der feldorientierte fiktive Erregerstrom 1oE = (ioE . cos #L, ioE sin fL) gebildet und mit dem durch den Vektordreher 91 feldorientiert vorgegebenen Ständerstrom zur Gesamtdurchilutung zusammengesetzt und entsprechend der bereits bei Fig. 8 erwähnten Weise wird daraus der Modell-Flußbetrag Y und der Modell-Flußwinkel #L ermittelt.In the embodiment of FIG. 9, the amount of the fictitious Excitation current by means of the multiplier 94, the field-oriented fictitious excitation current 1oE = (ioE. Cos #L, ioE sin fL) and with that generated by the vector rotator 91 field-oriented specified stator current combined to the total throughput and in accordance with the manner already mentioned in FIG. 8, this becomes the model flow amount Y and the model flow angle #L are determined.
Man kann aber zur Flußnachbildung entsprechend Fig. 6 auch läuferorientiert arbeiten. Dabei entfallen die zur Bildung der feldorientierten Komponenten benötigten Elemente 91, 92, 94, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Die Modellschaltungen nach Fig. 9 oder 10 können direkt als Flußermittlungseinrichtung 9 in Fig. 2 oder - ohne den Vektordreher 90 und mit Eingabe des Ständerstromsollvektors anstelle des Istvektors - in Fig. 4 verwendet werden.However, to simulate the river as shown in FIG. 6, it can also be runner-oriented work. The for Formation of the field-oriented Components require elements 91, 92, 94, as shown in FIG. 10. the Model circuits according to FIG. 9 or 10 can be used directly as a flow determination device 9 in Fig. 2 or - without the vector rotator 90 and with input of the stator current setpoint vector instead of the actual vector - can be used in FIG. 4.
Da insbesondere bei einer feldorientierten Regelung, wie sie in den Figuren 2 und 4 bis 7 dargestellt ist, der Stnderstrom-Steuereinrichtung 4 ohnehin der Ständerstrom in ieldorientierten Soll-Komponenten ist cPi' i tf2 vorgegeben ist, empfiehlt es sich, auch der Flußermittlungseinrichtung den Ständerstrom als feldorientierten Sollvektor einzugeben. Es entfallen dann bei Verwendung der Modell schaltung nach Fig. 9 als Flußermittlungseinrichtung auch noch die Vektordreher 90 und 91.Since, especially in the case of a field-oriented control, as it is in the Figures 2 and 4 to 7 is shown, the stator current control device 4 anyway the stator current in ield-oriented target components is specified cPi 'i tf2 is, it is advisable to also use the flux determination device as the stator current enter the field-oriented setpoint vector. It is then omitted when using the model circuit according to Fig. 9 as a flux determining device also the vector rotator 90 and 91.
Zuletzt ist in Fig. 11 eine weitere Modellschaltung dargestellt, die unter Verwendung der in Fig. 8 gezeigten Schaltungsanordnung bei eingegebenem Ständerstrom-Istwert oder -Sollwert den zu einem vorgegebenen Fluß t* gehörenden Erregerstrom ermittelt und den Elementen 7', 8', 9' in Fig. 6 entspricht.Finally, FIG. 11 shows a further model circuit which using the circuit arrangement shown in FIG. 8 with an input stator current actual value or setpoint determines the excitation current belonging to a given flux t * and corresponds to elements 7 ', 8', 9 'in FIG.
Der Vorteil der in den Figuren 6 bis ii dargestellten Modelischaltungen ist, daß als Schaltungsanordnung 9' bzw.The advantage of the model circuits shown in FIGS. 6 to ii is that as a circuit arrangement 9 'or
95, die zur Nachbildung der Dynamik einer Schenkelpolmaschine dient, die Nachbildung einer Vollpolmaschine verwendet werden kann, wie sie bei entsprechenden Modellschaltungen und Steuerungen für Vollpolmaschinen bekannt und eingesetzt ist. Es ist also nicht erforderlich, jeweils für die Schenkelpolmaschine eine eigene Schaltungsanordnung bereitzustellen. So kann man z.B. für einen "Flußistwert-Rechner" zur Ermittlung des Fluß-Istwertes aus den Istwerten von Ständerstrom und Erregerstrom (Fig. 9 und 10) oder für einen rregerstromsollwert-Rechner" zur Ermittlung des zu einem vorgegebenen Fluß- Sollwert gehörenden Erregerstrom-Sollwertes aus den Istwerten oder den die Istwerte steuernden Sollwerten des Ständerstromes (Fig. 6, 7 und ii) jederzeit auf bereits für Vallpolmaschinen gefertigte Schaltungsanordnungen zurückzugreifen. Die Schenkeligkeit der Maschine braucht lediglich diese Schaltungsanordnung durch die Aufschaltung der Störgröße aiE am Erregerstrom-Eingang oder -Ausgang ergänzt zu werdene95, which is used to simulate the dynamics of a salient pole machine, the replica of a full pole machine can be used, as it is with corresponding Model circuits and controls for full pole machines is known and used. It is therefore not necessary to have a separate one for each salient pole machine Provide circuit arrangement. For example, for a "flow actual value computer" to determine the actual flux value from the actual values of the stator current and excitation current (Fig. 9 and 10) or for an excitation current setpoint computer "to determine the to a given river Target value belonging to the excitation current target value from the actual values or the setpoint values of the stator current controlling the actual values (Fig. 6, 7 and ii) at any time on circuit arrangements already made for Vallpol machines to fall back on. The limbness of the machine only needs this circuit arrangement supplemented by the addition of the disturbance variable aiE at the excitation current input or output to become
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