DE3149920A1

DE3149920A1 - Synchronmaschinenfuehrung ueber ein aufgeteiltes maschinenmodell

Info

Publication number: DE3149920A1
Application number: DE19813149920
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Grumbrecht; Peter Dipl.-Ing. Hussels; Joachim Ing.(grad.) 1000 Berlin Weidemann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-11-26
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1983-06-23
Also published as: DE3149920C2

Description

Synchronmaschinenführung über ein
aufgeteiltes Maschinenmodell Zusatz zu Patent .. ... ... (Patentanmeldung P 30 45 032.9 vom 26.11.80) Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmalen nach Patent ..
(Patentanmeldung P 30 45 032.9 vom 26.11.80).
Das Verfahren gemäß dem Hauptpatent findet eine Anwendung bei einem Antriebskonzept, das anhand der Fig. 1 näher erläutert wird: eine Synchronmaschine SM wird über eine steuerbare Stromrichteranordnung ST am Netz N betrieben. Einer Maschinen- -führung MST werden dazu Vorgabewerte M für das Drehmoment, 9 für den Phasenwinkel der Maschineneingangsgrößen und für den Hauptfluß zugeleitet.
Mit der Maschinenführung MST wird es ermöglicht, Ströme (Ständerstrom is, Feldstrom iF) und/oder Spannungen u5 zur Steuerung der Maschine vorzugeben.
Es ist bekannt, eine mehr oder minder detallierte inverse Nachbildung der Maschine auf elektronischem Wege einzusetzen, vgl. Siemens-Zeitschrift" Bd. 45 (1971) Seiten 765 bis 768, Aufsatz: "Die TRANSVEKTOR-Regelung für den feldorientierten Betrieb einer Synchronmaschine" von Bayer, Waldmann und Weibelzahl.
Dazu werden die Ströme, Spannungen und Flüsse in Komponenten aufgeteilt, die in Polradgeometrie d, q orientiert sind. Daraus ergeben sich zum Teil sehr aufwendige Bestimmungsoperationen für die herzuleitenden Steuergrößen für die Stromrichter. Es ist bekannt, daß im ständerorientierten inversen Teilmodell eine Umsetzung aus dem zweisträngigen orthogonalen Strom iSα, iSß bzw. der Spannung Uad, uSß ß in die in der Maschine verwirklichten üblicherweise dreisträngigen Systeme iu, iv, iw bzw. uu, uv, uw erfolgt.
Die Aufgabe, ein Verfahren zur Führung einer Synchronmaschine anzugeben, das obengenannte Schwierigkeiten nicht aufweist, löst die Hauptanmeldung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Verfahrensschritte.
Das Beispiel des Verfahrens gemäß dem Hauptpatent, bei dem drei inverse Teilmodelle benutzt werden, zeigt Fig. 2; die Figur 3 zeigt ein Raumzeigerdiagramm zur Erläuterung dieses Verfahrens.
In der Fig. 2 ist dargestellt, daß einem ersten flußorientierten Teilmodell 1 die Vorgabewerte für das Drehmoment M, für den Fluß #h undfür den Phasenwinkel # zwischen Maschineneingangsspannungen und Strömen zugeführt werden, in diesem die Stromkomponenten in flußorientierten Koordinaten iSl, iSm bestimmt und einerseits nach Koordinatendrehung mit Hilfe eines ersten Koordinatendrehers 4 aus flußorientierten in läuferorientierte Koordinaten einem läuferorientierten Teilmodell 2, andererseits nach Koordinatendrehung aus flußorientierten in ständerorientierte Koordinaten mit Hilfe eines zweiten Kordinatendrehers 5 einem ständerorientierten Teilmodell 3, in dem daraus ein deristrängiges Maschinenstromsystem iu, iv, iw hergeleitet wird, zugeführt werden, daß im läuferorientierten Teilmodell 2, dem noch der Vorgabewert für den Fluß zugeleitet wird, der Feldstrom iF und die relative Verderhung # zwischen der Flußlage # und der Läuferlage # bestimmt werden, und daß die-Koordinatendrehung des ersten Koordinatendrehers 4 durch die relative Verdrehung?und Koordinatendrehung des zweiten Koordinatendrehers 5 entweder mit Hilfe des gemessenen läuferstellungswinkels F oder aus der relativen Verdrehung g und der Flußlage # bestimmt wird.
Eine Erweiterung dieses-Verfahrens besteht darin, daß dem flußorientierten Teilmodell 1 zusätzlich der Flußlagewert # oder dessen zeitliche Änderung zugeführt wird und durch dieses Modell auch die flußorientierten Spannungswerte uSl, USm bestimmt werden, die über einen dritten Koordinatendreher 6, der in gleicher Weise wie der bisher beschriebene zweite Koordinatendreher 5 gesteuert wird, dem ständerorientierten Teilmodell 3 zugeführt werden, in welchem ein dreiphasiges Maschinenspannungssystem uu, uv, Uw hergeleitet wird.
Die funktionellen Zusammenhänge, die in den einzelnen inversen Teilmodellen realisiert sind, können dem Zeigerdiagramm gemäß Fig. 3 entnommen werden: hierin erkennt man drei gegeneinander verdrehte Koordinatensysteme: das ständerfeste α ß, , - das läuferfeste d, q - und das flußbezongene l,m-Koordinatensystem.
In dieser Darstellung ist der Ständerstrom i5 sowohl in seine Komponenten iSd und isq bezüglich der Flußlage aufgeteilt. Der Hauptfluß #h und eine läuferstellungsbezogenen Komponenten sind jeweils auf die Induktivität Lhd bezogen dargestellt. Die Größe von #h ergibtsich aus der resultierenden Durchflutung aus dem Ständerstrom iS (dem nicht dargestellten und in stationärem Fall nicht vorhandenen Dämpferstrom iD) und dem Feldstrom iF. Der Reluktanzkreis gibt die flußreduzierte Wirkung in q-Richtung an.
Aus dem Hauptfluß itr wird über den Ständerstreufluß der h Ständerfluß v S ermittelt. Näherungsweise senkrecht auf ihm steht die Spannung us.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu finden, die durch Realisierung der nicht inversen Zusammenhänge besser abgleichbare Bausteine zu verwenden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des vorliegenden Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Anordnung gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die Figur 4 die Struktur des läuferbezogenen inversen Teilmodells (2) gemäß der Erfindung; die Figur 5 zeigt den Aufbau der einzelnen Komponenten dieses Teilmodells.
In Fig. 4 ist dargestellt, wie das inverse läuferorientierte Teilmodell verwirklicht wird.
Zu diesem Zweck wird zur Bestimmung des Feldstromes iF als Ausgangsgröße ein nicht inverses Maschinenmodell (L1, L2) in der Rückführung eines Führungsgrößenreglers R angeordnet.
In Fig. 5 ist dargestellt, daß im ersten Teil des nicht inversen Modells (L1) zunächst die Summe aus Feldstrom iF und der Ständerstromkomponente iSd gebildet wird (L11), also die Summe aller in d-Richtung eingespeisten Ströme.
Uber zwei Verzögerungsglieder 1. Ordnung (oder bei Berücksichtigung der Dämpferstreuungen zwei allgemeine Glieder 1. Ordnung) wird aus dem resultierenden Strom in d-Richtung und der Ständerstromkomponente ist die resultierende Erregung gebildet (L12). Ueber die nachgeschalteten Kennlinienglieder (L13) werden die Flußkomponenten Yhdx rhn bestimmt.
In einem zweiten Teil (L2) vgl. Fig. 4 wird über eine im Hauptpatent bereits beschriebene Schaltung (Fig. 5d des Hauptpatents) entsprechend den Beziehungen im rechtwinkligen Dreieck aus dem vorgegebenen Betrag des Hauptflusses und der Komponente #hq der für die Längskomponente zulässige Betrag #hdw bestimmt. Außerdem werden die Winkelfunktionen des Winkels Crermittelt. Den Wert Y hdw erhält der Feldstromregler als "Sollwert", den er mit dem ebenfalls berechneten "Istwert" #hdx vergleicht. Er regelt den Feldstrom iF auf den Wert, bei dem #hdx gleich dem "Sollwert" wird.
Durch die Anordnung gemäß der Erfindung ergibt sich als Vorteil, daß trotz der Aufteilung des Maschinenmodells in drei inverse Teilmodelle unterschiedlicher Orientierung einzelne Funktionen nicht invers realisiert werden müssen.
Damit ist eine einfachere Einstellung der Parameter möglich.

Claims

Patentansprüche Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Führung einer über steuerbare Stromrichter am Netz betriebenen Synchronmaschine, bei dem aus Vorgabewerten, wie Drehmoment, Phasenwinkel der Maschineneingangsgrößen und Fluß die Sollwerte für die Steuerung und Regelung der Stromrichter mittels eines inversen Maschinenmodells ermittelt werden, bei der das gesamte Maschinenmodell in mehrere inverse Teilmodelle aufgeteilt ist, wobei neben die Orientierung eines oder mehrerer Teilmodelle nach Ständer- oder Läufer- (d,q)-Geometrie die Orientierung mindestens eines Teilmodells nach Fluß-(m,l)-Geometrie tritt, wobei die Teilmodelle unterschiedlicher Geometrie über Koordinatendreher miteinander verbunden sind, und wobei mindestens ein flußorientiertes Teilmodell mit einem läuferorientierten Teilmodell über einen solchen Koordinatendreher verbunden ist und bei der einem ersten flußorientierten Teilmodell (1) die Vorgabewerte für das Drehmoment (M), für den Fluß (#h) und für den Phasenwinkel ((f ) zwischen Naschineneingangsspannungen und Strömen ugefühft werden, in diesem die Stromkomponenten in flußorientierten Koordinaten (iSl, isin) bestimmt und einerseits nach Koordinatendrehung mit Hilfe eines ersten Koordinatendrehers (4) aus flußorientierten in läuferorientierte Koordinaten einem läuferorientierten Teilmodell (2), andererseits nach Koordinatendrehung aus flußorientierten in ständerorientierte Koordinaten mit Hilfe eines zweitenlEoordinatendrehers (5) einem ständerorientierten Teilmodell (3), in dem daraus ein dreisträngiges Maschinenstromsystem zur iv, iw) hergeleitet wird, zugeführt werden, im läuferorientierten Teilmodell (2), dem noch der Vorgabewert für den Fluß (#h) zugeleitet wird, der Feldstrom (iF) und die relative Verderhung (#) zwischen der Flußlage (#) und der Läuferlage (#) bestimmt werden, und die Koordinatendrehung des ersten Koordinatendrehers (4) durch die relative Verdrehung (#) und .Koordinatendrehung des zweiten Koordinatendrehers (5) entweder mit Hilfe des gemessenen Läuferstellungswinkels ( ) oder aus der relativen Verdrehung (#) und der Flußlage (#) bestimmt wird, nach Patent .. ... ... (Patentanmeldung P 30 45 032.9 vom 26.11.80), dadurch gekennzeichnet, daß das läuferorientierte inverse Teilmodell (2) aus einem nicht inversen Maschinenmodell in einem ersten Teil (L1) mit den Eingangsgrößen iF, iSd, isq und den Ausgangsgrößen Y hdx und # hq besteht, daß weiterhin in einem zweiten Teil (L2) aus den Werten #h und #hq aufgrund der Beziehungen im rechtwinkligen Dreieck die Größe # und ein Führungswert # hqw bestimmt werden, und daß dieses Maschinenmodell in der Rückführung eines Fuhrungsgrößenreglers R für den Feld- strom iF liegt, dem die Führungsgröße 1trhdw und der Wert #hdx zugeführt werden (Fig. 4).
2. Anspruch nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Teil (L1) die Summe aus der läuferbezogenen Ständerstromkomponente isd und dem Feldstrom gebildet wird (L11), daß die nun vorliegende Stromkomponente und die Standerstromkomponente iSq das Dämpfermodell (L12) durchlaufen und daß die Flußkomponenten (#hd, #hq) über Kennlinien im folgenden Kennliniengeber (L15) ermittelt werden (Fig. 5).