DE3222269A1

DE3222269A1 - Verfahren zur steuerung und regelung einer synchronmaschine

Info

Publication number: DE3222269A1
Application number: DE19823222269
Authority: DE
Inventors: Gunnar Dipl.-Ing. 1000 Berlin Büsch; Frank Dipl.-Ing. Hentschel; Peter Dipl.-Ing. Hussels
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-06-10
Filing date: 1982-06-10
Publication date: 1983-12-15
Also published as: DE3222269C2

Description

Verfahren zur Steuerung und Regelung
einer Synchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer am Umrichter betriebenen Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches.
An Hand der Fig. 1 sei der hier interessierende Teil der Struktur einer Einrichtung zur Führung einer Synchronmaschine mit Hilfe der indirekten Flußorientierung dargestellt, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 30 45 032.9 beschrieben wurde.
Im Strommodell 1 werden die Führungsgrößen für die Komponenten des Ständerstromes in Flußrichtung i sm (zur Beeinflussung des cos 9 ) und senkrecht dazu i (zur Ver-51 stellung des Drehmomentes) aus den Führungsgrößen für Drehmoment M, Fluß Nr und für den Phasenwinkel F zwischen Maschinenspannung und Strom gebildet. Im Läufermodell 2 werden as den Führungsgrößen #, ism isl für den Winkel # (den voraussichtlichen Winkel zwischen Fluß- und Läufer-Achse) seine Winkelfunktionen sin {, cos g berechnet, sowie der Führungswert für den Erregerstrom iE. E Mit Hilfe eines Koordinatendrehers 3 ( vgl. dazu die DiSsertation von Dipl.-Ing. Felix Blaschke "Das Verfahren der Feldorientierung zur Regelung der Drehfeldmaschine", Fakultät für Maschinenbau und Elektrotechnik der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, und den Aufsatz aus "Control in Power Electronics and Electrical Drives", herausgegeben von W. Leonhard, Braunschweig/FRG, Volume 1, 1974 VDT/VDE-Gesellschaft Meß- und Regelungstechnik, Seiten 681 bis 695) kann aus der vom Läuferlagegeber 4 gelieferten Information cos #, sin X und derjenigen vom Läufermodell cos J , sin g die voraussichtliche Flußlage in Form der Winkelinformation cos §, sin 9 ermittelt werden. Mit Hilfe der nun zur Verfügung stehenden Führungsgrößen Flußlage, Stromkomponenten ism' isl und Erregerstrom iE sowie der Maschinenführung 5,6 und der Stromrichter 7,8 kann eine Einprägung der Strangströme iR, is, iT sowie iE in die Maschine 9 nach dem flußorientierten Prinzip erfolgen.
Der bei diesem Verfahren verwendete Läuferlagegeber, der in der Regel aus einer ibzutastenden Codescheibe besteht, ist jedoch aufwendig und bei optischer Abtastung auch störanfällig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein Läuferlagegeber nicht benötigt wird.
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des vorliegenden Patentanspruchs aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird an Hand der Zeichnung in den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es wird an Hand der Figur 2 ein Verfahren gemäß der Erfindung mit einem Läufermodell beschrieben; bei dem Verfahren gemäß Fig. 3wird auf ein solches Läufermodell verzichtet.
In der Fig. 2 sind mit 1,2,3,5,6,7,8 und 9 gleiche Einrichtungen wie in der Fig. 1 bezeichnet; anstelle des Läuferlagegebers 4 wird hier jedoch ein Tachogenerator 4' benutzt. Mit Hilfe eines Flußrechners (10) wird aus der Klemmenspannung und den Strangströmen ein Fluß istwert mit den Komponenten bestimmt. Mit Hilfe eines Koordinatendrehers 3' werden aus den ständerbezogenen Koordinaten des Istwertes des Flußzeigers

( Cd ß ) und

Flußlage cos

der als Führungsgröße vorausberechneten sin die Komponenten des Ist-Flußzeigers bezüglich der Sollwertkoordinaten bestimmt. Die Differenz zur Flußführungsgröße ( W ,0) wird ermittelt und komponentenweise zwei PI-Reglern lla, 11b zugeführt (erster und zweiter Flußregler, wobei der zweite Flußregler 11b als Orientierungsregler bezeichnet sei). Zu beachten ist, daß die Führungsgröße für die Flußkomponente 1 yRl Null ist. Der Reglerausgang könnte nun, um den Fluß zu beeinflussen)zu zu den Führungsgrößen für die Stromkomponenten ism und isl addiert werden, denn der Fluß ist, nur durch die Wirkung des Dämpfers verzögert, der Summe der eingespeisten Ströme proportional. Eine Beeinflussung der Ständerstromkomponenten i5, i51 hätte einen geänderten Phasenwinkel 9 (cos? bzw. ein geändertes Drehmoment zur Folge.
Erfindungsgemäß werden nun die Signale der Reglerausgänge nicht zu den Führungsgrößen für die tatsächlich in der Maschine fließenden Ständerströme addiert, sondern es wird das Ausgangs signal Ai E des ersten Flußreglers 11a zum Führungswert des Erregerstroms addiert und das Ausgangssignal ## des zweiten Reglers (Orientierungsregler) 11b zum Signal #h der Tachomaschine 4' addiert.
Die Summe von Acs und h ist mit #o bezeichnet. Sie wird einem Sinus-Kosinus-Generator 12 zugeführt. In diesem werden die Werte cos # und sin # erzeugt. Diese Werte werden - entsprechend dem Verfahren gemäß Fig. 1 - dem Koordinatendreher 3 zugeführt.
Durch die geschilderten Maßnahmen wird zum einen die Frequenz von (Fehler der Tachomaschine) und zum anderen mittelbar der im Läufermodell errechnete Winkel # korrigiert. Wegen des integralen Zusammenhangs zwischen Winkel und Frequenz besitzt der Orientierungsregler einen differenzeierenden Anteil oder einen hohen Proportionalanteil. Mit dem Eingriff in den Führungswert des Erregerstromes wird im wesentlichen der Flußbetrag beeinfluß.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, auf das Läufermodell 2 zu verzichten, wenn ein geeigneter Anfangswert igo für den Erregerstrom E zur Verfügung steht; die entsprechende Einrichtung zur Durchführung dieses abgeänderten Verfahrens ist in Fig. 3 (mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 2) dargestellt. In diesem Fall entfällt auch der Koordinatendreher 3. Die Ausgangswer te cos A- und sin ;Lwerden direkt dem Koordinatendreher 3' und der Maschinenführung 5 zugeführt; sie entsprechen also cos t und sin Es kann auch auf den Tachogenerator 4' verzichtet werden, wenn für den Sinus-Kosinus-Generator 12 bei Anfahren von der Drehzahl Null eine geeignete gesteuerte Vorgabe der Winkelgeschwindigkeit #o gemacht wird. Bei höheren Drehzahlen funktioniert der Flußrechner 10 einwandfrei und der Orientierungsregler 11 kann die Frequenz w geregelt vorgeben.

Claims

Patentanspruch Verfahren zur Steuerung und Regelung einer am Umrichter betriebenen Synchronmaschine mit indirekter Flußorientirung, d.h. der Berechnung der zur Steuerung notwendigen Flußlage aus der Läuferlage und den Pührungsgrößen für die Ströme und einer zusätzlichen Ermittlung der Komponenten des Flußistwertes aus Klemmenspannung und Strom, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Koordinatendrehers (3') die Koordinaten des Flußistwertes bezüglich -der vorausberechneten Lage des Flusses bestimmt werden, daß die Abweichung der m-Komponente des Flußzeigers vom Führu ngs wert einem ersten Flußregler (1zea) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal zum Fuhrungswert für den Erregerstrom addiert wird, daß zur Bestimmung der Läuferlage (cos , sin ) entweder ein Tachogenerator (4') mit nachgeschaltetem Sinus-Kosinus-Generator (12) oder nur ein letztgenannter, wobei diesem beim Anfahren von der Drehzahl Null eine geeignete gesteuerte Vorgabe der Winkelgeschwindigkeit (Ck>o) gemacht wird, verwendet wird und daß die Abweichung der l-Komponente des Flusses von Wert Null einem zweiten Flußregler (Orientierungsregler) (11b) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal ebenfalls dem Sinus-Kosinus-Generator (12) - additiv zum Tachogeneratorsignal respektive Winkelgeschwindigkeits-Vorgabe-Wert - zugeleitet wird.