DE3234603A1

DE3234603A1 - Anordnung zur bildung eines dem maschinenfluss einer drehfeldmaschine proportionalen signals

Info

Publication number: DE3234603A1
Application number: DE19823234603
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 1000 Berlin Hussels
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1982-09-15
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1984-03-15
Also published as: DE3234603C2

Description

Anordnung zur Bildung eines dem Maschinenfluß
einer Drehfeldmaschine proportionalen Signals Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines zweikomponentigen elektrischen Spannungssignals, das dem Maschinenfluß einer Drehfeldmaschine proportional ist, gemäß dem Obereegriff des vorliegenden Patentanspruches 1.
Dieses Spannungssignal dient als Istwert für indirekt flußorientierte Verfahren zur Führung von umrichtergespeisten Drehfeldmaschinen.
Wie es in der DE-OS 30 41 608 bereits ausführlich dargelegt wurde, muß zur Maschinenführung eine Orientierung an der Flußlage erfolgen. Diese muß aver nicht direkt erfaßt werden, sondern kann auch indirekt erfolgen, wie es zum Beispiel in der DE-OS 28 33 593 beschrieven ist.
In der DE-OS 30 45 032 wird eine Vorausberechnung der Flußlage für die Synchronmaschine mit Dämpferkäfig ausführlich erläutert. Dabei wird die Flußlage aus Läuferstellungssignal und den Stromsollwerten errechnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, sei Vorhandensein einer geschätzten oder errechneten Lageinformation des Flusses (cos#,m sin#) den Istwert des Flusses zu ermitteln.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des vorliegenden Patentanspruches 1 angegehenen Merkmale gelöst.
Der errechnete Flußistwert hat eine Komponente in Richtung der gerechneten und vorgegezenen Flußrichtung ( die seinem Betrag entspricht, und eine Komponente senkrecht dazu (#1), die Abweichung von der gerechneten Richtung entspricht. Diese Signale werden für eine Fehlerkorrektur sei Verfahren mit indirekter Flußorientierung gebraucht.
Der Vorteil der Anordnung gemäß der Erfindung besteht darin, daß ein Driften der Integratoren durch die Gegenkopplung, die sich zwangsweise durch die Rechnung mit den Soll-Fluß orientierten Komponenten von Strom- und Spannung ergibt (Ausnahme # = 0, # = Winkelgeschwindigkeit des geschätzten Flußzeigers), verhindert wird.
Bei lediglich zusätzlicher, direkter, in@gleicher Weise fehlehder frequenzabhängiger Gegenkopplung (d.h./ Über-Kreuz-Gegenkopplung)ergibt sich ein frequenzunabhängiger Phasenfeh-1er.
Die zusätzliche Gegenkopplung nicht üher Kreuz stellt die übliche Dämpfung dar, die nur notwendig ist, wenn der Flußrechner hei bereich Spannung führender Maschine eingeschaltet wird, so daß die Integratoren falsche Anfangswerte erhalten. Weiterhin muß die Verstärkung für Störfrequenzen der Kreisfrequenz begrenzt werden.
Zur bereits genannten DE-OS 28 33 593 sei mit Rücksicht auf die folgenden Ausführungen darauf hingewiesen, daß heim dort heschriehenen Flußrechner im wesentlichen die Klemmenspannungen komponentenweise integriert werden, und so der mit der Ständerwicklung verkettete Fluß errechnet wird. Es ergibt sich, wenn man eine- Korrektur des Ständerwiderstandes R und der Streuung L5 erücksichtigt, Mit Hilfe von Koordinatendrehern werden dann die Komponenten oder Koordinaten der Meßwerte der Spannung bezüglich der vorausberechten Flußlage (cos#, sin#) bestimmt. Diese werden mit u, u1 bereichnet. Die m-Achse weist in Richtung des vorausherechneten Flusses.
Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird im nachstehend aeschriehenen Ausführungsheispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die Figur 1 die Lage des Spannungszeigers bzlg.
der α, # - und m, 1-Koordinaten, die Figur 2 die Struktur eines komplexen Multiplizierers, der in der erfindungsgemäßen Anordnung Verwendung findet, und die Figur 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Ferner zeigen die Figuren 4 his 6 Schaltungen zur Dämpfung durch besondere Arten der Gegenkopplung.
In der Fig. 1 liegen der Spannungszeiger u in Form der Komponenten oder Koordinaten und , uß (orthogonales Koordinatensystem), d.h. ständerorientierte Koordinaten( i , ) vor. Auf Spannung u und Strom i werden die Rechenregeln der komplexen-Zahlen angewendet.
Durch eine Koordinatendrehung um die vorausberechnete, oder geschätzte Lage des Flusses (cos#, sin#) erhält man die Spannungskomponenten u, ul azw. flußorientierten Koordinaten um, ul.
In der Fig. 2 ist ein komplexer Multiplizierer KM dargestellt, der in der an Hand der Fig. 3 heschriezenen Ausführungsform henuntzt wird. Er wird dort zunächst zur Koordinatendrehung der Spannung, wie gerade angegehen, dann zur entsprechenden Koordinatendrehung für den Strom und schließlich auch zur-Gegenkopplung der Integratoren benutzt, wie noch näher heschrieben wird.
Er enthält vier Multiplizierer 1,2,3,4, durch die aus einer ersten komplexen Größe Aej 1 und einer zweiten komplexen Größe ej ° o folgende Größen gehildet werden: Im Multiplizierer 1: A cos <? 1 cos im " 2: A sin Y 1 . sin # im " 3: Asin #1.cos #0, im " 4: Acis #1. sin #0 wobei A cos#1 = R[Aej #1], A sin #1 =Im [Aej#1], cos#0 = R[ej#0], sin #0 =Im [ej#0] Der Ausgangswert des Multiplizierers 2 wird vom Ausgangswert des Multiplizierers 1 abgezogen; das Ergebnis ist A cos (#1 + #0) = R[Aj(#1 + #0)].
Die Ausgangswerte der Multiplizierer 3 und 4 werden addiert; das Ergebns ist A sin(#1 + #0) = Im[Aej(#1+#0)].
Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung.
Hier wird zunächst die ständerorientierte Spannung u mit den beiden Komponenten ud, uß einem ersten komplexen Multiplizierer KM1 zugeführt, ferner der ständerorientierte Strom i mit den beiden Komponenten iα, i einem zweiten komplexen Multiplizierer KM2.
Beiden komplexen Multiplizierern werden ferner die Komponenten cos#, sin# der Flußlage # zugefürt und dort mit den Komponenten von uα, u# sowie iα, i# gemäß der oben angegebenen Wirkungsweise des komplexen Multiplizierers verknüpft.
Die Ausgangs werte des komplexen Multiplizierers KM1 sind dann um, u1 (die in der Figur 3 gezeichten Doppelpfeile sollen immer Doppel leitungen für die Komponenten darstellen) und die Ausgangswerte des komplexen Multiplizierers KM2 die Komponenten im, il.
Die Komponente um wird nun einem Integrator I1, die Komponente ul einem Integrator I2 zugeführt. Die Ausgangssignale der Integratoren - das sind die Ständerfluß-Komponenten #sm, #s1 des Flusses #s - werden einem dritten komplexen Multiplizierer KM3 zugeführt und zwar so, daß der von um hergeleitete Wert Wsm dem Realtei-Eingang (vgl. Fig. 2) und der von ul hergeleitete Wert dem Imaginärteil-Eingang zugeführt wird.
Dem komplexen Multiplizierer 3 wird als zwiete Große, mit der zu multiplizieren ist, ein Wert K|#| + j# zugefürt, wobei K|#| als Realteil, #als Imaginärteil geleitet wird.
Der Wert am Realteil-Ausgang des komplexen Multiplizierers wird von der Komponente um, der Wert am Imaginärteil-Ausgang von der Komponente ul subtrahiert. Es erfolgt so eine Gegenkopplung der Integratoren direkt und über Kreuz, und zwar frequenzproportional, da die dem Multiplizierer zu'geleitete Komponente j # die Rotation des Koordinatensystems mit der Winkelgeschwindigkeit # berücksichtigt. Damit verbleibt als Integratoreingangsspannung nur noch der Teil, der der Bewegungsgeschwindigkeit des Flußzeigers im m,l-Koordinatensystem proportional ist.
Da der komplexe Multiplizierer KM3 in der Gegenkopplung mit den Integratoren (gestrichtelte Anordnung 5) einen Oszillator mit der Schwingfrequenz # bildet, wird zwecks Dämpfung desselben der bereits erwähnte Wert K/i, , K, vergebbarer Dämpfungsfaktor, dem Multiplizierer in der angegebenen Weise zugeführt.
Der Ständerwiderstand R wird dadurch berücksichtigt, daß im .R von um und iiR von u1 abgezogen wird. Ferner wird die Streuung L6 dadurch berücksichtigt, daß im.Ld ton der Ständerflußkomponente #sm und i1.L# von der Ständerflußkomponente #s1 abgezogen wird. Die so erhaltenen Werte stellen die Komponenten #m, #1 des Haupt- (oder Dämpferflusses # dar (bei der Asynchronmaschine wird der Dämpferfluß Läuferfluß genannt).
Aufgrund der bisher gemachten Darlegungen ergeben sich diese Komponenten mit Man erkennt an diesen Gleichungen unmittelbar, daß durch die Glieder mit # eine Gegenkopplung über Kreuz vorliegt, während die Dämapfungsgleider mit |#|.K eine direkte Kopplung darstellen.
Zu der direkten Kopplung durch die Dämpfungsglieder ist noch folgendes zu bemerken: damit Störungen mit Frequenzen in der Umgebung von # nicht zu hoch verstärkt werden, müssen für K. |#| relativ hohe Werte eingesetzt werden, so daß die Winkelabweichung vom idealen Integrator mehrere Winkelgrade beträgt.
Man kann dieser Schwierigkeit begegnen, wenn man die Dämpfungskomponenten nicht an den Summenpunkten der Integratoreingänge addiert. Eine Schaltung, die dies berücksichtigt, ist in Fig. 4 dargestellt: hier sind gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 3 gewählt.
Vom Ausgang des Integrators I2 (#s1) fürt eine Leitung über einen Multiplizierer 6 mit dem Faktor K auf eine Summationsstelle 9, die vor den Zuleitungen zum komplexen Multiplizierer KM3 liegt. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 6 wird dort von rsm subtrahiert.
Ferner führt vom Ausgang des Integrators I1 ( tsm) eine Leitung über einen Multiplizierer 7 mit dem Faktor K und folgender Negationsstufe 8 ebenfalls auf die Summationsstelle 9. Dort wird das Ausgangssignal der Negationsstufe von #s1 subtrahiert.
Dem loplexen Multiplizierer KM3 wird anstelle des Wertes K|#| + j# nur der Wert j# zugefürt.
Die Figuren 5 und 6, die ebenfalls der zuletzt genannten Schwierigkeit entgegenwirken, zeigen Anordnungen, bei denen jeweils nur die m- bzw. l-Koordinate des Ständerflusses # fehlerhaft ist.
Dem komplexen Multiplizierer KM3 wird auch hier wieder nur der Wert j # zugeführt. In der Fig. 5 wird der Wert #s1 auf eienen Mutiplizierer 10 mit dem Faktor K geführt, dessen Ausgangssignal zusammen mit dem Imaginärteil-Ausgangswert von KM3 vom Wert u1 - il.R der Fig. 6 wird der Wert #sm auf einen Multiplizierer 10a mit dem Faktor K geführt, dessen Ausgangssignal, zusammen mit Realteil-Ausgangswert von KM3 vom Wert um - im.R abgezogen wird.
Es sei bemerkt, daß die nicht kreuzweise Gegenkopplung nicht frequenzabhängig sein muß.

Claims

Patentansprüche Schaltungsanordnung zur Bildung eines zweikomponetigen elektrischen Spannungssignals, das dem Maschinenfluß einer Drehfeldmaschine proportional ist; wobei die zweiphasigen Meßwerte von Ständerstrom (is , i#) und -spannung der Maschine (us , u #) mit Hilfe von Koordinatendrehern um die vorausberechnete oder geschätzte Lage des Flusses (cos#, sin#) zurückgedreht werden (im, il, um, ul), dadurch gekennzeichnet, daß der Standerfluß ( #sm, #sl) aus den so ermittelten Komponenten der Spannung (um, ul) oder von Strom (im, il) und Spannung (um, u1)'durch komponentenweise Integration der Spannungssignale (um, u1) mittels Integratoren (I1, I2) gebildet wird, die frequenzproportional über Kreuz und - entweder frequenzproportional oder nicht - direkt gegengekoppelt sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Ständerwiderstand (R) multiplizierten Stromkomponenten (im, il) von den zugehörigen Spannungssignalen (um, u1) subtrahiert werden.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,-dadurch gekennzeichnet, daß durch SuEtraktion eines dem Strom proportionalen Streuflusses (Ld im, Ld i1) aus dem Ständerfluß (#sm, #s1) der Haupt- oder Dämpfferfluß (hei der Asynchronmaschine der Läuferfluß) ermittelt werden.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzproportionale Gegenkopplung der Integratoren (I1, I2) mittels eines komplexen Multiplizierers (KM3, Fig. 2) erfolgt, dem als Multiplikand die Ausgangssignale der Integratoren (#sm + j#s1) und als Multiplikar die Größe k|#| + j#, K=Dämpfungsfaktor, # = Flußlage, zugefürt wird (Fig. 3), wohei die Ausgangswerte des Multiplizierers von den Eingangswerten der Integratoren suatrahiert werden.-
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die frequenzproportionale Gegenkopplung der Integratoren (I1, I2-) mittels eines komplexen Multiplizierers (KM3) erfolgt, dem als Multiplikand der Wert #sm-K.#s1+j.(#s1+K#sm), #sm, #s1 Ausgangssignale der Integratoren I1, I2, K: Dämpfungsfaktor und als Multiplikator j Flußlage, zugeführt wird(Fig. 4), wobei die Ausgangswerte des Multiplizierers von den Eingangswerten der Integratoren suetrahiert werden.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet0 daß die frequenzproportionale Gegenkopplung der Integratoren (I1, I2) mittels eines komplexen Multiplizierers (KM3) erfolgt, dem als Multiplikand die Ausgangssignale der Integratoren + j#s1), als Multiplikator die Größe = = Flußlage, zugeführt wird und mittels der Subtraktion des K-fachen (K: Dämpfungsfaktor) Ausgangswerts des ersten (oder zweiten) Integrators von dem Eingangssignal des ersten (oder zweiten) Integrators, wobei die Ausgangswerte des Multiplizierers von den Eingangswerten der Integratoren suetrahiert werden.