DE3603051A1

DE3603051A1 - Verfahren zur steuerung und regelung einer synchronmaschine

Info

Publication number: DE3603051A1
Application number: DE19863603051
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Hussels
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-01-30
Filing date: 1986-01-30
Publication date: 1987-08-06
Also published as: DE3603051C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer am Umrichter betriebenen Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches.

Anhand 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 cosϕ) und senkrecht dazu i _sl (zur Verstellung des Drehmomentes) aus den Führungsgrößen für Drehmoment M, Fluß ψ und für den Phasenwinkel d zwischen Maschinenspannung und Strom gebildet. Im Läufermodell 2 werden aus den Führungsgrößen ψ, i _sm i _sl für den Winkel δ (den voraussichtlichen Winkel zwischen Fluß- und Läufer-Achse) seine Winkelfunktionen sinδ, cosδ berechnet, sowie der Führungswert für den Erregerstrom i _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 VDI/VDE-Gesellschaft Meß- und Regelungstechnik, Seiten 681 bis 695) kann aus der vom Läuferlagegeber 4 gelieferten Information cosλ, sinλ und derjenigen vom Läufermodell cosw, sinδ die voraussichtliche Flußlage in Form der Winkelinformation cosϑ, sinϑ ermittelt werden. Mit Hilfe der nun zur Verfügung stehenden Führungsgrößen Flußlage, Stromkomponenten i _sm, i _sl und Erregerstrom i _E sowie der Maschinenführung 5, 6 und der Stromrichter 7, 8 kann eine Einprägung der Strangströme i _R, i _S, i _T sowie i _E in die Maschine 9 nach dem flußorientierten Prinzip erfolgen.

Der bei diesem Verfahren verwendete Läuferlagegeber, der in der Regel aus einer abzutastenden Codescheibe besteht, ist jedoch aufwendig und bei optischer Abtastung auch störanfällig.

Ein Verfahren, das den Verzicht auf den Läuferlagegeber bedingt ermöglicht, ist durch die DE-OS 32 22 269 bekannt. Die bei diesem Verfahren vorausgesetzte Ermittlung des Flußistwertes aus Klemmenspannungen und Strömen hat den Nachteil, daß sie Integratoren enthält, die driften und zu gedämpften Schwingungen neigen, wenn diese Drift kompensiert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ein Läuferlagegeber nicht benötigt wird und bei dem die Nachteile des zuletzt genannten Verfahrens vermieden werden.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des vorliegenden Patentanspruchs aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird anhand der Zeichnung in den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es wird anhand der Fig. 2 ein Verfahren gemäß der Erfindung mit einem Läufermodell beschrieben; bei dem Verfahren gemäß Fig. 3 wird 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 Ständermodells (10) wird die Klemmspannung (u _m, u _l) aus den Strangströmen, der Ständerfrequenz und dem Flußsollwert (Führungsgröße) bestimmt. Mit Hilfe eines Koordinatendrehers 3′ werden aus den ständerbezogenen Koordinaten des Istwertes des Spannungszeigers (u _α, u _β) und der als Führungsgröße vorausberechneten Flußlage cosϑ, sinϑ die Komponenten u _mx, u _lx des Ist-Flußzeigers bezüglich der Sollwertkoordinaten bestimmt. Die Differenz zur Spannungsführungsgröße (u _m, u _l) wird ermittelt und komponentenweise zwei Bewertungsgliedern 11 a, 11 b zugeführt (erster und zweiter Flußregler, wobei der zweite Flußregler 11 b als Orientierungsregler bezeichnet sei). Der Reglerausgang könnte nun, um den Fluß und damit auch die Spannung zu beeinflussen, zu den Führungsgrößen für die Stromkomponenten i _sm und i _sl addiert werden, denn der Fluß ist, nur durch die Wirkung des Dämpfers verzögert, der Summe der eingespeisten Ströme proportional. Eine Beeinflussung der Ständerstromkomponenten i _sm, i _sl hätte einen geänderten Phasenwinkel ϕ (cosϕ) bzw. ein geändertes Drehmoment zur Folge.

Erfindungsgemäß werden nun die Signale der Ausgänge der Bewertungsglieder nicht zu den Führungsgrößen für die tatsächlich in der Maschine fließenden Ständerströme addiert, sondern es wird das Ausgangssignal Δ i _E des ersten Flußreglers 11 a zum Führungswert des Erregerstroms addiert und das Ausgangssignal Δ ω des zweiten Reglers (Orientierungsregler) 11 b zum Signal ω _n der Tachomaschine 4′ addiert.

Die Summe von Δω und l _n ist mit ω ₀ bezeichnet. Sie wird einem Sinus-Kosinus-Generator 12 zugeführt. In diesem werden zunächst durch Integration der Winkel g und in einem zweiten Schritt die Werte cosλ und sinλ erzeugt. Diese Werte werden - entsprechend dem Verfahren gemäß Fig. 1 - dem Koordinatendreher 3 zugeführt.

Durch die geschilderten Maßnahmen wird zum einen die Frequenz ω _n (Fehler der Tachomaschine) und zum anderen mittelbar der im Läufermodell errechnete Winkel w korrigiert. Wegen des integralen Zusammenhangs zwischen Winkel und Frequenz besitzt der Orientierungsregler einen differenzierenden Anteil oder einen hohen Proportionalanteil. Mit dem Eingriff in den Führungswert des Erregerstromes wird im wesentlichen der Flußbetrag beeinflußt.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, auf das Läufermodell 2 zu verzichten, wenn ein geeigneter Anfangswert i _E0 für den Erregerstrom i _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 Ausgangswertte cosλ und sinλ werden direkt dem Koordinatendreher 3′ und der Maschinenführung 5 zugeführt; sie entsprechen also cosϑ und sinϑ.

Es kann auch auf den Tachogenerator 4′ verzichtet werden, wenn für den Sinus-Kosinus-Generator 12, insbesondere beim Anfahren von der Drehzahl Null gesteuert, die Winkelgeschwindigkeit Null vorgegeben wird. Bei höheren Drehzahlen funktioniert das Ständermodell 10 einwandfrei und der Orientierungsregler 11 kann die Frequenz ω ₀ geregelt vorgeben.

Der Vorteil der neuen Erfindung gegenüber dem Verfahren gemäß der DE-OS 32 22 269 besteht darin, daß das Ständermodell 10 keine Integratoren enthält, es daher auch keine Einschwingvorgänge gibt.

Claims

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer am Umrichter betriebenen Synchronmaschine mit indirekter Flußorientierung, das heißt der Berechnung der zur Steuerung notwendigen Flußlage aus der Läuferlage und den Führungsgrößen für die Ströme und einer zusätzlichen Ermittlung der Komponenten des Spannungsistwertes bezüglich der vorausberechneten Lage des Flusses,
gekennzeichnet dadurch, daß die Abweichung der l-Komponente des Spannungszeigers von dem im Maschinenmodell vorausberechneten Führungswert einem ersten Flußregler (11 a) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal zum Führungswert für den Erregerstrom addiert wird,
daß zur Bestimmung der Läuferlage (cosλ, sinλ) 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 (ω ₀) gemacht wird, verwendet wird
und daß die Abweichung der m-Komponente der Spannung einem zweiten Flußregler (Orientierungsregler) (11 b) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal ebenfalls dem Sinus-Kosinus-Generator (12) - additiv zum Tachogeneratorsignal respektive Winkelgeschwindigkeits-Vorgabe-Wert - zugeleitet wird.