DE3622096A1 - Verfahren zur steuerung und regelung einer am wechselrichter betriebenen asynchronmaschine - Google Patents
Verfahren zur steuerung und regelung einer am wechselrichter betriebenen asynchronmaschineInfo
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Die Steuerung und Regelung einer am Umrichter betriebenen Asynchronmaschine
wurde erstmals ausführlich von Schönung, A. und Stemmler, H.
"Geregelter Drehstrom-Umkehrantrieb mit gesteuertem Umrichter nach
dem Unterschwingungsverfahren", BBC-Nachrichten 46 (1964) Seiten 699
bis 721 beschrieben. Hierbei wurde jedoch noch nicht die Erreichung
einer hohen Drehmomentdynamik angestrebt. Dies wurde erstmals von
Hasse, K. "Zur Dynamik drehzahlgeregelter Antriebe mit stromrichtergespeisten
Asynchron-Kurzschlußläufermaschinen", Dissertation, TH Darmstadt
1969 erreicht. Es stellte sich jedoch heraus, daß die Eigenschaften
der Steuer- und Regeleinrichtungen stark von der Übereinstimmung
der in der Steuerung verwendeten Maschinenparameter mit den
tatsächlichen Maschinenparametern abhängt. Dies betrifft die vom
Strom abhängige Hauptinduktivität und den temperaturabhängigen Läuferwiderstand
der Asynchronmaschine. Eine einfache Möglichkeit zur
Erfasssung und Berücksichtigung dieser Abweichung wurde in der
deutschen Patentanmeldung P 35 23 665.5 angegeben. Die angegebene
Erfindung hat jedoch den Nachteil, daß der Korrekturwert nicht gespeichert
wird und daß es bei jeder Last- und Drehzahländerung Einschwingvorgänge
gibt.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, mit dem die korrigierten
Werte für die Maschinenparameter gespeichert werden können.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des
Patentanspruches 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.
Anhand der Fig. 1 sei zunächst die Struktur einer Steuer- und Regeleinrichtung
mit indirekter Flußorientierung erläutert. Zuerst werden
nach dem Vergleich von Soll- und Istwert der Drehzahl (n w -n x ) vom
Drehzahlregler DR der Sollwert für das Drehmoment (M) und nach Vergleich
der augenblicklichen Aussteuerung ( α ) des Umrichters UR mit
dem maximal zulässigen Wert a max der Sollwert für den Fluß ( ψ ) geregelt
vorgegeben. Nach Linearisierung in der Funktionseinheit LI, die
den Parameter Hauptinduktivität L enthält, werden die Komponenten des
Ständerstromes in Richtung des magnetischen Flusses (IM) und senkrecht
dazu (IL) bestimmt. Sie werden mit den Istwerten (IMX und ILX)
verglichen und die Differenz Stromreglern SR zugeführt. Diese geben
die Spannungskomponenten (UM und UL) geregelt vor. Mit Hilfe der
Transformationsschaltung T und der Information über die Flußlage ( ϑ )
werden sie in die ständerbezogenen Komponenten (u α und u β ) transformiert.
In einer weiteren, mit 2/3 bezeichneten Transformation werden
drei den Klemmenpotentialen der Maschine proportionale Signale
gewonnen. Die Steuerung ST und der Umrichter UR wirken zusammen wie
ein Spannungsverstärker großer Leistung und legen die verstärkte Spannung
an die Klemmen der Maschine M. Die als Folge dessen fließenden
Strangströme werden gemessen, mit Hilfe der mit 2/3 bezeichneten Transformation
in die orthogonalen Komponenten (I α, I β ) gewandelt und
mit einer zweiten Transformationsschaltung in die flußbezogenen Komponenten
(IM, IL) umgeformt. Die für die Transformationen notwendige
Information über die Lage des Verkettungsflußzeigers (Flußlage ϑ ) wird
im Läufermodell LM gewonnen. Dieses beinhaltet den Maschinenparameter
t=L/R. Dabei ist L die Hauptinduktivität und R der Läuferwiderstand.
Die errechnete Läuferfrequenz ( ω₂) wird zu der von einem Drehzahlgeber
G ermittelten Maschinendrehzahl ( ω n ) addiert und so die
Ständerfequenz, die gleichzeitig die Rotationsgeschwindigkeit des
Flußzeigers ist, bestimmt. Diese wird integriert, und somit die Flußlage
( ϑ ) ermittelt.
Für die Transformationen T gilt:
Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die Vorgaben der magnetisierenden
Ständerstromkomponente (IM) und der Läuferfrequenz ( ω₂) abhängig
von einer Verstimmung des Modells (das heißt bei einer Abweichung
der Modellparameter von den tatsächlichen Maschinenparametern für Hauptinduktivität
L und Läuferwiderstand R) sowohl stationär als auch bei
schnellen Drehmomentänderungen nicht mit ausreichender Genauigkeit gewährleisten,
daß der Drehmomentistwert gleich dem vom Drehzahlregler
vorgegebenen Sollwert ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.
Für eine Adaption der beiden Maschinenparameter werden die in Fig. 2
gezeigten Erweiterungen benötigt. Zunächst muß aus dem Flußsollwert ( ψ ),
den Stromsoll- oder Istwerten und der Rotationsgeschwindigkeit des
Flusses ( l₁) (der Fehler bei der Verwendung des Drehzahlistwertes ( ω n )
ist gering) der Spannungssollwert errechnet werden. Dieser wird erfindungsgemäß
mit dem Istwert verglichen und die Differenz zur Adaption
der Parameter Läuferwiderstand und Hauptinduktivität verwendet.
Das Ergebnis dieses Vergleichs läßt sich am einfachsten auswerten, wenn
der Spannungsistwert in das flußbezogene Koordinatensystem transformiert
wird und die flußbezogenen Abweichungen berechnet werden. Dann
stellt die Abweichung ( Δ ULX) in erster Näherung die Längenabweichung
und die Differenz ( Δ UMX) die Abweichung der Phasenlage der Spannung dar.
Die Einwirkung auf die Modell-Parameter ist in Fig. 2 angedeutet. Dort
ist für jeden der beiden Parameter ein Integrator eingezeichnet. Diese
wurden beim ersten Einschalten auf den vom Hersteller angegebenen Wert
gesetzt. Sie verändern solange ihren Ausgangswert, bis die Spannungsdifferenzen
am Eingang zu Null werden. Zur Linearisierung wurden die Differenzsignale
durch ω₁ geteilt, was jedoch nicht notwendig ist.
Eine detailliertere Ausgestaltung wird anhand der Fig. 3a, 3b und 4
erläutert (in Fig. 4 bedeutet B Bereichserkennung).
Die Funktion 1/L h wird erfindungsgemäß durch eine Kennlinie IM ( ψ ) ersetzt,
vgl. Fig. 3a. Diese Kennlinie wird in vier Bereiche (B 0 . . . B 3)
geteilt. Zur Beschreibung der Kennlinie als Polygonzug werden dann
drei Stützpunkte S 1, S 2, S 3 benötigt. Die Werte der drei Stützpunkte
der Kennlinie werden erfindungsgemäß in Integratoren gespeichert. Befindet
sich die Maschine in einem Drehzahlbereich, in dem die Maschinenspannung
für eine Auswertung ausreichend hoch ist, wird die Einrichtung
zur Parameteradaption PA in Fig. 4 eingeschaltet. Wird nun
einer der Bereiche B 1 . . . B 3 erreicht, wird die Spannungsdifferenz ( Δ UL)
auf den Eingang des zugehörigen Integrators geschaltet. Auf diese Weise
kann eine voreingestellte Kurve "on line" optimiert oder auch erstmals
eingestellt werden.
Der Parameter τ=L/R kann in ähnlicher Weise durch eine Kennlinie ω₂
als Funktion vom Quotienten (i L /ψ ) realisiert werden, vgl. Fig. 3b.
Hier bietet sich zunächst eine Kennlinie mit nur einem Stützpunkt S 1* an.
Will man jedoch zweitrangige Effekte, wie zum Beispiel Stromverdrängung
im Läufer und Sättigung durch die Last-Stromkomponente (IL) mit berücksichtigen,
so erscheinen mehrere Stützpunkte S 1*, S 2* durchaus sinnvoll.
Claims (3)
1. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer am Wechselrichter betriebenen
Asynchronmaschine mit indirekter Flußorientierung, das
heißt mit Vorausbestimmung der zu erwartenden Lage des Flußraumzeigers
aus der Summe der Integrale oder dem Integral der Summe
von Drehfrequenz der Welle und der vorgegebenen - in einem Maschinenmodell
aus den Sollwerten für Drehmoment und Fluß errechneten
- Läuferfrequenz sowie einer Einrichtung zur Messung der
Komponenten des Raumzeigers der Maschinenspannung,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Erweiterung des Maschinenmodells die Maschinenspannung aus den Sollwerten für Drehmoment und Fluß sowie dem Drehzahlistwert vorausberechnet wird, mit dem Istwert verglichen wird, und die so ermittelte Abweichung der Längskomponente zur Adaption des Modellparameters Hauptinduktivität (L h ) verwendet wird, und
daß die so ermittelte Abweichung der Querkomponente der Spannung - das heißt die phasenmäßige Vor- bzw. Nacheilung - zur Adaption des Modellparameters Läuferwiderstand verwendet wird.
daß in einer Erweiterung des Maschinenmodells die Maschinenspannung aus den Sollwerten für Drehmoment und Fluß sowie dem Drehzahlistwert vorausberechnet wird, mit dem Istwert verglichen wird, und die so ermittelte Abweichung der Längskomponente zur Adaption des Modellparameters Hauptinduktivität (L h ) verwendet wird, und
daß die so ermittelte Abweichung der Querkomponente der Spannung - das heißt die phasenmäßige Vor- bzw. Nacheilung - zur Adaption des Modellparameters Läuferwiderstand verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abweichung der Längskomponente der Spannung bewertet und integriert wird,
daß das Integral zur Korrektur des Modell-Parameters Hauptinduktivität verwendet wird,
daß die Abweichung der Querkomponente bewertet und integriert wird, und
daß das integral zur Korrektur des Modell-Parameters Läuferwiderstand verwendet wird.
daß die Abweichung der Längskomponente der Spannung bewertet und integriert wird,
daß das Integral zur Korrektur des Modell-Parameters Hauptinduktivität verwendet wird,
daß die Abweichung der Querkomponente bewertet und integriert wird, und
daß das integral zur Korrektur des Modell-Parameters Läuferwiderstand verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Parameter Läuferwiderstand und Hauptinduktivität jeweils durch eine von der Drehzahl, der Spannung, dem Fluß und dem Laststrom abhängige Funktion beschrieben werden,
daß diese durch eine endliche Zahl von Stützstellen beschrieben werden und
daß für jede Stützstelle ein Integrator existiert, dem beim Erreichen des entsprechenden Betriebszustandes die entsprechende Spannungsdifferenz zugeführt wird.
daß die Parameter Läuferwiderstand und Hauptinduktivität jeweils durch eine von der Drehzahl, der Spannung, dem Fluß und dem Laststrom abhängige Funktion beschrieben werden,
daß diese durch eine endliche Zahl von Stützstellen beschrieben werden und
daß für jede Stützstelle ein Integrator existiert, dem beim Erreichen des entsprechenden Betriebszustandes die entsprechende Spannungsdifferenz zugeführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863622096 DE3622096A1 (de) | 1986-06-28 | 1986-06-28 | Verfahren zur steuerung und regelung einer am wechselrichter betriebenen asynchronmaschine |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19863622096 DE3622096A1 (de) | 1986-06-28 | 1986-06-28 | Verfahren zur steuerung und regelung einer am wechselrichter betriebenen asynchronmaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3622096A1 true DE3622096A1 (de) | 1988-01-07 |
DE3622096C2 DE3622096C2 (de) | 1989-11-09 |
Family
ID=6304165
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19863622096 Granted DE3622096A1 (de) | 1986-06-28 | 1986-06-28 | Verfahren zur steuerung und regelung einer am wechselrichter betriebenen asynchronmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE3622096A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4228973A1 (de) * | 1992-08-31 | 1994-03-10 | Grundfos A S Bjerringbro | Verfahren und Einrichtung zur Messung elektrischer Größen, insbesondere des Stroms, an einem frequenzumformergesteuerten Elektromotor |
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DE3034251A1 (de) * | 1980-09-11 | 1982-04-15 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Verfahren und vorrichtung zum ermitteln des laeuferwiderstandes einer asynchronmaschine |
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DE3023135C2 (de) * | 1979-06-20 | 1989-11-23 | Hitachi, Ltd., Tokyo | Anordnung zur Steuerung des Drehmomentes eines von einem Umrichter gespeisten Asynchronmotors |
-
1986
- 1986-06-28 DE DE19863622096 patent/DE3622096A1/de active Granted
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Also Published As
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---|---|
DE3622096C2 (de) | 1989-11-09 |
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