DE3222271C2

DE3222271C2 - Anordnung zum Betrieb einer über steuerbare Stromrichter am Netz betriebenen Synchronmaschine

Info

Publication number: DE3222271C2
Application number: DE3222271A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 1000 Berlin 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: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2002-06-11
Also published as: DE3222271A1

Abstract

Für ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer am Umrichter betriebenen Synchronmaschine mit indirekter Fluß orientierung, d.h. der Berechnung der zur Steuerung notwendigen Flußlage aus der Läuferlage und den Führungsgrößen für die Ströme und einer zusätzlichen Ermittlung der Komponenten des Flußistwertes aus Klemmenspannung und Strom, liegt die Aufgabe vor, die Fehler des Läufermodells bei der Berechnung der Führungsgrößen für den Winkel δ sowie der Führungsgröße für den Erregerstrom i ↓E durch eine Regelung zu kompensieren. Dies wird dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines Koordinatendrehers (3Δ) die Koordinaten ( δ ↓m, δ ↓l) des Flußistwertes ( δ ↓ α, δ ↓ β) bezüglich der vorausberechneten Lage des Flusses bestimmt werden, daß die Abweichung der m-Komponente des Flußzeigers vom Führungswert δ einem ersten Flußregler (11a) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal vom Führungswert der dem Läufermodell, d.h. der Einrichtung zur Errechnung der Führungswerte für den Winkel δ zwischen Fluß- und Läuferachse und für den Erregerstrom i ↓E (2) zugeführten Ständerstromkomponente in Magnetisierungsrichtung (i ↓s ↓m) subtrahiert wird, während die Führungsgröße für die der Maschine eingeprägte Ständerstromkomponente in Magnetisierungsrichtung (i ↓s ↓m) unbeeinflußt bleibt, und daß die Abweichung der 1-Komponente des Flusses von Wert Null einem zweiten Flußregler (11b) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal vom Führungswert der dem Läufermodell zugeführten Ständerstromkomponente .......

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb einer über steuerbare Stromrichter am Netz betriebenen Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruches (DE-OS 30 45 032).
Solche Einrichtungen sind von Theodor Salzmann "Direktumrichter und Regelkonzept für getriebelosen Antrieb von Rohrmühlen", Siemens-Zeitschrift 51 (1977) Heft 5, Seiten 416 bis 422, DE-OS 21 32 178 und DE-OS 30 45 032 bekannt.
Alle genannten Einrichtungen arbeiten jeweils mit einem elektronischen Modell der Maschine. Diese Modelle enthalten - abhängig vom gewählten Verfahren - mehrere, jedoch nicht alle der folgenden Maschinenparameter: Ständerwiderstand, Ständerstreuung, Läuferwiderstand, Läuferstreuung, Hauptinduktivität in Längsrichtung, Hauptinduktivität in Querrichtung sowie das Übersetzungsverhältnis.
Diese Parameter sind zum Teil nicht genau bekannt oder verändern ihren Wert durch Temperatur oder Sättigungseinfluß. Falsche Parameter beeinträchtigen jedoch die Funktion der Steuer- und Regeleinrichtung.
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 cos φ) und senkrecht dazu i _sl (zur Verstellung des Drehmomentes) aus den Führungsgrößen für Drehmonent M, Fluß ψ _h und für den Phasenwinkel φ zwischen Maschinensprung und Strom gebildet. Im Läufermodell 2 werden aus den Führungsgrößen ψ, i _sm und i _sl für den Winkel δ (den vorraussichtlichen Winkel zwischen Fluß- und Läufer-Achse) seine Winkelfunktionen sin δ, cos δ 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 Regeltechnik, Seiten 681 bis 695) kann aus der vom Läuferlagegeber 4 gelieferten Information cos λ, sin λ und derjenigen vom Läufermodell cos δ, sin δ die voraussichtliche Flußlage in Form der Winkelinformation cos θ, sin θ ermittelt werden. Mit Hilfe der nun zur Verfügung stehenden Führungsgrößen Flußlage, Stromkomponenten i _sm, i _sl und Erregerstrom i _E sowie der 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 Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fehler des Läufermodells bei der Berechnung der Führungsgrößen für den Winkel δ sowie die Führungsgröße für den Erregerstrom i _E durch eine Regelung zu kompensieren.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des vorliegenden Patentanspruchs gelöst.
Die Anordnung gemäß der Erfindung wird anhand der Zeichnung in den nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Fig. 2 sind mit 1 bis 9 gleiche Einrichtungen wie in der Fig. 1 bezeichnet.
Mit Hilfe eines Flußrechners (10) wird aus der Klemmenspannung und den Strangströmen ein Flußistwert mit den Komponenten (Ψ _α, Ψ _β) bestimmt. Mit Hilfe eines Koordinatendrehers 3&min; werden aus den ständerbezogenen Koordinaten des Istwertes des Flußzeigers (Ψ _α, Ψ _β) und der als Führungsgröße vorausberechneten Flußlage cos θ, sin θ die Komponenten Ψ _m, Ψ _l des Ist-Flußzeigers bezüglich der Sollwertkoordinaten bestimmt. Die Differenz zur Flußführungsgröße (Ψ, O) wird ermittelt und komponentenweise zwei PI-Reglern 11 a, 11 b zugeführt (erster und zweiter Flußregler). Zu beachten ist, daß die Führungsgröße für die Flußkomponente Ψ _l Null ist.
Der Reglerausgang könnte nun, um den Fluß 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 aber einen geänderten Phasenwinkel φ (cos φ) bzw. ein geändertes Drehmonent zur Folge.
Erfindungsgemäß werden deshalb die Reglerausgänge nicht zu den Führungsgrößen für die tatsächlich in der Maschine fließenden Ständerströme addiert, sondern von dem Modell zugeführten subtrahiert. Es wird also das Ausgangssignal Δ i _sm des Reglers 11 a von der Ständerstromkomponente in Magnetisierungsrichtung i _sm subtrahiert und der so erhaltene Wert dem Läufermodell 2 zugeführt. Ferner wird das Ausgangssignal Δ i _sm des Reglers 11 b von der Ständerstromkomponente senkrecht zur Magnetisierungsrichtung i _sl subtrahiert und der so erhaltene Wert dem Läufermodell 2 zugeführt.
Die Führungsgrößen für die der Maschine eingeprägten Ständerstromkomponenten i _sm, i _sl bleiben unbeeinflußt. Die Folge ist eine Beeinflussung der Führungsgrößen für den Winkel δ und des Erregerstromes i _E. Dies bewirkt, daß Soll- und Istwert des Flußzeigers nach Phasenlage (Beeinflussung des Winkels δ) und Betrag (Beeinflussung von i _E) durch die Eingriffe der erfindungsgemäßen Regelung zur Deckung gebracht werden.
Wenn der Flußrechner 10 bei kleinen Drehzahlen kein sinnvolles Ausgangssignal liefert, werden die Flußregler automatisch gesperrt.

Claims

Anordnung zum Betrieb einer über steuerbare Stromrichter am Netz betriebenen Synchronmaschine mit einem flußorientierten Strommodell mit in diesem rechtwinklig flußorientierten Ständerströmen [i _sm, i _sl] mit einer Ständerstromkomponente in Magnetisierungsrichtung i _sm und einer Ständerstromkomponente senkrecht zur Magnetisierungsrichtung i _sl als Führungsgrößen, mit einem Läufermodell, das zur Ermittlung der relativen Verdrehung δ zwischen Flußlage θ und gemessener Läuferlage λ und des Erregerstromes einen ersten Koordinatendreher, eine Winkelbestimmungsschaltung, ein aus zwei VZ1-Gliedern bestehendes Dämpfermodell, einen Magnetisierungskennliniengeber und eine Additionsschaltung aufweist, wobei der erste Koordinatendreher aus den flußorientierten Ständerströmen und der relativen Verdrehung δ läuferbezogene Ständerstromkomponenten in d - und in q-Richtung [i _sd, i _sq] ermittelt, wobei die Ständerstromkomponente in d-Richtung dem einen VZ1-Glied und die Ständerkomponente in q-Richtung dem anderen VZ1-Glied zugeführt sind, wobei der Ausgang des einen VZ1-Gliedes mit Stromkomponenten in d-Richtung der Additionsschaltung und der Ausgang des anderen VZ1-Gliedes mit Stromkomponenten in q-Richtung gleich der Querkomponente des Haupstromes i _hq der Winkelbestimmungsschaltung zugeführt sind, der außerdem der aus einer Führungsgröße für den Hauptfluß ψ _h über den Magnetisierungskennliniengeber hergeleitete Hauptstrom i _h zugeleitet ist und in der die Stromkomponente i _hd des Hauptstomes in d -Richtung und die relative Verdrehung δ gemäß °=c:30&udf54;H&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
cos δ = i _hd/i _h und
sin δ = i _hq L _hq/i _h L _hd,
mit L _hd Hauptinduktivität in d-Richtung und mit L _hq Hauptinduktivität in q-Richtung bestimmt sind und wobei die Stromkomponente i _hd des Hauptstromes in d-Richtung in der Additionsschaltung zum negativen Wert der vom Dämpfermodell zugeführten Stromkomponente in d-Richtung addiert ist und so einen Führungswert für den Erregerstrom ergibt, und mit einem zweiten Koordinatendreher, der aus den flußorientierten Ständerströmen und der Summe θ aus Läuferstellung λ und relativer Verdrehung δ die Momentanwerte der Strangströme bildet, wobei diese und der Führungswert für den Erregerstrom in einer Maschinenführung die Ansteuerung der Stromrichter bewirken, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Flußrechner (10) vorgesehen ist, der aus Klemmenspannung und den Strangströmen einen Flußistwert mit orthogonalen Komponenten [ψ _α, ψ _β] bestimmt,
daß mit Hilfe eines dritten Koordinatendrehers (3&min;) die Komponenten [ψ _m, ψ _l] des Flußistwertes [ψ _α, ψ _β] bezüglich der vorausberechneten Lage des Flusses bestimmt werden,
daß die Abweichung der m-Komponente des Flußzeigers von der Führungsgröße für den Hauptfluß ψ _h einem ersten Flußregler (11 a) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal von der dem ersten Koordinatendreher (2) zugeführten Ständerstromkomponente in Magnetisierungsrichtung i _sm subtrahiert wird, während die Führungsgröße für die der Maschine eingeprägten Ständerstromkomponente in Magnetisierungsrichtung i _sm unbeeinflußt bleibt,
und daß die Abweichung der l-Komponente des Flusses von Wert Null einem zweiten Flußregler (11 b) zugeführt wird, dessen Ausgangssignal von der dem ersten Koordinatendreher (2) zugeführten Ständerstromkomponente senkrecht zur Magnetisierungsrichtung i _sl subtrahiert wird, während die Führungsgröße für die der Maschine eingeprägten Ständerstromkomponente senkrecht zur Magnetisierungsrichtung i _sl unbeeinflußt bleibt.