DE3603051C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb einer am Umrichter betriebenen Synchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches. Eine derartige Anordnung ist durch die DE 32 22 269 A1 bekannt.

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 DE 32 22 269 A1 unter Rückbezug auf die DE 30 45 032 A1 beschrieben ist.

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 Drehmoment M, Fluß ψ und für den Phasenwinkel ϕ zwischen Maschinenspannung und Strom gebildet. Im Läufermodell 2 werden aus den Führungsgrößen ψ, i _sm i _sl Winkel δ (den voraussichtlichen 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 Regelungstechnik, Seiten 681 bis 695) kann aus der vom Läuferlagegeber 4 gelieferten Information cos λ, sin g 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 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.

Eine Anordnung, die den Verzicht auf den Läuferlagegeber bedingt ermöglicht, ist durch die eingangs genannte DE 32 22 269 A1 bekannt.

In der Anordnung nach der DE 32 22 269 A1 dient zur Bestimmung der Läuferlage (cos λ, sin λ ) entweder ein Tachogenertor mit nachgeschaltetem Sinus-Kosinus-Generator oder nur ein letztgenannter, wobei diesem beim Anfahren von der Drehzahl Null eine geeignete gesteuerte Vorgabe der Winkelgeschwindigkeit ( ω₀) gemacht wird. Darüber hinaus sind aus diesem Stand der Technik ein erster Flußregler, dessen Ausgangssignal zum Führungswert für den Erregerstrom addiert wird, und ein zweiter Flußregler (Orientierungsregler) bekannt, dessen Ausgangssignal ebenfalls dem Sinus-Kosinus-Generator - additiv zum Tachogeneratorsignal respektive Winkelgeschwindigkeits-Vorgabe-Wert - zugeleitet wird. Den Eingängen der Flußregler werden auch Abweichungen der l- und der m-Komponente zugeführt.

Durch das Manuskript von Dr.-Ing. F. Blaschke "Regelverfahren für Drehfeldmaschinen" in VDI Bildungswerk BW 3232, 1976, Seiten 1 bis 19, insbesondere Bild 10, ist eine Schaltung zur Feldorientierung der Synchronmaschine mit Winkelkorrektur bekannt, indem aus der Läuferlage und der in einem Modell berechneten relativen Verdrehung zwischen Flußlage und Läuferlage mittels einer Additionsstelle ein ständerbezogener Modellflußwinkel ermittelt wird, der zusammen mit den vorgegebenen flußorientierten Ständerströmen letztlich die Ständerstromführungsgröße für die Ansteuerung ergibt.

In einem Flußrechner wird ein ständerbezogener Maschinenflußwinkel bestimmt und mit dem ständerbezogenen Modellflußwinkel verglichen.

Die Regelabweichung wird über einen Regler der Additionsstelle zugeführt.

Beim "Drehfeldmaschinenantrieb mit einer umrichtergespeisten Drehfeldmaschine und einer mit zwei Wechselspannungsintegratoren und einer Rechenmodellschaltung verbundener Umrichtersteuerung" nach der DE 30 26 202 A1 werden in einem Flußrechner die aus Maschinenständerstrom und -spannung gebildeten Komponenten des EMK-Vektors mittels Wechsel-Spannungsintegratoren in einem "Spannungsmodel" integriert. Die Ausgangsgrößen legen die Komponenten des Maschinenflußvektors fest.

Der Umrichtersteuerung werden die feldorientierten Stromvorgaben bezüglich dieses Flußvektors vorgegeben. Die Wechselspannungsintegratoren enthalten Nullpunktregler im Rückführungskreis, denen die Differenz aus den Maschinenflußkomponenten und entsprechenden Modellflußkomponenten vorgegeben werden.

Diese Modellflußkomponenten werden in einem "Strommodell" gemäß dem Erregerstromdiagramm aus den feldorientierten Stromvorgaben und der Läuferstellung berechnet, wobei die Läuferstellung aus der Drehzahl bestimmt wird.

Aus der DE 30 34 275 A1 ist es bekannt, zur Ermittlung des Flußvektors nicht die Maschinenspannung zu integrieren, sondern die Hauptfeldspannung (EMK) zu ermitteln und den entsprechenden Vektor dann zu drehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene Anordnung bezüglich der Genauigkeit und der Stabilität zu verbessern.

Diese Aufgebe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Anordnung gemäß der Erfindung wird anhand Fig. 2 näher erläutert.

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 ω _n ist mit ω ₀ bezeichnet. Sie wird einem Sinus-Kosinus-Generator 12 zugeführt. In diesem werden zunächst durch Integration der Winkel λ 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 δ 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.

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 (2)

1. Anordnung zum Betrieb einer am Umrichter betriebenen Synchronmaschine

   • - mit einem Maschinenmodell, in dem aus den Vorgaben Drehmoment, Hauptfluß und Phasenwinkel zwischen Maschinenständerspannung und -strom Führungsgrößen für flußorientierte Ständerströme, für eine relative Verdrehung zwischen Fluß- und Läuferlage und für einen Erregerstrom ermittelt sind, wobei die Flußorientierung durch eine l-Komponente in Flußrichtung und eine dazu senkrechte m-Komponente definiert ist,
   • - mit einem Koordinatendreher, der eine Flußlage aus der relativen Verdrehung und einer Läuferlage ermittelt,
   • - mit einer Maschinenführung, in der ständerbezogene Führungsgrößen zur Ansteuerung des Umrichters aus den flußorientierten Ständerströmen und der Flußlage ermittelt werden,
   • - mit einem Tachogenerator mit nachgeschaltetem einen Integrator enthaltenden Sinus-Kosinus-Generator oder beim Anfahren nur mit dem letztgenannten zur Ermittlung der Läuferlage (cos λ, sin λ ), wobei dem letztgenannten beim Anfahren von der Drehzahl Null eine gesteuerte Winkelgeschwindigkeit vorgegeben ist,
   • - mit einem weiteren Koordinatendreher, mit dem ständerbezogene Maschinengrößen in flußorientierte Maschinengrößen transformiert sind,
   • - mit einem ersten Flußregler, dem die Abweichung der l-Komponente der flußorientierten Maschinengrößen von einer ersten Modellgröße zugeführt ist und dessen Ausgangssignal zum Führungswert für den Erregerstrom addiert wird
   • - mit einem zweiten Flußregler (Orientierungsregler), dem die Abweichung der m-Komponente der flußorientierten Maschinengrößen von einer zweiten Modellgröße zugeführt ist und dessen Ausgangssignal ebenfalls dem Sinus-Kosinus-Generator zugeleitet ist und
   • - mit einer Ermittlung der ständerbezogenen Maschinenständerspannungen
2. dadurch gekennzeichnet,
   daß die ständerbezogenen Maschinengrößen die ständerbezogenen Maschinenständerspannungen sind und
   daß die erste und die zweite Modellgröße die in einem Ständermodell (10) des Maschinenmodells (1, 2, 10) bestimmten Führungsgrößen für flußorientierte Ständerspannungen sind.