DE2233848A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung eines antriebs mit einer elektrischen maschine - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur regelung eines antriebs mit einer elektrischen maschineInfo
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
DAUG 13 29. Juni 1972
Deutsche Automobilgesellschaft
mit beschränkter Haftung
Hannover
Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Antriebs mit einer elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fiegelung eines
Antriebs alt einer elektrischen Maschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Bs .ist bekannt, Regelungen von Antrieben ait elektrischen
naschinen so auszulegen, daß sich in jedem Betriebszustand
der elektrischen Maschine ein konstanter magnetischer FIuB
in der Maschine einstellt, wenn man Ton der Feldschwächung im oberen Drehsahlbereich bei Gleichstrommaschinen bzw. bei
Asynchronmaschinen absieht. Bei Drehfsldmasehinen wird dies beispielsweise dadurch erreicht, daß bei einer Drehzahländerung, die duroh die Änderung der Frequenz der speisenden
Spannung herrorgerufen wird, auch die speisende Spannung
selbst etwa proportional zur Frequenzänderung Terändert
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- 2 - DAUG 13
wird, ao daß das Verhältnis der Spannung zur Frequenz,
das dem magnetischen Fluß proportional ist, stets konstant bleibt. Das von der elektrischen Maschine abzugebende Moment, das aus dem Zusammenwirken des magnetischen Flusses in der Haschine Bit der von den Strömen hervorgerufenen Durchflutung, entsteht, kann dann
durch Änderung das Maschinenstromes beeinflußt werden.
Es ist ferner bekannt, daß durch konstruktive Maßnahmen ein· elektrische Maschine nur für eine bestimmte Drehzahl und eine bestimmte abgegebene Leistung optimal ausgelegt werden kann. Die Folge davon ist, daß die Maschine
mit einem geringeren Wirkungsgrad arbeitet, wenn sich die tatsächliche Betriebsdrehzahl von der Henndrehzahl, für
welche die Maschine konstruktiv ausgelegt ist, unterscheidet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Regelung eines Antriebs mit einer elektrischen Maschine zu schaffen,
das ein· Minimierung djer_elektrischen Verluste in einem rf
weiten Drehzahlbereich und damit eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades der Maschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
mit Hilf· eines Funktionsgebers der magnetische Fluß sowie die elektrische Durchflutung der elektrischen Maschine so
eingestellt und aufeinander abgestimmt werden, daß die aus Eisen- und Kupferverlusten resultierenden elektrischen Ge-■amtverluste der Maschine auf ein Minimum gebracht werden.
Di· erfindungsgemäßen Maßnahmen wirken sich besonders dann vorteilhaft aus, wenn die den elektrischen Antrieb speisende
Energiequelle einen nur beschränkten Xnergieinhalt aufweist,
wi· dies bd den meisten galvanischen Energiequellen der Fall
iet.
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- 3 - DAUG 13
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Zusammenhang mit Drehfeldmaschinen
dadurch erhalten, daß der Funktionsgenerator feste Beziehungen
zwischen Ständerfrequenz- und Lauferfrequenzwerten liefert,
wobei in Abhängigkeit von der eingespeisten Ständerfrequenz
ein fester.Lauferfrequenzwert derart vorgegeben wird, daß bei
jedem Arbeitspunkt der magnetische Fluß sowie die elektrische Durchflutung derart aufeinander abgestimmt werden, daß die
elektrischen GesamtVerluste der Maschine auf ein Minimum gebracht
werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß durch den Funktionsgeber
für die Größe des magnetischen Fasses obere und untere
Grenzwerte vorgegeben werden, und daß die Einstellung des magnetischen Flussee innerhalb des durch diese Werte bestimmten
Bereichs erfolgt. Dies führt zu dem Vorteil, daß auch bei stoßartigen Belastungen ein Kippen der Maschine
verhindert bzw. ein Betreiben der Maschine in der Sättigung vermieden wird.
üLne bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine über einen Wechselrichter gespeiste Asynchronmaschine,
ein Summierorgan zur Bestimmung der Ständerfrequenz W^.aus der mechanischen Drehzahl η und der Läuferfrequenz
(J2' einen mit dem Summierglied verbundenen Funktionsgenerator
mit einer vorgegebenen Läuferfrequenz/ Ständerfrequenz-Kennlinie, sowie einem Stromsollwertgeber,
der ebenso wie der Ausgang des Summierorgans mit dem Wechselrichter verbunden i%st.
Vorteilhafterweise liefert der Funktionsgenerator Grenzwertsignale
zur Beeinflussung der Arbeitspunkteinstellung der Maschine mittels des Stromsollwertgebers.
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- 4 - ' DAUG 13
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeiapiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung seigts
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Regelung
einer Asynchronmaschine, die
Fig. 2 und 3 Kennlinienverläufe zur Erläuterung der Erfindung, und
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Segelung einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt das Prinzip einer herkömmlichen Regelung einer Asynchronmaschine. Eine galvanische Energiequelle 1 speist
über einen zwangekomautierten Wechselrichter 2 eine Asynchronmaschine
3· Im Summierglied 4- wird aus dem vorgegebenen
Sollwert (j 2 der Läuferfrequenz der Asynchronmaschine und aus
ihrer mechanischen Drehzahl η die primäre Frequenz bzw. Ständerfrequenz ij* der Asynchronmaschine gebildet, und zwar nach der
bekannten Gleichung Q^ ■ 2*Fn +U)2 (daß Vorzeichen bestimmt
sich aus der gewünschten motorischen oder generatorischen Betriebsart). Der Sollwert des Primärstromes I,. der Asynchronmaschine
3 wird in einem Tunktionsgeber 5 so aus dem vorgegebenen
Sollwert , ~ der Läuferfrequenz bestimmt, daß der magnetische Fluß in der Asynchronmaschine stets seinen Nennwert
beibehält. Ein Stromregler 6 regelt den Wechselrichter 2 so, daß dieser Sollwert des Maschinenstromes eingehalten wird.
Wenn bei einer derartigen Regelung beispielsweise der Haschine
nur ein kleines !foment abverlangt wird, so behalten der magnetische
Fluß und daait die von ihm hervorgerufenen Eisen-
und Kupferverluste den Wert, den sie auch bei Abgabe des ITennmomente annehmen würden. Bei dem hier angenommenen kleinen
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- 5 - DAUG 13
abverlangten Moment verringern sich lediglich die durch die geringen Wicklungsströme bedingten Kupferverluste.
Die im Funktionsgeber 5 der Tig. Λ angedeutete Kennlinie
für konstanten Luftepaltfluß zeigt Fig. 2. Dabei soll §~
den magnetischen Fluß der Haschine angeben, der einen
Nennwert ^ besitzt. Liegen die Randbedingungen für den maximal und minimal zulässigen Luftspaltfluß JT max. bzw.
§ min. fest, so läßt sich ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitender Hegelkreis aufbauen, welcher im Zusammenwirken mit entsprechenden Funktionsgeneratoren die
in Fig. 3 dargestellten Kennlinienscharen mit dem Parameter <*»,. durchfahren kann.
Fig. 3 zeigt den sobmffierten Betriebsbereich, welcher
durch die vorgegebenen Bandwerte des Flusses begrenzt wird. Für eine bestimmte vorgegebene Ständerfrequenz ^*
verläuft die Kennlinie für kleine Momente entlang dem vorgegebenen minimalen Luftspaltfluß, wechselt dann bei dem
theoretisch oder experimentell zu ermittelnden Wert ■■..·.-£
und steigendem !foment über auf den maximalen Luftspaltfluß und verläuft dann entlang diesem Bandwert.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Torrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Vorrichtung wird in, gleicher Weise wie bei der Vorrichtung
nach Fig. 1 eine Asynchronmaschine 3 über einen mit einer galvanischen Energiequelle 1 verbundenen Wechselrichter
gesteuert. In einem Summierglied 4- wird aus der Läuferfrequenz u>
2 und der mechanischen Drehzahl η der Haschine
die Ständerfrequenz co* gebildet. Diese Ständerfrequenz
wird einerseits dem Wechselrichter 2 und andererseits einem Funktionsgenerator 7 zugeführt, der eine Läuferfrequenz/
ötändarfrequeaz-Kennlinie besitzt» d.h. in Abhängigkeit
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- 6 - DAUG 13
von der zugeführten Ständerfrequenz ^j eine Läuferfrequenz
U>2 liefert, welche dem Summierglied.4 zugeführt wird.
Die Funktion U2 = f (tj ) des Funktionsgebers 7 kann
sowohl auf theoretischem als auch auf experimentellem Wege ermittelt werden, muß jedoch so geartet sein, daß ein
verlust-optimaler Betrieb, d.h." ein Betrieb gewährleistet
ist, bei dem in jedem Arbeitspunkt der Maschine die Summe der Eisen- und Kupferverluste ein Minimum ist.
Der Stromsollwert I wird durch einen Sollwertgeber 8 vorgegeben,
welcher über einen Stromregler 6 mit dem Wechselrichter 2 verbunden ist.
Solange sich der Arbeitspunkt im schraffierten Bereich
der Fig. J befindet, kann der Stromsollwert I direkt vorgegeben
werden, wobei gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 der in der herkömmlichen Regelvorrichtung erforderliche
Funktionsgeber 5 entfällt.
Liegt der Arbeitspunkt auf der Randlinie, so muß ein zusätzlich vorgegebener Zusammenhang zwischen dem Strom I
und der LauferfrequenzLOo berücksichtigt werden.
Wird bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ι bzw.
bei Verwendung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
arbeitenden Regelanordnung beispielsweise der Maschine ein kleines Moment abverlangt, so wird aufgrund der vorgegebenen
Funktionszusammenhänge der magnetische Fluß etwas verkleinert und dafür werden die Wicklungsströme etwas vergrößert.
Die Folge davon ist, daß die Eisenverluste in einem höheren Maße sinken als die R*upferverluste steigen, wodurch
im Vergleich zu bekannten Regelverfahren ein wesentlich besserer Wirkungsgrad erhalten wird.
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Claims (6)
- - 7 - DAUG 13PatentansprücheVerfahren zur Regelung eines Antriebe mit einer elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Funktionsgebers der magnetische Fluß sowie die elektrische Durchflutung der elektrischen Maschine so eingestellt und aufeinander abgestimmt/ werden, daß die aus Eisen- und Kupferverlusten resultierenden elektrischen Gesamtverluste der Maschine auf ein Minimum gebracht werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn et, daß der Funktionsgeber eine von den elektrischen Daten der Maschine abhängige Funktion, die auf theoretischem oder experimentellem Wege gewonnen werden kann, zur verlustoptimalen Regelung verwirklicht.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, angewendet bei Drehfeldmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator feste Beziehungen zwischen Ständerfrequenz- und Läuferfrequenzwerten liefert, wobei in Abhängigkeit von der eingespeisten Ständerfrequenz ein fester Läuferfrequenzwert derart vorgegeben wird, daß bei Jedem Arbeitspunkt der magnetische Fluß sowie die elektrische Durchflutung derart aufeinander abgestimmt werden, daß die elektrischen Gesamtverluste der Maschine auf ein Minimum gebracht werden.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2," dadurch gekennzeichnet, daß durch den Funktionsgeber für die Größe des magnetischen Flusses obere und untere Grenzwerte vorgegeben werden, und daß die Einstellung des magnetischen Flusses innerhalb dee durch diese Werte bestimmten Bereichs erfolgt.309884/0841- 8 - DAUG 13
- 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine über einen Wechselrichter (2) gespeiste Asynchronmaschine (3)i ein Summierorgan (k) zur Bestimmung der Ständerfrequenz iyß .) aus der mechanischen Drehzahl η und der Läuferfrequenz (u)o), einen mit dem Summierglied (k) verbündeneu Funktionsgenerator (7) mit einer vorgegebenen Liiuferfrequenz/Ständerfrequenz-Kennlinie, sowie einem Stromsollwertgeber (8), der über einen Stromregler (6) ebenso wie der Ausgang des Summierorgans (k) mit dem Wechselrichter(2) verbunden ist.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daßder Funktionsgenerator (7) Grenzwertsignale zur Beeinflussung der Arbeitspunkteinstellung der Maschine mittels des Stromsollwertgebers (8) liefert.30988W0841
Priority Applications (4)
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IT5097973A IT986209B (it) | 1972-07-10 | 1973-06-22 | Procedimento e dispositivo per regolare la propulsione con una macchina elettrica |
GB3254773A GB1439372A (en) | 1972-07-10 | 1973-07-09 | Regulating systems of rotary field electric machines |
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DE2233848A1 true DE2233848A1 (de) | 1974-01-24 |
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Family Applications (1)
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FR (1) | FR2192410B1 (de) |
GB (1) | GB1439372A (de) |
IT (1) | IT986209B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013226801A1 (de) | 2013-12-20 | 2015-06-25 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Arbeitspunktsteuerung zum wirkungsgradoptimierten Betrieb von Asynchronmaschinen |
Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
GB2186133B (en) * | 1985-12-27 | 1989-11-15 | Mitsubishi Electric Corp | Inverter |
DE102013004191A1 (de) * | 2012-09-26 | 2014-03-27 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg | Verfahren zum Betreiben einer Elektromaschine |
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1972
- 1972-07-10 DE DE2233848A patent/DE2233848A1/de active Pending
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1973
- 1973-06-22 IT IT5097973A patent/IT986209B/it active
- 1973-07-09 GB GB3254773A patent/GB1439372A/en not_active Expired
- 1973-07-10 FR FR7325210A patent/FR2192410B1/fr not_active Expired
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Also Published As
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FR2192410A1 (de) | 1974-02-08 |
FR2192410B1 (de) | 1977-05-13 |
IT986209B (it) | 1975-01-20 |
GB1439372A (en) | 1976-06-16 |
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