DE3622096A1

DE3622096A1 - Verfahren zur steuerung und regelung einer am wechselrichter betriebenen asynchronmaschine

Info

Publication number: DE3622096A1
Application number: DE19863622096
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Hussels
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1986-06-28
Filing date: 1986-06-28
Publication date: 1988-01-07
Also published as: DE3622096C2

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

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.

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.

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.