DE3622096C2

DE3622096C2 -

Info

Publication number: DE3622096C2
Application number: DE3622096A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 1000 Berlin De 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: 1989-11-09
Also published as: DE3622096A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Pa tentanspruches 1.

Ein derartiges Verfahren ist der DE 30 23 135 C2 entnehmbar. Dabei wird für die Bildung eines flußorientierten Koor dinatensystems die Summe aus Drehfrequenz und Läuferfrequenz gebil det, aus den Sollwerten für Drehmoment und Fluß die Läuferfrequenz sowie ferner aus Flußsollwert und Ständerfrequenz ein Spannungssoll wert berechnet. Sollspannung und erfaßte Istspannung werden dann einem Regler zugeführt, der den Modellparameter Läuferwiderstand abhängig von der Differenz zwischen Spannungssollwert und Spannungsistwert ab gleicht. Bei dem bekannten Verfahren werden die Spannungen als indu zierte Spannungen nur betragsmäßig verglichen. Bei Last- und Dreh zahländerungen ergeben sich Einschwingvorgänge. Das Verfahren ist verbesserungsfähig, was die Spannungserfassung und die genauere Modellbildung angeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, für ein Verfahren der eingangs genann ten Art die Spannungserfassung zu vereinfachen und eine genauere Mo dellbildung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß den im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Verfahrensschritten gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Zwar ist es bekannt, zum Abgleich des Läuferwiderstandes einer Asyn chronmaschine Komponenten der EMK vektoriell zu vergleichen. Die Kom ponenten werden dabei einerseits direkt aus der Maschinenspannung, andererseits aus einer Modellschaltung gewonnen, die ebenfalls die Läuferfrequenz aus dem Flußwert und der dem Drehmoment entsprechen den drehmomentbildenden Stromkomponente berechnet. Die Läuferfre quenz wird dann integriert und in einem Vektordreher mit dem Läufer winkel zur Vorausbestimmung der Flußlage addiert (DE-OS 30 34 251). Im Unterschied zum Gegenstand der Erfindung wird die EMK zum Abgleich verwendet, deren Komponenten in einem stromorientierten (statt fluß orientierten) Koordinatensystem gebildet werden. Außerdem ist der Flußvektor zur Bildung der Modell-Läuferfrequenz nicht der Soll-Fluß vektor. Er wird aus der magnetisierenden Komponente des Ist-Strom vektors gebildet. Gleiches gilt für die das Drehmoment repräsentie rende drehmomentbildende Stromkomponente.

Eine gleichartig wirkende Vorrichtung zum Abgleich der Hauptinduk tivität ist aus der DE-OS 30 34 275 bekannt. Dort wird eine Modell-EMK mit einer gemessenen EMK verglichen und zum Abgleich der Hauptinduk tivität verwendet. Durch komponentenweisen Abgleich können die ein zelnen Parameter spezifisch und optimal abgeglichen werden. Für den Abgleich der Hauptinduktivität wird zwar dort der Betrag verwendet, der entspricht jedoch der Längskomponente im feldorientierten Koordinaten system. Die Unterschiede zum erfindungsgemäßen Verfahren entspre chen den schon vorgenannten. Darüber hinaus wird in der Modellschal tung kein Feldwinkel berechnet.

Ein Vergleich der Spannungen statt der EMK zur Korrektur der Läufer frequenzermittlung ist aus der DE-OS 29 52 325 bekannt. Dort wird aber die Spannung nicht als Raumzeiger vorgegeben und nicht trans formiert. Eine Flußorientierung ist ebenfalls nicht vorgesehen.

In diesem Zusammenhang ist auch die DE-OS 35 23 665 mit älterem Zeitrang zu sehen.

Erst durch die Erfindung kann die gestellte Aufgabe vorteilhaft ge löst werden. Anhand der Figuren der Zeichnung wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 die Struktur einer Steuer- und Regeleinrichtung mit indirekter Flußorientierung,

Fig. 2 Schaltbild für ein Verfahren gemäß der Erfindung zur Adaption der Maschinenparameter, Haupt induktivität L _H und Läuferwiderstand R,

Fig. 3a und 3b Kennlinien,

Fig. 4 Einrichtung zur Parameteradaption.

Anhand der Fig. 1 sei zunächst die Struktur einer Steuer- und Regel einrichtung 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 Ver gleich der augenblicklichen Aussteuerung (α) des Umrichters UR mit dem maximal zulässigen Wert α _max der Sollwert für den Fluß (ψ) ge regelt 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) trans formiert. In einer weiteren, mit 2/3 bezeichneten Transformation wer den 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 Span nung an die Klemmen der Maschine M. Die als Folge dessen fließenden Strangströme werden gemessen, mit Hilfe der mit 2/3 bezeichneten Trans formation in die orthogonalen Komponente (I α, I β ) gewandelt und mit einer zweiten Transformationsschaltung in die flußbezogenen Kom ponenten (IM, IL) umgeformt. Die für die Transformationen notwendige Information über die Lage des Verkettungsflußzeigers (Flußlage ϑ) wird im Läufermodell LM gewonnen. Dieses beinhaltet den Maschinenparame ter τ=L _h/R. Dabei ist L _h die Hauptinduktivität und R der Läuferwider stand. Die errechnete Läuferfrequenz (ω₂) wird zu der von einem Dreh zahlgeber G ermittelten Maschinendrehzahl (ω _n ) addiert und so die Ständerfrequenz, die gleichzeitig die Rotationsgeschwindigkeit des Flußzeigers ist, bestimmt. Diese wird integriert, und somit die Fluß lage (ϑ) ermittelt.

Für die Transformationen T gilt:

Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß die Vorgaben der magnetisie renden Ständerstromkomponente (IM) und der Läuferfrequenz (ω₂) abhän gig von einer Verstimmung des Modells (das heißt bei einer Abweichung der Modellparameter von den tatsächlichen Maschinenparametern für Haupt induktivität L _H und Läuferwiderstand R) sowohl stationär als auch bei schnellen Drehmomentveränderungen nicht mit ausreichender Genauigkeit ge währleisten, 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 L _h und R werden die in Fig. 2 gezeigten Erweiterungen benötigt. Zunächst muß aus dem Flußsollwert (ψ), den Stromsoll- oder Istwerten und der Rotationsgeschwindigkeit des Flusses (ω₁) (der Fehler bei der Verwendung des Drehzahlistwertes (ω _n) ist gering) der Spannungssollwert errechnet werden. Dieser wird er findungsgemäß mit dem Istwert verglichen und die Differenz zur Adap tion der Parameter Läuferwiderstand und Hauptinduktivität verwendet. Das Ergebnis dieses Vergleichs läßt sich am einfachsten auswerten, wenn der Spannungsistwert in das flußbezogene Koordinatensystem transfor miert wird und die flußbezogene 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 in einer Einrichtung zur Parameteradaption PA für jeden der beiden Parameter ein Integrator eingezeichnet. Diese wurden beim ersten Ein schalten auf den vom Hersteller angegebenen Wert gesetzt und speichern so die Parameterwerte. Im Betrieb verändern sie solange ihren Ausgangs wert, bis die Spannungsdifferenzen am Eingang zu Null werden. Zur Linearisierung wurden die Differenzsignale durch l₁ 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) er setzt, 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 statt des Parameterwertes L _h erfindungsgemäß in Integratoren gespeichert. Befindet sich die Maschine in einem Dreh zahlbereich, in dem die Maschinenspannung für eine Auswertung aus reichend 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 In tegrators 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 Stromver drängung im Läufer und Sättigung durch die Last-Stromkomponente (IL) mit berücksichtigen, so erscheinen mehrere Stützpunkte S 1*, S 2* durch aus 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 Fluß raumzeigers aus der Summe der Integrale oder dem Integral der Summe von Drehfrequenz der Welle und der Läuferfrequenz, bei dem in einem Maschinenmodell aus den Sollwerten für Drehmoment und Fluß sowie dem Drehzahlistwert die Läuferfrequenz und ein Span nungs-Sollwert errechnet, ein Spannungs-Istwert aus den Maschi nenspannungen ermittelt und der Modellparameter Läuferwiderstand abhängig von der Differenz zwischen Spannungssoll- und -Istwert abgeglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Spannungs-Istwert der Raumzeiger der Maschinenspannung im flußbezogenen Koordinatensystem und als Spannungssollwert der entsprechende errechnete Spannungsraumzeiger verwendet wird, daß die Spannungs-Raumzeiger komponentenweise verglichen werden, die so ermittelte Abweichung der Längskomponente zur Adaption des Modellparameters Hauptinduktivität (L_h) und die Abwei chung der Querkomponente der Spannung - d. h. die phasenmäßige Vor- bzw. Nacheilung - zur Adaption des Modellparameters Läufer widerstand verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Spannungsabweichungen der Längs- und Querkom ponenten für sich integriert werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kehrwert der Hauptinduktivität (L _H) durch eine als Polygon zug ausgebildete Kennlinie des Magnetisierungsstromes als Funktion des Flusses (IM(ψ)) mit wenigstens 3 in zugeordneten Bereichen (B₁, B₂, B₃) liegenden Stützpunkten (S₁, S₂, S₃) ersetzt und beschrieben wird, deren Werte in jeweils zugeordneten Integratoren (a, b, c) gespeichert sind und
daß jeweils bei Erreichen entsprechender Flußwerte (ψ) und für die Auswertung ausreichender Drehzahlwerte (ω _n) zur Parameteradap tion (PA) über eine Bereichserkennung (B₁) eine Zuschaltung der Spannungsdifferenz-Längskomponente Δ u _L auf den Eingang des zuge hörigen Integrators (a bzw. b bzw. c) erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Läuferwiderstand R durch eine als Polygonzug ausgebildete Kennlinie der errechneten Läuferfrequenz (ω₂) als Funktion des Quotienten drehmomentbildende Stromkomponente zum Fluß (i _L/ψ) mit wenigstens einem im jeweils zugeordneten Bereich liegenden Stützpunkt (S₁*, S₂*) ersetzt und beschrieben wird, dessen Wert im jeweils zuge hörigen Integrator (d, e) gespeichert ist und
daß jeweils bei Erreichen für die Auswertung ausreichender Drehzahl werte (ω _n) und entsprechender Stromwerte (i _L) zur Parameteradap tion (PA) über eine Bereichserkennung (B₂) eine Zuschaltung der Spannungsdifferenz Querkomponente Δ U _M auf den Eingang des zugehöri gen Integrators (d bzw. e) erfolgt.