DE68915589T2

DE68915589T2 - Regelsystem zur Regelung der Umdrehungsgeschwindigkeit eines elektrischen Motors.

Info

Publication number: DE68915589T2
Application number: DE68915589T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Ichioka; Takayuki Mizuno
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2009-03-11
Also published as: ES2056984T3; KR960001576B1; EP0333054A1; EP0333054B1; DE68915589D1; JPH01311884A; KR890015494A; JP2625969B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Regelsystem für die Drehzahl eines Elektromotors, wie eines Induktionsmotors. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Motordrehzahl-Regelsystem mit verbesserter Präzision der Drehzahlsteuerung durch Kompensation von Fehlerfaktoren, die sonst Fehler bei der Motordrehzahl-Regelung verursachen.
Bei typischen bekannten Technologien sind auch Vektor-Regeltechnologien bei der Motordrehzahl-Regelung benutzt worden. Es ist eine Grundidee der Vektor-Regelung, einen Primärstrom zu unterteilen in einen Erregerstrom und einen Sekundarstrom, die unabhängig voneinander geregelt werden. Der Fluß des Erregerstroms und der Vektor des Sekundärstroms werden so eingerichtet, daß sie senkrecht aufeinander stehen. Um das Ansprechverhalten und die Genauigkeit bei der Vektor-Regelung zu verbessern, wird eine gegenseitige Störung der Sekundärfluß- Komponente und der Sekundarstrom-Komponente vermieden. Diese Störungsvermeidungs-Technologie wurde z.B in der japanischen Offenlegungsschrift 59-165982 beschrieben. Eine gleichartige Vektor-Regeltechnologie ist auch in EP-A- 0 121 792 beschrieben.
Bei einer derartigen Vektor-Regelung ist die elektrische Grundgleichung, die den Induktionsmotor durch zwei mit der elektrischen Winkelgeschwindigkeit ω rotierenden Achsen d - q wie folgt darstellt:
Andererseits kann das Drehmoment T dargestellt werden durch die folgende Gleichung
T = K x (i&sub2;d x i&sub1;q - i&sub2;q x i&sub1;d), ......(2)
wobei V&sub1;d, V&sub1;q Primärspannungen der d- bzw. q-Achse;
i&sub1;d, i&sub1;q Primärströme der d- bzw. q-Achse;
i&sub2;d, i&sub2;q Sekundärströme der d- bzw. q-Achse;
R&sub1;, R&sub2; Primär- bzw. Sekundär-Widerstandswerte; und
L1, L2 Primär- bzw. Sekundär-Induktivitäten sind;
M die Gegeninduktivität der Primär und Sekundär-Induktivität;
P d/dt;
ωs die Schlupffrequenz; und
K eine Konstante ist.
In der vorstehend dargelegten Zeichnung wird die q-Achse als die Achse des Sekundärstroms und die d-Achse als die Fluß-Achse angenommen. Die gegenseitige Störung des Sekundärflusses und des Sekundärstroms wird ausgeglichen, um die Primärspannungen V&sub1;d und V&sub1;q aufgrund des Erregerstrom-Befehls i&sub0;* und des Drehmoment-Strombefehls iT* abzuleiten. Bei der praktischen Vektor- Regelung wird die Winkelgeschwindigkeit ωr eines Rotors im Elektromotor mittels eines Autnehmers überwacht. Die überwachte Winkelgeschwindigkeit ωr wird mit dem Drehzahl-Befehl ω* verglichen, um den Drehmoment-Strombefehl iT* abzuleiten. Aufgrund dieses Drehmoment-Strombefehls iT*, des Erregerstrom-Befehls io* und der sekundären Zeitkonstante τ&sub2; wird die Schlupffrequenz ωs durch die folgende Gleichung abgeleitet:
ωs= iT*/(τ&sub2; x io*).
Dann wird eine Stromquellen-Winkelfrequenz ω&sub0; abgeleitet durch Addieren der wie vorstehend abgeleiteten Schlupffrequenz ωs zu der Winkelgeschwindigkeit ωr des Motor-Rotors. Dann werden ein Sinuswellensignal sin ω&sub0;t und ein Cosinuswellensignal cosω&sub0;t, jeweils mit der Stromquellenfrequenz ω&sub0; erzeugt. Unter Benutzung des Sinuswellensignals sin ω&sub0;t und des Cosinuswellensignals cosω&sub0;t wird das Spannungssignal V&sub1;d und V&sub1;q für die Achsen d und q abgeleitet aufgrund des Erregerstrombefehls i&sub0;* und des Drehmomentstrom-Befehls iT*. Diese Primärspannungen V&sub1;d und V&sub1;q sind 2/3-phasengewandelt zum Erzeugen von 3Phasen-- Spannungen ea*, eb* und ec*. So wird eine Impulslängen-Modulationsregelung für den Inverter durch die 3Phasen-Spannungen ea*, eb* und ec* und eine Dreieckswelle in bekannter Weise ausgeführt.
Ein weiteres System zum Regeln der Drehgeschwindigkeit eines Induktionsmotors, bei der von Vektor-Regelungs-Technologie Gebrauch gemacht wird, ist in EP-A-0 214 301 beschrieben. Bei diesem System werden der Erregerstrom-Befehl und ein Sekundärstrom-Befehl jeweils in Vektorkomponenten nach Erreger-Magnetfluß und Vektorkomponenten in der Drehmomentrichtung aufgelöst. Die Auflösung ist gegründet auf einen Drehmoment-Strombefehl für den Motor und einen Erreger-Magnetfluß-Befehl, der in Reaktion auf den Motor so bestimmt ist, daß durch diese Befehle ein lineares Abgabe-Drehmoment erzeugt werden kann. Ein Primär-Strombefehl des Motors wird erhalten durch Synthetisieren dieser Vektorwerte. Bei diesem System erlaubt die obige Auflösung in Vektorkomponenten eine Linearsteuerung des Ausgangsdrehmoments in Reaktion auf einen Drehmoment-Befehl, ohne daß spezielle Drehmoment-Meßeinrichtungen erforderlich sind.
Eine derartige Vektor-Regelung ist allgemein erfolgreich zur Verbesserung der Ansprech-Charakteristiken bei einem zufriedenstellenden Pegel, jedoch wird infolge der in dem Stromvektor enthaltenen Kern- oder Eisenverluste der Primärstrom im Bremsbetrieb in außerordentlichem Maße geringer als der Normalwert in Beziehung zu dem Primärstrom im Antriebsbetrieb. Dies beeinflußt natürlich die Genauigkeit der Motordrehzahl- Regelung.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Drehzahl-Regelsystem für einen Elektromotor mit verbesserter Ansprech-Charakteristik und/oder verbesserter Präzision zu schaffen.
Ein weiteres und besonderes Ziel der Erfindung besteht in der Vermeidung des Eintlusses der Kernverluste bei der Motordrehzahl-Regelung, um so ein hohes Präzisions-Niveau bei der Regelung zu erreichen.
Diese Ziele werden nach einem Aspekt dieser Erfindung erzielt durch ein Motordrehzahl-Regelsystem für einen Induktionsmotor, welches System umfaßt:
den Induktionsmotor,
eine Motoransteuer-Schaltung zum Anlegen von Leistung zum Ansteuern des Motors;
einen Fühler zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors und zum Erzeugen eines für die Motordrehzahl bezeichnenden Signals; und
eine Vektorsteuerung zum Steuern eines Flußachsen-Primärstroms I1q, eines Drehmomentachsen-Primärstroms I1d und einer Schlupffrequenz ωs zum Errichten der folgenden Bedingung:
I1d = -{(Rm² + (ω²M²L&sub2;)} x IT* - {ωMRm/(Rm² + ω²M²)} x Io*
I1q = {ω²M²/Rm² + ω²M²)} x Io* + {(Rmω(M - L&sub2;)/(Rm² + ω²M²)} x IT*
ωs = (R&sub2;/M) x (IT*/Io*),
wobei Rm ein Eisenverlust-Widerstand ist;
IT* ein Drehmomentstrom-Befehl ist;
Io* ein Erregerstrom-Befehl ist;
M eine Gegeninduktivität ist;
L&sub2; eine Sekundärinduktivität ist;
R&sub2; ein Sekundärwiderstand ist; und
ω eine Winkelfrequenz der Stromquelle ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfaßt ein Motordrehzahl-Regelsystem für einen Induktionsmotor, welches System umfaßt:
den Induktionsmotor,
eine Motoransteuer-Schaltung zum Anlegen von Leistung zum Ansteuern des Motors;
einen Fühler zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors und zum Erzeugen eines für die Motordrehzahl bezeichnenden Signals; und
eine Vektorsteuerung zum Steuern eines Flußachsen-Primärstroms I1q, eines Drehmomentachsen-Primärstroms I1d und einer Schlupffrequenz ωs zum Errichten der folgenden Bedingung:
I1d = -(L&sub2;/M) x IT* - {ω²M²/(Rm² + ω²M²)} x Io*
I1q = {ω²M²/Rm² + ω²M²)} x Io*
ωs = (R&sub2;/M) x (IT*/Io*),
wobei Rm ein Eisenverlust-Widerstand ist;
IT* ein Drehmomentstrom-Befehl ist;
Io* ein Erregerstrom-Befehl ist;
M eine Gegeninduktivität ist;
L&sub2; eine Sekundarinduktivität ist;
R&sub2; ein Sekundärwiderstand ist; und
ω eine Winkelfrequenz der Stromquelle ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt ein Motordrehzahl-Regelsystem für einen Induktionsmotor: welches System umfaßt:
den Induktionsmotor,
eine Motoransteuer-Schaltung zum Anlegen von Leistung zum Ansteuern des Motors;
einen Fühler zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors und zum Erzeugen eines für die Motordrehzahl bezeichnenden Signals; und
eine Vektorsteuerung zum Steuern eines Flußachsen-Primärstroms I1q, eines Drehmomentachsen-primärstroms I1d und einer Schlupffrequenz ωs zum Errichten der folgenden Bedingung:
I1d = -(L&sub2;/M) x IT* - {ω²M²/(Rm² + ω²M²)} x Io*
I1q = Io*
ωs = (R&sub2;/M) x (IT*/Io*),
wobei Rm ein Eisenverlust-Widerstand ist;
IT* ein Drehmomentstrom-Befehl ist;
Io* ein Erregerstrom-Befehl ist;
M eine Gegeninduktivität ist;
L&sub2; eine Sekundärinduktivität ist;
R&sub2; ein Sekundärwiderstand ist; und
ω eine Winkelfrequenz der Stromquelle ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die vorliegende Erfindung wird vollständiger verstanden mit der nachfolgend gegebenen detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnung der bevorzugten Ausführung der Erfindung, die jedoch nicht zur Begrenzung der Erfindung auf die besonderen Ausführungen genommen werden, sondern nur zur Erklärung und zum Verständnis dienen sollte.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführung eines Motordrehzahl-Regelsystems nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild der zweiten Ausführung eines erfindungsgemäßen Motordrehzahl-Regelsystems;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen Motordrehzahl-Regelsystems; und
Fig. 4(A) und 4(B) graphische Darstellungen, die die Veränderung der Primärströme I1d bzw. I1q mit Bezug auf die Betriebsfrequenz zeigen.
In der Zeichnung und insbesondere in Fig. 1 ist die bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Motordrehzahl-Regelsystems gezeigt.
Die gezeigte Ausführung benutzt eine Vektor-Regel-Technologie bei der Steuerung der Drehzahl des Elektromotors. In der besonderen Ausführung wird ein Wandler 61 vom Impulslängen- Modulationstyp (pulse-width-modulation PWM) zur Regelung der Ansteuerung eines Induktionsmotors 62 benutzt. Der Induktionsmotor besitzt einen Rotor, dessen Winkelgeschwindigkeit ωr mittels eines Aufnehmers 63 überwacht wird. Das für die Winkelgeschwindigkeit des Rotors bezeichnende Ausgangssignal des Aufnehmers 63 wird zu einem Subtraktor 64 zurückgeführt, an den ein Motordrehzahl-Befehl ω* angelegt ist. Der Subtraktor 64 leitet einen Fehler zwischen dem Motordrehzahl-Befehl ω* und dem für die Rotor-Winkelgeschwindigkeit bezeichnenden Signal ωr ab und gibt ein Motordrehzahl-Fehlersignal an einen Drehzahl- Steuerverstärker 65 ab, der einen Proportional/Integral-(PI)- Verstärker umfaßt. Der Drehzahl-Regelverstärker 65 gibt einen Drehmoment-Strombefehl iT* aus. Der Drehmoment-Strombefehl iT* wird Arithmetik-Schaltungen 66 und 67 zugeleitet. Die Arithmetik-Schaltung 66 ist an einem Addierer 68 angeschlossen. Der Addierer 68 ist an einer Motordrehzahl-Regelschaltung 69 angeschlossen. Andererseits ist die Arithmetik-Schaltung 67 an einem Addierer 70 angeschlossen. Der Addierer 70 ist ebenfalls an der Motordrehzahl-Regelschaltung 69 angeschlossen. Die Motordrehzahl-Regelschaltung 69 erhält auch das für die Rotor- Winkelgeschwindigkeit bezeichnende Signal ωr von dem Aufnehmer 63.
Der Drehmoment-Strombefehl iT* des Drehzahl-Steuerverstärkers 65 wird auch zu einem Schlupffrequenz-Ableitungskreis 71 geführt. Der Schlupffrequenz-Ableitungskreis 71 empfängt auch einen Erreger-Strombefehl i&sub0;*, der gleichfalls zu den Arithmetik-Schaltungen 72 und 73 geführt wird. Die Arithmetik-Schaltung 72 ist mit dem Addierer 68 verbunden und andererseits ist die Arithmetik-Schaltung 73 mit dem Addierer 70 verbunden.
Die Motordrehzahl-Steuerschaltung 66 gibt ein für die Stromquellen-Winkelfrequenz bezeichnendes Signal ω0 an die Arithmetik-Schaltungen 66, 67, 72 und 73 aus. Die Arithmetik-Schaltung 66 führt einen Arithmetik-Betrieb aufgrund des Drehmomentstroms iT* des Drehzahl-Steuerverstärkers 65 und der für die Stromquellen-Winkelfrequenz bezeichnenden Daten ω0 durch nach der folgenden Gleichung:
iTa = (Rm² + wo²ML&sub2;)/(Rm² + ω0²M²) x IT*.
In gleicher Weise führt die Arithmetik-Schaltung 67 einen Arithmetik-Betrieb aus aufgrund des Drehmomentstroms iT* und der für die Stromquellen-Winkelfrequenz bezeichnenden Daten ω0 nach der folgenden Gleichung:
iTb = {ω0Rm(M - L&sub2;)}/(Rm² + ω0²M²) x iT*.
Die Arithmetik-Schaltung 73 führt einen Arithmetik-Vorgang aufgrund des Erreger-Strombefehls Io* und der für die Stromquellen-Winkelfrequenz bezeichnenden Daten ω0 nach der folgenden Gleichung durch:
Ioa = ω0²M²/(Rm² + ω²M²) x Io*
In gleicher Weise führt die Arithmetik-Schaltung 72 einen Arithmetik-Vorgang aus aufgrund des Drehmomentstroms Io* und der für die Stromquellen-Winkelfrequenz bezeichnenden Daten ω0 nach der folgenden Gleichung:
Iob = ω0MRm/(Rm² + ω0²M²) X Io*.
Der Addierer 68 addiert iTa mit Iob, um einen Strom I1d abzuleiten und gibt den Summenwert an die Motordrehzahl-Steuerschaltung 69. Andererseits addiert der Addierer 70 die Werte Ioa und iTb, um einen Strom I1q abzuleiten und gibt den Summenwert an die Motordrehzahl-Steuerschaltung 69. Die Motordrehzahl-Steuerschaltung 69 leitet die Amplitude I&sub1; , den Phasenwinkel φ, die Stromquellen-Winkelfrequenz ω0 und die Stromsteuersignale ia*, ib* und ic*. Die Stromsteuersignale ia*, ib* und ic* werden abgeleitet durch:
ia* = 2 I&sub1; x sin(ω0t + φ)
ib* = 2 x I1 x sin(ω0t + φ - 2/3 x π)
ic* = 2 x I1 x sin(ω0t + φ + 2/3 x π).
Die gezeigte Ausführung kann den Vorgang der Arithmetik-Operationen zum Ableiten von Steuerströmen vereinfachen. Beispielsweise wird die folgende Spannungsgleichung eingerichtet mit Berücksichtigung der Kernverluste:
Hier werden der Sekundärfluß λ2d und λ2q und das Drehmoment T durch die folgenden Gleichungen abgeleitet:
λ2d = MI1d + L&sub2;I2d + (Rm/ω) x (I1q + I2q)
λ2q = MI1q + L&sub2;I2q + (Rm/ω) x (I1d + I2d)
T = Kt{M(I2dI1q - I2qI1d) - (Rm/ω) x (I2qI1q + I2q² + I2dI1d + I2d²)}
Deshalb wird durch Anwesenheit des Kernverlust-Widerstandes der d-Achsenfluß λ2d durch den q-Achsenstrom I1q und I2q beeinflußt und der q-Achsenfluß λ2q wird beeinflußt durch den d-Achsenstrom I1d und I2d Weiter enthält das Drehmoment T eine Drehmoment-Komponente, die durch den Kern- oder Eisenverlust-Widerstand Rm erzeugt wird.
Um den Einfluß der Last auf den Sekundärfluß λ2q zu vermeiden, muß λ2q konstant sein. Deshalb kann der Primärstrom I1q abgeleitet werden durch:
I1q = Io + (Rm/ωM) x (I1q + I2d),
wobei Io der Erregerstrom im lastfreien Zustand (konstant) ist.
Andererseits muß, um das Drehmoment proportional zum Drehmomentstrom IT zu machen, der Sekundärstrom I2q Null sein und der Sekundärfluß λ2d hat Eins zu sein. Von daher wird der Primärstrom I1d beschrieben durch:
I1d = (L&sub2;/M) x I2d - (Rm/ωM) x I1d.
Nach dem Vorangehenden kann der Primärstrom I1d abgeleitet werden durch:
I1d = -{(Rm² + ω²ML&sub2;)/(Rm² + ω²M²)} x I2d -{ωMRm/(Rm² + ω²M²)) x Io .... (1)
Andererseits kann der Primärstrom I1q abgeleitet werden durch:
I1q = {ω²M²/(Rm² + ω²M²} x Io + {(Rmω(M-L&sub2;)/(Rm² + ω²M)} x I2d ... (2)
Durch Erfüllen der voranstehenden Bedingung kann die nachfolgende Bedingung, die zur Vermeidung von Störung von Strom und Fluß notwendig ist, erfolgreich eingerichtet werden. Durch Ableiten der Ströme I1d und I1q aufgrund des Erregerstroms Io und des Drehmomentstroms IT (I2d) können die Größen des Sekundärflusses 12d und 12q und das Drehmoment so erhalten werden, daß die folgende Bedingung erfüllt wird:
λ2d = 0;
λ2q = MI&sub0;; und
T = KT x M x Io x IT.
Zusätzlich kann die Schlupffrequenz ωs abgeleitet werden durch:
ωs = (R&sub2;/M) x (IT/Io).
Wie hieraus erkannt wird, kann die gezeigte Ausführung eine genaue Steuerung für den Induktionsbetrieb durchführen, indem sie die Komponente des Kernverlustes in Rechnung stellt.
Bei den vorangehenden Gleichungen (1) und (2) ergibt sich unter der folgenden Bedingung:
Nenn-Leistungsabgabe: 0,75 Kw - 4P
Nennspannung: 200 V - 50 Hz
L&sub2; = 0,16 H
R&sub2; = 1,85 Ω
M = 0,153 H
Rm = 6,15 Ω.
Die Ströme I1d und I1q haben Frequenz-Charakteristiken, wie sie in Fig. 4(A) und 4(B) dargestellt sind. In Fig. 4(A) sind der Absolutwert des ersten Terms I1d1 = {(-Rm² + ω²ML&sub2;)/(Rm² + ω²M²)} x I2d und der Absolutwert des zweiten Terms I1d2 = {ωMRm/(Rm² + ω²M²)} x Io der Gleichung (1) gezeigt. In gleicher Weise zeigt die Fig. 4(B) die Veränderung des Absolutwertes des ersten Terms I1q1 = {ω²M²/(Rm² + ω²M²)} x Io und des zweiten Terms I1q2 = {mω(M - L&sub2;)/(Rm² + ω²M²)} x I2d. Wie aus den in Fig. 4(A) und 4(B) gezeigten Charakteristiken zu entnehmen ist, sollte anerkannt werden, daß der erste Term I1d1 der Gleichung (1) unabhängig von der Veränderung der Frequenz ω konstant gehalten wird und keine wesentliche Anderung im Ansprechverhalten für den Kernverlust verursacht. Andererseits kann der zweite Term I1q2 der Gleichung (2) ignoriert werden. Im Vergleich mit dem ersten Term I1q1 der Gleichung (2) ist der zweite Term I1d2 der Gleichung (1) größerem Einfluß unterworfen.
Deshalb können unter Berücksichtigung der vorstehend dargelegten Tatsachen die voranstehenden Gleichungen (1) und (2) wie folgt abgewandelt werden:
I1d = -(L&sub2;/M) x IT* - {ωMRm/(Rm² + ω²M²)} x Io* .... (3)
I1q = - {ω²M²/(Rm² + ω²M²)} x Io*. ..... (4)
Fig. 2 zeigt die zweite Ausführung des erfindungsgemäßen Motordrehzahl-Steuersystems, welche die Motordrehzahl-Regelung nach der vorangehenden vereinfachten Gleichung ausführt.
Bei der gezeigten Ausführung ist der Impulslängen-Modulations- (PWM)Wandler 100 benutzt für den Regelantrieb eines Induktionsmotors 102. Der Induktionsmotor hat einen Rotor, dessen Winkelgeschwindigkeit ωr mittels eines Aufnehmers 103 überwacht wird. Das die Winkelgeschwindigkeit des Rotors bezeichnende Ausgangssignal des Aufnehmers 103 wird zu einem Subtraktor 105 zurückgeführt, an den auch ein Motordrehzahl-Befehl N* angelegt ist. Der Subtraktor 105 leitet ein Fehlersignal zwischen dem Motordrehzahl-Befehl N* und dem die Rotor-Winkelgeschwindigkeit bezeichnenden Signal ωr ab, um dieses Drehzahl-Fehlersignal an einen Drehzahl-Regelverstärker 108 anzulegen, der einen Proportional/Integral-(PI)Verstärker umfaßt. Der Drehzahl-Regelverstärker 106 gibt einen Drehmoment-Strombefehl iT* aus. Der Drehmoment-Strombefehl iT* wird einer arithmetischen Schaltung 107 angelegt. Die Arithmetik-Schaltung 107 ist mit einem Addierer 108 verbunden. Der Addierer 108 ist mit einer Motordrehzahl-Regelschaltung 109 verbunden.
Der Drehmoment-Strombefehl iT* des Drehzahl-Regelverstärkers 106 wird auch an einen Schlupffrequenz-Ableitungskreis 110 angelegt. Der Schlupffrequenz-Ableitungskreis 110 erhält auch einen Erregerstrom-Befehl io*, der auch den Arithmetik- Schaltungen 111 und 112 angelegt wird. Die Arithmetik-Schaltung 111 ist mit dem Addierer 108 verbunden. Andererseits ist die Arithmetik-Schaltung 112 direkt mit der Motordrehzahl-Regelschaltung 109 verbunden.
Die Motordrehzahl-Regelschaltung 109 gibt ein für die Stromquellen-Winkelfrequenz bezeichnendes Signal ω0 an die Arithmetik-Schaltungen 107, 111 und 112 ab. Die Arithmetik-Schaltung 107 führt eine arithmetische Operation aufgrund des Drehmomentstroms iT* des Drehzahl-Regelverstärkers 109 und der die Winkelfrequenz der Stromquelle bezeichnenden Daten ω0 nach der folgenden Gleichung durch:
iTa = (L&sub2;/M) x IT*.
Die Arithmetik-Schaltung 112 führt eine arithmetische Operation aus aufgrund des Erregerstrombefehls Io* und der für die Winkelfrequenz der Stromquelle bezeichnenden Daten ω0 nach der vorliegenden Gleichung:
Ioa = ω0²M²/(Rm² + ω²M²) x Io*.
In gleicher Weise führt die Arithmetik-Schaltung 111 eine arithmetische Operation aus aufgrund des Drehmomentstroms Io* und der für die Winkelfrequenz der Stromquelle bezeichnenden Daten ω0 nach der folgenden Gleichung:
Iob = ω0MRm/(Rm² + ω0²M²) x Io*.
Der Addierer 108 addiert die Ausdrücke iTa und Iob zum Ableiten eines Stromes I1d und gibt den Summenwert an die Motordrehzahl-Regelschaltung 109 ab. Die Arithmetik-Schaltung 112 ist an die Motordrehzahl-Regelschaltung 109 angeschlossen. Die Motordrehzahl-Regelschaltung 109 leitet die Amplitude I&sub1; , den Phasenwinkel φ, die Winkelfrequenz der Stromquelle ω0 und die Stromregelsignale ia*, ib* und ic* ab.
Es ist einzusehen, daß mit Benutzung der Gleichungen (3) und (4) der Schaltungsaufbau im Vergleich mit der vorangehenden Ausführung wesentlich vereinfacht werden kann, ohne eine wesentliche Verschlechterung der Genauigkeit herbeizuführen.
Eine weitere Vereinfachung der Gleichung und des Schaltungsaufbaus kann erzielt werden, wenn vorgesehen wird, daß I1q gleich I&sub0;* ist.
Fig. 3 zeigt die dritte Ausführung des Motordrehzahl-Regelsystems nach der vorliegenden Erfindung, welche die Motordrehzahl-Regelung unter Erzielung einer weiteren Vereinfachung ausführt.
Bei der gezeigten Ausführung ist der Impulslängen-Modulations- (PWM)Inverter 120 eingesetzt, die Ansteuerung eines Induktionsmotors 121 zu regeln. Der Induktionsmotor 121 besitzt einen Rotor, dessen Winkel-Geschwindigkeit ωr mittels eines Aufnehmers 122 überwacht wird. Das die Winkel-Geschwindigkeit des Rotors bezeichnende Ausgangssignal des Aufnehmers 122 wird zu einem Subtraktor 124 zurückgeführt, dem ein Motordrehzahl- Befehl N* eingegeben wird. Der Subtraktor 124 leitet ein Fehlersignal zwischen dem Motordrehzahl-Befehl N* und dem für die Winkel-Geschwindigkeit des Rotors bezeichnenden Signal ωr ab, um das Drehzahl-Fehlersignal an einen Drehzahl-Regelverstärker 125 anzulegen, der einen Proportional/Integral-(PI)Verstärker umfaßt. Der Drehzahl-Regelverstärker 125 gibt einen Drehmoment-Strombefehl iT* aus. Der Drehmoment-Strombefehl iT* wird einer Arithmetik-Schaltung 126 zugeführt. Die Arithmetik- Schaltung 126 ist mit einem Addierer 127 verbunden. Der Addierer 127 ist mit einer Motordrehzahl-Regelschaltung 128 verbunden.
Der Drehmoment-Strombefehl IT* des Drehzahl-Regelverstärkers 125 wird auch einer Schlupffrequenz-Ableitungsschaltung 129 angelegt. Die Schlupffrequenz-Ableitungsschaltung 129 erhält auch einen Erregerstrombefehl i&sub0;*, der auch der Arithmetik- Schaltung 130 angelegt wird. Die Arithmetik-Schaltung 130 ist mit dem Addierer 127 verbunden.
Die Motordrehzahl-Regelschaltung 125 gibt ein für die Winkelfrequenz der Stromquelle bezeichnendes Signal ω0 an die Arithmetik-Schaltungen 126 und 130 aus. Die Arithmetik-Schaltung 126 führt eine arithmetische Operation durch aufgrund des Drehmomentstroms iT* des Drehzahl-Regelverstärkers 125 und der für die Winkelfrequenz der Stromquelle bezeichnenden Daten ω0 nach der folgenden Gleichung:
iTa = (L&sub2;/M) x IT*.
In gleicher Weise führt die Arithmetik-Schaltung 130 eine arithmetische Operation aufgrund des Drehmomentstromes iT* durch und der für die Winkelfrequenz der Stromquelle bezeichnenden Daten ω0 aus gemäß der folgenden Gleichung:
Iob = ω0MRm/(Rm² + ω0²M²) x Io*.
Der Addierer 127 addiert die Werte iTa und Iob, um einen Strom I1d abzuleiten, und gibt den Summenwert an die Motordrehzahl-Regelschaltung 128 ab. Die Motordrehzahl-Regelschaltung 128 leitet die Amplitude I&sub1; , den Phasenwinkel φ, die Winkelfrequenz ω0 der Stromquelle und die Stromregelsignale ia*, ib* und ic* ab.
Wie eingesehen wird, kann durch Modifizieren der vorangehenden Gleichung (4) mit I1q = Io* eine wesentliche Vereinfachung des Schaltungsaufbaus erreicht werden mit einem annehmbaren Genauigkeitsniveau.
Zwar wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugte Ausführung besprochen, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, doch ist einzusehen, daß die Erfindung in verschiedenen Arten ausgeführt werden kann, ohne von ihren Prinzipien abzuweichen. Deswegen sollte verstanden werden, daß die Erfindung alle möglichen Ausführungen und Abwandlungen der gezeigten Ausführungen umfaßt, ohne Abweichung von dem Prinzip der Erfindung, wie es in den angefügten Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

1. Motordrehzahl-Regelsystem für einen Induktionsmotor, welches System umfaßt:

den Induktionsmotor,

eine Motoransteuer-Schaltung (61) zum Anlegen von Leistung zum Ansteuern des Motors (62);

einen Fühler (63) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors und zum Erzeugen eines für die Motordrehzahl bezeichnenden Signals; und

eine Vektorsteuerung zum Steuern eines Flußachsen-Primärstroms I1q, eines Drehmomentachsen-Primärstroms I1d und einer Schlupffrequenz ωs zum Errichten der folgenden Bedingung:

I1d = -{(Rm² + ω²M²L&sub2;)} x IT* - {ωMRm/(Rm² + ω²M²)} x Io*

I1q = {ω²M²/Rm² + ω²M²)} x Io* + {(Rmω(M - L&sub2;)/(Rm² + ω²M²)} x IT*

ωs = (R&sub2;/M) x (IT*/Io*),

wobei Rm ein Eisenverlust-Widerstand ist;

IT* ein Drehmomentstrom-Befehl ist;

Io* ein Anregungsstrom-Befehl ist;

M eine Gegeninduktivität ist;

L&sub2; eine Sekundärinduktivität ist;

R&sub2; ein Sekundärwiderstand ist; und

ω eine Winkelfrequenz der Stromquelle ist.

2. Motordrehzahl-Regelsystem für einen Induktionsmotor, welches System umfaßt

den Induktionsmotor,

eine Motoransteuer-Schaltung (100) zum Anlegen von Leistung zum Ansteuern des Motors (102);

einen Fühler (103) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors und zum Erzeugen eines für die Motordrehzahl bezeichnenden Signals; und

eine Vektorsteuerung (109) zum Steuern eines Flußachsen- Primärstroms I1q, eines Drehmomentachsen-Primärstroms I1d und einer Schlupf frequenz ωs zum Errichten der folgenden Bedingung:

I1d = -(L&sub2;/M) x IT* - {ω²M²/(Rm² + ω²M²)} x Io*

I1q = {ω²M²/Rm² + ω²M²)} x Io*

ωs = (R&sub2;/M) x (IT*/Io*),

wobei Rm ein Eisenverlust-Widerstand ist;

IT* ein Drehmomentstrom-Befehl ist;

Io* ein Anregungsstrom-Befehl ist;

M eine Gegeninduktivität ist;

L&sub2; eine Sekundärinduktivität ist;

R&sub2; ein Sekundärwiderstand ist; und

ω eine Winkelfrequenz der Stromquelle ist.

3. Motordrehzahl-Regelsystem für einen Induktionsmotor, welches System umfaßt:

den Induktionsmotor,

eine Motoransteuer-Schaltung (120) zum Anlegen von Leistung zum Ansteuern des Motors (121);

einen Fühler (122) zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors und zum Erzeugen eines für die Motordrehzahl bezeichnenden Signals; und

eine Vektorsteuerung (128) zum Steuern eines Flußachsen- Primärstroms I1q, eines Drehmomentachsen-Primärstroms I1d und einer Schlupffrequenz ωs zum Errichten der folgenden Bedingung:

I1d = -(L&sub2;/M) x IT* - {ωMRm/(Rm² + ω²M²)} x Io*

I1q = Io*

ωs = (R&sub2;/M) x (IT*/Io*),

wobei Rm ein Eisenverlust-Widerstand ist;

IT* ein Drehmomentstrom-Befehl ist;

Io* ein Anregungsstrom-Befehl ist;

M eine Gegeninduktivität ist;

L&sub2; eine Sekundärinduktivität ist;

R&sub2; ein Sekundärwiderstand ist; und

ω eine Winkelfrequenz der Stromquelle ist.