DE69633095T2

DE69633095T2 - Regler,vorrichtung und verfahren zur regelung des elektromagnetischen momentes einer asynchronmaschine

Info

Publication number: DE69633095T2
Application number: DE69633095T
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Thomas
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: AEG Power Solutions BV
Priority date: 1995-03-09
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2016-03-01
Also published as: WO1996028884A1; JPH10501400A; US5777452A; FR2731568B1; EP0759225B1; EP0759225A1; FR2731568A1; DE69633095D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zur Steuerung von Asynchronmaschinen im Allgemeinen und bezieht sich im Besonderen auf einen Regler, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine.
Die Regelung der Geschwindigkeit einer Asynchronmaschine erfolgt im Allgemeinen durch Steuerung des Rotor- oder Statorflusses und durch Regelung des elektromagnetischen Moments.
Die Versorgungsgrößen, d. h. die Spannungen oder Ströme, werden von einem Wechselrichter mit variabler Frequenz vom Typ Spannungsquelle oder Stromquelle geliefert, der Leistungssignale mit modulierter Impulsdauer generiert.
Die Werte für Strom und Moment sind Größen, die mit Hilfe bekannter elektrischer Mittel durch Messung von Statorspannung und -fluss wieder hergestellt werden.
Die Forschung im Bereich der Vorrichtungen zur Steuerung von Asynchronmaschinen hat sich über lange Zeit auf die Steigerung der dynamischen Leistungen dieser Steuervorrichtungen erstreckt.
Die Leistungen dieser Steuervorrichtungen, die im Allgemeinen anhand der Schaltzeit des elektromagnetischen Moments definiert werden, werden mittlerweile für die meisten Anwendungen im Bereich Industrie und Bahntechnik als zufrieden stellend betrachtet.
Der Begriff Robustheit erscheint nun als Zusatzkriterium für die Leistungen von Vorrichtungen zur Steuerung von Asynchronmaschinen.
Unter Robustheit eines Regelaufbaus versteht man das Potenzial dieses Regelaufbaus, unempfindlich gegen Störungen zu bleiben, die beispielsweise durch Ausführungsfehler oder Parameterschwankungen verursacht werden.
Eine der bekannten technischen Lösungen, die gut zur Lösung des Problems der Robustheit von Regelvorrichtungen zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine geeignet sind, basiert einerseits auf einer Modellierung der singulären Störungen des Park-Modells und andererseits auf der anfänglichen Ausrichtung des Drehsystems am Statorfluss.
Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass die Robustheit der Regelvorrichtungen des elektromagnetischen Moments der Asynchronmaschine aufgrund der Anwendung der Prinzipien einer linearen Regelung auf Kosten der Leistungen bevorzugt wird.
Wenn die angewandten Regelungsprinzipien im Übrigen vollkommen unlinear sind, ist die Robustheit dieser Regelvorrichtung nicht gewährleistet.
Die von Xavier ROBOAM am Staatlichen Polytechnischen Institut Toulouse präsentierte Dissertation „Regelantrieb für Asynchronmaschinen", eine 1991 am INPT veröffentlichte Doktorarbeit, hat die Entwicklung von robusten Regelungsprinzipien und die Steuerung der Geschwindigkeit ohne mechanischen Fühler zum Thema.
Der beschriebene Regelantrieb für Asynchronmaschinen nutzt die Implementierung von robusten digitalen Regelungsprinzipien sowie die Herstellung von nicht gemessenen Bestimmungsgrößen, und zwar: Statorfluss, Geschwindigkeit und Moment.
Die Nachteile des in diesem Dokument beschriebenen Regelantriebs für Asynchronmaschinen sind folgende:

– eine lineare Steuerung des Statorfluss-Moduls, dessen Einstellung empirisch erfolgt;
– eine lineare Steuerung des elektromagnetischen Moments, die im Wesentlichen für die niedrigen Werte der Rotorflusskreisfrequenzen gültig ist und
– eine unzureichende Schaltdynamik im geschlossenen Regelkreis der Schleife des Moments.

Der Regler und die Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine der Erfindung unterscheiden sich von dem in diesem Dokument beschriebenen Regelantrieb dadurch, dass:

– die Rotorfluss-Größe die Statorfluss-Größe ersetzt, was eine nicht lineare Regelung vom Typ Eingangs-/Ausgangslinearisierung ermöglicht, um maximale dynamische Leistungen zu garantieren,
– die Robustheit der Flussregelung wird durch einen Proportional-Integralregler „ohne Null" gewährleistet, der vor dem nicht linearen Regelungsprinzip angeordnet wird,
– die Regelung des elektromagnetischen Moments wird durch die Verbindung mit einem linearen Regler gewährleistet, um den bestmöglichen Kompromiss zwischen Leistung und Robustheit für die Steuerung des Moments zu erzielen, und
– die Schwankung des Stroms bei der Betätigung, d. h. der Anstieg des Anlaufstroms gegen unendlich, wird mit Hilfe eines geeigneten Begrenzers aufgehoben.

Der Artikel „Steuerung einer Asynchronmaschine durch eine fundierte Schätzung der Geschwindigkeit", Journal de Physique, März 1992, Seite 439 bis 453, von Xavier ROBOAM et al., ergänzt das zuvor zitierte Dokument und setzt die gewonnenen Erkenntnisse in Beziehung zu den Störungen, denen der Antrieb unterliegt.
Die vorgeschlagene Lösung basiert auf der Regelung des Rotorflusses anhand eines Dynamikprinzips, das die Robustheit der Parameter und insbesondere die Robustheit gegenüber einer Schwankung der gegenseitigen Induktivität X_m nicht berücksichtigt.
Die gewonnenen Ergebnisse zeigen im Wesentlichen gute Leistungen bei der Herstellung von Geschwindigkeit und Fluss.
Diese Lösung greift jedoch die Probleme der dynamischen Leistung und Robustheit der Steuerung von Moment und Fluss nicht auf.
Diese Dokumente basieren auf der Initialisierung des Drehsystems, d. h. dem Kennzeichen (d, q) auf dem Vektor des Statorflusses der Asynchronmaschine.
Aus dieser Initialisierung und aus der Tatsache, dass die Achse d und die Achse q des zweiphasigen Drehkennzeichens phasenverschoben sind, ergibt sich, dass:

– der Wert der Komponente auf der Achse q des Statorflusses mit der Bezeichnung i_sq gleich Null ist, i_sq = 0, ebenso wie seine zeitliche Ableitung, di_sq/dt = 0, und
– der Wert der Komponente auf der Achse d des Statorflusses mit der Bezeichnung i_sd gleich dem Modul des Statorflusses i_s ist.

Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich die Einführung der Robustheit aufgrund der Tatsache, dass das Bezugssystem auf eine zuverlässige und präzise Messung des Statorflusses i_s ausgerichtet ist, was nicht der Fall ist, wenn die Achse d des Drehsystems anfangs an der Achse des Rotor- oder Statorflusses der Asynchronmaschine ausgerichtet ist, da diese Größen im Gegensatz zum Statorstrom nicht gemessene Größen sind.
Ein weiteres Ziel der Erfindung sind ein Regler und eine Vorrichtung für den Regelantrieb einer Asynchronmaschine, die unempfindlich gegen Störungen sind, die hauptsächlich durch Unsicherheiten bei der Modellierung und durch Schwankungen der Parameter verursacht werden.
In anderen Worten besteht ein Ziel der Erfindung darin, die Robustheit der Regelprinzipien von Vorrichtungen zum Regelantrieb von Asynchronmaschinen zu verbessern, indem die Verschlechterung der dynamischen Leistungen minimiert wird.
Aus den obigen Erläuterungen ergibt sich, dass ein Ziel der Erfindung darin besteht, den besten Kompromiss zwischen Leistung und Robustheit bei der Regelung des Flusses und der Regelung des elektromagnetischen Moments der Asynchronmaschine zu finden.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine umzusetzen, bei der die Regelung des Flussreglers nicht anhand einer empirischen Methode erfolgt.
Gemäß der Erfindung wird der Regler für die Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch eine Regelung des Magnetflusses Φ und durch eine Regelung des elektromagnetischen Moments C_m gekennzeichnet durch:

– einen Regelkreis für den Rotor-Magnetfluss Φ_r mit nicht linearer Regelung, der die Eingangs-/Ausgangs-Linearisierung durch statische Rückführung nutzt, definiert durch die Gleichung
in der: i^* _sd der Einstellwert für den Statorfluss in der Achse d ist, Φ^2*r der Einstellwert des Moduls für den Statorfluss ist, Φ_rd die Komponente d für den Rotorfluss ist, und x_m die gegenseitige (oder magnetisierende) Induktivität ist, und deren Ausgang die Komponente d des Statorflusses I^* _s regelt,
– einen ersten Proportional-Integralregler, dessen Ausgang v der Eingang des beschriebenen Regelkreises ist,
– einen zweiten linearen Proportional-Integralregler, dessen Ausgang die Kreisfrequenz der Rotorflüsse ω_sl steuert.

Der Regler für die Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch eine Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch eine Regelung des elektromagnetischen Moments C_m der Erfindung erfüllt außerdem eines der folgenden Merkmale:

– der zweite Regler wird ergänzt durch einen Kreis mit nicht linearisierender Regelung, der durch die folgende Gleichung definiert wird:
wobei
wobei, θ der Parameter ist, der den Arbeitspunkt des Moments kennzeichnet, V_cm der Eingang des beschriebenen Reglers ist, τ_r die Konstante für die Rotorzeit ist, ω_sn die Nominalkreisfrequenz des Stators ist, x_r die Reaktanz des Rotors ist, und dessen Eingang definiert wird als der Ausgang V_cm des beschriebenen zweiten Reglers, dessen Ausgang die Kreisfrequenz der Rotorflüsse ω_sl steuert,
– der Regelkreis des Flusses wird durch die folgende Gleichung definiert:
in der die Funktion sat(Φ_rd) eine nicht lineare Begrenzungsfunktion ist, die durch folgendes Gleichungssystem definiert wird: sat(Φrd) = {Φrd siΦrd > Φrdmin {Φrdmin siΦrd ≤ Φrdmin wobei
wobei Φ² _rN der Nenn-Rotorfluss ist, I_smax der maximal zulässige Fluss im Wechselrichter und/oder der Asynchronmaschine ist,
– der Regelkreis für den Fluss wird definiert durch die Gleichung:
in der: i_mr die Schätzung des magnetisierenden Flusses ist, und x_m(Φ^2*r, i_mr) eine Funktion ist, die sich aus der Identifizierung der statischen Eigenschaft der Magnetisierung ergibt,
– der Ausgang des ersten und zweiten Reglers ist die Differenz zwischen einer proportionalen Wirkung und einer integralen Wirkung, wobei sich die genannte integrale Wirkung aus der mit einem Verstärkungsfaktor k_i bzw. k_ic gewichteten Differenz zwischen dem Einstellwert Φ^2*r bzw. C^* _m und der Schätzung des Flusses Φ^2*r bzw. der Schätzung des Moments C_m ergibt, und sich die genannte proportionale Wirkung aus der mit einem Verstärkungsfaktor k_p bzw. k_pc gewichteten Schätzung des Flusses Φ²r bzw. der Schätzung des Moments C_m ergibt.

Gemäß der Erfindung wird die Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch eine Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch eine Regelung des elektromagnetischen Moments C_m gekennzeichnet, wobei die Vorrichtung aus Mitteln zur Regelung besteht, die mit einer Stromquelle und einem Regler K_ext verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler K_ext definiert wird wie zuvor erläutert.
In einer solchen Vorrichtung, bei der die Asynchronmaschine mittels einer Spannungsversorgung geregelt wird, ist die Spannungsversorgung über einen dritten Regler K_int, der in Kaskade mit dem Regler K_ext angeordnet ist, in Schleife geschaltet.
Gemäß der Erfindung wird das Verfahren der Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch eine Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch eine Regelung des elektromagnetischen Moments C_m mit Hilfe einer Vorrichtung, bestehend aus Regeleinrichtungen, die, wie oben definiert, mit einer Stromquelle und einem Regler K_ext verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritten beinhaltet, die darin bestehen:

– Durchführung einer Regelung des magnetischen Rotorflusses Φ_r mit Hilfe eines Regelkreises mit nicht linearer Regelung, der die Eingangs-Ausgangs-Linearisierung mit statischer Rückführung einsetzt,
– Durchführung einer integralen, sowie anschließend einer proportionalen Wirkung, um die Variable v für den Eingang des genannten Regelkreises zu erhalten, und
– Durchführung einer integralen, sowie anschließend einer proportionalen Wirkung, um die Kreisfrequenz der Rotorflüsse ω_sl zu steuern.

Das Verfahren der Erfindung ist dafür geeignet, einen der folgenden Schritte zu beinhalten:

– Ergänzung der integralen, sowie anschließend proportionalen Wirkung zur Steuerung der Kreisfrequenz der Rotorflüsse ω_sl mittels eines linearisierenden Regelprinzips, um die Schwankungen am Arbeitspunkt der Asynchronmaschine zu beseitigen.
– Festlegung eines Werts für den maximalen Strom beim Anlaufen der Asynchronmaschine oder beim Betrieb ohne Fluss.
– Anpassung der gegenseitigen statischen Reaktanz x_m, um die Schwankungen beim Betrieb der Asynchronmaschine ohne Fluss zu beseitigen.

Ein Vorteil des Reglers, der Vorrichtung und des Verfahrens zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine der Erfindung besteht darin, einen besseren Kompromiss zwischen den dynamischen Leistungen und der Robustheit der Flussregelung und der Regelung des elektromagnetischen Moments bieten zu können.
Dieser Vorteil ist einerseits in der Tatsache begründet, dass die dynamischen Leistungen durch den Einsatz von nicht linearen Regelprinzipien erzielt werden, sowie andererseits in der Tatsache, dass sich die Robustheit aus dem Einsatz von Proportional-Integral-Reglern „ohne Null" ergibt, die vor den nicht linearen Regelprinzipien angeordnet werden.
Ein weiterer Vorteil des Reglers, der Vorrichtung und des Verfahrens zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine der Erfindung besteht darin, dass sie die Möglichkeit bieten, Flussschwankungen beim Anlaufen der Asynchronmaschine auf implizite Weise zu beseitigen.
Weitere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsweisen des Reglers und der Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine deutlich; die Beschreibung bezieht sich auf die Zeichnungen, wobei:
1 einen Gesamtplan eines bekannten Aufbaus einer Regelvorrichtung für das elektromagnetische Moment einer Asynchronmaschine darstellt, bestehend aus einer Einheit Σ_L, basierend auf einem Stromstellglied I_d und einem Regler K_ext, dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
2 einen Gesamtplan eines bekannten Aufbaus einer Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments darstellt, bestehend aus einer Einheit Σ_L, basierend auf einem Spannungsstellglied U_d und einem Regler K_ext, dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
3 einen Plan darstellt, in dem eine erste, bevorzugte Ausführungsweise des Reglers zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung abgebildet ist, bestehend aus einer Korrekturschleife für den Fluss insgesamt nicht linearen Typs und aus einer Korrekturschleife für das Moment linearen Typs,
4 einen Plan darstellt, in dem eine zweite, bevorzugte Ausführungsweise des Reglers zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung abgebildet ist, bestehend aus einer Korrekturschleife für den Fluss und einer Korrekturschleife für das Moment, wobei beide insgesamt nicht linearen Typs sind.
1 stellt einen Gesamtplan eines bekannten Aufbaus einer Regelvorrichtung für das elektromagnetische Moment einer Asynchronmaschine dar, bestehend aus einer Einheit Σ_L, basierend auf einem Stromstellglied I_d und einem Regler K_ext, dem Gegenstand der Erfindung.
Gemäß dem in dieser 1 dargestellten Gesamtplan beinhaltet die Einheit Σ_L, die nach dem früheren Stand der Technik bekannt ist, einen Drehstrom-Asynchronmotor M, der von einem Strom-Wechselrichter O_I versorgt wird, dem ein Mittel zur Regelung C mit Pulsdauermodulation und eine geregelte Stromquelle I_d verbunden sind.
Die Werte für Fluss und Moment der Asynchronmaschine werden entsprechend einer nach dem früheren Stand der Technik bekannten Methode mit Hilfe eines Beobachters O wieder hergestellt.
Die wieder hergestellten Werte für Fluss und Moment der Asynchronmaschine werden an den Regler K_ext, den Gegenstand der Erfindung, gesandt, der die Werte für die Regelung der Kreisfrequenz der Rotorströme in Abhängigkeit von den Einstellwerten für Fluss und Moment liefert.
2 stellt einen Gesamtplan eines bekannten Aufbaus einer Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments dar, bestehend aus einer Einheit Σ_L, basierend auf einem Spannungsstellglied U_d und einem Regler K_ext, dem Gegenstand der Erfindung.
Der in 2 dargestellte Gesamtplan weicht von dem in 1 dargestellten Gesamtplan dahingehend ab, dass die Asynchronmaschine M mit Hilfe eines Spannungs-Wechselrichters O_U versorgt wird, der mittels einer Spannungsversorgung O_U geregelt wird, die über einen Regler K_int in Schleife geschaltet ist, der in einer Kaskade mit dem Regler K_ext angeordnet ist.
Der Regler zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung basiert auf der Initialisierung der Achse d des zweiphasigen Drehpunkts auf dem Statorstrom-Vektor der Asynchronmaschine.
Wie bereits erläutert, ergibt sich aus einer solchen Initialisierung und aus der Tatsache, dass die Achse d und die Achse q des zweiphasigen Drehpunkts phasenverschoben sind, dass der Wert der Komponente des Statorstroms auf der Achse q mit der Bezeichnung i_sq Null ist, i_sq = 0, ebenso wie die zeitliche Ableitung, di_sq/dt = 0.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Wert der Komponente des Statorstroms i_s auf der Achse q in den Gleichungen im Übergangsbetrieb der Asynchronmaschine gleich Null ist, erhält man ein linearisierendes Regelprinzip für das Modul des gegebenen Rotorflusses durch den Ausdruck als Faktoren entsprechend der Gleichung:
in der:
i^* _sd der Einstellwert für den Statorstrom in der Achse d ist,
Φ^2* _r der Einstellwert für das Modul des Rotorflusses ist,
Φ_rd die Komponente d für den Rotorfluss ist, und
x_m die gegenseitige (oder magnetisierende) Induktivität ist.
Da die gewünschte Regelung, die auf den Rotorfluss anzuwenden ist, bekannt ist, ist es wichtig, die auf das Moment der Asynchronmaschine anzuwendende Regelung festzulegen.
Der Ausdruck der Dynamik des Moments unter Berücksichtigung der Regelung des Rotorflusses wird daher wie folgt definiert:
wobei:
C_m das elektromagnetische Moment ist,
ω_SN die Nominal-Statorkreisfrequenz ist,
ω_Si die Kreisfrequenz der Rotorströme ist,
τ_r die Konstante der Rotorzeit ist, und
x_r die Rotorreaktanz ist.
3 stellt einen Plan dar, in dem eine erste, bevorzugte Ausführungsweise des Reglers für die Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung abgebildet ist, bestehend aus einer Korrekturschleife für den Fluss nicht linearen Typs und einer Korrekturschleife für den Fluss linearen Typs.
Die Korrekturschleife für den Fluss besteht aus einem Regelkreis 3 für den Rotor-Magnetfluss Φ_r mit nicht linearer Regelung, die eine Eingangs-Ausgangs-Linearisierung mit statischer Rückführung nutzt, die durch die folgende Gleichung definiert wird:
wobei:
i^* _sd der Einstellwert für den Statorstrom in der Achse d ist,
Φ^2* _r der Einstellwert für das Modul des Rotorflusses ist,
Φ_rd die Komponente d für den Rotorfluss ist, und
x_m die gegenseitige (oder magnetisierende) Induktanz ist,
und deren Ausgang die Komponente d des Statorstroms i^* _s steuert.
Diese Korrekturschleife für den Fluss kann außerdem einen ersten linearen Proportional-Integralregler 1 beinhalten, dessen Ausgang v der Eingang des Regelkreises 3 ist.
Wie in 3 dargestellt, ist der erste lineare Proportional-Integralregler 1 vorzugsweise ein linearer Proportional-Integralregler „ohne Null".
Ein Proportional-Integralregler „ohne Null" ist ein Proportional-Integralregler, der eine Transferfunktion in einer geschlossenen Schleife in Bezug auf den Einstellwert gewährleistet, der auf einer Übergangsfunktion keine Überschreitung aufweist.
Die Korrekturschleife für das Moment besteht aus einem zweiten linearen Proportional-Integralregler 2, vorzugsweise „ohne Null", dessen Ausgang die Kreisfrequenz der Rotorströme ω_sl steuert.
4 stellt einen Plan dar, in dem eine zweite, bevorzugte Ausführungsweise des Reglers für die Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung abgebildet ist, bestehend aus einer Korrekturschleife für den Fluss und einer Korrekturschleife für das Moment, wobei beide insgesamt nicht linearen Typs sind.
Der Plan, in dem die zweite, bevorzugte Ausführungsweise zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine gemäß der Erfindung dargestellt ist, weicht von dem Plan, in dem die erste, bevorzugte Ausführungsweise dargestellt ist, dahingehend ab, dass der zweite Regler 2 durch einen nicht linearisierenden Regelkreis 4 ergänzt wird.
Dieser nicht linearisierende Regelkreis 4 wird durch die folgende Gleichung definiert:
wobei
in der
θ der Parameter ist, der den Arbeitspunkt des Moments kennzeichnet,
V_cm der Eingang des beschriebenen Reglers ist,
τ_r die Konstante für die Rotorzeit ist,
ω_sn die Nominalkreisfrequenz des Stators ist,
x_r die Rotorreaktanz ist,
und dessen Eingang definiert wird als der Ausgang V_cm des beschriebenen zweiten Reglers, dessen Ausgang die Kreisfrequenz der Rotorflüsse ω_sl steuert.
Aus den oben angeführten Erläuterungen ergibt sich, dass es das Verdienst des Anmelders ist, einen Regler zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine entwickelt zu haben, in dem die Regelung des Rotorfluss-Moduls durch eine nicht lineare Wirkung auf die Komponente d des Statorstroms erfolgt und in dem die Regelung des Moments durch einen Proportional-Integralregler „ohne Null" durch Wirkung auf die Kreisfrequenz der Rotorströme ω_sl, kombiniert mit einem nicht linearisierenden Regelprinzip durchgeführt wird.
Unabhängig von der in Betracht kommenden Ausführungsweise wird der Regelkreis für den Fluss 3 am günstigsten durch die folgende Gleichung definiert:
in der die Funktion sat(Φ_rd) eine nicht lineare Begrenzungsfunktion ist, die durch folgendes Gleichungssystem definiert wird: sat(Φrd) = {Φrd siΦrd > Φrdmin {Φrdmin siΦrd ≤ Φrdmin wobei
wobei
Φ² _rN der Nominal-Rotorfluss ist,
I_smax der maximal zulässige Fluss im Wechselrichter und/oder der Asynchronmaschine ist.
Der Regelkreis für den Fluss 3 kann auch durch folgende Gleichung definiert werden:
in der:
i_mr die Schätzung des magnetisierenden Flusses ist, und
x_m(Φ^2*r, i_mr) eine Funktion ist, die sich aus der Identifizierung der statischen Eigenschaft der Magnetisierung ergibt.
Der Ausgang des ersten 1 und zweiten 2 Reglers entspricht vorzugsweise der Differenz zwischen einer proportionalen Wirkung und einer integralen Wirkung, wobei sich die integrale Wirkung aus der durch einen Verstärkungsfaktor k_i bzw. k_ic gewichteten Differenz zwischen dem Einstellwert Φ^2* _r bzw. C^* _m und der Schätzung des Flusses Φ² _r bzw. der Schätzung des Moments C_m ergibt, und sich die proportionale Wirkung aus der mit einem Verstärkungsfaktor k_p bzw. k_pc gewichteten Schätzung des Flusses Φ² _r bzw. der Schätzung des Moments C_m ergibt.
Wie zuvor erläutert, erstreckt sich die vorliegende Erfindung auch auf eine Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch die Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch die Regelung des elektromagnetischen Moments C_m, wobei die Vorrichtung aus Mitteln zur Regelung besteht, die mit einer Stromversorgung und einem Regler K_ext verbunden sind, wobei der Regler K_ext wie oben angegeben definiert wird.
Schließlich erstreckt sich die Erfindung außerdem auf ein Verfahren zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch die Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch die Regelung des elektromagnetischen Moments C_m mit Hilfe einer Vorrichtung, bestehend aus Regeleinrichtungen, die mit einer Stromversorgung und einem Regler K_ext verbunden sind, der wie oben angegeben definiert wird.
Dieses Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bestehend aus:

– Durchführung der Regelung des magnetischen Rotorflusses Φ_r mit Hilfe eines Regelkreises mit nicht linearer Regelung, der eine Eingangs-Ausgangs-Linearisierung durch statische Rückführung nutzt,
– Durchführung einer integralen, und anschließend proportionalen Wirkung, um auf diese Weise die Variable v des Eingangs des beschriebenen Regelkreises zu erhalten, und
– Durchführung einer integralen, und anschließend proportionalen Wirkung zur Regelung der Kreisfrequenz der Rotorströme ω_sl.

Dieses Verfahren kann gegebenenfalls einen zusätzlichen Schritt enthalten, der darin besteht, die integrale, und anschließend proportionale Wirkung zu ergänzen, um die Kreisfrequenz der Rotorströme ω_sl anhand eines linearisierenden Regelprinzips zu steuern, um auf diese Weise die Schwankungen des Arbeitspunktes der Asynchronmaschine zu beseitigen.
Das Verfahren kann gegebenenfalls auch einen Schritt enthalten, der darin besteht, einen maximalen Stromwert für das Anfahren der Asynchronmaschine oder für den Betrieb ohne Fluss festzulegen.
Das Verfahren kann gegebenenfalls auch einen Schritt enthalten, der darin besteht, die gegenseitige statische Reaktanz x_m entsprechend anzupassen, um deren Schwankung beim Betrieb der Asynchronmaschine ohne Fluss zu beseitigen.

Claims

Regler zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch Regelung des elektromagnetischen Moments C_m, gekennzeichnet durch: – einen Regelkreis (3) für den magnetischen Rotorfluss Φ_r mit nicht linearer Steuerung, in dem die Eingangs-Ausgangs-Linearisierung durch statische Rückführung eingesetzt wird, definiert durch die Gleichung
wobei: i^* _sd der Einstellwert für den Statorstrom in der Achse d ist, Φ^2* _r der Einstellwert für das Modul des Rotorflusses ist, Φ_rd die Komponente d des Rotorstroms ist, x_m die gegenseitige (oder magnetisierende) Induktanz ist, und dessen Ausgang die Komponente d des Statorstrom i^* _s steuert, – einen ersten linearen Proportional-Integralregler (1), dessen Ausgang v der Eingang des genannten Regelkreises ist, – einen zweiten linearen Proportional-Integralregler (2), dessen Ausgang die Kreisfrequenz der Rotorströme ω_sl steuert.
Regler gemäß Anspruch 1, bei dem der genannte zweite Regler ergänzt wird durch einen Kreis mit nicht linearisierender Regelung (4), der durch die folgende Gleichung definiert wird:

wobei
in der θ der Parameter ist, der den Arbeitspunkt des Moments kennzeichnet, V_cm der Eingang des beschriebenen Reglers ist, τ_r die Konstante für die Rotorzeit ist, ω_sn die Nominalkreisfrequenz des Stators ist, x_r die Rotorreaktanz ist, und dessen Eingang definiert wird als der Ausgang V_cm des beschriebenen zweiten Reglers, dessen Ausgang die Kreisfrequenz der Rotorflüsse ω_sl steuert.
Regler gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem der genannte Regelkreis für den Fluss durch die folgende Gleichung definiert wird:
in der die Funktion sat(Φ_rd) eine nicht lineare Begrenzungsfunktion ist, die durch das folgende Gleichungssystem definiert wird: sat(Φrd) = {Φrd siΦrd > Φrdmin {Φrdmin siΦrd ≤ Φrdmin wobei
wobei Φ² _rN der Nenn-Rotorfluss ist, I_smax der maximal zulässige Fluss im Wechselrichter und/oder der Asynchronmaschine ist.
Regler gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem der genannte Regelkreis für den Fluss durch die folgende Gleichung definiert wird:
in der: i_mr die Schätzung des magnetisierenden Flusses ist, und x_m(Φ^2*r, i_mr) eine Funktion ist, die sich aus der Identifizierung der statischen Eigenschaft der Magnetisierung ergibt.
Regler gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Ausgang des ersten und zweiten Reglers der Differenz zwischen einer proportionalen Wirkung und einer integralen Wirkung entspricht, wobei sich die genannte integrale Wirkung aus der durch einen Verstärkungsfaktor k_i bzw. k_ic gewichteten Differenz zwischen dem Einstellwert Φ^2* _r bzw. C^* _m und der Schätzung des Flusses Φ² _r bzw. der Schätzung des Moments C_m ergibt, und sich die genannte proportionale Wirkung aus der durch einen Verstärkungsfaktor k_p bzw. k_pc gewichteten Schätzung des Flusses Φ² _r bzw. der Schätzung des Moments C_m ergibt.
Vorrichtung zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch Regelung des elektromagnetischen Moments C_m, wobei die genannte Vorrichtung aus Regeleinrichtungen besteht, die mit einer Stromquelle und einem Regler K_ext verbunden sind, wobei die genannte Vorrichtung dadurch gekennzeichnet wird, dass sie durch einen der vorgenannten Ansprüche definiert wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der die genannte Asynchronmaschine mit Hilfe einer Spannungsversorgung geregelt wird und die genannte Spannungsversorgung durch einen dritten Regler K_int in Schleife geschaltet ist, der in Kaskade mit dem genannten Regler K_ext angeordnet ist.
Verfahren zur Regelung des elektromagnetischen Moments einer Asynchronmaschine durch Regelung des magnetischen Flusses Φ und durch Regelung des elektromagnetischen Moments C_m, mit Hilfe einer Vorrichtung, bestehend aus Regeleinrichtungen, die mit einer Stromquelle und einem Regler K_ext verbunden sind, der durch einen der vorgenannten Ansprüche definiert wird, wobei das genannte Verfahren dadurch gekennzeichnet wird, dass es die folgenden Schritte beinhaltet, bestehend aus: – Durchführung der Regelung des magnetischen Rotorflusses Φ_r mit Hilfe eines Regelkreises mit nicht linearer Regelung, der die Eingangs-Ausgangs-Linearisierung durch statische Rückführung nutzt, – Durchführung einer integralen, und anschließend proportionalen Wirkung, um die Variable v des Eingangs des genannten Regelkreises zu erhalten, und – Durchführung einer integralen, und anschließend proportionalen Wirkung, um die Kreisfrequenz der Rotorströme ω_sl zu steuern.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bestehend aus einem zusätzlichen Schritt, der darin besteht, die genannte integrale, und anschließend proportionale Wirkung zu ergänzen, um die genannte Kreisfrequenz der Rotorströme ω_sl durch ein linearisierendes Regelprinzip zu ergänzen, um auf diese Weise die Schwankungen des Arbeitspunkts der genannten Asynchronmaschine zu beseitigen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, das einen Schritt enthält, der darin besteht, einen Höchstwert für den Strom beim Anfahren oder beim Betrieb ohne Fluss der genannten Asynchronmaschine festzulegen.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 und 9, das einen Schritt enthält, der darin besteht, die gegenseitige statische Reaktanz x_m so anzupassen, dass ihre Schwankung beim Betrieb der genannten Asynchronmaschine ohne Fluss beseitigt wird.