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Regelverfahren und Regeleinrichtung zur Regelung einer
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über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren und eine Regeleinrichtung zur
Regelung einer über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein solches Regelverfahren bzw. eine solche Regeleinrichtung zur Regelung
einer über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine sind aus
der DE-OS 32 12 439 bekannt.
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Das dort beschriebene Verfahren basiert auf einer Berechnung der Läufer-EMK
der Asynchronmaschine und daraus des Schlupfes oder einer schlupfproportionalen
Stromkomponente nur aus Klemmengrößen. Mit den berechneten Signalen werden entweder
über einen unterlagerten Regelkreis oder durch unmittelbare Ausrichtung am Raumvektor
der Läufer-EMK die Augenblickswerte der Ständerspannungs-oder der Ständerstromsollwerte
gebildet und mit
Hilfe eines schnellen elektrischen Stellgliedes
der Maschine zugeführt. Mit dem beschriebenen Verfahren ist u.
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a. eine Drehmoment- oder Drehzahlsteuerung mit gutem dynamischem Verhalten
möglich. Das Verfahren hat als Vorteile eine geringe Parameterempfindlichkeit und
einen Verzicht auf Meßgeber an der Maschine.
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Der Istwert der Schlupffrequenz wird dabei aus den gemessenen Strömen
und Spannungen der Maschine berechnet, indem als Hilfsgröße zunächst die vom Läuferfluß
induzierte Läufer-EMK in einem ständerfesten Koordinatensystem bestimmt wird. Auf
diese Weise ist keine Koordinatentransformation der StändergröAen erforderlich,
was einer Realisierung in analoger Schaltungstechnik entgegenkommt.
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Das beschriebene Verfahren hat jedoch, wenn es in einem Mikrorechner
realisiert wird, den Nachteil, daß die Berechnung der Läufer-EMK in einem ständerfesten
Bezugssystem relativ kurze Abtastzeiten erfordert, da es sich um Wechselgrößen handelt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren zur Regelung
einer über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine anzugeben,
das eine rasche Korrektur des vom Maschinenmodell vorgesteuert vorgegebenen Schlupffrequenzsollwertes
in Abhängigkeit von den meßbaren Strömen und Spannungen ermöglicht und dabei in
einfacher Weise in einem Mikrorechner realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale
gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch die Korrektur des Schlupffre-
quenzsollwertes mit Hilfe
des Leistungsregelkreises statisch wie dynamisch stets das geforderte Drehmoment
eingestellt wird. Es ist vorteilhaft keine Tachometermaschine notwendig. Die Ermittlung
des Sollwertes wie des Istwertes der Ständerleistung ist in einfacher Weise möglich,
da hierzu lediglich die Kenngrößen Strom und Spannung erfaßt werden müssen. Für
die Kompensation der Läuferzeitkonstanten brauchen keine besonderen Maßnahmen getroffen
werden, da der unterlagerte Leistungsregelkreis den Temperatureinfluß ausgleicht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und Regeleinrichtungen
zur Ausführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein läuferflußbezogenes d/q-Koordinatensystem mit
dem Zeigerbild der interessierenden Größen, Fig. 2 die Struktur des Maschinenmodells,
Fig. 3 die Struktur der Regeleinrichtung, Fig.4 bis 6 drei Varianten zur Ermittlung
eines Asynchronmaschinenkippens.
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In Fig. 1 ist das läuferflußbezogene d/q-Koordinatensystem mit dem
Zeigerbild der interessierenden Größen dargestellt. Die d-Achse des Koordinatensystems
soll mit der Richtung des Raumzeigers des Läuferflusses 99 2 zusammenfallen. Die
Projektion des Raumzeigers des Ständerstromes i1 auf die d-Achse ergibt die d-Komponente
ild des Ständerstromes, die Projektion auf die q-Achse liefert die q-Komponente
i1q. Die Projektion des Raumzeigers der Ständerspannung U1 auf die d-Achse führt
zur
d-Komponente Uld der Ständerspannung, bei Projektion auf die
q-Achse ergibt sich die q-Komponente U1q. Der Winkel zwischen dem Raumzeiger des
Ständerstromes i1 und der d-Achse ist mit Fig i1 und der Winkel zwischen dem Raumzeiger
der Ständerspannung U1 und der d-Achse ist mit kL U1 bezeichnet.
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In Fig. 2 ist die Struktur des Maschinenmodells dargestellt. Zur Bildung
der Ständerstromsollwerte des läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystems und der
Ständerfrequenz ist ein erstes Entkopplungsnetzwerk vorgesehen.
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Der Läuferfluss-Sollwert Y 2d* wird einem P-Glied 1 zugeführt. Das
P-Glied 1 multipliziert die Eingangsgröße mit dem Faktor 1/Xh, wobei Xh die Hauptreaktanz
darstellt Ausgangsseitig ist das P-Glied 1 mit einer Additionsstelle 2 sowie mit
einem Differenzierer 3 verbunden, wobei der Differenzierer 3 die Eingangsgröße mit
der Läuferzeitkonstante T2 multipliziert und ausgangsseitig ebenfalls an der Additionsstelle
2 liegt. Bei geringeren Ansprüchen an die Dynamik kann auf den Differenzierer 3
verzichtet werden. An der Additionsstelle 2 ist der Sollwert für die d-Komponente
des Ständerstromes 11d abgreifbar.
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Einem Dividierer 4 wird als Dividend der Drehmoment-Sollwert m * und
als Divisor der Läuferfluß-Sollwert * t 2d zugeleitet. Ausgangsseitig ist der Dividierer
4 mit einem P-Glied 5 verbunden, das die Eingangsgröße mit einem Quotient X2/Xh
multipliziert, wobei X2 die Läuferreaktanz darstellt. Als Ausgangsgröße ist dem
P-Glied 5 der Sollwert für die q-Komponente des Ständerstromes * iiq entnehmbar.
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Einem Verzögerungsglied 6 wird eingangsseitig der Wert iid* zugeleitet,
wobei das Verzögerungsglied 6 die Eingangsgröße mit der Zeitkonstanten T2 verzögert
und aus
gangsseitig mit einem P-Glied 7 verbunden ist. Diese Ausgangsgröße
stellt den Sollwert des Magnetisierungsstromes id* dar. Das P-Glied 7 multipliziert
die Eingangsgröße mit s gT2, wobei GJ B eine Bezugsfrequenz darstellt. Die AusgangsgröRe
des P-Gliedes liegt einem Dividierer 8 als Divisor an. Als Dividend wird dem Dividierer
8 der Wert iiq zugeführt. Ausgangsseitig ist dem Dividierer 8 der Schlupffrequenz-Sollwert
C) 2* entnehmbar.
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Zur Bildung der Ständerspannungs-Sollwerte des läuferflußbezogenen
d/q-Koordinatensystems mit Hilfe der Ständerstromsollwerte ist ein weiteres Entkopplungsnetzwerk
vorgesehen. Der Magnetisierungsstrom-Sollwert iFd* wird einem P-Glied 10 zugeleitet,
das die Eingangsgröße mit dem Quotient X2h/X2 multipliziert. Ausgangsseitig ist
das P-Glied 10 mit einem Differenzierer 11 und einem Multiplizierer 12 verbunden.
Der Differenzierer 11 multipliziert die Eingangsgröße mit dem Wert 1/ ç B.
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Der Ständerstromsollwert imid* wird einem P-Glied 13 zugeleitet, das
die Eingangsgröße mit dem Ständerwiderstand R1 multipliziert. Ausgangsseitig ist
das P-Glied 13 mit einem Differenzierer 14, einer Additionsstelle 15 sowie einem
Multiplizierer 16 verbunden. Der Differenzierer 74 multipliziert die Eingangsgröße
mit g T1, wobei G den Streukoeffizient und T1 die Ständerzeitkonstante darstellen.
Die Additionsstelle 15 empfängt eingangsseitig die Ausgangssignale der Differenzierer
14 und 11 und gibt ausgangsseitig den Sollwert für die d-Komponente der Ständerspannung
U1d ab.
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Der Multiplizierer 16 empfängt als weitere Eingangsgröße die Ständerfrequenz
D 1 und ist ausgangsseitig mit einem P-Glied 17 verbunden, das die Eingangsgröße
mit dem Produkt GJ B G T1 multipliziert.
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Ein weiterer Multiplizierer 18, dem eingangsseitig ebenfalls die Ständerfrequenz
cJ 1 anliegt, ist ausgangsseitig mit einem P-Glied 19 verbunden, das die Eingangsgröße
mit dem Produkt # B #T1 multipliziert und dessen Ausgangssignal der Additionsstelle
15 mit negativem Vorzeichen zugeführt wird.
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Der Ständerstromsollwert ilq wird einem P-Glied 20 zugeführt, der
das Eingangssignal mit R1 multipliziert und ausgangsseitig mit dem Multiplizierer
18, einer Additionsstelle 21 und einem Differenzierer 22 verbunden ist.
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Der Differenzierer 22 multipliziert das Eingangssignal mit dem Produkt
# T1. Die Additionsstelle 21 empfängt die Ausgangssignale des P-Gliedes 17, des
Differenzierers 22 sowie des Multiplizierers 12 und gibt ausgangsseitig einen Sollwert
für die q-Komponente der Ständerspannung U1q* ab.
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Zur Berechnung des Sollwertes der Ständerleistung P1 sind zwei Multiplizierer
40, 41 sowie eine Additionsstelle 42 vorgesehen. Dem Multiplizierer 40 werden der
Ständerspannungssollwert U1d * und der Ständerstromsollwert i1d eingangsseitig zugeleitet.
Ausgangsseitig gibt der Multiplizierer 40 das Produkt U1d* . i1d* an die Additionsstelle
42 ab. Dem Multiplizierer 41 werden der Ständerspannungssollwert Uiq * und der Ständersstromsoll-*
wert i1q* eingangsseitig zugeführt, ausgangsseitig gibt der Multiplizierer 41 das
Produkt U1q* . i1q* an die Additionsstelle 42 ab. Die von der Additionsstelle 42
gebildete Summe beider Produkte ist der Sollwert der Ständerleistung P1 u Das durch
die Bauteile 1 bis 8, 10 bis 22 und 40 bis 42 gebildete Maschinenmodell ist lediglich
ein Ausführungsbeispiel und kann durch andere bekannte Maschinenmodelle * ersetzt
werden. Die Führungsgrößen m* und Y 2d dieses
Modells werden beispielsweise
durch überlagerte Drehzahl- bzw. Spannungsregler vorgegeben.
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Fig. 3 zeigt die Struktur der Regeleinrichtung ohne Drehfrequenzrückführung.
Das Maschinenmodell aus Fig. 2 ist in einem Block zusammengefaßt.
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Bei einem Antriebssystem mit I-Wechselrichter (stromeingeprägter Wechselrichter)
werden die Ständerstromsollwerte i1q* und ild* mittels eines Koordinatenwandlers
23 vom Kartesischen- in das Polarkoordinatensystem zum Betrags-Sollwert des Ständerstromes
ii1*j und zum Winkelsollwert für die Ständerstromphasenlage + i1* (Winkelsollwert
zwischen Ständerstrom i1 und d-Achse im läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystem)
umgewandelt. Der Betrags-Sollwertlil*lwird einer Vergleichsstelle 24 zugeleitet,
die ausgangsseitig mit einem PI-Regler 25 (Strombetragsregler) verbunden ist. Der
PI-Regler 25 gibt einem Gleichrichter 26 den Zwischenkreisspannungs-Sollwert Ud*
vor.
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Der Gleichrichter 26 wird eingangsseitig von einem Drehstromnetz gespeist
und versorgt ausgangsseitig-einen Gleichstromzwischenkreis mit Drossel 27 und angeschlossenem
selbstgeführten Wechselrichter 28. Der selbstgeführte Wechselrichter 28 speist ausgangsseitig
eine dreiphasige Asynchronmaschine 29. Zur Erfassung des Zwischenkreisstromes id
ist ein Stromwandler 30 vorhanden.
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Zur Ermittlung der Zwischenkreisspannung Ud wird eine nicht dargestellte
Spannungserfassungseinrichtung eingesetzt.
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Dem selbstgeführten Wechselrichter 28 werden als Führungsgrößen der
Winkelsollwert + i1* und die Ständerfrequenz AJ1 1 zugeleitet. Der Zwischenkreisstrom
id wird der Vergleichsstelle 24 mit negativem Vorzeichen als Betrags-Istwert des
Ständerstromesliljzugeführt.
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Bei einem Antriebssystem mit U-Wechselrichter (spannungseingeprägter
Wechselrichter) werden die Ständerstrom-Sollwerte i i1q* und i1d mittels eines Koordinatenwandlers
31 vom Kartesischen- in das Polarkoordinatensystem zum Betrags-Sollwert des Ständerstromes
i1 umgewandelt und einer Vergleichsstelle 32 zugeführt. Der Vergleichsstelle 32
liegt ferner der Betrags-Istwert des Ständerstromes mit negativem Vorzeichen an.
Ausgangsseitig ist die Vergleichsstelle 32 mit einem PI-Regler (Strombetragsregler)
33 verbunden, der einen Zusatz-Spannungssollwert b U1 * für die Ständerspannung
an eine Additionsstelle 34 abgibt.
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Zur Bildung des der Additionsstelle 34 zuzuführenden Betrags-Sollwertes
der StänderspannunglU1*§ist ein Koordinatenwandler 35 vorgesehen, der eingangsseitig
die Ständerspannungs-Sollwerte U1d* und U1q* empfängt und diese Kartesischen Koordinaten
in PolarkoordinatenlU1*l und # U1* umwandelt, wobei # U1* den Winkel-Sollwert für
die Ständerspannungs-Phasenlage, d.h. den Winkelsollwert zwischen der Ständerspannung
U1 und der d-Achse im läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystem darstellt.
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Der Winkelsollwert 4 U1*, die Ständerfrequenz CJ 1 und das Ausgangssignal
der Additionsstelle 34 werden einem selbstgeführten Wechselrichter 36 zugeleitet.
Ausgangsseitig speist der Wechselrichter 36 eine dreiphasige Asynchronmaschine 37,
die mit der Drehfrequenz GJ rotiert. Eingangsseitig wird der Wechselrichter 36 durch
einen Gleichspannungszwischenkreis mit Kondensator 38 gespeist, wobei der Gleichspannungszwischenkreis
an einen eingangsseitig an einem Drehstromnetz liegenden Gleichrichter 39 angeschlossen
ist.
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Der Sollwert der Ständerleistung P1 * wird einer Additionsstelle 43
zugeleitet. Der Additionsstelle 43 liegt
des weiteren der Istwert
der Ständerleistung P1 mit negativem Vorzeichen an. Als dritte Größe liegt der Additionsstelle
43 ein zusätzliches Leistungssignal A Pl mit negativem Vorzeichen an. Das Signal
P1 - P1 * - 1 P1 wird einem PI-Leistungsregler 44 eingegeben, der ausgangsseitig
ein zusätzliches Leistungssignal b) * an eine Additionsstelle 45 abgibt. Als weitere
Eingangsgröße wird der Additionsstelle 45 der vom Maschinenmodell gebildete Schlupffrequenz-Sollwert
GJ 2 zugeführt. Der Additionsstelle 45 ist ausgangsseitig die dem Maschinenmodell
und dem selbstgeführten Wechselrichter 28 bzw. 36 zuzuleitende Ständerfrequenz a
1 entnehmbar.
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Der Istwert der Ständerleistung P1 kann sowohl aus den im Zwischenkreis
des Umrichters als auch den auf der Ständerseite gemessenen Strömen und Spannungen
berechnet werden. Bei der ersten Möglichkeit ist ein Multiplizierer 46 vorgesehen,
dem eingangsseitig der Zwischenkreisspannungs-Istwert Ud und der Zwischenkreisstrom
id anliegen und der sein Ausgangssignal einer Vergleichsstelle 47 mit positivem
Vorzeichen zuleitet. Die Vergleichsstelle 47 empfängt eingangsseitig die Verlustleistung
PV des Wechselrichters mit negativem Vorzeichen und gibt ausgangsseitig den Istwert
der Ständerleistung P1 ab.
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Bei der zweiten Möglichkeit sind zwei Multiplizierer 48, 49 mit nachgeschalteter
Additionsstelle 50 erforderlich.
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Der Multiplizierer 48 empfängt die oC -Komponenten der Ständerspannung
U1o& und des Ständerstromes i1w sowie der Multiplizierer 49 die ffi -Komponenten
der Ständerspannung U1» und des Ständerstromes i1t3 , jeweils im ständerfesten ol
ß -Koordinatensystem. Die Produkte der Multiplizierer 48, 49 werden der Additionsstelle
50 zugeleitet, die hieraus den Istwert der Ständerleistung P1 bildet.
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Das ständerfeste c4 / F -Koordinatensystem, bei dem die cm -Achse
z.B. mit dem Strang der Phase R zusammenfällt und das läuferflußbezogene d/q-Koordinatensystem
können zu einem gemeinsamen System zusammengefaßt werden, wie in Fig. 1 angedeutet
ist. Das läuferflußbezogene d/q-Koordinatensystem rotiert mit der Frequenz a 1 im
Bezug zum ständerfesten ob / p -Koordinatensystem. In Fig. 1 sind auch die Komponenten
i1 , i1 bzw. U1y , des Ständerstromes i1 bzw. der Ständerspannung U1 eingezeichnet.
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Der Leistungsregelkreis arbeitet bei allen Drehzahlen zufriedenstellend,
bis auf den Bereich kleiner Frequenzen, etwa unterhalb 5 der Nenndrehzahl, wo die
Spannung so klein wird, daß eine genügend genaue Erfassung und damit eine genaue
Leistungsberechnung nicht mehr möglich ist. In diesem Bereich muß die Ständerfrequenz
D 1 gesteuert vorgegeben werden, z.B. indem der Leistungsistwert P1 zu Null gesetzt
wird, so daß der Regler mit Hilfe des Sollwertes P1 * soweit hochlaufen kann, bis
die Frequenz X 1 genügend groß ist und auf die Leistungsregelung umgeschaltet werden
kann.
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Für die Kompensation der Läuferzeitkonstanten T2 während des Betriebes
der Asynchronmaschine brauchen keine Maßnahmen getroffen werden, da der unterlagerte
Leistungsregelkreis die infolge Temperatureinfluß bewirkte LäuferzeitRonstanten-nderung
ausgleicht. Die Regeldifferenz Null am Leistungsregler 44 stellt sich erst dann
ein, wenn über die Vorgabe der Ständerfrequenz bJ1 die richtige Schlupffrequenz
eingestellt ist, die der aktuellen Läufertemperatur entspricht.
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Ein zusätzliches Problem ergibt sich dadurch, daß sich der im Maschinenmodell
enthaltene Parameter Xh während des Betriebes infolge magnetischer Sättigung ändert.
Als
Folge hieraus ändert sich die Läuferreaktanz X2, was wiederum
eine Anderung der Läuferzeitkonstante T2 bewirkt. Die Hauptreaktanz Xh kann zur
Vermeidung einer solchen Änderung der Läuferzeitkonstanten in einem Modell nachgebildet
werden, das die Magnetisierungskennline der Maschine enthält und an dem die Sollwerte
für Fluß und Moment als Eingangsggrößen anliegen. Das so ermittelte Xh wird als
Parameter in die Rechenschaltungen eingesetzt.
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Die Einzelheiten dieser zusätzlichen Schaltung zur Nachführung der
sättigungsabhängigen Hauptreaktanz Xh sind in Fig. 2 dargestellt. Einem P-Glied
51 wird eingangsseitig der Drehmoment-Sollwert m* zugeführt. Das P-Glied 51 multipliziert
die EingangsgröRe mit der Läufer-Streureaktanz X2 6 und ist ausgangsseitig mit einem
Dividierer 52 verbunden. Dem Dividierer 52 liegt als weitere Eingangsgröße der Läuferfluß-Sollwert
t 2d an. Dieser Läuferfluß-Sollwert Y 2d* entspricht der d-Komponente des Hauptfluß-Sollwertes
Y hd im läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystem und wird ferner einem Koordinatenwandler
53 zugeleitet. Die dem Koordinatenwandler 53 zuzuführende q-Komponente des Hauptfluß-Sollwertes
* t hq wird dem Dividierer 52 ausgangsseitig entnommen.
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Der Koordinatenwandler 53 wandelt die kartesischen Koordinaten w hq
Y hd* hd um in den Hauptfluß-Sollwert t h* (Polarkoordinate). Dieser Hauptfluß-Sollwert
t wird einem die Magnetisierungskennlinie enthaltenden Kennliniengeber 54 zugeführt,
dem die Hauptreaktanz Xh ausgangsseitig entnehmbar ist.
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Durch die Korrektur des aus dem Maschinenmodell vorgesteuert vorgegebenen
Schlupffrequenz-Sollwertes ç 2* mit dem dem Leistungsregler 44 entnehmbaren zusätzlichen
Frequenzsignal ba * ist die Gefahr des Kippens der Asynchronmaschine 29 bzw. 37
bei Vorgabe einer zu hohen
Ständerfrequenz & 1 gegeben (Uberschreitung
des Kippschlupfes). Zur Verhinderung eines derartigen Kippens dient die Vorgabe
des zusätzlichen Leistungssignals S P1, d.h. das Leistungssignal t P1 wird bei einem
Kippen der Asynchronmaschine aufgeschaltet und verstärkt bzw. ersetzt den bei kippender
Maschine sinkenden Einfluß des Istwertes P1 der Ständerleistung. Nach Aufschaltung
von d P1 gibt der Leistungsregler 44 ein sich bei positivem Drehmoment verkleinerndes
zusätzliches Drehfrequenzsignal a SJ * an die Additionsstelle 45 ab, was eine Herabsetzung
der Ständerfrequenz U 1 und eine Stabilisierung der Maschine zur Folge hat. Bei
negativem Drehmoment vergröert sich bU *. Dabei kann das zusätzliche Leistungssignal
# P1 = K . P1 * aus dem vom Maschinenmodell vorgebbaren Sollwert P1 * der Ständerleistung
abgeleitet werden.
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In den Fig. 4 bis 6 sind drei Möglichkeiten angegeben, wie ein Kippen
der Asynchronmaschine rasch und zuverlässig erkannt werden kann. In Fig. 4 ist hierzu
gemäß einer ersten Variante eine Vergleichsstelle 55 vorgesehen, der der Betragssollwert
der StänderspannunglU1*lals Ständerspannungssollwert und mit negativem Vorzeichen
ein Wert U1' als Ständerspannungsistwert eingegeben werden. Die Sollwert-Istwert-DifferenziUi*i-
U11 wird über ein Verzögerungsglied 56 einem Komparator 57 aufgeschaltet, der bei
Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Sollwert-Istwert-Differenz das zusätzliche
Leistungssignal s P1 = K . P1* an die Additionsstelle 43 abgibt.
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Das zusätzliche Leistungssignal a P1 wird von einem Multiplizierer
58 gebildet. Diese Variante gemäß Fig. 4 nützt den Sachverhalt aus, daß der Ständerspannungsistwert
beim Kippen der Maschine fällt.
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Bei einem Antrieb mit I-Wechselrichter ist zur Bildung des Betragssollwertes
der Ständerspannung 1u1*f ein zu-
sätzlicher Koordinatenwandler
59 vorzusehen, der aus den * Kartesischen Koordinaten U1d*, U1q des Maschinenmodells
die Polarkoordinate 1u1*I formt. Der Ständerspannungsistwert U1 wird beim Antrieb
mit I-Wechselrichter mit Hilfe eines die Ständerspannungen erfassenden Spannungsmeßgliedes
60 gebildet.
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Bei einem Antrieb mit U-Wechselrichter sind sowohl der Ständerspannungssollwert
als auch der Ständerspannungsistwert ohne zusätzlichen Aufwand direkt abgreifbar.
Der Betragssollwert der StänderspannunglU1*lwird vom Koordinatenwandler 35 vorgegeben.
Der Ständerspannungsistwert entspricht dem dem Wechselrichter 36 zugeführten Ausgangssignal
U1 =jU1 ß U1 * der Addjtionsstelle 34.
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In Fig. 5 ist eine zweite Variante zur Erkennung des Kippens der Asynchronmaschine
dargestellt. Es ist eine Vergleichsstelle 61 vorgesehen, der ein Leistungsfaktor-Sollwert
cos f * mit positivem Vorzeichen sowie ein Leistungsfaktor-Istwert cos f mit negativem
Vorzeichen zugeleitet werden. Die Sollwert-Istwert-Differenz cos / * - cos t wird
über ein Verzögerungsglied 62 einem Komparator 63 aufgeschaltet, der bei Überschreiten
einer vorgebbaren maximalen Sollwert-Istwert-Differenz der Leistungsfaktoren das
zusätzliche Leistungssignal ß P1 an die Additionsstelle 43 abgibt, wobei ein Multiplizierer
64 die Ausgangsgröße des Komparators 63 mit P1 multipliziert. Diese Variante gemäß
Fig. 5 nützt den Sachverhalt aus, daß der Leistungsfaktor-Istwert beim Kippen der
Maschine kleiner wird.
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Allgemein läßt sich der Leistungsfaktor-Istwert cos durch Gleichsetzen
der Zwischenkreisleistung (Pd = Ud . id) und der Ständerleistung (P1 = 3 U1U1 i1i1
' cos f ) zu cos # = Ud . id / (3 U1u1 il) bestimmen.
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Bei einem Antrieb mit U-Wechselrichter entspricht Ud/-U1 = K1 dem
Kehrwert der Aussteuerung einer vorgebbaren Konstante und der Leistungsfaktor-Istwert
beträgt cos # = K1 id / i1. Der Zwischenkreisstrom id wird vom Stromwandler 65a
erfaßt. Zur Erfassung des Ständerstrom-Istwertes i1, ist ein Stromwandler 65bvorgesehen.
Der Leistungsfaktor-Sollwert cos f * entspricht dem cos (# U1* - # i1*), da # *
= # U1* - # i1* . Der Winkelsollwert für die Ständerspannungsphasenlage q: Ul U
wird dem Koordinatenwandler 35 entnommen, während der Winkelsollwert für die Ständerstromphasenlage
+ i1 * am Koordinatenwandler 31 abgreifbar ist.
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Bei einem Antrieb mit I-Wechselrichter entspricht id/i1 einer vorgebbaren
Konstante K2 und der Leistungsfaktor-Istwert beträt cos # = K2 Ud/U1. Der Zwischenkreisspannungsistwert
Ud wird mit Hilfe eines Spannungsmeßgliedes 66 ermittelt, während der Ständerspannungsistwert
U1 am Ausgang des
ansteht. Der Leistungsfaktor-Sollwert cos # * entspricht wiederum dem cos( + U1*
- # i1*), wobei der Winkelsollwert für die * Ständerspannungsphasenlage 4 U1 dem
Koordinatenwandler 59 und der Winkelsollwert für die Ständerstromphasenlage + i1*
dem Koordinatenwandler 23 entnehmbar sind.
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In Fig. 6 ist eine dritte Variante zur Erkennung des Kippens der Asynchronmaschine
dargestellt. Es ist eine
Vergleichsstelle 67 vorgesehen, der der
Ständerleistungs-Sollwert P1 * mit positivem Vorzeichen sowie der Ständerleistungs-Istwert
P1 mit negativem Vorzeichen zugeleitet werden. Die Sollwert-Istwert-Differenz P1*
- P1 wird über ein Verzögerungsglied 68 einem Komparator 69 aufgeschaltet, der bei
Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Sollwert-Istwert-Differenz der Ständerleistungen
das zusätzliche Leistungssignal b P1 an die Additionsstelle 43 abgibt, wobei ein
Multiplizierer 70 das Ausgangssignal des Komparators 69 mit P1 * multipliziert.
Diese Variante gemäß Fig. 6 nützt den Sachverhalt aus, daß sich der Ständerleistungsistwert
bei Kippen der Maschine verringert.
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Der Ständerleistungssollwert P1* wird vom Maschinenmodell vorgegeben.
Der Ständerleistungsistwert P1 kann wie beschrieben entweder aus den im Zwischenkreis
des Umrichters gemessenen Strömen und Spannungen Ud, id oder aus den auf der Ständerseite
gemessenen Strömen und Spannungen U1 , U1 , i1, , i1 berechnet werden.