Antriebssystem für höchste Geschwindigkeiten - Bergische ...
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3. Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine 31 den Betrieb der Maschine nicht optimal. Tabelle 3.1 fasst die Zuordnung der beschriebenen Signale zusammen. Flusszeiger Winkel ( ψs ) Winkel ( is* ) Adresse I II III IV V VI 330° 60° 30° 120° 90° 180° 150° 240° 210° 300° 270° 1 3 2 6 4 5 Tabelle 3.1: Winkel- und Adresszuordnung der Flusszeiger Mit der beschriebenen Abbildung der Nulldurchgänge im Flusssignal der einzelnen Phasen auf zeitdiskret gültige Sollstromzeiger kann bereits eine feldorientierte Regelung der Synchronmaschine erfolgen. Sollen jedoch sinusförmige Ströme in die Maschine eingeprägt werden ist eine zeitliche Interpolation der fehlenden Winkel innerhalb der 60° Sektoren erforderlich. Die zeitliche Interpolation der fehlenden Winkel kann mittels eines PLL (Phase-Locked Loop, Phasenregelkreis) erfolgen. Die Vorzeichensignale des Ständerflusses bilden dabei die Grundlage für die absolute Winkellage zu diskreten Zeitpunkten und gleichzeitig die Synchronisationssignale für die zu generierende Relativbewegung innerhalb eines Sektors. Dies ist möglich, weil sich die Drehzahl der Maschine aufgrund der geringen Dynamik des Antriebes nur langsam ändern kann. Die Relativgeschwindigkeit des Flussraumzeigers innerhalb eines Sektors wird daher als konstant angenommen. Beim Beschleunigen oder Abbremsen der Maschine entsteht somit durch die Geschwindigkeitsänderung innerhalb eines Sektors prinzipiell eine Fehlorientierung. Der Winkelfehler kann aufgrund des kleinen Betrages vernachlässigt werden kann. Bild 3.8 zeigt den Signalflussplan für die zeitliche Winkelinterpolation der Flusswinkel innerhalb eines Sektors. 0°
3. Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine 32 Zähler PLL Sektor wahl Tabelle DAC sign( ψ s) s ψ arg( is ) * Regelung PWM Endstufe Bild 3.8: Prinzip der zeitlichen Interpolation der Flusswinkel innerhalb eines Sektors. Aus der Tabelle kann der Winkel des Stromsollwertes ausgelesen werden Mit der in Bild 3.8 beschriebenen Anordnung ist es möglich, aus den zeitdiskreten Nulldurchgängen des Ständerflusses ein quasikontinuierliches Winkelsignal für den Sollwert des Ständerstromes zu generieren. Der Zähler liefert die Winkellage innerhalb eines Sektors, die Zählerfrequenz wird über den PLL auf die Rotorfrequenz synchronisiert. Die Sektorposition innerhalb der Tabelle wird durch die Sektorwahl direkt aus den Flussvorzeichen bestimmt. Die Tabelle enthält die Sinus- und Kosinuswerte eines Einheitszeigers. Durch Multiplikation mit dem Betrag des Drehmomentsollwertes kann so ein sinusförmiger Strom mit fester Orientierung zum Fluss der Maschine generiert werden. Durch die bei der Flusserfassung zugelassenen Vereinfachungen ist die zur Tabellenadressierung verwendete Absolutlage der Sektoren mit einem drehzahlabhängigen Winkelfehler behaftet. Die mittels PLL interpolierte Geschwindigkeitsinformation bleibt hiervon unberührt. Der Winkelfehler kann durch eine drehzahlabhängige Korrekturgröße in der Winkeltabelle berücksichtigt werden. Für die Erfassung der Flusssignale ist eine gewisse Mindestdrehzahl erforderlich. Erst bei einer hinreichend hohen induzierten Spannung kann durch Integration der Klemmenspannung der Ständerfluss sicher bestimmt werden. Wie bei der feldorientierten Regelung mit Signalrechner sind auch hier bei Stillstand der Maschine besondere Maßnahmen für den Anlauf erforderlich. Durch die Vorgabe des Sollstromwinkels über eine Tabelle ist es möglich, einen rotierenden Sollstromzeiger durch zyklisches Auslesen der Tabelle zu generieren. Damit ist sowohl der Hochlauf der Maschine als auch das Herunterfahren bis zum Stillstand möglich. Bild 3.9 zeigt das Prinzip. u s
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3. Feldorientierte Regelung der Synchronmaschine 32<br />
Zähler<br />
PLL<br />
Sektor<br />
wahl<br />
Tabelle DAC<br />
sign( ψ<br />
s)<br />
s<br />
ψ<br />
arg( is ) *<br />
Regelung<br />
PWM<br />
Endstufe<br />
Bild 3.8: Prinzip der zeitlichen Interpolation der Flusswinkel innerhalb<br />
eines Sektors. Aus der Tabelle kann der Winkel des<br />
Stromsollwertes ausgelesen werden<br />
Mit der in Bild 3.8 beschriebenen Anordnung ist es möglich, aus den<br />
zeitdiskreten Nulldurchgängen des Ständerflusses ein quasikontinuierliches<br />
Winkelsignal <strong>für</strong> den Sollwert des Ständerstromes zu generieren.<br />
Der Zähler liefert die Winkellage innerhalb eines Sektors, die Zählerfrequenz<br />
wird über den PLL auf die Rotorfrequenz synchronisiert.<br />
Die Sektorposition innerhalb der Tabelle wird durch die Sektorwahl direkt<br />
aus den Flussvorzeichen bestimmt. Die Tabelle enthält die Sinus- und<br />
Kosinuswerte eines Einheitszeigers. Durch Multiplikation mit dem Betrag<br />
des Drehmomentsollwertes kann so ein sinusförmiger Strom mit fester<br />
Orientierung zum Fluss der Maschine generiert werden.<br />
Durch die bei der Flusserfassung zugelassenen Vereinfachungen ist die<br />
zur Tabellenadressierung verwendete Absolutlage der Sektoren mit einem<br />
drehzahlabhängigen Winkelfehler behaftet. Die mittels PLL interpolierte<br />
Geschwindigkeitsinformation bleibt hiervon unberührt. Der Winkelfehler<br />
kann durch eine drehzahlabhängige Korrekturgröße in der Winkeltabelle<br />
berücksichtigt werden.<br />
Für die Erfassung der Flusssignale ist eine gewisse Mindestdrehzahl erforderlich.<br />
Erst bei einer hinreichend hohen induzierten Spannung kann<br />
durch Integration der Klemmenspannung der Ständerfluss sicher bestimmt<br />
werden. Wie bei der feldorientierten Regelung mit Signalrechner<br />
sind auch hier bei Stillstand der Maschine besondere Maßnahmen <strong>für</strong> den<br />
Anlauf erforderlich.<br />
Durch die Vorgabe des Sollstromwinkels über eine Tabelle ist es möglich,<br />
einen rotierenden Sollstromzeiger durch zyklisches Auslesen der Tabelle<br />
zu generieren. Damit ist sowohl der Hochlauf der Maschine als auch das<br />
Herunterfahren bis zum Stillstand möglich. Bild 3.9 zeigt das Prinzip.<br />
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