HARTMANN MATTHIAS (DE)
REINHARDT VOLKMAR (DE)
EPSKAMP TORSTEN (DE)
HARTMANN MATTHIAS (DE)
REINHARDT VOLKMAR (DE)
Patentansprüche: 1. Verfahren zum Ansteuern eines optimalen Betriebspunktes bei einer Synchronmaschine, insbesondere im quasistationären Betrieb, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt für die Synchronmaschine mittels einer FEM-Methode oder mittels einer Messmethode eine funktionale Abhängigkeit der Spannungskomponenten Ud, Uq, UE von den Stromkomponenten ld, lq, lE bestimmt wird, und daraus gem die jeweilige Abhängigkeit der Flusskomponente von den Stromkomponenten ld, Iq- Έ bestimmt wird, wobei R und R2 die ohmschen Widerstände der entsprechenden Wicklungen der Synchronmaschine sind, in einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt die Synchronmaschine im geregelten Betrieb betrieben wird und dabei ein Betriebspunkt gemäß bestimmt und daraufhin geregelt wird. 2. Verfahren zum Regeln einer Synchronmaschine, insbesondere bei konstanter Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt für die Synchronmaschine mittels einer FEM-Methode oder mittels einer Messmethode eine funktionale Abhängigkeit der Spannungskomponenten Ud, Uq, UE von den Stromkomponenten ld, lq, lE bestimmt wird, und daraus gem die jeweilige Abhängigkeit der Flusskomponente von den Stromkomponenten ld, lq, lE bestimmt wird, wobei R1 und R2 die ohmschen Widerstände der entsprechenden Wicklungen der Synchronmaschine sind, in einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt die Synchronmaschine im geregelten Betrieb betrieben wird, wobei ein Regelverfahren verwendet wird, das gemäß arbeitet. 3. Synchronmaschine zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Signalelektronik ein Regler zur Durchführung des geregelten Betriebes angeordnet ist, wobei Stromerfassungsmittel mit dem Regler elektrisch verbunden sind und das Ausgangssignal des Reglers zum Stellen der Spannung für die Synchronmaschine vorgesehen ist, indem mittels der Signalelektronik entsprechend dem Ausgangssignal pulsweitenmodulierte Ansteuersignale steuerbaren Leistungshalbleiter eines Wechselrichters zugeführt werden, wobei der Wechselrichter die Synchronmaschine speist. |
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines optimalen Betriebspunktes bei Synchronmaschine, ein Verfahren zum Regeln einer Synchronmaschine und eine
Synchronmaschine. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Synchronmaschine besser zu betreiben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Verfahren zum Ansteuern eines optimalen Betriebspunktes bei einer Synchronmaschine nach den in Anspruch 1 , bei dem Verfahren zum Regeln einer Synchronmaschine nach den in Anspruch 2 und bei der
Synchronmaschine nach den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Verfahren sind, dass es zum Ansteuern eines optimalen Betriebspunktes bei einer Synchronmaschine, insbesondere im quasistationären Betrieb, vorgesehen ist, wobei in einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt für die Synchronmaschine mittels einer FEM-Methode oder mittels einer Messmethode eine funktionale Abhängigkeit der Spannungskomponenten U d , U q , U E von den Stromkomponenten l d , l q , l E bestimmt wird, und daraus gemäß
die jeweilige Abhängigkeit der Flusskomponente von den Stromkomponenten
l d , lq- Έ bestimmt wird, wobei die mit Schlange gekennzeichneten Variablen die Integrationsvariablen darstellen, wobei Ri und R 2 die ohmschen Widerstände der entsprechenden Wicklungen der
Synchronmaschine sind, in einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt die Synchronmaschine im geregelten Betrieb betrieben wird und dabei ein Betriebspunkt gemäß
bestimmt und daraufhin geregelt wird.
Von Vorteil ist dabei, dass ein optimaler Betriebspunkt ansteuerbar ist, zu dessen
Bestimmung die Sättigungsabhängigkeiten in der Maschine vollständig beschrieben sind.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Regeln einer Synchronmaschine, insbesondere bei konstanter Drehzahl, sind, dass in einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt für die Synchronmaschine mittels einer FEM-Methode oder mittels einer Messmethode eine funktionale Abhängigkeit der Spannungskomponenten U d , U q , U E von den Stromkomponenten l d , l q , l E bestimmt wird, und daraus gemäß die jeweilige Abhängigkeit der Flusskomponente von den Stromkomponenten
l d , l q , I E bestimmt wird, wobei R T und R 2 die ohmschen Widerstände der entsprechenden Wicklungen der
Synchronmaschine sind, in einem zweiten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt die Synchronmaschine im geregelten Betrieb betrieben wird, wobei ein Regelverfahren verwendet wird, das gemäß
arbeitet. Von Vorteil ist dabei, dass optimierte Regelverfahren verwendbar sind, da die Maschine mit ihren gesamten Sättigungsabhängigkeiten beschrieben ist.
Wichtige Merkmale bei der Synchronmaschine sind, dass in einer Signalelektronik ein Regler zur Durchführung des geregelten Betriebes angeordnet ist, wobei Stromerfassungsmittel mit dem Regler elektrisch verbunden sind und das
Ausgangssignal des Reglers zum Stellen der Spannung für die Synchronmaschine vorgesehen ist, indem mittels der Signalelektronik entsprechend dem Ausgangssignal pulsweitenmodulierte Ansteuersignale steuerbaren Leistungshalbleiter eines Wechselrichters zugeführt werden, wobei der Wechselrichter die Synchronmaschine speist. Von Vorteil ist dabei, dass die erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise
durchführbar sind.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen
Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Der erfindungsgemäße Antrieb umfasst einen Synchronmotor, welcher eine
Erregerfeldwicklung aufweist, beispielsweise auf seinem Rotor. Hierbei fließt ein
Erregerstrom l_E durch die Erregerwicklung. Die Statorwicklungen werden von einem
Wechselrichter gespeist, dessen steuerbare Leistungshalbleiterschalter von einer
Steuerelektronik Ansteuersignale zugeführt werden. Der Steuerelektronik wird der erfasste Motorstrom zugeführt, wobei aus diesen Werten mittels einer Regeleinheit ein Stellwert für die Ausgangsspannung des Wechselrichters bestimmt wird, aus welcher der Motor gespeist wird.
Innerhalb der Regeleinheit wird ein Motormodell, das auch als Maschinenmodell
bezeichenbar ist, verwendet. Hierbei werden die Größen in einem üblichen (d,q)-
Koordinatensystem dargestellt, dessen Achsen also in Richtung des momentbildenden Stromanteils und flussorientierten Stromanteils orientiert sind. Außerdem werden die Größen der Erregerwicklung mit dem Index E bezeichnet. In der Figur 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch skizziert.
In einem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschritt wird mittels einer FEM-Methode, also Finite-Elemente-Methode, der Motor modelliert. Dabei werden insbesondere die bestromten Wicklungsdrähte und die vorhandenen Materialien, wie Stahlblech oder dergleichen, mit ihren elektrischen und magnetischen Eigenschaften in einem Rechner rechentechnisch abgebildet und dann die jeweilige Abhängigkeit der Spannungskomponenten U d , U q , U E von den Stromkomponenten l d , l q , IE bestimmt. Auch die ohmschen Widerstände Ri der d- Wicklung und R 2 der q-Wicklung der entsprechenden Wicklungen des Motors sind mittels der FEM-Methode bestimmbar.
Alternativ zur FEM-Methode sind die genannten Werte und Abhängigkeiten auch
messtechnisch bestimmbar.
Mittels des Gleichungssystems
wird die jeweilige Abhängigkeit der Flusskomponente von den
Stromkomponenten l d , l q , l E bestimmt.
Für konstante Drehzahl und betragskonstante Ströme und Spannungen, also im quasistationären Zustand des Motors, wird ein Betriebspunkt aus dem folgenden
Gleichungssystem
bestimmt. Hierbei sind also auch die Sättigungseigenschaften berücksichtigt. Somit ist also ein Optimaler Betriebspunkt bestimmbar, der zu den drei Spannungskomponenten die optimalen Stromkomponenten umfasst.
Im nicht-stationären, also dynamischen, Betrieb bei konstanter Drehzahl sind die
Stromverläufe aus den Spannungsverläufen bestimmbar gemäß:
Mittels dieses Gleichungssystems lässt sich ein Regelverfahren für den Synchronmotor betreiben. ln allen Fällen gilt für permanenterregte Motoren, dass l E als konstant einsetzbar ist.