Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

256 12 Spezielle Steuerverfahren für Drehstrommaschinen
ω R
M el
u Str = 1...6 U
u Str= 0/7 U
t
M el,Soll
t
Bild 12.6.
Qualitativer Drehmomentverlauf in einer
Asynchronmaschine bei schrittartigen Änderungen
der Rotorfrequenz
Spannungssprung nur verzögert reagiert. Da die Schaltzeitintervalle gegenüber den entsprechenden
Zeitkonstanten klein sind, ergibt sich der dargestellte sägezahnförmige
Drehmomentverlauf.
Das Blockdiagramm in Bild 12.7 zeigt eine Regelstruktur nach dem Prinzip der direkten
Fluss- und Momentregelung. Mit Hilfe der Ausgangssignale von zwei Hysteresekomparatoren
für Flussbetrag und Drehmoment wird ähnlich wie bei der Stromzeigersteuerung
direkt in einer Tabelle der einzustellende Schaltzustand bestimmt. Die entsprechenden
Istwerte werden aus den gemessenen und transformierten Statorspannungen
und -strömen nach (12.5) und (12.6) berechnet. Dazu wird zusätzlich die Information benötigt,
in welchem π/3-Sektor SI bis SVI sich ΨS momentan befindet. Die Schaltstrategie
für einen Sektor ist in Bild 12.8 veranschaulicht. Es kommen jeweils zwei spannungsbildende
Zustände zum Zug, wovon einer den Flussbetrag kleiner und der andere grösser
werden lässt. Beide bewegen den Zeiger jedoch in erster Linie mit positivem Drehsinn in
tangentialer Richtung. In der ebenfalls abgebildeten Schalttabelle für den grau hinterlegten
Sektor ist ersichtlich, dass der Ausgang des Reglers für den Flussbetrag sΨ bestimmt,
welcher der beiden spannungsbildenden Zustände anzulegen ist. Der Momentregler
ist dagegen zuständig für den Wechsel zwischen spannungsbildenden Zustand und
Nullzuständen. Er kann damit den Flusszeiger vorübergehend zum Stillstand bringen und
auf diese Weise die mittlere Kreisfrequenz einstellen. Beim Umschalten auf einen Nullzustand
wird, wie schon bei den Stromzeigerregelungen, derjenige gewählt, der durch
Umschalten eines Brückenzweiges erreichbar ist, so dass die Schaltfrequenz möglichst
klein ausfällt. Die vollständige Schalttabelle für den vollen Kreisumfang besteht aus 6
gleichartigen Teiltabellen nach Bild 12.8, die je für einen Sektor SI bis SVI gelten.
Die direkte Flusssteuerung stellt ein sehr einfaches feldorientiertes Regelverfahren dar.
Es stellt über die Momentregelung automatisch die richtige Rotorkreisfrequenz ein, ohne
dass die Drehzahl der ASM bekannt sein muss. Das Verfahren ist ausserdem robust und
leicht implementierbar, da ausser RS keine der zum Teil betriebsabhängigen Maschinenparameter
verwendet werden. Die einzige Information über den Betriebszustand der Maschine
liefert der Statorstrom. In Ergänzung zum dargestellten Prinzip sind die folgenden
Feststellungen von Bedeutung:
- Die Schaltstrategie in Bild 12.8 gilt für eine Drehrichtung der Maschine. Für eine Umkehr
der Drehrichtung ist die Schalttabelle entsprechend zu erweitern.
- Im Bereich sehr kleiner Drehzahlen kann ωR bei angelegtem Nullzustand nur einen
kleinen negativen Wert erreichen, was einen langsamen Abbau des Drehmomentes zur