Untitled - vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich

4.3 Stromregelung 77
Die kompliziertere Struktur der Amplituden-Regelung hat den Vorteil, dass der Regler
im stationären Fall Gleichgrössen zu verarbeiten hat. Dasselbe gilt für einen allfälligen
Regelkreis für die Phase ϕ u . Damit lässt sich der Strom mit PI-Reglern prinzipiell stationär
exakt, d.h. ohne ständige Regelabweichung, dem Sollwert nachzuführen. Wie gut die
Nachführung in der Praxis ist, hängt von der Qualität des Modulators ab, der die Umsetzung
des Spannungssollwertes aus Amplitude und Phase in Zeitfunktionen zu übernehmen
hat.
Dreiphasige Regelungen: Bei dreiphasigen Regelungen stehen neben der Darstellung
der Grössen als Zeitfunktionen auch die Dreh- und Festzeigerdarstellung zur Auswahl.
Die letztere eignet sich besonders für komplexe Regelalgorithmen. Beispiel dafür sind die
feldorientierte Regelung einer Maschine oder die getrennte Wirk- und Blindleistungsregelung
eines Stromrichters am Netz.
Bild 4.5 zeigt die Stromregler für die verschiedenen Beschreibungsarten. Die Regelung
der Phasenströme (Bild 4.5 oben) bedingt 3 getrennte Regelkreise. Der Modulator setzt
die 3 Spannungssollwerte, die als Zeitfunktionen anliegen, in Steuersignale um. Wie beim
entsprechenden einphasigen Regler sind auch hier die Phasenströme gegenüber dem Sollwert
stets leicht verzögert. Da schaltungsbedingt die Summe der Phasenströme null ist,
d.h. nur zwei Freiheitsgrade existieren, beeinflussen sich die 3 Regelkreise gegenseitig.
Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass dadurch keine Instabilitäten entstehen. Weiter
sind die verzerrten Stromistwerte für eine optimales Verhalten der Regelung normalerweise
leicht zu filtern. Es gibt daneben allerdings auch für dreiphasige Schaltungen nichtlineare
Regelverfahren (Kapitel 11 und 12), die auf der Basis der verzerrten Ströme arbeiten.
Erfolgt die Regelung mit Zeigern, so entspricht dies jeweils zwei separaten Regelkreisen
für die Zeigerkomponenten. Im Falle der Drehzeiger (Bild 4.5 mitte) sind die verarbeiteten
Grössen weiterhin Zeitfunktionen, das heisst im stationären Betrieb sinusförmig.
Das Problem der ständigen Regelabweichungen bleibt bestehen. Dies ändert sich, wenn
die Regelung mit Festzeigern (Bild 4.5 unten) arbeitet. Hier sind die Grössen im stationären
Fall Gleichgrössen, so dass die Regler die Sollwerte exakt einstellen können. Dafür
muss dem Modulator als zusätzliche Information die Grundfrequenz in Form eines zeitabhängigen
Referenzwinkels ω 1t zugeführt werden. Dieser entspricht der Lage des rotierenden
dq-Koordinatensystems in Bezug auf das ruhende αβ-System. Wie im letzten Abschnitt
in Kapitel 4.2 erklärt wurde, erfolgt die Steuerung der Stromzeigerkomponenten
im Falle der idealisierten Standardlast jeweils über die orthogonale Komponente der
Stromrichterspannung. Dies entspricht der im Bild angedeuteten Auskreuzung der Sollwertkomponenten.
In der Praxis weist die Lastimpedanz stets einen mehr oder weniger
grossen ohmschen Anteil auf. Dadurch ergibt sich wie bereits erwähnt eine frequenzabhängige
Kopplung der beiden Regelkreise. Sie führt dazu, dass die Regelstruktur auch anders
aussehen kann: z.T. werden Kopplungsnetzwerke eingesetzt, welche aus 4 frequenzabhängigen
Übertragungsfunktionen bestehen oder es ist sogar eine direkte Aufschaltung
der Reglerausgänge ohne Auskreuzung der Komponenten möglich (gestrichelte Linien
im Bild).