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Folie 1
Vorlesung
Elektrische Aktoren und Sensoren in geregelten
Antrieben
„feldorientierte Regelung“
Prof. Dr.‐Ing. Ralph Kennel
(ralph.kennel@tum.de)
Technische Universität München
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik
Arcisstraße 21
80333 München
Folie 2
Aufgabenstellung
Umrichter Synchron-
maschine
gesucht wird eine möglichst einfache Regelungsstruktur !
Folie 3
Standard-Struktur einer Antriebsregelung
- --
Drehzahl-regelung
Drehmoment-/StromRegelung
M3~
i
Lageregelung
Lagegeber
Tacho
Kommutierungssignale
s*
s
n* i*
n
Folie 4
Aufgabenstellung
Umrichter Synchron-
maschine
gesucht wird eine möglichst einfache Regelungsstruktur !
Folie 5
DC and AC Machines
DC machine
asynchronous machine
EC motor/BLDC motor
synchronous machine
Folie 6
Feldorientierung … man „sitzt“ quasi – wie das feldorientierte Koordinatensystem –
auf dem Rotor und rotiert mitsamt dem magnetischen Feld
B
If
B
… dann kann man die gleichen Gleichungen
wie bei der Gleichstrommaschine verwenden
7
Synchronmaschine Systemgleichungen :
-1,000
-0,750
-0,500
-0,250
0,000
0,250
0,500
0,750
1,000
0,000 0,250 0,500 0,750 1,000
8
Raumzeiger-Transformation (Clarke-Transformation)
e.g. Induction motor stator – steady state -
3 phases, alternating current, alternating flux
rotating field
Simplest representation = 2 coils with dc current
rotating with field
This is exactly what a phasor diagram does –
magnitude and angle, synchronously rotating
Feldorientierung Park‘sche Gleichungen
Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne
Folie 9
10
23 – Transformation
Raumzeiger-Transformation (Clarke-Transformation)
-1,000
-0,750
-0,500
-0,250
0,000
0,250
0,500
0,750
1,000
0,000 0,250 0,500 0,750 1,000
11
Raumzeiger-Transformation (Clarke-Transformation)
3:2 Phase Transformation
The , coils need to mimic the mmfs from the a,b,c coils – assume same turns
in , coils as in a,b,c and first harmonic only:-
cbcba
cbacba
i2
3i
2
3)150cos(i)30cos(i)90cos(ii
i2
1i
2
1i)240cos(i)120cos(i)0cos(ii
i C i
i
i
i
i
i
old new
a
b
c
1 12
12
03
2
3
2
Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne
Clarke Folie 12
Rotating to Fixed Axes Transformation
e.g. Synchronous or Induction machine needs
first 3:2:- then rotating to fixed:-
i
i
i
i
v
v
v
v
d
q
d
q
cos sin
sin cos
cos sin
sin cos
Note that [C]t*=[C]-1 for this transformation
Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne
Park Folie 13
14
dq-Transformation (Park-Transformation)
-1,000
-0,750
-0,500
-0,250
0,000
0,250
0,500
0,750
1,000
0,000 0,250 0,500 0,750 1,000
15
dq-Transformation (Park-Transformation)
in feldorientierten Koordinaten
hat man es im stationären Betrieb
nur noch mit Gleichgrößen zu tun !!!
16
dq-Transformation (Park-Transformation)
in feldorientierten Koordinaten
hat man es im stationären Betrieb
nur noch mit Gleichgrößen zu tun !!!
ud
uq
u
u
cos sin
-sin cos =
17
Synchronmaschine Systemgleichungen in dq-Darstellung
… die Gleichungen sind identisch
den den Gleichungen
einer Gleichstrommaschine !!!
Rkq
d
Xaq
XlIq Ra
Vq
Xkq
q axis
sieht dem elektrischen
Ersatzschaltbild der
Gleichstrommaschine
sehr ähnlich
die Synchronmaschine
lässt sich in Feldkoordinaten
wie eine Gleichstrommaschine
regeln
Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne
Synchronmaschine Systemgleichungen in dq-Darstellung
10.12.200
9
Folie 18
(Laplace-Bereich)
19
Synchronmaschine Systemgleichungen in dq-Darstellung
… die Gleichungen sind identisch
den den Gleichungen
einer Gleichstrommaschine !!!
20
Übertragungsfunktion der SM
X
X
21
-
Stromregler
d-Achse
Stromregler
q-Achse
Umrichter PMSM (elektr.)
-
Regelungsstruktur für die SM
Folie 22
Standard-Struktur einer Antriebsregelung
- --
Drehzahl-regelung
Drehmoment-/StromRegelung
M3~
i
Lageregelung
Lagegeber
Tacho
Kommutierungssignale
s*
s
n* i*
n
-
Feldschwächung
- -
-
M-Regler Strom-Regler
Feld-Regler
Ma-schinen-modell
ej
e-j
e-j
M3~
i
u
Encoder
n* i*q
i*d*
für Asynchron-
maschinen
für Synchron-
maschinen
Folie 23
feldorientierte Regelung
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