Sensorlose feldorientierte Regelung elektrischer Drehfeldmaschinen von Prof. Dr.-Ing. Andreas Baral
Einleitung
Zu Beginn des Beitrags wird ausführlich auf die feldorientierte Regelung in Verbindung mit einem Drehgeber eingegangen, um anschließend die Struktur der sensorlosen feldorientierten Regelung (d. h.
ohne Verwendung eines Drehzahlgebers) zu erläutern. Feldorientierte Regelung von Asynchronmaschinen
Ziel der feldorientierten Regelung ist das unabhängige Einstellen des magnetischen Flusses und des Drehmoments. Beispielsweise ist in Bezug auf die Funktionsweise der Asynchronmaschine bekannt, dass
der Fluss und das Drehmoment bei Betrieb am starren Drehstromnetz miteinander gekoppelt sind und sich gegenseitig beeinflussen.
Um eine Entkopplung der beiden Größen zu erreichen, wird das im dreiphasigen Drehstromsystem beschriebene Modell der Asynchronmaschine in ein zweiphasiges System (a-/b-System) überführt.
Durch eine Drehtransformation des a-/b-Systems um den Koordinatenursprung lassen sich Quasi-Gleichgrößen (d-/q-System) aus den vormaligen Wechselgrößen erzeugen. Der Transformationswinkel,
mit dem die Drehtransformation erfolgt, bestimmt dabei maßgeblich die Aussagekraft der d-/q-Größen. Mithilfe der gezeigten Transformation lässt sich ein mathematisches Modell der Asynchronmaschine
beschreiben, in dem das Drehmoment, die Drehzahl und der magnetische Fluss weitestgehend unabhängig voneinander eingestellt werden können. Durch die Beschreibung des Modells mit Quasi-
Gleichgrößen kann die Auslegung der Regler mithilfe der klassischen linearen Regelungstheorie und in Anlehnung an die Regelung vonGleichstrommaschinen geschehen.
Magnetische Felder in der Gleichstrommaschine
Die Gleichstrommaschine besteht in ihrer Grundausführung aus einem Zweiwicklungssystem, nämlich der Erreger- und der Ankerwicklung. Der Ankerstrom wird in der neutralen Zone durch den
Kommutator gewendet. Der Kommutator stellt dabei sicher, dass 185 der Ankerstrom unter dem Erregerpol immer in dieselbe Richtung fließt.
