Bestimmung von räumlichen Induktivitätsunterschieden in Asynchronmaschinen aus den Stromeinschwingvorgängen mit dem Ziel der mechanisch sensorlosen Rotor-/ Flusslagebestimmung

Abstract

Asynchronmotore werden durch die rasante Entwicklung auf dem Gebiet der Leistungselektronik und wegen moderner Regelungstechniken immer häufiger eingesetzt. Dadurch lassen sich statische und dynamische Betriebe realisieren. Für die Regelung werden neben den Maschinenparameter auch Systemgrößen benötigt. Beispielsweise ist für die flussorientierte Regelung ein Drehgeber zur Drehzahlerfassung notwendig. Durch zusätzliche Komponenten hat man mehr Fehlerquellen und das System verteuert sich. Daher wird an neuartigen Methoden geforscht. Eine Methode ist das INFORM-Verfahren, welches Asymmetrien zufolge der Sättigung in der Maschine nutzt. Dabei wird die Modulation zufolge der Sättigung beobachtet, wodurch die Flusslage identifiziert werden kann. Die Modulationserscheinung kann durch Auswertung der Stromanstiege in den Statorspulen beobachtet werden. Neben der Sättigung tragen auch andere Modulationseffekte zu einer räumlichen Asymmetrie bei. In der Versuchsmaschine kommt es zur Überlagerung mehrerer Asymmetrien und den damit verbundenen Induktivitätsunterschieden. Neben der Sättigung und der Rotornutung kann auch eine Intermodulation beobachtet werden. Ähnlich dem INFORM Verfahren kann dies durch einen Induktivitätsasymmetrieraumzeiger (kurz IAS-Zeiger) durch Messung der Stromanstiege beschrieben werden. Um den Stromanstieg hinreichend genau zu bestimmen, ist ein relativ langer Spannungspuls notwendig, da dem interessierenden Stromanstieg ein transienter Einschwingvorgang überlagert ist, welcher eine genaue Stromanstiegsbestimmung bei kurzen Pulsen erschwert. Als transienter Einschwingvorgang wird hier eine höherfrequente, instationäre Schwingung bezeichnet. Mittels verschiedener Verfahren wird versucht, eine Steigungsschätzung zu entwickeln, wodurch eine hinreichend genaue Bestimmung der räumlichen Induktivitätsunterschiede möglich ist. Ziel ist es die Rotorlage aus dem Rotornutungssignal zu berechnen. Deshalb muss die Sättigung und die Intermodulation kompensiert werden.

Controlled induction machines are often used in industrial applications. Static and dynamic operations can be realised. For the feedback-control an encoder to measure the rotational speed is required. This component is expensive and an additional source for failure. The research has focused on the development of control methods without the need of an encoder. One possibility is the INFORM (Indirect Flux detection by Online Reactance Measurement)- method, which uses asymmetrical information according to the saturation of the iron. So it is possible to estimate the flux position in the machine. By establishing a transient excitation the response of the current can be obtained. The change of the stator current due to these testpulses is evaluated by using the INFORM method. But the saturation is not the only modulation effect in the machine. There are other effects which cause the spatial asmmetry. For example the rotor slotting or the intermodulation effect. To describe these asymmetric behavior the inductance-asymmetry-space vector (IAS-space vector) is introduced. For a good estimation of the stator current slope a relatively long excitation is necessary, because the current slope is superposed with a transient oscillation. For the long excitation the control operation is interrupted in order to apply the testpulses. Different methods, such as subtraction of the mean-oscillation and signal-filtering have been applied, in order to decrease the necessary length of the excitation. The slotting-signal is used for calculating the rotor position. Therefore the saturation- and intermodulation-signal has to be compensated.