Feldorientierte Regelungsarten - Siemens SINAMICS G130 Projektierungshandbuch

Grundlagen und Systembeschreibung
Projektierungshinweise
Aufgrund dieser Eigenschaften empfiehlt sich der Einsatz der U/f-Steuerung im Wesentlichen bei Asynchronmotoren-
Antrieben mit geringen Anforderungen an Genauigkeit und Dynamik sowie bei Asynchronmotoren-Antrieben mit
eingeschränktem Drehzahlstellbereich, bei denen bei niedrigen Drehzahlen keine hohen Drehmomentanforderungen
auftreten. Die U/f-Steuerung kann sinnvoll eingesetzt werden bis zu Leistungen von ca. 100 kW – 200 kW sowie für
Gruppenantriebe mit Asynchronmotoren oder SIEMOSYN-Motoren. Je größer die Motorleistung wird, umso größer
wird auch die Schwingneigung bei niedrigeren Frequenzen. Daher ist bei solchen Antrieben eine sorgfältige Inbetrieb-
nahme – insbesondere der Resonanzdämpfung – erforderlich.
1.1.4.3

Feldorientierte Regelungsarten

Die feldorientierte Regelung ist ein hochwertiges Verfahren zur Regelung von Drehstrommotoren. Bei der feldorientier-
ten Regelung werden die den Motor beschreibenden Gleichungen nicht auf das ortsfeste Koordinatensystem des Stän-
ders (α-β-Koordinaten) bezogen, sondern auf das rotierende magnetische Feld des Läufers (d-q-Koordinaten). In
diesem rotierenden, am Läuferfeld orientierten Koordinatensystem lässt sich der Ständerstrom in zwei Komponenten
zerlegen, in die feldbildende Komponente I
•
Die feldbildende Stromkomponente I
Erregerstrom bei einem Gleichstrommotor vergleichbar.
•
Die drehmomentbildende Stromkomponente I
mit dem Ankerstrom bei einem Gleichstrommotor vergleichbar.
Somit ergibt sich eine dem Gleichstrommotor vergleichbare Regelungsstruktur. Durch die unabhängige und direkte
Regelung der feldbildenden Stromkomponente I
Genauigkeit und vor allem eine hohe Dynamik erreicht.
Das folgende Bild zeigt die prinzipielle Struktur der feldorientierten Regelung eines Asynchronmotors.
Feldorientierte Regelung
Drehzahl- n
soll
sollwert
Prinzipielles Strukturbild der feldorientierten Regelung eines Asynchronmotors
Die drei gemessenen Istwerte der Motorströme I
Koordinatenwandlung (KW) beinhaltet, in die zwei Stromkomponenten I
systems gewandelt. Im Falle eines symmetrischen Drehstromsystems im Motor mit rein sinusförmigen und jeweils um
120° phasenverschobenen Motorströmen nehmen I
I bzw. I verglichen und dem I
d soll q soll
die zwei Spannungskomponenten U
Koordinatenwandlung (KW) wandelt die zwei Spannungskomponenten in das ortsfeste α-β-Koordinatensystem. Der
für diese Koordinatenwandlung erforderliche Winkel ρ zwischen dem rotierenden d-q-Koordinatensystem und dem
ortsfesten α-β-Koordinatensystem wird vom Motormodell berechnet. Aus den zwei Spannungskomponenten U
U erzeugt der Steuersatz die Pulsmuster zur Steuerung der IGBTs in den drei Phasen des Leistungsteils des
β
Umrichters.
SINAMICS Projektierungshandbuch – Februar 2020
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© Siemens AG
und die drehmomentbildende Komponente I
d
ist für das Magnetfeld im Motor verantwortlich und daher mit dem
d
und der drehmomentbildenden Stromkomponente I
d
I -Stromregler
d
Fluss- I
d soll
modell
I -Stromregler
q
Drehzahl- I
q soll
regler
, I
L1 L2
d ist
-Stromregler bzw. dem I
d
bzw. U
d soll q soll
ist für das Drehmoment des Motors verantwortlich und daher
q
U
d soll
U
KW
U
U
q soll
ρ
Motor-
modell
I
q ist
mit
I
d ist
KW
n
ist gerechnet
n
ist
und I werden mit Hilfe eines Motormodells, welches eine
L3
und I
d ist q ist
und I konstante Werte an. Sie werden mit ihren Sollwerten
q ist
-Stromregler zugeführt. Die Ausgänge der Regler liefern
q
im rotierenden d-q-Koordinatensystem. Die anschließende
.
q
wird eine hohe
q
Netz
Umrichter
Steuer-
α
satz
(Leistungsteil)
U
L1
β
U
L2
U
L3
L L
1 2
U
I
L1
I
L2
I
L3
n
ist
Motor
G
des rotierenden d-q-Koordinaten-
L
3
und
α