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antriebstechnik 12/2015

antriebstechnik 12/2015

Beschleunigungs- und

Beschleunigungs- und Bremsvorgang Drehzahlsollwert: Leerlauf m W = 0; Zweimassendrehschwinger: J A = J M = 0.06 kg m 2 ; ƒ 0 = 19,6 Hz Klassische Drehzahlregelung mit gemessener Motordrehzahl Zeitliche Verläufe von 13 a „gemessenem“ und geschätztem Luftspaltmoment m i (t) 13 b gemessenem und geschätztem Wellenmoment m Wel (t) 13 c gemessener und geschätzter Motordrehzahl n M (t) 13 d gemessener und geschätzter Lastdrehzahl n A (t) 13 e der Ständerhauptreaktanz X h (t) Frequenzwandlungen erfolgen dabei bereits im Klemmenkasten der ASM. Neben einer Reihe weiterer Vorteile zeichnet sich die Lösung vor allem dadurch aus, dass die Potentialtrennung sicher gewährleistet ist und dass von der Leistungselektronik verursachte Störungen vom Signalprozessor ferngehalten werden. Das Prinzip wird am Beispiel der Ständerspannungskomponente u 1α (t) erläutert [18, 19]: Mittels eines Spannungs-/Frequenz-Wandlers wird die auf einen Wertebereich ± 5 V geteilte, i. Allg. nicht sinusförmige Spannung u 1α (t) zusammen mit einer Referenzspannung U 0 = 5 V in eine proportionale Frequenz ƒ u1α (t) gewandelt. Nach einer optischen Übertragung summiert ein Zähler des Signalprozessorsystems die vom Spannungs-/Frequenz-Wandler abgegebenen Impulse kontinuierlich auf. Die Differenz der Zählerstände von zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten entspricht exakt dem Integral der Ständerspannung u 1α (t) über eine Abtastperiode h = T A : Darin ist z u0 die der Referenzspannung U 0 entsprechende Impulszahl und k u/f der Übertragungsfaktor des Spannungs-/Frequenz- Wandlers. Der Prüfstand besteht im Wesentlichen aus zwei umrichtergespeisten, feldorientiert geregelten, vierpoligen 7,5 kW-Asynchronmaschinen mit Schleifringläufer. Beide ASM sind über eine elastische Stahlwelle gekoppelt. Der dadurch entstehende Zweimassendrehschwinger hat die Parameter: J M = J A = 0.06 kg m 2 , f 0 = 19.6 Hz 66 antriebstechnik 12/2015

SCHWINGUNGSDÄMPFUNG Die erste als Versuchsmaschine dienende DGASM wird entweder klassisch feldorientiert oder zustandsgeregelt, die zweite als Belastungsmaschine dienende ASM wird drehmomentgeregelt betrieben. Zur Messung der Motordrehzahl n M (t), der Lastdrehzahl n A (t), des Wellenmomentes n Wel (t), des Luftspaltmomentes m i (t) und des Last- bzw. Antriebsmomentes m w (t) sind an beiden ASM hochauflösende IGR´s angebracht. Das „gemessene“ Luftspaltmoment der antreibenden ASM wird aus der gemessenen Motordrehzahl n M (t) und dem gemessenen Wellenmoment m Wel (t) über Beschleunigungs- und Bremsvorgang Drehzahlsollwert: Leerlauf m W = 0; Zweimassendrehschwinger: J A = J M = 0.06 kg m 2 ; ƒ 0 = 19,6 Hz Vergleich der zeitlichen Verläufe des gemessenen Wellenmomentes m Wel (t) ermittelt. In analoger Weise wird das „gemessene“ Lastmoment m W (t) aus dem gemessenen Wellenmoment m Wel (t) und der gemessenen Lastdrehzahl m A (t) über bestimmt. Alle Größen sind normiert dargestellt, wodurch die Ergebnisse relativ allgemeingültig werden. Für die normierte Zeit gilt: t‘ = t/T N , wobei T N = 20 ms = Netzperiodendauer Bei der Normierung der Drehmomente und der Drehzahlen sind das Nennmoment bzw. die synchrone Drehzahl der ASM bei Speisung mit Nennfrequenz als Bezugsgrößen gewählt worden: 14 a Klassische feldorientierte Regelung mit gemessener Motordrehzahl M B = M n Bild 09 zeigt das Leistungsvermögen der Schätzeinrichtung für Antriebe mit DGASM und schwingungsfähigem mechanischen System nach. Für den dynamisch härtesten Betriebsfall „Periodisches Reversieren“ sind ■ das „gemessene“ und geschätzte (Index obs = observer) Luftspaltmoment m i (t) der DGASM, ■ das gemessene und geschätzte Wellenmoment m Wel (t), ■ die gemessene und geschätzte Motordrehzahl n M (t) (Drehzahl der DGASM) und ■ die gemessene und geschätzte Lastdrehzahl n A (t) jeweils einander gegenübergestellt. Außerdem ist ■ der zeitliche Verlauf der sättigungsabhängigen Ständerhauptreaktanz X h (t) während eines Reversiervorganges dargestellt. Die DGASM wird dabei feldorientiert drehmomentgeregelt betrieben. Beim Erreichen der Umschaltdrehzahlen n u = 1.0 ± 0.4 wird der Sollwert des Luftspaltmomentes umgepolt. Man erkennt, dass die für eine aktive Schwingungsdämpfung benötigten Zustandsgrößen des mechanischen Systems mit hoher Genauigkeit aus den gemessenen Ständerspannungen, Ständerströmen und Läuferströmen der DGASM rekonstruiert werden. Man sieht auch, dass es für eine hohe Schätzgenauigkeit notwendig ist, die Sättigungsabhängigkeit der Ständerhauptreaktanz X h zu berücksichtigen. Sie ändert sich während eines Reversiervorganges um ± 20 % gegenüber ihrem Mittelwert. Bild 10 zeigt die zeitlichen Verläufe von ■ „gemessenem“ und geschätztem Last-/Antriebsmoment m w (t), ■ gemessenem und geschätztem Wellenmoment m Wel (t), ■ gemessener und geschätzter Motor-/Generatordrehzahl n M (t), ■ gemessener und geschätzter Lastdrehzahl n A (t), ■ Soll- und Istwert der Ständerwirkleistung und p 1 (t), ■ „gemessenem“ und geschätztem Luftspaltmoment m i (t), 14 b Aktive Schwingungsdämpfung mittels Zustandsregelung mit gemessenen Größen 14 c Aktive Schwingungsdämpfung mittels sensorloser Zustandsregelung antriebstechnik 12/2015 67

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