D Strom

D-Stromstärke

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Allgemeines[Bearbeiten | < Quelltext bearbeiten]

Vektorsteuerung ist ein Steuerungskonzept, bei dem Sinus- oder überwiegend Sinus- Wechselgrössen (z.B. Wechselspannungen und Wechselströme) nicht unmittelbar in ihrem momentanen Wert, sondern in einem für den Phasenwinkel innerhalb der Zeitspanne angepassten momentanen Wert gesteuert werden. Bei der Steuerung elektrischer Grössen für das sich drehende Koordinaten-System wird aus Praxisgründen fast immer eine mit zwei senkrechten Drehachsen d und q ausgewählt.

Das hat den Vorzug, dass es mit der räumlichen Vektordarstellung von Wechselspannungen und Wechselströmen und deren Beziehung untereinander übereinstimmt, so dass die jeweiligen Typen von Elektromaschinen unmittelbar eingesetzt werden können. Diese Vektorsteuerung, auch als Feldorientierung in Anlehnung an das Messfeld einer Elektromaschine bezeichnet, ermöglicht es einem Umrichter für E-Motoren, eine höhere Geschwindigkeit und Positionierungsgenauigkeit zu erreichen als eine Steuerung, die nur Wirkungswerte von Ströme und Spannungen einer oder mehrerer Perioden nutzt, die von einem Tiefpaßfilter gefiltert werden.

Der Einsatz der Vektorsteuerung ist jedoch nicht auf den Antrieb begrenzt; das Verfahren kann auch für Leistungsumrichter zur Netzeinspeisung eingesetzt werden. Häufigkeit und Phasenlage können entweder durch das Stromnetz festgelegt werden, sie werden dann wie in der Antriebssteuerung erfasst, oder der Umrichter selbst gibt diese Variablen an, z.B. in einem eigenständigen Stromnetz.

Das Vektor-Control hat seine Anwendungsgrenze erreicht, wenn die zu regelnden und zu vermessenden Messgrößen nicht mehr ausreichend Sinus sind. Dies ist jedoch bei Applikationen für Umrichter zu berücksichtigen, die nicht auf einen mechanischen Antrieb einwirken oder von ihm nicht unterstützt werden, sondern z.B. unmittelbar an anderen Umrichtern mitwirken ("Batterieumrichter im Standalone-Betrieb" 230 V~ Kompaktleuchtstofflampen).

Wenn Statorfluss und Statordstrom im drehenden D-Q-Feld des Synchronmotors parallelgeschaltet sind, ist das Moment gleich null. Der d- und q-Vektor sind rechtwinklig zueinander, der q-Wert repräsentiert das Moment und der durch den d-Wert die Magnetflussdichte und kann analog zu einer Direktstrommaschine mit PI-Regler simuliert werden. Die Drehmomente der Anlage können durch einen externen q-Sollwert beeinflußt werden.

Im Falle von im Läufer permanenterregten Synchronsynchronmotoren, wie sie für sogenannte bürstenlose DC-Motoren (BLDC) charakteristisch sind, ist der d-Sollwert im Drehzahlbereich Null, wenn die d- und q-Induktivitäten gleich groß sind, d.h. es gibt keinen Widerwillensbeitrag zum Moment. Um den Raumvektor im rechten Winkel einzustellen, ist ein Steuerkreis mit Rückmeldung an die Nähmaschine notwendig, der die Position des Polarrades anzeigt.

Im Synchronmaschinenbau wurde diese Rückmeldung üblicherweise mit drei Hall-Sensoren umgesetzt. Allerdings hat diese Rückmeldung vor allem bei niedrigen Drehzahlen immer größere Einbußen. Ein weiterer Weg, eine synchron isierte Welle ohne Sensoren mittels Vektorsteuerung zu bedienen, besteht in der mathematischen Kalkulation der erforderlichen Steuerungsparameter. Entscheidend dafür ist ein realitätsnahes und so genau wie mögliches Software-Modell der Anlage. Mit diesem Maschinenmodell berechnet ein digitales Signalverarbeitungsprogramm die für die Vektorsteuerung erforderlichen Kenngrößen wie Rotordrehwinkel und -geschwindigkeit.

Lediglich die drei Statordrähte der Anlage sind für dieses Messverfahren erforderlich. Weil der Startpunkt der Maschine in der Regel nicht verbunden ist, reicht es aus, zwei Statordrähte zu erfassen, so dass der dritte Statordrähte unweigerlich abgeleitet werden kann. Der Vektorregler von Rotationsfeldmaschinen wurde 1968 von K. Thomas K. D. Thomas am TH Darmstadt entwickelt und in der Promotionsarbeit von Felix Blaschke 1973 an der Technischen Universität Braunschweig mit dem Namen "Das Procedere der Fieldorientierung zur Regulation der Drehfeldmaschine" selbständig wiedergegeben.

In der Vektorsteuerung der ASM ist das Magnetspaltfeld entscheidend für das Laufverhalten. Hier sind die Wirk- und Blindströme Iw und Iu von Interesse. Die Blindleistung gewährleistet die Magnetizierung des Stators, der Wirkende Strom das Anzugsmoment. Besonders bei tiefen Tönen ist der Spannungsfall bei R so groß, dass kein vollständiger Blindstrom durch X fliessen kann und die Nähmaschine dann durch unzureichende Magnetizierung kein Moment mehr erhält.

Solche festen Verstärkungsfaktoren sind jedoch nur ein Kompromiß für eine mittelgroße Drehmomentausgabe, da das Moment auch einen aktiven Strom auslöst. Durch diesen aktiven Strom entsteht ein ähnlicher Spannungsverlust im Ersatzschaltplan des Stators R, weshalb der angestrebte Blindstrom auch hier nicht ideal ist. Im Falle eines defekten Blindstroms ist entweder das Moment zu niedrig oder die Anlage muss beim Übermagnetisieren einen großen Eisverlust in Hitze umwandeln.

Darüber hinaus ändert sich der Wirkungswiderstand R der Anlage bei Aufheizung auf einen nicht mehr zu unterschätzenden Betrag, insbesondere bei kleinen Geschwindigkeiten. Auch bei asynchronen Maschinen zur Positionierung bis zum Stillstand können in der Regel fast optimale Servo-Eigenschaften erzielt werden. Mit diversen Frequenzwandlern ist es heute auf dem neuesten technischen Niveau, dass die Vektor-Modulationssteuerung anpassungsfähig ist.

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