Feldorientierte Regelung

Prof. Dr.‐Ing. Hans‐Georg Herzog(hg.herzog@tum.de)

Prof. Dr.‐Ing. Ralph Kennel(ralph.kennel@tum.de)

Technische Universität MünchenArcisstraße 21

80333 München

DC and AC Machines

DC machine

asynchronous machine

EC motor/BLDC motorsynchronous machine

Control Schemes

- --

Drehzahl-regelung

Drehmoment-/StromRegelung

M3~

i

Lageregelung

Lagegeber

Tacho

Kommutierungssignale

s*

s

n* i*

n

position controllerspeed

controller

torque/currentcontroller

commutation signals

tacho generator

position encoder

servomotor

cascaded control with 3 control loops

-

Feldschwächung

- -

-

M-Regler Strom-Regler

Feld-Regler

Ma-schinen-modell

ej

e-j

e-j

M3~

i

u

Encoder

n* i*q

i*d*

for asynchronousmachines

field weakening field controller

speedcontroller

currentcontrollers

machine

model

for synchronousmachines

AC Drive Control

dq0-Transformation

Feldorientierung… man „sitzt“ quasi – wie das feldorientierte Koordinatensystem –

auf dem Rotor und rotiert mitsamt dem magnetischen Feld

B

If

B

… dann kann man die gleichen Gleichungenwie bei der Gleichstrommaschine verwenden

e.g. Induction motor stator – steady state -

3 phases, alternating current, alternating flux

rotating field

Simplest representation = 2 coils with dc current

rotating with field

This is exactly what a phasor diagram does –

magnitude and angle, synchronously rotating

FeldorientierungPark‘sche Gleichungen

Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne

3:2 Phase Transformation

The , coils need to mimic the mmfs from the a,b,c coils – assume same turns

in , coils as in a,b,c and first harmonic only:-

cbcba

cbacba

i2

3i

2

3)150cos(i)30cos(i)90cos(ii

i2

1i

2

1i)240cos(i)120cos(i)0cos(ii

i C i

i

i

i

i

i

old new

a

b

c

1 12

12

03

2

3

2

Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne

Clarke

Rotating to Fixed Axes Transformation

e.g. Synchronous or Induction machine needs

first 3:2:- then rotating to fixed:-

i

i

i

i

v

v

v

v

d

q

d

q

cos sin

sin cos

cos sin

sin cos

Note that [C]t*=[C]-1 for this transformation

Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne

Park

Rkq

d

Xaq

XlIq Ra

Vq

Xkq

q axis

Sieht dem elektrischen Ersatzschaltbild

der Gleichstrommaschine sehr ähnlich

die Synchronmaschine lässt sich in Feldkoordinaten

wie eine Gleichstrommaschine regeln

Source : Prof. Alan Jack – University of Newcastle upon Tyne

Sensorless control for PMSM

PMSM and Field oriented control

Model of PMSM

Clark Transformation

Park Transformation

Institute for Electrical Drive Systems & Power Electronics Student Jiangtao Lu, Technische Universität München

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Feldorientierte RegelungStromregelung in Feldkoordinaten

Feldorientierte RegelungStromregelung in Statorkoordinaten