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Sensorlose Temperaturidentifikation nach Wiedereinschaltung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000028359D
Original Publication Date: 2004-Jun-25
Included in the Prior Art Database: 2004-Jun-25
Document File: 3 page(s) / 60K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In modernen Regelungs- und Steuerungskonzepten von Asynchronmaschinen werden thermische Modelle eingesetzt, mit denen die Staenderwicklungstemperatur und gegebenenfalls weitere Temperaturen (z.B. Rotor- und Eisentemperatur) aus den Verlustleistungen ermittelt werden. Auf Basis der berechneten Staender- und Rotortemperaturen werden die zugehoerigen Widerstaende thermisch adaptiert und dadurch die Genauigkeit der elektrischen Modelle wesentlich erhoeht, was sich vor allem in einem verbesserten Anfahrverhalten sowie einer hoeheren Drehzahl- (bei geberloser Regelung) und Momentengenauigkeit niederschlaegt. Beim Einschalten des Motors muessen dabei fuer die Zustandsgroessen des thermischen Modells Anfangswerte angenommen werden. Falls keine messtechnische Erfassung der Motortemperatur vorliegt, wird das thermische Modell mit einer angenommenen Umgebungstemperatur oder einem mittleren Temperaturwert initialisiert. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn seit dem letztmaligen Ausschalten des Antriebs nicht ausreichend Zeit zur Abkuehlung des Motors vergangen ist.

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S

Sensorlose Temperaturidentifikation nach Wiedereinschaltung

Idea: Dr. Armin Wolfram, DE-Erlangen

In modernen Regelungs- und Steuerungskonzepten von Asynchronmaschinen werden thermische Modelle eingesetzt, mit denen die Staenderwicklungstemperatur und gegebenenfalls weitere Temperaturen (z.B. Rotor- und Eisentemperatur) aus den Verlustleistungen ermittelt werden. Auf Basis der berechneten Staender- und Rotortemperaturen werden die zugehoerigen Widerstaende thermisch adaptiert und dadurch die Genauigkeit der elektrischen Modelle wesentlich erhoeht, was sich vor allem in einem verbesserten Anfahrverhalten sowie einer hoeheren Drehzahl- (bei geberloser Regelung) und Momentengenauigkeit niederschlaegt. Beim Einschalten des Motors muessen dabei fuer die Zustandsgroessen des thermischen Modells Anfangswerte angenommen werden. Falls keine messtechnische Erfassung der Motortemperatur vorliegt, wird das thermische Modell mit einer angenommenen Umgebungstemperatur oder einem mittleren Temperaturwert initialisiert. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn seit dem letztmaligen Ausschalten des Antriebs nicht ausreichend Zeit zur Abkuehlung des Motors vergangen ist.

Deshalb wird vorgeschlagen, die Anfangswerte ueber den Staenderwiderstand der Asynchronmaschine waehrend der Aufmagnetisierung zu ermitteln. Der Widerstandswert ist in guter Naeherung ueber einen linearen Zusammenhang mit der Staenderwicklungstemperatur gekoppelt. Als Referenzpunkt (z.B. Staenderwiderstand bei Raumtemperatur) koennen Werte aus der Motordatenidentifikation dienen, die ueblicherweise im Rahmen der Motorinbetriebnahme bei Stillstand durchgefuehrt wird. Die Anfangswerte weiterer Zustandsgroessen des thermischen Modells (z.B. Eisen- und Rotortemperatur) koennen ebenfalls aus der Staendertemperatur abgeschaetzt werden. Darueber hinaus ist es sinnvoll, die Identifikation des Staenderwiderstands und des damit verbundenen Abgleichs des thermischen Modells nicht nur nach dem Einschalten, sondern bei jedem Hochlaufvorgang durchzufuehren, um die Genauigkeit des thermischen Modells auch im laufenden Betrieb zu erhoehen.

Abbildung 1 zeigt ein Zustandsdiagramm dieses Prozesses. Zunaechst werden einige Initialisierungen vorgenommen, wobei im Wesentlichen der Magnetisierungspunkt bestimmt wird, bei dem die Messung durchgefuehrt werden soll. Anschliessend wird solange gewartet, bis sich der gewuenschte Magnetisierungspunkt eingestellt hat. Dabei werden jeweils die Differenzen aus den aktuellen und vergangenen Werten fuer den Magnetisierungsstrom und den Rotorfluss verglichen. Sind die Abweichungen hinreichend gering, kann auf einen stationaeren Betriebspunkt geschlossen werden. Der Staenderwiderstand RS laesst sich dann unter Verwendung der Differenzialgleichung des Statorsystems (Raumzeigerdarstellung) berechnen:

+SSSURI t S

 d dΨ

   ⋅ =

Dabei sind US und IS der Staenderspannungs- bzw. Staenderstromraumzeiger. Da bei der Messung

stationaere Bedingungen vorliegen, kann die zei...