Feldorientierte Regelung einer Asynchronmaschine 1. Inbetriebnahme des Versuchsstandes. Vorstellung der Schaltung.

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1 Fachhochschule Bielefeld Praktikum Versuch LE 6 FB 3 Leistungselektronik und Prof. Dr. Hofer Elektrotechnik Antriebe Feldorientierte Regelung einer Asynchronmaschine 1. Inbetriebnahme des Versuchsstandes. Vorstellung der Schaltung. Bild 1 Blockschaltbild des Umrichters (ohne Rückspeiseeinheit) Bild Blockstruktur 93 Vektorregelung (nach Unterlagen der Fa. Lenze, Hameln) le6auswertung.doc Seite

2 Versuchsaufbau und Bedienungshinweise Die Sollwertvorgabe erfolgt analog über ein angeschlossenes Potentiometer. Alle anderen Parameter werden mit Hilfe eines Notebooks über die serielle Schnittstelle RS3 oder besser über CAN-Systembus-Modul eingegeben. Im internen Speicher des Umrichters können 4 verschiedene Parametersätze resident abgelegt werden. Zur digitalen Drehzahlerfassung (Rückführung) ist ein Inkrementalgeber (Encoder, Drehimpulsgeber) mit der Welle verbunden. Der Geber liefert 48 Impulse/Umdrehung. Das Drehmoment wird mit einer Drehmoment-Messwelle mit Auswertelektronik erfasst (Nm / V). Die Drehzahlmessung erfolgt mit dem Gleichstromtacho der Gleichstrommaschine (V / 1min -1 ).. Umrichter-Bedienprogramm Lenze GDC (Global Drive Control) Umrichter einschalten und Programm GDC starten. Die angeschlossen Antriebe werden gesucht. Nach dem Laden der Gerätebeschreibung werden alle Parameter des Umrichters gelesen (Dauer: RS3 ca. min, CAN ca.1s). Die Parameter können im Fenster: Dialog Kurzinbetriebnahme, Drehzahlsteuerung, Standardkonfiguration, Nicht korrigieren angezeigt werden. Empfohlen wird die Parametrierung über: Parametermenü, Kurzinbetriebnahme, U/f-Kennlinienbetrieb, Zur Vorbereitung der einzelnen Messungen werden die voreingestellten Werte von der Festplatte in das Programm geladen (LE61 - LE6) und mit den Umrichterwerten verglichen. Dazu Menü: Antriebsparameter, Alle Parameter aus Datei lesen verwenden. Ein Teil der Umrichtereinstellungen ist in den umrichterinternen Parametersätzen (Par.Satz 1-4) gespeichert. Sie können über das Parametermenü, Parametersatzverwaltung geladen werden. Bei der ersten Inbetriebnahme wird der Parametersatz 1 im Umrichter aktiviert. In der Tabelle sind die wichtigsten Parameter kurz zusammengestellt. Code Antriebsparameter Wert Einheit C6 Betrieb Motorregelung U/f Kennlinien Steuerung - - C11 Max. Drehzahl 1 rpm C1 NSET Hochlaufzeit Tir. s C13 NSET Ablaufzeit Tif. s C14 Kennlinienart U/f Kennlinie linear - - C1 Nennpunkt Hz C16 Umin Boost % C18 Schaltfrequenz fchop 16 khz geräuschlos C1 Schlupfkompensation, % C/3 Grenzstrom 1 A C Rückführung Ohne Rückführung C81 Motor-Nennleistung 4. kw C8 Motor Rotorwiderstand 1.3 Ohm C84 Motor-Ständerwiderstand 138. mohm C8 Motor-Streuinduktivität 7.64 mh C9 Motor-Ständerinduktivität 16 mh le6auswertung.doc Seite

3 3. Ermittlung der Raumzeiger im stationären Betrieb Stellen Sie in der Betriebsart: Vektorregelung mit Drehzahlrückführung über Inkrementalgeber die folgenden Betriebspunkte ein und berechnen Sie die Raumzeiger-Parameter und Zeigerdiagramme. (PC-Programm: DAM) PC-Datei: LE6, Parametersatz (Vektorregelung mit Rückführung) Maschine: Lenze 4kW Daten: L 1h 16 mh; L σ 7,64 mh; R 1,3 Ω; I 1N 9, A; M N 7 Nm Parameter Formel Leerlauf: M Motor ½ M N Motor M n Gener. ½ M N M w Einstellen 13, Nm 7 Nm -13, Nm f 1 einstellen / messen Hz P /kw n /min -1 i u /A i v /A i α /A i β /A T /s i u 1 i u + i v 3 3 L1 h + L' R' σ ω /s -1 nd n π f1 n ε / arctan( ω T ) γ / d i ε + arctan i I x /A 1 ( i cosγ + i sinγ ) I y /A 1 ( i cosγ i sinγ ) î /A I + I Ψ /Vs M a /Nm P mech /kw η α β β α x y L 1h Ix 1h 3p L R' T M a P P ab I π n Zeichnen Sie die Zeigerdiagramme! zu x I y β α le6auswertung.doc Seite

4 4. Führungsverhalten der Drehzahl bei fhz (n1 min -1 ) Digitalscope-Einstellung: Drehzahl: CH1: Umdr./div,V/div Drehmoment: CH: 1 Nm/div V/div Zeit: t: ms/div Digitalscope- Datei: le6gnm Messung vom 1.6. um :44:3 Uhr (C) FH Bielefeld, LE-Labor Gleichstrommaschine mit Umkehrstromrichter Kaskadenregelung min ms ->t Nm ms ->t Bild 3 Optimales Führungsverhalten einer Gleichstrommaschine mit Kaskadenregelung a) bei Frequenzsteuerung (U/f-Kennlinie) PC-Datei: LE63, Parametersatz 3 Digitalscope- Datei: le61f Messung vom 31.. um 8:4: Uhr (C) FH Bielefeld, LE-Labor U/f-Steuerung Fuehrungsverhalten min ms ->t 4Nm ms ->t Bild 4 Führungsverhalten bei U/f-Steuerung le6auswertung.doc Seite

5 b) bei sensorloser Vektorregelung. PC-Datei: LE64, Parametersatz 4 Digitalscope- Datei: le64f Messung vom 31.. um 9:6:11 Uhr (C) FH Bielefeld, LE-Labor Sensorlose Vectorregelung Fuehrungsverhalten min ms ->t 4Nm ms ->t Bild Führungsverhalten bei sensorloser Vektorregelung c) bei Vektorregelung mit Drehzahlrückführung über Inkrementalgeber. PC-Datei: LE6, Parametersatz Ändern: Rückführung: C: 11 (Inkrementalgeber 48 Imp./Umdr.) Drehzahlregler: C7: Vpn 1 C71: Tnn 1ms Motor-Ständerinduktivität: C9: L1h 16mH Digitalscope- Datei: le6f Messung vom 1.6. um :34:39 Uhr (C) FH Bielefeld, LE-Labor Vectorregelung mit Drehzahlrueckfuehrung Fuehrungsverhalten min ms ->t Nm ms ->t Bild 6 Führungsverhalten bei Vektorregelung mit Drehzahlrückführung le6auswertung.doc Seite

6 . Störverhalten der Drehzahl (bei n3min -1 und Lastsprung von MNm). Digitalscope-Einstellung: Drehzahl: CH1: 1 Umdr./div,1V/div Drehmoment: CH: Nm/div 1V/div Zeit: t: ms/div a) bei Frequenzsteuerung (U/f-Kennlinie) Digitalscope- Datei: le61s Messung vom 31.. um 11:8:9 Uhr (C) FH Bielefeld, LE-Labor U/f-Kennlinie Stoerverhalten bei 3min-1 und Nm 4min ms ->t Nm ms ->t PC-Datei: LE63s Parametersatz 3 Ändern: Motor-Nenndrehzahl: C11: nmax 3 min -1 Bild 7 b) bei sensorloser Vektorregelung. Digitalscope- Datei: le64s Messung vom 31.. um 1:47:17 Uhr (C) FH Bielefeld, LE-Labor Sensorlose Vectorregelung Stoerverhalten bei 3min-1 und Nm 4min ms ->t Nm ms ->t PC-Datei: LE64s, Parametersatz 4 Ändern:. C11: nmax 3 min -1 C9: Motorinduktivität16m H Bild 8 c) bei Vektorregelung mit Drehzahlrückführung über Inkrementalgeber. Digitalscope- Datei: le6s Messung vom 31.. um 1::9 Uhr (C) FH Bielefeld, LE-Labor Vectorregelung mit Drehzahlrueckfuehrung Stoerverhalten bei 3min-1 und Nm 4min ms ->t Nm ms ->t PC-Datei: LE6s Parametersatz Ändern: C11: nmax3 min -1 Drehzahlregler: C7: Vpn 4 C71: Tnn ms C9: Motor-Ständerinduktivität: L1h 16mH Bild 9 le6auswertung.doc Seite

7 Feldorientierte Regelung einer Asynchronmaschine 4. Vergleichstabelle: Führungsverhalten der Drehzahl bei f Hz (n 1 min -1 im Leerlauf) Digitalscope-Einstellung: Drehzahl: CH1: Umdr./div,V/div Drehmoment: CH: 1 Nm/div V/div Zeit: t: ms/div Kurzbeschreibung Parameter-Satz Einstellungen t Anlauf t Reversier t Brems Umrichter Rechner Gleichstromantrieb - - Drehzahlregelung,s,3s,18s a) U/f-Steuerung P Satz3 LE63 b) Sensorlos Vektor P Satz4 LE64 c) Vektor mit n-rückführung P Satz LE6 Motor-Ständerinduktivität C9 16mH n-regler:c7:vpn1 C71:Tnn1ms.Vergleichstabelle: Störverhalten der Drehzahl bei f 1 Hz (bei n 3 min -1 und Lastsprung von M Nm). Digitalscope-Einstellung: Drehzahl: CH1: 1 Umdr./div,1V/div Drehmoment: CH: Nm/div 1V/div Zeit: t: ms/div Kurzbeschreibung Parameter-Satz Einstellungen n Last n f Last f Umrichter Rechner Gleichstromantrieb Drehzahlregelung 3 min a) U/f-Steuerung P Satz3 LE63s Max. Drehzahl C11 3 rpm b) Sensorlos Vektor P Satz4 LE64s Max. Drehzahl C11 3 rpm Motor-Ständerinduktivität C9 16mH c) Vektor mit n-rückführung P Satz LE6s Max. Drehzahl C11 3 rpm Motor-Ständerinduktivität C9 16mH n-regler: C7: Vpn4 C71: Tnnms LE-Praktikum: LE 6 Seite