Entwicklung eines Frequenzumrichters auf Basis der Raumzeigermodulation (PDF)

Inhaltsangabe:Einleitung:
Drehfeldmaschinen wie beispielsweise Asynchron- und Synchronmotoren beruhen auf dem Prinzip eines umlaufenden magnetischen Feldes. Dieses umlaufende magnetische Feld resultiert aus der Maschinengeometrie sowie aus einem mehrphasigen, im Allgemeinen dreiphasigen, Spannungssystem. Die Drehfrequenz des umlaufenden Feldes und somit die Drehzahl der Drehfeldmaschinen sind direkt von der Frequenz des speisenden Spannungssystems abhängig. Da das Energieversorgungsnetz eine feste Frequenz besitzt, ist es z.B. im Hinblick auf regelungstechnische Aufgaben wünschenswert, ein Spannungssystem mit variabler Frequenz erzeugen zu können. Diese Forderung kann mit Frequenzumrichtern realisiert werden. Eine seit längerem bekannte theoretische Grundlage der Funktionsweise eines Frequenzumrichters bildet die Raumzeigermodulation. Sie beschreibt, wie aus einer Gleichspannungsquelle durch schnelles Schalten von Leistungshalbleitern ein umlaufendes magnetisches Feld mit variabler Drehfrequenz, und dadurch indirekt ein Drehspannungssystem variabler Frequenz, nachgebildet werden kann. Sie wird standardmäßig mit Mikrocontrollern realisiert, die in den Sprachen Assembler und C programmiert sind.
Der Trend in der Programmierung von Mikrocontrollern und digitalen Signalprozessoren geht jedoch weg von der textorientierten Programmierung (Schreiben von Quellcode) und hin zur graphischen Programmierung mit dem Einsatz des Hardware-In-The-Loop-Verfahrens (HIL-Verfahren).
Bei der graphischen Programmierung wird nicht mit Quelltext sondern mit graphischen Blöcken, z.B. dem Block mit Schaltzeichen eines UND-Gatters, gearbeitet. Anhand der Blockschaltbilder und Schaltzeichen kann schnell, auch ohne tiefer gehende Programmierkenntnisse, die Funktionsweise eines Modells erfasst werden. Aus dem erstellten Modell wird von der Entwicklungsumgebung automatisch der Quellcode für die entsprechende Zielplattform generiert.
Beim dem HIL-Verfahren wird ein Regelkreis, bestehend aus einem Regler und nachgebildeter Strecke, am PC modelliert, evaluiert und der Regler optimiert. Das bedeutet, dass die Regelstrecke mit einem mathematischen Modell nachgebildet wird und der entwickelte Regler an diesem Streckenmodell getestet und optimiert wird. Im nächsten Schritt wird der Regler auf die Zielplattform, z.B. einen Mikrocontroller oder Digitalen Signalprozessor, übertragen und die nachgebildete Strecke durch die reale Strecke ersetzt. Durch die Optimierung des Reglers anhand [...]