Geschlossene Regelung von Antrieben

In einem geschlossenen Regelkreis wird der Ausgang des Systems an den Eingang zurückgeführt, was es dem System ermöglicht, die elektrische Antriebseinheit zu steuern und ihren Betrieb selbstständig anzupassen. Rückkopplungsschleifen in einem elektrischen Antrieb werden eingebunden, um folgende kritischen Anforderungen zu erfüllen:

• Drehmoment- und Drehzahlerhöhung: Um die Leistungsfähigkeit bezüglich Drehmoment und Drehzahl des Systems zu verbessern.

• Verbesserung der Ruhezustandspräzision: Um die Genauigkeit des Systems während des stationären Betriebs zu erhöhen.

• Schutz: Um die Komponenten des elektrischen Antriebs vor potenziellen Schäden zu schützen.

Die wesentlichen Komponenten eines geschlossenen Regelkreises umfassen den Regler, den Wandler, den Strombegrenzer und den Stromsensor, unter anderem. Der Wandler spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung von variabler Frequenz in feste Frequenz und umgekehrt. Der Strombegrenzer hingegen verhindert, dass der Strom einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Im Folgenden werden wir verschiedene Arten von geschlossenen Regelkreiskonfigurationen untersuchen.

Strombegrenzungskontrolle

Dieses Steuerschema ist darauf ausgelegt, die Ströme im Wandler und Motor während transitorischer Vorgänge innerhalb eines sicheren Bereichs zu halten. Das System verfügt über eine Stromrückkopplungsschleife, die mit einer Schwellwertlogikschaltung integriert ist.

Die Logikschaltung dient als Schutz, der das System vor übermäßigem Strom schützt. Sollte durch transitorische Vorgänge der Strom den vorgegebenen Maximalwert überschreiten, wird die Rückkopplungsschaltung aktiviert. Sie ergreift sofort korrigierende Maßnahmen, wodurch der Strom wieder unter den maximalen Schwellwert fällt. Sobald der Strom auf normale Werte zurückgeht, deaktiviert sich die Rückkopplungsschleife und kehrt in den Bereitschaftszustand zurück.

Geschlossene Drehmomentkontrolle

Geschlossene Drehmomentkontrollsysteme finden weite Verwendung in batteriebetriebenen Fahrzeugen, Eisenbahnanwendungen und Elektrolokomotiven. Das Referenzdrehmoment T^* wird durch die Position des Gaspedals bestimmt. Der Regelkreis arbeitet dann zusammen mit dem Motor, um sicherzustellen, dass das tatsächliche Drehmoment nahe am Referenzwert T^* bleibt. Durch Anpassen des Drucks auf das Gaspedal kann der Bediener effektiv die Geschwindigkeit des Antriebssystems steuern, da das Drehmoment direkt die Beschleunigung und Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder Zuges beeinflusst.

Geschlossene Drehzahlregelung

Das Blockdiagramm des geschlossenen Drehzahlregelungssystems ist in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Dieses System hat eine verschachtelte Kontrollstruktur, bei der ein innerer Regelkreis in einem äußeren Drehzahlkreis eingebettet ist. Die Hauptfunktion des inneren Regelkreises besteht darin, den Motorenstrom und das Drehmoment so zu regeln, dass sie innerhalb sicherer Betriebsspannen bleiben.

Geschlossene Drehzahlregelung

Angenommen, es gibt eine Referenzdrehzahl ωm∗, die ein positives Drehzahlfehler Δω*m generiert. Dieser Drehzahlfehler wird von einem Drehzahlregler verarbeitet und dann in einen Strombegrenzer eingespeist. Es ist bemerkenswert, dass der Strombegrenzer auch bei geringen Drehzahlfehlern überlastet werden kann. Der Strombegrenzer setzt dann den Strom für den inneren Stromregelkreis. Daraufhin startet das Antriebssystem die Beschleunigung. Sobald die Antriebsgeschwindigkeit die gewünschte Geschwindigkeit erreicht, ist das Motordrehmoment gleich dem Lastdrehmoment. Diese Gleichgewichtslage führt dazu, dass die Referenzdrehzahl abnimmt und ein negativer Drehzahlfehler entsteht.

Wenn der Strombegrenzer die Sättigung erreicht, geht der Antrieb in den Bremsmodus über und beginnt zu dekelerieren. Wenn der Strombegrenzer wieder aus der Sättigung herauskommt, wechselt der Antrieb reibungslos vom Bremszustand zurück in den Motormodus.

Geschlossene Drehzahlregelung von Mehrmotorantrieben

In Mehrmotorantriebssystemen wird die Gesamtlast auf mehrere Motoren verteilt. Jeder Abschnitt des Systems ist mit seinem eigenen Motor ausgestattet, der hauptsächlich dafür zuständig ist, die Last dieses spezifischen Abschnitts zu tragen. Obwohl die Nennwerte der Motoren je nach Art der zu bedienenden Last variieren, laufen alle Motoren mit der gleichen Geschwindigkeit. Wenn die Drehmomentanforderungen jedes einzelnen Motors durch sein jeweiliges Antriebssystem erfüllt werden, muss die Antriebswelle nur ein relativ kleines Synchronisationsdrehmoment tragen, was die koordinierte Arbeit des Mehrmotorsystems erleichtert.

Bei einer Lokomotive drehen sich die Räder aufgrund unterschiedlicher Verschleißgrade nicht mit gleicher Geschwindigkeit. Daher schwankt auch die Fahrgeschwindigkeit der Lokomotive. Neben dem Erhalt einer konstanten Geschwindigkeit ist es ebenso wichtig, sicherzustellen, dass das Drehmoment gleichmäßig auf die mehreren Motoren verteilt wird. Wird diese Balance nicht erreicht, kann es passieren, dass ein Motor überlastet wird, während ein anderer untergenutzt bleibt. Diese Ungleichverteilung führt letztendlich dazu, dass das Nenndrehmoment der gesamten Lokomotive signifikant niedriger ist als die Summe der Nenndrehmomente der einzelnen Motoren.