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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dimensionierung eines Tiefpass –Filters für die Stromistwerterfassung in dem Regelkreis


Autor: kim (Gast)
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Hallo Zusammen,
Für Drehfeldmaschinen mit sinusförmigem am Umfang verteiltem Feldverlauf 
wären stationär sinusförmige, in Amplitude, Phasenlage und Frequenz 
einstellbare Umrichterausgangsspannungen (und -ströme) ideal. Der 
zweistufige U-Wechselrichter kann diese aber nicht stetig, sondern nur 
in ihrem zeitlichen Mittel durch abwechselndes Anlegen des positiven und 
negativen Zwischenkreispotentials an die Statorklemmen der 
Drehfeldmaschinen einstellen. Solche Schalthandlungen ergeben gepulste 
Ausgangsspannungen, welche neben den gewünschten Verläufen nicht zu 
vernachlässigende Lastspannungs- und Laststrom-Oberschwingungen 
verursachen.
Bei Stromistwerterfassung sollten die miterfaßten Stromoberwellen 
(Siehte Abb.)durch TP-Filter unterdrückt werden.
Weißt jemand hier, wie kann man den TP dimesionieren?
Gruß!

Autor: Michael H. (michael_h45)
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Welchen Tiefpass willst du denn dimensionieren? RC? LC? aktiv?
Wie stark willst du die Überlagerung denn gedämpft haben?
Was passiert mit dem Signal nach der Filterung?
Welcher Phasengang ist erlaubt?
Welche Frequenz hat die Überlagerung, welche (höchste) Frequenz dein 
Nutzsignal?

Autor: BlabLa (Gast)
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Hi,

die Grenzfrequenz des TP sollte etwas höher als die der höchsten an der 
Maschine anliegende "Frequenz".


Sagen wir es wird maximal 50Hz an die Statorwicklungen gelegt dann 
sollte die Grenzfrequenz des TP >= 50 Hz sein.

Gruß
BlabLa

Autor: Harald (Gast)
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fg=50Hz?

Autor: BlabLa (Gast)
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Hello again,

wie ich leider zuspätauf dem Diagramm gesehen habe hast du es wohl nicht 
mit SInusförmigen Stromen zu tun. Da wird der Kompromis wohl schwiriger 
werden.
Am besten simulierst du das mal mit MatLab oder sowas ähnlichem.
Da der Motorstrom fast  Rechteckförmig scheint würde ich es mit dem 
mehrfachen des Rechtecksignals versuchen.
3 fach, 5 fach usw.
Schau halt wo du den besten Kompromis hast.

Gruß
BlabLa

Autor: kim (Gast)
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hi,
danke vorerst für die Antworten!
ich kann nicht so gut die Dimensionierung eines Filters.
Was ich jetzt weiß sind:
## Wegen Einsatz des PWM gesteuerten U-Umrichters sind die Ströme Id,Iq 
sehr wellig.(Siehe Abb. oben,Ordinatenachse:-2 ~ +6 Ampere, 
Abszissenachse:0 ~ 0.2 Sekunde)
## im Datenblatt der Maschine finde nur die Nenn-Frequenz 200 Hz( ist 
diese die höchsten an der Maschine anliegende "Frequenz"? ),Maximal 
Drehzahl,Polzahl usw.
reicht es die obigen Infomationen,ein TP zu dimensionieren? oder fehlt 
noch was?
ich möchte eigentlich einen TP dimesionieren,um die Oberschwingungen
so gut wie möchlich zu unterdrücken. RC oder LC ist mir egal.
ich weiß auch nicht,welche Frequezen die Oberschwingungen haben.sind sie 
erkennbar in der Abb. oder müssen sie nochmal bestimmt werden?
danke!
Grüße!

Autor: kim (Gast)
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hi BlabLa,
kannst du nochmal ihs Detail gehen?
was meinst du denn "mit dem mehrfachen des Rechtecksignals versuchen"?
danke
Gruß

Autor: BlabLa (Gast)
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Hi,

also die Frage ist wie schnell soll sich der Motor denn maximal drehen.
Brauchst du den vollen Bereich bis ca. 12000 umdrehungen pro minute.
Andere Frage ist ob du den Motor mit konstanter Drehzahl oder variabler 
Geschwindigkeit betreiben möchtest. Für alle diese Anwendungsgebiete 
gibt es verschiedene Optimale Lösungen.
Noch eine grosse Frage ist ob du einen digitalen Filter oder analogen 
Filter verwenden möchtest.
Zur Frage mit der Nennfrequenz. Es ist meistens möglich einen Motor mit 
höheren frequenzen als die Nennfrequenz zu betreiben, dabei darf aber 
nie die Nennleistung überschritten werden. Dass heisst die die Spannung 
wird bei steigender Frequenz verringert. In der Regel fällt die Spannung 
Quadratisch im verhältnis zur steigenden Frequenz. Dies gilt aber nur ab 
der Nennfrequenz.

Ich denke du solltest noch ein paar konkretere Angaben zum 
Anwendungsgebiet geben.


Gruß
BlabLa

Autor: BlabLa (Gast)
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Hi,

Das Signal was du anscheinend gefiltert haben willst ist wohl iq,id.
Für mich sieht das ein wenig aus wie ein Rechtecksignal welchews mit 
einer hochfrequenten schwingung überlagert ist.

Ein Rechtecksignal kann man ja nach Fourier in eine Reihe aus 
Sinusschwinugungen zerlegen.
Wenn ich es richtig in erinnerung habe ist es bei einem rechtecksignal 
sowas wie faktor * grundschwingung + faktor2 * 3 fache grundschwingung + 
faktor3 * 5 fache grundschwingung + ....
Wobei die Faktoren mit Steigender Gliedzahl immer kleiner werden.
Sagen wir du wendest erinen Tp mit der grenzfrequenz von der 9 fachen 
grundschwingung deines Rechtecksignals an, dann wirst du feststellen das 
dein Rechtecksignal nicht mehr so eckig ist sondern leichte rundungen 
hat.
Das heisst um so höher deine grenzfrequenz vom filter ist, um so besser 
kommt das rechtecksignal durch.

Nun kommen wir zum hochfrequenten überlagerten schwinngen. Für mich 
sieht das in etwa aus als ob das midestens mit faktor 60 höherer 
frequenz schwingt.

Das heisst im endeffekt das du nun ein kompromis eingehen musst, um so 
tiefer die grenzfrequenz des filters liegt um so mehr werden die 
hochfrequenten schwinnungen mit dem das rechtecksignal überlagter ist 
gedämpft. Das ist ja gut und gewollt, aber das problem ist das im selben 
masse auch das Rechtecksignal "die ecken" geglättet werden.

Ich hoffe ich konnte die sachlage dir ein wenig verdeutlichen.

Gruß
BlabLa

Autor: kim (Gast)
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ok,
ich dimesioniere einen feldorientierten Drehzahlregelkreis für eine 
PMSM.
das Solldrehzahl ist 3000/min. mit den Polpaarzahl p=4 d.h. 
w_mech=100*pi rad/s,so bekomme die obien Diagramme für die Ströme.
eigentlich habe schon sehr gut Ergebnis bekommen,die Abweichung liegt 
bei etwa 0.2%(simulationsergebnis mit Simulink).aber wie gesagt,wegen 
Einsatz des PWM gesteuerten U-Umrichters sind die Ströme sehr wellig,so 
möchte durch einen TP die Oberschwingungen unterdrücken,ich habe noch 
kein konkretes Konzept,der TP RC oder LC,digital oder analog ist.
ich dachte,wahrscheinlich können die Frequenzen der Oberschwingungen mit 
den obigen Diagramme bestimmt werden.sonst muss nochmal überlegen,wie 
können sie bestimmt werden.
hat jemand wahrscheinlich Erfahrungen,den Stromistwert-Filter zu 
dimesionieren? oder eine Idee dafür?
danke nochmals,BlabLa
gruß

Autor: kim (Gast)
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hi BlabLa,
danke für Ihre Erklärungen.
das sieht nicht so einfach aus wie ich gedacht,wenn es um Fourier 
geht...
habe eine Idee:wenn ich die Frequenz der Grundschingung bestimmen 
kann(wahrscheinlich kann in den Diagramme entnehmen),dann kann ich einen 
einfachen TP-1.Ordnung mit Grenzfrequenz >= Frequenz der Grundschwingung 
dimesionieren.
Was sagt ihr dazu?
Gruß

Autor: BlabLa (Gast)
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Ja, klingt gut, aber wie gesagt könnte sein das sie bessere ergebnisse 
bei einer grenzfrefquenz erreichen.

Einfach mal mit simulink vieleicht mal ein rechtecksignal erzeugen und 
auf diesen eine in der amplitude sehr viel kleinere mit der ca 60 fachen 
schwingenden Sinusfrequenz draufaddieren. Für mich sieht das signal in 
etwa nach sowas aus (Das leichte überschwingen am anfang nicht mit 
berücksichtigt).

Daran kann man dann denke ich die wirkung des filters gut simulieren und 
ausprobieren und ohne grossen aufwand an den parametern des filters 
spielen.

Gruß
BlabLa

Autor: Hobbyelektroniker (Gast)
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Hey,

für die Glättung des Ausgangssignals eines Frequenzumrichters gibt es 
sowas als fertige Lösung, nennt sich Sinusfilter. Du solltest mal nach 
Datenblättern suchen, eventuell findest du da etwas über die 
Dimensionierung.

Gruß

Autor: kim (Gast)
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Zur Unterdrückung der Auswirkung von den Oberschwingungen (in dem 
Regelkreis)haben wir viele Maßnahmen, wie z.B. Ausgangsfilter der 
Frequenzumrichter, Erhöhung der Taktfrequenz, oder Istwertglättung durch 
TP, letztere findet man häufig in den Literaturen über Antriebstechnik,
aber leider immer keine Erklärung, wie den TP dimensioniert werden kann.
Mein Schwerpunkt ist Auslegung des Regelkreises, deswegen  möchte 
eigentlich nicht viel Zeit in der Dimensionierung des TPs  investieren.
Ich hoffe, jemand die ähnliche/ praktische Erfahrung hat kann mir 
zeigen, wie dies realisiert werden kann  oder wo ich den Lösungsweg 
finden kann.
Danke nochmals für BlabLa’s Hilfe, ich werde mal mit deinen Tipps 
ausprobieren .
Grüße!

Autor: Wilfried (Gast)
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Hallo kim,

ist zwar schon eine Weile her aber mich würde interessieren wie weit du 
mit deinem Reglerentwurf bist und ob du eine Lösung für dein Problem mit 
dem TP gefunden hast. Falls nicht kann ich dir eventuell doch noch bei 
der Lösung behilflich sein.

Gruß
Wilfried

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