Vektorenkontrolle

Vektorenkontrolle, oft auch Vektorkontrolle oder Vektorenregelung genannt, ist eine Regelungsmethode in elektrischen Antrieben, die das dreiphasige Statorfeld in einen rotierenden Referenzrahmen transformiert, um das Drehmoment und den Fluss separat zu regeln. Ziel ist es, die Leistung von Wechselstrommaschinen wie Induktionsmotoren (IM) und Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) bei variabler Last und breitem Geschwindigkeitsbereich effizient zu steuern.

Prinzip: Die Statorströme werden in einen dq-rotierenden Referenzrahmen transformiert, der am Rotorfluss ausgerichtet ist (Park- und Clarke-Transformation). Im dq-Raum steuert i_d die Magnetisierung (Fluss) und i_q das Drehmoment, wodurch eine decoupled Regelung ermöglicht wird. Die Motorparameter wie Widerstand und Induktivitäten L_d und L_q sowie die Rotordynamik beeinflussen die Kopplung der Regelschleifen.

Umsetzung: Typische Regelstrukturen verwenden zwei PI-Regler für i_d und i_q, oft ergänzt durch eine äußere Geschwindigkeitsregelung, die Referenzen für i_d und i_q festlegt. Die Regler arbeiten mit Strom- oder Spannungsreglern; Rotorposition oder -geschwindigkeit wird benötigt, wobei sensorlose Varianten Zustands- oder Quellen-Schätzer einsetzen. Es existieren direkte und indirekte Vektorkontrollansätze; in der direkten Vektorkontrolle wird der dq-Verarbeitungspfad streng auf den Rotorfluss ausgerichtet.

Anwendung und Vorteile: Vektorkontrolle ist Standard in modernen Antriebssystemen mit variabler Geschwindigkeit und ermöglicht hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl sowie ein schnelles Ansprechverhalten über einen großen Geschwindigkeitsbereich. Nachteile sind die Parameterabhängigkeit, die Komplexität der Implementierung und der Bedarf an zuverlässigen Sensoren oder Schätzern.