BRPI0513092B1

BRPI0513092B1 - Method for operating a two-phase three-phase current controller and two-phase three-phase current controller

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Publication date: 2017-09-19

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA OPERAR UM CONTROLADOR DE CORRENTE TRIFÁSI-CA PARA DUAS FASES E CONTROLADOR DE CORRENTE TRI-FÁSICA PARA DUAS FASES".Patent Descriptive Report for "METHOD FOR OPERATING A TWO-PHASE 3-CURRENT CURRENT CONTROLLER AND TWO-PHASE 3-CURRENT CURRENT CONTROLLER".

[001] A presente invenção refere-se a um método para operar um controlador de corrente trifásica para duas fases. A presente invenção também se refere a um controlador de corrente trifásica para duas fases.The present invention relates to a method for operating a two phase three phase current controller. The present invention also relates to a two phase three phase current controller.

[002] Controladores trifásicos dosam, de acordo com o princípio do ângulo de disparo, a potência elétrica conduzida para uma carga elétrica, em particular, a um motor de indução. Por meio da redução da potência fornecida pode ser realizada uma redução de correntes de partida e momentos de partida em motores de indução, podendo se realizar uma chamada partida suave. Como medida da dosagem é usado o chamado atraso de disparo a, também denominado de retardo. A carga conectada na saída do controlador trifásico é atravessada por meias-ondas de corrente de polaridade alternada, sendo que respectivamente entre duas meias-ondas sucessivas de corrente encontra-se uma fase de tempo sem corrente que é determinada pelo ângulo de disparo.[002] Three-phase controllers dose, according to the principle of tripping angle, the electrical power conducted for an electric charge, in particular, to an induction motor. By reducing the power supplied, a reduction of the starting currents and starting times in induction motors can be performed and a so-called soft start can be performed. As a measure of the dosage is used the so-called trigger delay a, also called delay. The load connected to the output of the three-phase controller is crossed by alternating polarity current curbs, and between two successive curbs of current respectively is a current-free time phase which is determined by the firing angle.

[003] Normalmente os controladores trifásicos, na sua parte de potência, são equipados com três jogos de tiristores antiparalelos. Uma vez, porém, que os custos para os tiristores com carga nominal crescente dos controladores trifásicos são o fator decisivo dos custos para o equipamento inteiro, também são usados controladores trifásicos com apenas dois jogos de tiristores antiparalelos. Nestes chamados controladores bifásicos de corrente trifásica, o terceiro condutor é ligado diretamente à carga. Um efeito colateral deste controlador de corrente trifásica para duas fases de construção reduzida é que os valores eficazes das correntes nos dois condutores externos controlados são diferentes, apesar dos ângulos operacionais idênticos. Este efeito deve ser atribuído à ação de acoplamento magnético entre as fases do motor de indução quando submetidas às três correntes, e depende da sequência de fases da rede ou do sentido de rotação do motor. Em virtude das correntes altas irregulares, os semicondutores de potência (tiristores) e seus dissipadores precisam ser dimensionados para valores maiores do que necessários, já que é necessário um controle da respectiva corrente mais alta. Quais das duas correntes nos condutores externos controlados é mais alta depende do sentido de rotação da rede conectada e, portanto, pode variar. Até agora, este efeito foi levado em consideração pelo fato de que os semicondutores de potência são dimensionados de tal forma que cada um dos dois jogos de válvula nos dois condutores externos controlados pode suportar a valor máximo.[003] Normally three-phase controllers, in their power part, are equipped with three sets of anti-parallel thyristors. However, since costs for thyristors with increasing nominal load of three-phase controllers are the deciding factor of costs for the whole equipment, three-phase controllers with only two sets of anti-parallel thyristors are also used. In these so-called three-phase three-phase current controllers, the third conductor is connected directly to the load. A side effect of this two-phase, low-phase three-phase current controller is that the effective values of the currents in the two external controlled conductors are different despite the identical operating angles. This effect should be attributed to the magnetic coupling action between the induction motor phases when subjected to the three currents, and depends on the phase sequence of the grid or the direction of motor rotation. Due to the irregular high currents, the power semiconductors (thyristors) and their heatsinks need to be sized higher than necessary as control of their higher current is required. Which of the two currents in the controlled external conductors is higher depends on the direction of rotation of the connected network and therefore may vary. So far this effect has been taken into account by the fact that the power semiconductors are sized so that each of the two valve sets on the two controlled external conductors can withstand the maximum value.

[004] O documento US5682091A, descreve um dispositivo e um método para aumentar o rendimento na operação de um motor trifási-co de corrente alternada. O controle é exercido em duas fases do circuito trifásico de alimentação que possuem chaves bidirecionais semi-condutoras. O dispositivo e o método utilizam um microcontrolador para ajustar o sistema de controle de forma que o intervalo de tempo entre um nível da corrente elétrica de alimentação de duas fases controladas e o acionamento do gatilho das chaves semicondutoras mantenha se mantenha constante, independentemente da carga. Para tanto é utilizado um núcleo magnético saturável.US5682091A describes a device and method for increasing the throughput of operating a three-phase AC motor. Control is exercised in two phases of the three-phase power circuit that have semi-conductive two-way switches. The device and method utilize a microcontroller to adjust the control system so that the time interval between a controlled two-phase power supply level and the triggering of the semiconductor switches remains constant regardless of the load. For this purpose a saturable magnetic core is used.

[005] Uma das tarefas da presente invenção é a otimização da operação de um controlador de corrente trifásica para duas fases.One of the tasks of the present invention is to optimize the operation of a two phase three phase current controller.

[006] Uma ideia básica da presente invenção consiste em ajustar nestas fases os valores de um parâmetro alterável nas duas fases controláveis de um controlador de corrente trifásica para duas fases.[006] A basic idea of the present invention is to adjust in these phases the values of a changeable parameter in the two controllable phases of a two phase three phase current controller.

[007] Em particular abandona-se o princípio convencional da ati- vação de fases simétricas com um atraso de disparo uniforme nos dois condutores externos controlados, e para cada um dos dois condutores externos controlados é estipulado um atraso de disparo próprio. Em outras palavras, uma ativação assimétrica de fase ocorre de tal modo que os valores eficazes das correntes nas duas fases controladas são ajustados um ao outro. No caso, o ajuste ocorre particularmente na partida do motor de indução para evitar as diferenças de parâmetros que lá ocorrem. A princípio, o ajuste também pode ocorrer durante a operação normal.In particular, the conventional principle of activating symmetrical phases with a uniform tripping delay in the two controlled external conductors is abandoned, and for each of the two controlled external conductors an own tripping delay is stipulated. In other words, an asymmetric phase activation occurs such that the effective values of currents in the two controlled phases are adjusted to each other. In this case, the adjustment occurs particularly at the start of the induction motor to avoid the parameter differences that occur there. At first adjustment may also occur during normal operation.

[008] Devido aos valores de parâmetros, em particular correntes, mutuamente aproximados com a ajuda do "princípio de phase bafan-cer" de acordo com a presente invenção, nos dois condutores externos controlados, os dois jogos de válvulas (semicondutores de potência) usados não precisam mais ser dimensionados para o valor máximo esperado. Para uma operação segura é suficiente um dimensionamen-to para o valor médio menor dos dois condutores externos. Assim torna-se possível uma clara redução dos custos. Uma outra vantagem do método de acordo com a presente invenção é uma carga de rede mais uniforme. Além disso, acontece um ajuste de parâmetros automático, também em caso de assimetrias de tensão por parte da rede.Due to the parameter values, particularly current, mutually approximated with the aid of the "phase bafan-cer principle" according to the present invention, in the two controlled external conductors, the two valve sets (power semiconductors) used no longer need to be scaled to the maximum expected value. For safe operation a scaling to the smaller average value of the two outer conductors is sufficient. This enables a clear reduction in costs. Another advantage of the method according to the present invention is a more uniform net load. In addition, automatic parameter adjustment takes place even in case of voltage asymmetries on the part of the network.

[009] Com a presente invenção pode ser obtida aproximadamente a mesma funcionalidade no que se refere à redução de correntes de partida e torques durante a partida com controladores bifásicos de correntes trifásicas, do mesmo modo que é possível com controladores trifásicos.With the present invention approximately the same functionality can be obtained with respect to the reduction of starting currents and torques during starting with three-phase three-phase current controllers, as is possible with three-phase controllers.

[0010] Outras formas de execução vantajosas da presente invenção são explicadas detalhadamente com a ajuda de desenhos mostrando um exemplo de execução. Eles mostram: [0011] A figura 1 mostra o ângulo de disparo, numero de rotações e torque de um controlador de corrente trifásica de acordo com o esta- do da técnica.Other advantageous embodiments of the present invention are explained in detail with the help of drawings showing an exemplary embodiment. They show: [0011] Figure 1 shows the tripping angle, speed and torque of a three-phase current controller according to the state of the art.

[0012] A figura 2 mostra o decurso dos valores eficazes das correntes e a diferença de corrente em um controlador de corrente trifási-ca de acordo com o estado da técnica.[0012] Figure 2 shows the course of the effective current values and the current difference in a three-phase current controller according to the state of the art.

[0013] A figura 3 mostra o ângulo de disparo, numero de rotações e torque de um controlador de corrente trifásico de acordo com a presente invenção. A figura 4 mostra o decurso dos valores eficazes das correntes e a diferença de corrente em um controlador de corrente tri-fásica de acordo com a presente invenção.Figure 3 shows the firing angle, number of revolutions and torque of a three phase current controller according to the present invention. Figure 4 shows the course of the effective current values and the current difference in a three-phase current controller in accordance with the present invention.

[0014] A figura 5 mostra uma ilustração esquematizada do método de acordo com a presente invenção.Figure 5 shows a schematic illustration of the method according to the present invention.

[0015] Como exemplo é usado um controlador de corrente trifásica (partida suave) para o controle do ângulo de disparo para um motor de indução, conforme é conhecido do estado da técnica. Apenas a ativação do controlador de corrente trifásica que é realizada por sua unidade de controle mostra modificações que possibilitam uma operação do controlador de corrente trifásica no sentido da presente invenção. Uma vez que a unidade de controle, ao lado de unidades de medição como transformadores de corrente e semelhantes, na maioria dos casos compreende um microprocessador ou microcontrolador, estas modificações são realizadas preferencialmente com um programa de computador rodado no microprocessador ou microcontrolador, ou em qualquer outra forma, por exemplo, como um circuito cablado.As an example, a three-phase current controller (soft starter) is used for the control of the tripping angle for an induction motor as is known from the state of the art. Only the activation of the three-phase current controller that is performed by its control unit shows modifications that enable operation of the three-phase current controller in the sense of the present invention. Since the control unit, next to measuring units such as current transformers and the like, in most cases comprises a microprocessor or microcontroller, these modifications are preferably performed with a computer program running on the microprocessor or microcontroller, or any another way, for example, as a wired circuit.

[0016] Para o exemplo de execução seguinte, a titulo de exemplo, parte-se do fato de que os dois condutores externos L1 e L3 são controlados e o condutor externo L2 (construtivamente disposto no meio) está conectado no controlador de corrente trifásica por meio de, por exemplo, uma ponte de cobre. De acordo com a presente invenção, os valores eficazes l|rms e bm» precisam ser ajustados. Primeiro, a unidade de controle do controlador de corrente trifásica calcula para tal um desvio de regulação ΔΙ de acordo com ΔΙ|< — (l|rms(k) " brms (k)) I (Equação 1) [0017] O índice k significa os valores do tempo de exploração t = k ■ TA, onde TA na rede de 50 Hz pode ser o ciclo de rede com TA = 20 ms. Neste caso, um cálculo novo ocorre uma vez por ciclo de rede. Mas uma exploração também pode ocorrer a cada dois, três ou quatro ciclos de rede etc.. O desvio de regulação de acordo com a equação 1, no caso, é padronizado para a corrente nominal lN do controlador de corrente trifásica, isto significa, está sem dimensão.For the following embodiment example, it is assumed that the two external conductors L1 and L3 are controlled and the external conductor L2 (constructively disposed in the middle) is connected to the three phase current controller by through, for example, a copper bridge. In accordance with the present invention, the effective values l | rms and bm »need to be adjusted. First, the three-phase current controller control unit calculates for this a regulation deviation ΔΙ according to ΔΙ | <- (l | rms (k) "brms (k)) I (Equation 1) [0017] The k index means the scan time values t = k ■ TA, where TA in the 50 Hz grid can be the grid cycle with TA = 20 ms, in which case a new calculation takes place once per grid cycle. can occur every two, three or four mains cycles etc. The regulation deviation according to equation 1, in this case, is standardized to the nominal current lN of the three phase current controller, that is, it is without dimension.

[0018] O atraso de disparo "global" α o qual indica o ciclo entre a extinção da corrente e a próxima disparo é determinado de modo já conhecido pelo controle do controlador de corrente trifásica na base dos parâmetros regulados no equipamento (tensão de partida, tempo de rampa e semelhantes). Afim de obter valores eficazes idênticos nos dois condutores externos controlados L1 e L3, precisa ser deduzido, a partir do atraso de disparo "global" α para cada condutor externo controlado, isto é para cada conjunto de tiristor e válvula, um atraso de disparo próprio a1 e a3. Estes atrasos de disparo conjugados aos condutores externos L1 e L3 são calculados na unidade de controle durante a partida a partir do atraso de disparo "global" α como segue: (Equação 2) [0019] Da equação 2 pode ser concluído que o valor médio dos dois atrasos de disparo a1 e a3 corresponde ao atraso de disparo "global" a, sua diferença, porém, ao atraso de disparo diferencial Δα. Em virtude da diferença de corrente ΔΙ, o próximo passo determina o atraso de disparo diferencial Δα. Isto é feito na base da seguinte equação: (Equação 3) [0020] Isto significa que a diferença das correntes nos dois condu- tores externos L1 e L3, desde o inicio do processo de partida é somado sobre o número dos ciclos de rede passados e a partir desta soma, de acordo com a equação 3, é determinado o atraso de disparo diferencial Δα (controlador integral de valores discretos). A constante K| também denominada de reforço de regulagem na equação 3, com vantagem adota valores em uma faixa de cerca de 0,03 a 0,05 em uma rede de 50 Hz. Nisso é particularmente vantajoso um valor de K| de 0,05. Valores de K| grandes demais causariam uma instabilidade do sistema.[0018] The "global" trip delay α which indicates the cycle between current extinguishing and the next trip is determined in a manner known by the control of the three phase current controller on the basis of the parameters set on the equipment (starting voltage, ramp time and the like). In order to obtain identical effective values on the two controlled external conductors L1 and L3, one has to deduct from the "global" tripping delay α for each controlled external conductor, ie for each thyristor and valve assembly, a proper tripping delay. a1 and a3. These tripping delays in conjunction with external conductors L1 and L3 are calculated on the control unit during start from the "global" tripping delay α as follows: (Equation 2) [0019] From equation 2 it can be concluded that the mean value of the two tripping delays a1 and a3 correspond to the "global" tripping delay a, their difference, however, to the differential tripping delay Δα. Due to the current difference ΔΙ, the next step determines the differential trip delay Δα. This is done on the basis of the following equation: (Equation 3) This means that the difference in currents in the two external conductors L1 and L3 since the start of the start process is summed over the number of past network cycles. and from this sum, according to equation 3, the differential trip delay Δα (integral discrete value controller) is determined. The constant K | also called regulating boost in equation 3, advantageously adopts values in the range of about 0.03 to 0.05 in a 50 Hz grid. In this case a value of K | is particularly advantageous. of 0.05. K values | too large would cause system instability.

[0021] Portanto, não é mais predeterminado, como aconteceu até agora, o mesmo ângulo de disparo para cada condutor externo ou para cada jogo de válvulas. Antes pelo contrário, de acordo com a presente invenção, diferentes ângulos operacionais, isto é, diferentes atrasos de disparo são definidos para as duas fases controladas. Nisso, o método de acordo com a presente invenção destaca-se particularmente pelo fato de que o ajuste acontece na base de dados de medição atuais, por assim dizer, "online". Não será preciso fazer uso de estimativas imprecisas ou cálculos prévios.Therefore, it is no longer predetermined, as has happened so far, the same firing angle for each external conductor or for each set of valves. Rather, according to the present invention, different operating angles, ie different firing delays are defined for the two controlled phases. In this regard, the method according to the present invention is particularly noteworthy in that the adjustment takes place in the current measurement database, as it were, "online". No need to make inaccurate estimates or previous calculations.

[0022] O método de cálculo definido na equação 3 deve ser entendido como exemplo e logicamente pode ser modificado no sentido da presente invenção.The calculation method defined in equation 3 is to be understood as an example and logically may be modified in the sense of the present invention.

[0023] A eficiência do método de acordo com a presente invenção torna-se clara das figuras descritas a seguir.The efficiency of the method according to the present invention becomes clear from the following figures.

[0024] A figura 1 mostra o ângulo de disparo (retardo a) em graus, o numero de rotações n em min"1, e o torque M em Nm sobre o tempo t em segundos para um controlador de corrente trifásica convencional. A figura 2 mostra para o mesmo ciclo o decurso dos valores eficazes das correntes 11, I2 e I3 e a diferença das correntes dos condutores externos controlados, no exemplo de um motor de indução de 30 kW.[0024] Figure 1 shows the tripping angle (delay a) in degrees, the number of revolutions n in min "1, and the torque M in Nm over time t in seconds for a conventional three phase current controller. 2 shows for the same cycle the course of the effective values of currents 11, I2 and I3 and the difference in currents of the controlled external conductors in the example of a 30 kW induction motor.

[0025] Mais ou menos em um atraso de disparo de α = 77°/180° ■ 10 ms = 4,3 ms, os valores eficazes da corrente nos dois condutores externos L1 e L3 controlados afastam-se cada vez mais. I3rms ultrapassa hrms por cerca de 22 ampères o que corresponde a cerca de 40% da corrente nominal (lN = 55 ampères). Os valores máximos das correntes efetivas são 202 ampères (L1) ou 220 ampères (L3).More or less at a tripping delay of α = 77 ° / 180 ° ■ 10 ms = 4.3 ms, the effective values of the current in the two controlled external conductors L1 and L3 are moving farther and farther apart. I3rms exceeds hrms by about 22 amps which corresponds to about 40% of rated current (lN = 55 amps). The maximum effective current values are 202 Amps (L1) or 220 Amps (L3).

[0026] Se os controladores de corrente trifásica usados nas figuras 1 e 2 forem operados com o método de acordo com a presente invenção, resultam as linhas características definidas nas figuras 3 e 4. Nisso, por motivos de melhor visibilidade, a figura 3 mostra para o atraso de disparo diferencial Δα o valor negativo, dez vezes o valor. Como se vê da figura 4, os valores eficazes lirms» hrms das correntes estão amplamente aproximadas uma à outra nos dois condutores externos controlados L1 e L3. O valor máximo para ambos os condutores externos fica agora em cerca de 210 ampères, isto é, mais ou menos no meio dos valores máximos da figura 2.If the three-phase current controllers used in figures 1 and 2 are operated with the method according to the present invention, the characteristic lines defined in figures 3 and 4 result. For this reason, for better visibility, figure 3 shows for differential trip delay Δα the negative value, ten times the value. As can be seen from Figure 4, the effective current values of the current values are widely approximated to each other in the two controlled external conductors L1 and L3. The maximum value for both external conductors is now around 210 ampere, ie roughly in the middle of the maximum values in figure 2.

[0027] A figura 5 mostra uma ilustração simplificada esquematiza-da de um controlador de corrente trifásica de acordo com a presente invenção para um motor de indução (ASM). Nisso, as correntes nos dois condutores externos controlados L1 e L3 são medidas por meio de transformadores de corrente. O sinal de medição é levado para um conversor A/D de um microprocessador. Dos valores aquisitados é calculado por meio de métodos conhecidos o valor efetivo da corrente para um ciclo de rede. Os dois valores eficazes são deduzidos um do outro, relacionados à corrente nominal lN e avaliados com os fatores K*TA. O valor assim avaliado é submetido à formação de um soma de onde é determinado o atraso de disparo diferencial Δα. O atraso de disparo diferencial Δα é respectivamente deduzido do atraso de disparo global α (L1) ou é somado a este (L3). Disso surgem os diversos atrasos de disparo a1 e a3 para os dois condutores externos controlados La e L3. Os dois atrasos de disparo a1 e a3 são conduzidos a uma lógica de circuito que gera disso os respectivos pulsos de disparo para os tiristores.Figure 5 shows a simplified schematic illustration of a three phase current controller according to the present invention for an induction motor (ASM). In this case, the currents in the two controlled external conductors L1 and L3 are measured by means of current transformers. The measurement signal is fed to a microprocessor A / D converter. From the acquired values, the effective value of the current for a network cycle is calculated by known methods. The two effective values are deduced from each other, related to the nominal current lN and evaluated with the factors K * TA. The value thus evaluated is subjected to the formation of a sum from which the differential trip delay Δα is determined. The differential trip delay Δα is respectively deducted from or is added to the global trip delay L (L1). This results in the various trip delays a1 and a3 for the two controlled external conductors La and L3. The two tripping delays a1 and a3 are led to a circuit logic that generates the respective tripping pulses for the thyristors.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Method for operating a two-phase three-phase current controller in a three-phase current network, with a tripping angle control being performed in two controlled phases, comprising the steps: - determining an effective value of the currents flowing in both phases. controlled phases, - addition of the difference of the two currents flowing in the two controlled phases, characterized in, - determination of a trip delay from half of the sum of the differences of the currents flowing in the two controlled phases, and - increase of the angle of firing for the first controlled phase and decreasing the firing angle for the second phase controlled by the determined triggering delay, so that the effective values in the two controlled phases are adjusted and the adjustment is made based on current measurement data. of the three-phase current controller.

Method according to claim 1, characterized in that at least in each network cycle the effective values of the currents flowing in the two controlled phases are determined.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the effective values are determined from the acquired values.

Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that a regulating boost in the range 0.03 to 0.05 is used.

5. Two-phase three-phase current controller for controlling the two-phase controlled tripping angle in a three-phase current network, - with means of determining the effective values of the currents flowing in the two controlled phases, and- with a control unit connected to the determination means, which has means for summing the difference of the currents flowing in the two controlled phases, characterized in that the controller is operated according to the method defined in claim 1, wherein the control unit is designed to determine and generate a trip delay from the summed difference of currents flowing in the two controlled phases, such that the effective values in the two controlled phases are adjusted by increasing the firing angle for the first controlled phase. and the reduction of the firing angle for the second controlled phase, and the adjustment occurs based on instability data. three-phase current controller.