DE10055223B4

DE10055223B4 - Stromdetektionseinrichtung und Stromdetektionsverfahren

Info

Publication number: DE10055223B4
Application number: DE10055223A
Authority: DE
Inventors: Shinji Nishimura
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: DE10055223A1; JP3946933B2; JP2001339989A; US6429648B1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines ersten Dreiphasen-Drehstroms mit einer ersten Frequenz ω1 und einer ersten Phase Φ1 und eines zweiten Dreiphasen-Drehstroms mit einer zweiten Frequenz ω2 und einer zweiten Phase Φ2, wobei der erste Dreiphasen-Drehstrom einen Strom i11 einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase i12 und einen Strom einer dritten Phase i13 aufweist, der zweite Dreiphasen-Drehstrom einen Strom i21 einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase i22 und einen Strom einer dritten Phase i23 aufweist, und der erste Dreiphasen-Drehstrom und der zweite Dreiphasen-Drehstrom über unterschiedliche Wicklungen einer dynamoelektrischen Maschine fließen, die um denselben Ständerkern gewickelt sind, enthaltend die Schritte:
– Detektieren eines ersten Summenstroms aus dem Strom i11 der ersten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und aus dem Strom i21 der ersten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms;
– Detektieren eines zweiten Summenstroms aus dem Strom i12 der zweiten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und aus dem Strom i22 der...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zum Detektieren von Dreiphasen-Wechselströmen zweier unterschiedlicher Frequenzen, und insbesondere eine Stromdetektionseinrichtung und ein Stromdetektionsverfahren mit der Fähigkeit zum Reduzieren der Zahl der Stromdetektionssensoren.

In Acarnley P.P.: Strommessung in Dreiphasen-bürstenlosen DC-Antrieben. In: IEE Proceedings-B, Electric Power Applications, 1993, No. 1, Seiten 71–79, sind Kriterien für die Schätzung von Wicklungsströmen in bürstenlosen DC-Antrieben beschrieben.

Zudem ist aus EP 0 597 404 A2 ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung von Leiterströmen eines einzigen Mehrleitersystems bekannt.

Ein Verfahren zum Messen elektrischer Ströme in n Leitern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind weiterhin beschrieben in DE 197 48 550 A1 , wobei eine sichere Überstrom- und/oder ein sicherer Fehlerstromschutz erzielt wird.

In DE-OS 2 360 753 ist zudem eine Anordnung zur potentialen Messung der Einzelströme eines Dreileitersystems beschrieben, und DE 27 04 764 C2 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der einem Drehstromverbraucher zugeführten Grundschwingungswirkleistung.

Allgmein lässt sich beim Detektieren eines Dreiphasen-Wechselstroms, sobald die U- und V-Phasenströme detektiert sind, eine W-Phase durch –(U-Phase + V-Phase) berechnen. Demnach lässt sich ein Dreiphasen-Wechselstrom unter Verwendung zweier Stromdetektionssensoren detektieren. Das Detektieren von Dreiphasen-Wechselströmen zweier unterschiedlicher Frequenzen erforderte eine Gesamtzahl von vier Stromdetektionssensoren zum Detektieren der U- und V-Phasenströme für jeden Dreiphasen-Wechselstrom.

Eine Stromdetektionseinrichtung mit der oben erwähnten Konfiguration erfordert vier teure Stromdetektionssensoren, was zu erhöhten Kosten führt.

Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen des obigen Problems geschaffen, und einetechnische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Stromdetektionseinrichtung und eines Stromdetektionsverfahrens mit der Fähigkeit zum Detektieren von Dreiphasen-Wechselströmen zweier unterschiedlicher Frequenzen durch lediglich zwei Stromdetektoren.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und 4, sowie die Merkmale des Patentanspruchs 5 und 8.

Demnach ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Kostenreduktion aufgrund der geringeren Anzahl der erforderlichen Stromdetektionssensoren. Weiterhin lassen sich die gewünschten Ströme genau detektieren.

Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Schätzwert für die Drehströme anhand der Stromsollwerte bestimmt wird, so ermöglicht dies ein schnelles Ansprechverhalten bei der Stromdetektierung.

Wenn gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Schätzwerte anhand zeitverzögerter Größen der bestimmten Drehströme bestimmt sind, ermöglicht dies das Detektieren der gewünschten Drehströme in genauerer Weise.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Beschreibung und die Zeichnung beschrieben; es zeigen:
1 ein Blockschaltbild beispielsweise eines Asynchronmotors mit änderbarer Polzahl, der früher vorgeschlagen wurde;
2 ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Stromdetektionseinrichtung und eines Stromdetektionsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
3 ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebs eines in 2 gezeigten Stromseparators;
4 ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebs des Stromseparators zum Erläutern eines anderen Beispiels der Stromdetektionseinrichtung und des Stromdetektionsverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung;
5 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines zusätzlichen, anderen Beispiels der Stromdetektionseinrichtung und des Stromdetektionsverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung;
6 ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebs eines in 5 gezeigten Stromseparators;
7 ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebs des Stromseparators zum Erläutern eines weiteren, anderen Beispiels der Stromdetektionseinrichtung und des Stromdetektionsverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung; und
8 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines weiteren Beispiels des Stromdetektionsverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung.
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer Blockstruktur beispielsweise eines Asynchronmotors mit änderbarer Polzahl, wie er bereits vorgeschlagen ist. Die 1 zeigt einen Rotor 1 mit einer Kurzschlusswicklung 1a, einen Ständer 2 mit einer ersten Wicklung 2a (U1, V1 und W1), die mit vier Polen gewickelt ist, sowie eine zweite Wicklung 2b (U2, V2 und W2), die mit acht Polen gewickelt ist, sowie einen ersten mit der ersten Wicklung 2a verbundenen Vektorsteuer-Wechselrichter 3 für eine Vierpolerregung und einen zweiten mit der zweiten Wicklung 2b verbundenen Vektorsteuer-Wechselrichter 4 für eine Achtpol-Erregung.
Ein Drehzahlsensor 5 dient als Drehzahl- bzw. Umdrehungsgeschwindigkeits-Detektionsvorrichtung zum Detektieren einer Drehzahl des Rotors 1. Ein Drehmomentsollwertverteiler 6 verteilt einen Drehmomentsollwert auf der Grundlage einer Drehzahl.
Ein erster Stromsensor 11 ist mit einer V1-Phase der ersten Wicklung 2a verbunden, zum Detektieren des Stroms der V1-Phase der ersten Wicklung 2a. Ein zweiter Stromsensor 12 ist mit einer W1-Phase der ersten Wicklung 2a verbunden, zum Detektieren des Stroms der W1-Phase in der ersten Wicklung 2a. Ähnlich ist ein dritter Stromsensor 13. mit einer V2-Phase der zweiten Wicklung 2b verbunden, zum Detektieren des Stroms der V2-Phase der zweiten Wicklung 2b. Ein vierter Stromsensor 14 ist mit einer W2-Phase der zweiten Wicklung 2b verbunden, zum Detektieren des Stroms der W2-Phase in der zweiten Wicklung 2b.
Eine durch den Drehzahlsensor 5 detektierte Umdrehungsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl um eines Rotors 1 wird dem ersten Wechselrichter 3 zugeführt, sowie dem zweiten Wechselrichter 4 und dem Drehmoment-Sollwertverteiler 6. Ein durch den ersten Stromsensor 11 detektierter Strom Iw1 und ein durch den zweiten Stromsensor 12 detektierter Strom Iv1 wird dem ersten Wechselrichter 3 zugeführt. Ferner wird ein durch den dritten Stromsensor 13 detektierter Strom Iw2 und ein durch den vierten Stromsensor 14 detektierter Strom Iv2 dem zweiten Wechselrichter 4 zugeführt.
Der Drehmoment-Sollwertverteiler 6 empfängt einen Drehmomentsollwert T, und er verteilt den empfangenen Drehmomentsollwert T auf den ersten Drehmomentsollwert T1 zum Ausgeben an den ersten Wechselrichter 3 und einen zweiten Drehmomentsollwert T2 zum Ausgeben an den zweiten Wechselrichter 4.
Zum Detektieren von Dreiphasen-Wechselströmen in dem Motor mit der oben beschriebenen Konfiguration lassen sich – sobald die Ströme der V-Phase und der W-Phase detektiert sind – verbleibende U-Phasen gemäss –(V-Phase + W-Phase) berechnen, wie in der obigen Erläuterung des Stands der Technik dargelegt. Demnach sind insgesamt vier Stromsensoren, d.h. der erste bis vierte Stromsensor 11 bis 14, zum Detektieren von Dreiphasen-Wechselströmen zweier unterschiedlicher Frequenzen erforderlich, die von der ersten Wicklung 2a und der zweiten Wicklung 2b ausgegeben werden.
Die 2 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen der Stromdetektionseinrichtung und des Stromdetektionsverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung, und die 3 zeigt ein Diagramm zum Darstellen des Betriebs eines Stromseparators gemäss 2. Wie in 2 gezeigt, dient ein erster Stromsensor 15 als erste Stromdetektionsvorrichtung, die mit der V1-Phase der ersten Wicklung 2a verbunden ist, sowie mit der V2-Phase der zweiten Wicklung 2b, um gleichzeitig die Ströme der V1-Phase bei der ersten Wicklung 2a und der V2-Phase bei der zweiten Wicklung 2b zu detektieren (iV1 + iV2). Ein zweiter Stromsensor 16 dient als zweite Stromdetektionsvorrichtung, die mit der W1-Phase der ersten Wicklung 2a und der W2-Phase der zweiten Wicklung 2b verbunden ist, um gleichzeitig die Ströme der ersten Wicklung 2a und der W2-Phase der zweiten Wicklung 2b (iW1 + iW2) zu detektieren.
Ein Stromseparator 17 dient als Trennberechnungsvorrichtung. Der Stromseparator 17 empfängt den durch den ersten Stromsensor 15 detektierten Strom (iV1 + iV2) und den durch den zweiten Stromsensor 16 detektierten Strom (iW1 + iW2), und er trennt sie in Ströme (Gleichstromwerte) entlang einer gewünschten d-q-Achse, insbesondere einen Strom Ids1 und einen Strom Iqs1, und einen Strom Ids2 und einen Strom Iqs2, und er gibt anschließend diese Ströme an den ersten Vektorsteuer-Wechselrichter 3 und den zweiten Vektorsteuer-Wechselrichter 4 aus.
Zunächst erfolgt die Beschreibung eines Abrisses des Betriebs des Stromseparators im Zusammenhang mit der 3. Der Stromseparator 17 führt zunächst. im Schritt S31 ein Umsetzen von dem Dreiphasen-System zu einem Zweiphasen-System auf der Grundlage des vorangehend genannten Stroms (iV1 + iV2) aus, der von der ersten Wicklung 2a empfangen wird. Anschließend wir der erhaltene Zweiphasen-Wechselstrom im Schritt S32 mit der Frequenz ω1 der ersten Wicklung 2a multipliziert (in den meisten Fällen einer Vektorsteuerung einer Asynchronmaschine enthält ein Vektorsteuer-Wechselrichter Frequenzdaten), sowie einem Einheitsvektor e^–jθ1, der sich in Gegenrichtung dreht; d.h. es gilt θ1 = ω1t. Hierdurch lässt sich ein Stromwert für Drehkoordinaten erhalten, die sich mit der ersten Frequenz ω1 drehen.
Dieser Stromwert ist ein Wert, der durch Addieren eines Werts erhalten wird, der durch Multiplizieren eines Stroms entlang einer d-q-Achse – die sich mit der zweiten Frequenz ω2 eines Stromwerts der zweiten Wicklung 2b dreht – mit einem Einheitsvektor – der sich bei einer zweiten Frequenz θ2 minus der ersten Frequenz θ1 dreht – ableiten lässt, und zwar zu einem Strom (einem Direktstromwert) entlang der d-q-Achse der ersten Wicklung 2a; demnach gilt θ2 = ω2t, θ1 = ω1t, und so weiter.
Demnach führt das Subtrahieren der oben erwähnten extra Komponenten zu den ersten Strömen, insbesondere zu Ids1 und Iqs1 entlang einer ersten d-q-Achse. Zum Subtrahieren der extra Komponente wird von einem Wert, der durch Multiplizieren der geschätzten Stromwerte – insbesondere von Ids2* und iqs2* – mit der obigen Drehkomponente mit einer Frequenzdifferenz – insbesondere von e^{–j(θ1–θ2)} – erhalten wird, subtrahiert, damit ein gewünschter Stromdetektionswert erhalten wird (Schritte S36 und S37).
In derselben Weise lassen sich die gewünschten Ströme – insbesondere Ids2 und Iqs2 – der zweiten Wicklung 2b erhalten (Schritte S33, S34 und S35).
Ein Berechnungsverfahren des Stromseparators 17 wird nun detailliert beschrieben.
[Umsetzen von dem Dreiphasen-System in das Zweiphasen-System]
Nun erfolgt eine weitergehende detaillierte Beschreibung des Berechnungsverfahrens für den Stromseparator 17. Allgemein erfolgt ein Umsetzen der Dreiphasen-Wechselströme – insbesondere i_u, i_v und i_w, die um 120 Grad in der Phase verschoben sind – in Zweiphasen-Wechselströme – insbesondere i_α und i_β, die um 90 Grad im Hinblick auf die Phase entlang einer α-Achse und einer β-Achse verschoben sind, durch Anwendung der folgenden Gleichung (1):
Die folgende Gleichung (2) lässt sich anhand der obigen Gleichung (1) ableiten:
In diesem Zeitpunkt gilt i_u = –i_v_i_w, was zu der folgenden Gleichung führt:
Demnach ermöglicht das Bestimmen von i_v und i_w das Umsetzen in den zweiphasigen Wechselstrom.
Die nachfolgend gezeigte Gleichung (4) wird abgeleitet, indem dieselbe Berechnung unter Verwendung der Gleichung (3) auf V₁ + V₂ und W₁ + W₂ angewandt wird, als Ergebnisströme der zwei Dreiphasen-Wechselströme mit zwei unterschiedlichen Frequenzen, u₁, V₁, w₁ und u₂, v₂, W₂, und die durch die Stromdetektoren 15 und 16 detektiert werden:
[Separation]
I_α und I_β werden durch komplexe Zahlen dargestellt, wie nachfolgend gezeigt:
In der Gleichung (5) stellt e^j(ω1t+ϕ1) den Strom dar, der sich mit ω₁ dreht und eine Phase von ϕ₁ hat. Da die Frequenz des Stroms jedes Pols bekannt ist, führt das Multiplizieren mit e^–jω1t und e^–jω2t zu der folgenden Gleichung (6):
Die gewünschten Ströme, die wie nachfolgend gezeigt dargestellt sind, sind zu bestimmen:
Schätzwerte der jeweiligen Ströme werden wie nachfolgend gezeigt dargestellt: Schätzwert von I1ejϕ1 (I1ejϕ1)* Schätzwert von I2ejϕ2 (I2ejϕ2)* (8)
Demnach wird die folgende Gleichung (9) abgeleitet:
Bei der obigen Gleichung bezeichnen Δ₁ und Δ₂ Fehler der Schätzwerte; demnach ermöglicht das Ausführen der Steuerung oder das Einstellen der Schätzwerte zum Eliminieren der Fehler das Detektieren der gewünschten Ströme I₁e^jϕ1 und I₂ ^jϕ2.
Zum Implementieren der oben gezeigten Berechnung in einer Einrichtung erfolgt das Ausführen der tatsächlichen Berechnung so, wie nachfolgend beschrieben.
Zunächst erfolgt eine Darstellung des Ausdrucks der komplexen Zahlen durch einen Realteil und einen Imaginärteil, wie in der folgenden Gleichung (10) dargelegt:
Realteil Iα = I1cos(θ1 + ⌀1) + I2cos(θ2 + ⌀2) Imaginärteil Iβ = I1sin(θ1 + ⌀1) + I2sin(θ2 + ⌀2)
Das Multiplizieren des Realteils mit e^–jθ1 als Einheitsvektor, der sich in die Gegenrichtung dreht, führt zu dem folgenden Ausdruck:
Das Multiplizieren des Imaginärteils mit e^–jθ2, was ebenso ein Einheitsvektor ist, der sich entlang der Gegenrichtung dreht, führt zu dem folgenden Ausdruck:
Das Subtrahieren eines Schätzwerts (I₁e^jϕ1)* von A lässt sich wie folgt ausdrücken (der Schätzwert (I₁e^jϕ1)* entspricht iqs1* und ids1* in 3):
Demnach lassen sich die gewünschten Ströme I_2q und I_2d detektieren (die gewünschten Ströme I_2q und I_2d entsprechen 2qs2 und Ids2 in 3).
Ähnlich lässt sich für den Imaginärteil das Subtrahieren eines Schätzwerts (I₁e^jϕ1)* von B wie folgt darstellen (der Schätzwert (I₁e^jϕ2)* entspricht Iqs2* und Ids2* in 3):
Demnach lassen sich die gewünschten Ströme I_1q und I_1d detektieren (die gewünschten Ströme I_2q und I_2d entsprechen Iqs2 und Ids2 in 3).
Auf der Grundlage der obigen Berechnungen umfasst – wie in 3 gezeigt – die Stromdetektionseinrichtung 17 die folgende(n) Trennberechnungsvorrichtung/Schritte:
die/den Zweiphasen-Wechselstrom-Umsetzvorrichtung/Schritt (Schritt S31) zum Umsetzen einer Ausgangsgröße (iv1 + iv2) des Stromsensors 15 und einer Ausgangsgröße (iw1 + iw2) des Stromsensors 16 in Zweiphasen-Wechselströme;
die/den ersten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S32) zum Multiplizieren einer Ausgangsgröße der/des Zweiphasen-Wechselstrom-Ümsetzvorrichtung/Schritt(s) mit einem Einheitsvektor e^–jθ1, der sich entlang der Gegenrichtung mit einer Frequenz θ1 eines ersten Wechselstroms dreht;
die/den zweiten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S33) zum Multiplizieren einer Ausgangsgröße der/des Zweiphasen-Wechselstrom-Umsetzvorrichtung/Schritt mit einem Einheitsvektor e^–jθ2, der sich entlang der Gegenrichtung mit einer Frequenz θ2 eines zweiten Wechselstroms dreht;
die/den ersten Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S34) zum Multiplizieren eines Schätzwerts (Ids1*, Iqs1*) des ersten Wechselstroms mit einem Einheitsvektor e^j(θ1–θ2), der sich mit (einer Frequenz des ersten Wechselstroms minus einer Frequenz des zweiten Wechselstroms) dreht;
die/den ersten Vektorsubtrahiervorrichtung/Schritt (Schritt S35) zum Subtrahieren einer Ausgangsgröße der/des ersten Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung/Schritts von einer Ausgangsgröße der/des zweiten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritts;
die/den zweiten Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S36) zum Multiplizieren eines Schätzwerts (Ids2*, Iqs2*) des zweiten Wechselstroms mit einem Einheitsvektor e^j(θ2–θ1), der sich mit einer Frequenz des zweiten Wechselstroms minus einer Frequenz des ersten Wechselstroms dreht; und
die/den zweiten Vektorsubtrahiervorrichtung/Schritt (Schritt S37) zum Subtrahieren einer Ausgangsgröße der/des zweiten Differenzfrequenzvektors-Multipliziervorrichtung/Schritts von einer Ausgangsgröße der/des ersten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritts;
und zwar zum Erzielen einer Trennung in gewünschte Ströme (Direktstromwerte) entlang einer d-q-Achse, insbesondere eines Stroms Iqs1 und eines Stroms Ids1, sowie eines Stroms Iqs2 und eines Stroms Ids2.
Die 4 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebs des Stromseparators zum Erläutern eines anderen Beispiels der Stromdetektionseinrichtung und des Stromdetektionsverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung. Die Berechnungsprozedur, die durch den Stromseparator der ersten Ausführungsform implementiert ist, verläuft so, wie in 3 dargestellt; jedoch ist die Berechnungsprozedur nicht hierauf beschränkt.
Unter Bezug auf die 4 enthält ein Stromseparator 17 gemäss dieser Ausführungsform die folgende(n) Trennberechnungsvorrichtung/Schritte:
eine(n) Zweiphasen-Wechselstrom-Umsetzvorrichtung/Schritt (Schritt S31) zum Umsetzen einer Ausgangsgröße (iv1 + iv2) des Stromsensors 15 und einer Ausgangsgröße (iw1 + iw2) des Stromsensors 16 in Zweiphasen-Wechselströme;
eine(n) erste(n) Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S32) zum Multiplizieren einer Ausgangsgröße der/des Zweiphasen-Wechselstrom-Umsetzvorrichtung/Schritts mit einem Einheitsvektor e^–jθ1, der sich entlang der Gegendrehung mit einer Frequenz θ1 eines ersten Wechselstroms dreht;
eine(n) zweite(n) Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S33) zum Multiplizieren einer Ausgangsgröße der/des Zweiphasen-Wechselstrom-Ümsetzvorrichtung/Schritts mit einem Einheitsvektor e^–jθ2, der sich in Gegenrichtung mit einer Frequenz θ2 eines zweiten Wechselstroms dreht;
eine(n) erste(n) Schätzwert-Subtrahiervorrichtung/Schritt (Schritt S44) zum Subtrahieren eines Schätzwerts (Ids1*, Iqs1*) des ersten Wechselstroms von einer Ausgangsgröße einer/eines ersten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritts;
eine/einen erste(n) Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S45) zum Multiplizieren einer Ausgangsgröße der/des ersten Schätzwert-Substrahiervorrichtung/Schritts mit einem Einheitsvektor e^j(θ1–θ2), der sich mit einer Frequenz des ersten Wechselstroms minus einer Frequenz des zweiten Wechselstroms dreht;
eine/einen zweite(n) Schätzwert-Substrahiervorrichtung/Schritt (Schritt S46) zum Subtrahieren eines Schätzwerts (Ids2*, Iqs2*) des zweiten Wechselstroms von einer Ausgangsgröße einer/eines zweiten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung/Schritts; und
eine/einen zweite(n) Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung/Schritt (Schritt S47) zum Multiplizieren einer Ausgangsgröße der/des zweiten Schätzwert-Subtrahiervorrichtung/Schritts mit einem Einheitsvektor e^{–j(θ2–θ1)}, der sich (mit einer Frequenz des zweiten Wechselstroms minus einer Frequenz des ersten Wechselstroms) dreht;
und zwar zum Erzielen einer Trennung in gewünschte Ströme (Gleichstromwerte) entlang einer d-q-Achse, insbesondere eines Stroms Iqs1 und eines Stroms Ids1 und eines Stroms Iqs2 und eines Stroms Ids2.
Die 5 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines zusätzlichen weiteren Beispiels der Stromdetektionseinrichtung und des Stromdetektionsverfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung. Die 6 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebs eines in 5 gezeigten Stromseparators. Bei dieser Ausführungsform empfängt, wie in 5 gezeigt, ein Stromseparator 18 nicht einen Schätzwert für den Strom.
Der Stromseparator 18 dieser Ausführungsform enthält eine Schätzvorrichtung (S51, S52) für Ströme (einer d-q-Achse), wie in 6 gezeigt.
Eine erste Schätzvorrichtung (Schritt S51) führt eine Verzögerung erster Ordnung zu, als Ausgangsgröße einer ersten Vektorsubtrahiervorrichtung (Schritt S35), und zwar zu einer ersten Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung (S34) als Stromschätzwert.
Ferner führt eine zweite Schätzvorrichtung (Schritt S52) eine Verzögerung erster Ordnung als Ausgangsgröße einer zweiten Vektorsubtrahiervorrichtung (Schritt S37) einer zweiten Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung (S36) als geschätzten Stromwert zu.
Der Rest der Berechnungsprozedur verläuft genau so wie bei der ersten Ausführungsform.
Die jeweilige Schätzvorrichtung subtrahiert einen Wert, der durch Integrieren von Fehlern derart erhalten wird, dass der Fehler zwischen einem berechneten Strom und einem Schätzwert den Wert Null annimmt, von einem Schätzwert, und zwar zum Bilden eines aktualisierten Schätzwerts, d.h. einer Verzögerung erster Ordnung.
Die 7 zeigt ein Diagramm zum Darstellen eines Betriebs des Stromseparators zum Erläutern eines zusätzlichen, weiteren Beispiels der Stromdetektionseinrichtung und des Stromdetektionsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Auch bei dieser Ausführungsform empfängt ein Stromseparator 18 nicht einen Schätzwert des Stroms.
Der Stromseparator 18 dieser Ausführungsform enthält eine Schätzvorrichtung (S61, S62) für Ströme (einer d-q-Achse), wie in 7 gezeigt.
Eine erste Schätzvorrichtung (Schritt S61) bewirkt ein Zuführen einer Verzögerung erster Ordnung einer Ausgangsgröße einer ersten Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung (Schritt S45) zu einer ersten Schätzwert-Subtrahiervorrichtung (Schritt S44). Die erste Schätzwert-Subtrahiervorrichtung (Schritt S44) empfängt eine Ausgangsgröße der Schätzvorrichtung (Schritt S61) als Schätzwert (Ids1*, Iqs1*), und sie subtrahiert die vorangehend empfangene Ausgangsgröße von einer Ausgangsgröße einer ersten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung (Schritt S32).
Ferner bewirkt eine zweite Schätzvorrichtung (Schritt S62) ein Zuführen einer Verzögerung erster Ordnung einer Ausgangsgröße einer zweiten Frequenzdifferenzvektor-Multipliziervorrichtung (Schritt S47) zu einer zweiten Schätzwert-Subtrahiervorrichtung (Schritt S46). Die zweite Schätzwert-Subtrahiervorrichtung (Schritt S46) empfängt eine Ausgangsgröße der Schätzvorrichtung (Schritt S62) als Schätzwert (Ids2*, Iqs2*), und sie subtrahiert die vorangehend empfangene Ausgangsgröße von einer Ausgangsgröße einer zweiten Gegendrehvektor-Multipliziervorrichtung (Schritt S33).
Der Rest der Berechnungsprozedur verläuft genauso wie derjenige der zweiten Ausführungsform.
Die jeweilige Schätzvorrichtung subtrahiert einen Wert, der durch Integrieren von Fehlern so erhalten wird, dass der Fehler zwischen einem berechneten Strom und einem Schätzwert den Wert Null annimmt, von einem Schätzwert, und zwar zum Bereitstellen eines aktualisierten Schätzwerts, d.h. einer Verzögerung erster Ordnung.
Bei der ersten bis vierten oben beschriebenen Ausführungsform sind die erhaltenen gewünschten Ströme (Ids1, Iqs1, Ids2, und Iqs2) Ströme entlang der d-q-Achse. Jedoch ermöglicht das Multiplizieren dieser Ströme mit Einheitsvektoren, die sich mit Frequenzen θ1 und θ2 drehen, das Erhalten von Strömen, die entlang vom Ständerkoordinaten erhalten werden.
Bei der Vektorsteuerung ermöglicht das Bestimmen der Ströme I_1d, I_1q und I_2d, I_2q, dargestellt entlang der jeweiligen Drehkoordinaten, das Erhalten der gewünschten Ströme. Das Darstellen der Ströme in Ständerkoordinaten erfordert, dass die folgenden Ströme I_1α, I_1β und I_2α, I_2β, – die durch Multiplizieren unter Verwendung der Einheitsvektoren erhalten werden – sich mit ihren jeweiligen Frequenzen drehen. I1α = I1q cos θ1 – I1d sin θ1 I1β = I1q sin θ1 + I1d cos θ1 I2α = I2q cos θ2 – I2d sin θ2 I2β = I2q sin θ2 + I2d cos θ2 (15)
Bei der obigen fünften Ausführungsform werden die erhaltenen Ströme (Ids1, Iqs1, Ids2 und Iqs2) entlang der d-q-Achse mit den Einheitsvektoren multipliziert, um die Ströme zu bestimmen, die entlang der Ständerkoordinaten beobachtet werden. Das Umsetzen der Ströme entlang der Ständerkoordinaten entlang der entgegengesetzten Richtung gemäss der ersten Ausführungsform, insbesondere von dem Zweiphasen- in das Dreiphasen-System ermöglicht das Erhalten eines Leitungsstrom-Momentanwerts jeder Spule.
Die 8 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines weiteren Beispiels des Stromdetektionsverfahrens in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Wie in 8 gezeigt, ist ein erster Stromsensor 15, der als erste Stromdetektionsvorrichtug dient, mit einer V1-Phase der ersten Wicklung 2a und einer V2-Phase der zweiten Wicklung 2b verbunden, zum gleichzeitigen Detektieren der Ströme der V1-Phase der ersten Wicklung 2a und der V2-Phase der zweiten Wicklung 2b (iV1 + iV2), und er gibt das Detektionsergebnis an den ersten Vektorsteuer-Wechselrichter 3 aus.
Ein zweiter Stromsensor 16, der als zweite Stromdetektionsvorrichtung dient, ist mit einer W1-Phase der ersten Wicklung 2a und einer W2-Phase der zweiten Wicklung 2b verbunden, zum gleichzeitigen Detektieren der Ströme der W1-Phase der ersten Wicklung 2a und der W2-Phase der zweiten Wicklung 2b (iW1 + W2), und er gibt das Detektionsergebnis an den ersten Vektorsteuer-Wechselrichter 3 und einen zweiten Vektorsteuer-Wechselrichter 4 aus.
Die beiden Vektorsteuer-Wechselrichter 3 und 4 gemäss dieser Ausführungsform sind so angepasst, dass sie einen an eine Wicklung auszugebenden Strom auf den Wert Null vorab festlegen, wenn ein Strom der anderen Wicklung detektiert wird. Das Anwenden dieses Steuerverfahrens ermöglicht das Detektieren gewünschter Ströme unter Verwendung lediglich zweier Stromsensoren.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines ersten Dreiphasen-Drehstroms mit einer ersten Frequenz ω1 und einer ersten Phase Φ1 und eines zweiten Dreiphasen-Drehstroms mit einer zweiten Frequenz ω2 und einer zweiten Phase Φ2, wobei der erste Dreiphasen-Drehstrom einen Strom i11 einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase i12 und einen Strom einer dritten Phase i13 aufweist, der zweite Dreiphasen-Drehstrom einen Strom i21 einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase i22 und einen Strom einer dritten Phase i23 aufweist, und der erste Dreiphasen-Drehstrom und der zweite Dreiphasen-Drehstrom über unterschiedliche Wicklungen einer dynamoelektrischen Maschine fließen, die um denselben Ständerkern gewickelt sind, enthaltend die Schritte: – Detektieren eines ersten Summenstroms aus dem Strom i11 der ersten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und aus dem Strom i21 der ersten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms; – Detektieren eines zweiten Summenstroms aus dem Strom i12 der zweiten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und aus dem Strom i22 der zweiten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms; – Anwenden einer Dreiphasensystem-Zweiphasensystem-Umsetzung auf den ersten Summenstrom i11 + i21 und den zweiten Summenstrom i12 + i22 zum Generieren einer komplex-wertigen Messgröße I = I_α + j·I_β gemäß
– die erste Drehstrom-Messgröße I₁e^j·Φ1 = I_d1 + j·I_q1 von der komplex-wertigen Messgröße I separierbar ist durch -- einen ersten Multiplizierschritt zum Multiplizieren der komplex-wertigen Messgröße I mit einem Einheitsvektor e^–j·ω1t, der sich entgegen der Drehrichtung des ersten Drehstroms mit der ersten Frequenz ω1 dreht, gemäß A = I·e–j·ω1t = I1·ej·Φ1 + I2·ej·Φ2·e–j(ω1–ω2)t; -- einen ersten Subtrahierschritt zum Subtrahieren einer Schätzgröße (I₁·e^j·Φ1)* des ersten Drehstroms von einem Ergebnis des ersten Multiplizierschritts; und -- einen zweiten Multiplizierschritt zum Multiplizieren eines Einheitsvektors e^{j·(ω1–ω2)·t} der sich mit einer Differenz der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz dreht, mit einem Ergebnis des ersten Subtrahierschritts; und wobei – die zweite Drehstrom-Messgröße I₂e^j·Φ2 = I_d2 + j·I_q2 von der komplex-wertigen Messgröße I separierbar ist durch -- einen dritten Multiplizierschritt zum Multiplizieren der komplex-wertigen Messgröße I mit einem Einheitsvektor e^–j·ω2t, der sich entgegen der Drehrichtung des zweiten Drehstroms mit der zweiten Frequenz ω2 dreht, gemäß B = I·e–j·ω2t = I2·ej·Φ2 + I1·ej·Φ1·ej(ω1–ω2)t, -- einen zweiten Subtrahierschritt zum Subtrahieren einer Schätzgröße (I₂·e^j·Φ2)* des ersten Drehstroms von einem Ergebnis des dritten Multiplizierschritts; und -- einen vierten Multiplizierschritt zum Multiplizieren eines Einheitsvektors e^{j·(ω2–ω1)·t}, der sich mit einer Differenz der zweiten Frequenz und der ersten Frequenz dreht, mit einem Ergebnis des zweiten Subtrahierschritts.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzwert des ersten Drehstroms und der Schätzwert des zweiten Drehstroms Stromsollwerte sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzwert des ersten Drehstroms und der Schätzwert des zweiten Drehstroms Verzögerungen erster Ordnung des bestimmten ersten Drehstroms und des bestimmten zweiten Drehstroms sind.
Stromdetektionsverfahren zum Detektieren eines ersten Dreiphasen-Drehstroms mit einer ersten Frequenz (ω1) und einer ersten Phase (Φ1) und eines zweiten Dreiphasen-Drehstroms mit einer zweiten Frequenz (ω2) und einer zweiten Phase (Φ2), wobei der erste Dreiphasen-Drehstrom einen Strom (i11) einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase (i12) und einen Strom einer dritten Phase (i13) aufweist, der zweite Dreiphasen-Drehstrom einen Strom (i21) einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase (i22) und einen Strom einer dritten Phase (i23) aufweist, der erste Dreiphasen-Drehstrom über erste Wicklungen einer dynamoelektrischen Maschine und der zweite Dreiphasen- Drehstrom über zweite Wicklungen der dynamoelektrischen Maschine fließen, und die ersten Wicklungen und die zweiten Wicklungen um denselben Ständerkern der dynamoelektrischen Maschine gewickelt sind, enthaltend: – gleichzeitiges Detektieren des Stroms (i11) der ersten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und des Stroms (i21) der ersten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms; – gleichzeitiges Detektieren des Stroms (i12) der zweiten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und des Stroms (i22) der zweiten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms; und – Festlegen eines Dreiphasen-Drehstroms der zweiten Wicklung auf einen Wert Null, wenn ein Strom der ersten Wicklung detektiert wird, sowie Festlegen eines Dreiphasen-Drehstroms der ersten Wicklung auf einen Wert Null, wenn ein Strom der zweiten Wicklung detektiert wird.
Gerät zum Bestimmen eines ersten Dreiphasen-Drehstroms mit einer ersten Frequenz ω1 und einer ersten Phase Φ1 und eines zweiten Dreiphasen-Drehstroms mit einer zweiten Frequenz ω2 und einer zweiten Phase Φ2, wobei der erste Dreiphasen-Drehstrom einen Strom i11 einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase i12 und einen Strom einer dritten Phase i13 aufweist, der zweite Dreiphasen-Drehstrom einen Strom i21 einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase i22 und einen Strom einer dritten Phase i23 aufweist, und der erste Dreiphasen-Drehstrom und der zweite Dreiphasen-Drehstrom über unterschiedliche Wicklungen einer dynamoelektrischen Maschine fließen, die um denselben Ständerkern gewickelt sind, enthaltend: – eine erste Stromdetektionsvorrichtung (15) zum Detektieren eines ersten Summenstroms aus dem Strom i11 der ersten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und aus dem Strom i21 der ersten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms; – eine zweite Stromdetektionsvorrichtung (16) zum Detektieren eines zweiten Summenstroms aus dem Strom i12 der zweiten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und aus dem Strom i22 der zweiten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms; – eine Stromsepariervorrichtung (17) ausgebildet zum -- Anwenden einer Dreiphasensystem-Zweiphasensystem-Umsetzung auf den ersten Summenstrom i11 + i21 und den zweiten Summenstrom i12 + i22 zum Generieren einer komplex-wertigen Messgröße I = I_α + j·I_β gemäß
-- zum Separieren der ersten Drehstrom-Messgröße I₁e^j·Φ1 = I_d1 + j·I_q1 von der komplex-wertigen Messgröße I durch --- einen ersten Multiplizierschritt zum Multiplizieren der komplex-wertigen Messgröße I mit einem Einheitsvektor e^–j·ω1t, der sich entgegen der Drehrichtung des ersten Drehstroms mit der ersten Frequenz ω1 dreht, gemäß A = I·e^–j·ω1t = I₁·e^j·Φ1 + I₂·e^j·Φ2·e^{–j(ω1–ω2)t} _; --- einen ersten Subtrahierschritt zum Subtrahieren einer Schätzgröße (I₁·e^j·Φ1)* des ersten Drehstroms von einem Ergebnis des ersten Multiplizierschritts; und --- einen zweiten Multiplizierschritt zum Multiplizieren eines Einheitsvektors e^{j·(ω1–ω2)·t}, der sich mit einer Differenz der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz dreht, mit einem Ergebnis des ersten Subtrahierschritts; und ferner -- zum Separieren der zweiten Drehstrom-Messgröße I₂e^j·Φ2 = I_d2 + j·I_q2 von der komplex-wertigen Messgröße I durch --- einen dritten Multiplizierschritt zum Multiplizieren der komplex-wertigen Messgröße I mit einem Einheitsvektor e^–j·ω2t, der sich entgegen der Drehrichtung des zweiten Drehstroms mit der zweiten Frequenz ω2 dreht, gemäß B = I·e^–j·ω2t = I₂·e^j·Φ2 + I₁·e^j·Φ1·e^{j(ω1–ω2)t}, --- einen zweiten Subtrahierschritt zum Subtrahieren einer Schätzgröße (I₂·e^j·Φ2)* des ersten Drehstroms von einem Ergebnis des dritten Multiplizierschritts; und --- einen vierten Multiplizierschritt zum Multiplizieren eines Einheitsvektors e^{j·(ω2–ω1)·t} der sich mit einer Differenz der zweiten Frequenz und der ersten Frequenz dreht, mit einem Ergebnis des zweiten Subtrahierschritts.
Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsepariervorrichtung den Schätzwert des ersten Drehstroms und den Schätzwert des zweiten Drehstroms als Stromsollwerte bestimmt.
Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schätzwert des ersten Drehstroms und der Schätzwert des zweiten Drehstroms Verzögerungen erster Ordnung des bestimmten ersten Drehstroms und des bestimmten zweiten Drehstroms sind.
Gerät zum Detektieren eines ersten Dreiphasen-Drehstroms mit einer ersten Frequenz (ω1) und einer ersten Phase (Φ1) und eines zweiten Dreiphasen-Drehstroms mit einer zweiten Frequenz (ω2) und einer zweiten Phase (Φ2), wobei der erste Dreiphasen-Drehstrom einen Strom (i11) einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase (i12) und einen Strom einer dritten Phase (i13) aufweist, der zweite Dreiphasen-Drehstrom einen Strom (i21) einer ersten Phase, einen Strom einer zweiten Phase (i22) und einen Strom einer dritten Phase (i23) aufweist, der erste Dreiphasen-Drehstrom über erste Wicklungen einer dynamoelektrischen Maschine und der zweite Dreiphasen-Drehstrom über zweite Wicklungen der dynamoelektrischen Maschine fließen, und die ersten Wicklungen und die zweiten Wicklungen um denselben Ständerkern der dynamoelektrischen Maschine gewickelt sind, enthaltend: – eine erste Stromdetektionsvorrichtung (15) zum gleichzeitigen Detektieren des Stroms (i11) der ersten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms und des Stroms (i21) der zweiten Phase des ersten Dreiphasen-Drehstroms; – eine zweite Stromdetektionsvorrichtung (16) zum gleichzeitiges Detektieren des Stroms (i12) der ersten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms und des Stroms (i21) der zweiten Phase des zweiten Dreiphasen-Drehstroms; und – eine Steuervorrichtung zum Festlegen eines Dreiphasen-Drehstroms der zweiten Wicklung auf einen Wert Null, wenn ein Strom der ersten Wicklung detektiert wird, sowie zum Festlegen eines Dreiphasen-Drehstroms der ersten Wicklung auf einen Wert Null, wenn ein Strom der zweiten Wicklung detektiert wird.