DE10140605A1

DE10140605A1 - Controlling asynchronous motor supplied by inverter or DC/AC converter involves correcting voltage demand using sum of currently detected current and predefined offset current

Info

Publication number: DE10140605A1
Application number: DE2001140605
Authority: DE
Inventors: Thomas Von Raumer; Klaus Krischan; Peter Weichbold
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2001-08-18
Filing date: 2001-08-18
Publication date: 2003-03-06

Abstract

The method involves correcting a voltage demand value provided for each phase to regulate the motor with a correction voltage for compensation of error voltages. The correction value is determined using the sum of the currently detected current and a predefined offset current. The offset current can be constant or dependent on the current's null crossing direction. AN Independent claim is also included for an arrangement for controlling asynchronous motor supplied by inverter or DC/AC converter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines umrichter- oder wechselrichtergespeisten Asynchronmotors, insbesondere eines Drehstrom- Asynchron- oder Dreiphasen-Induktionsmotors. The invention relates to a method and a device for Control and / or regulation of a converter or inverter-fed asynchronous motor, in particular a three-phase Asynchronous or three-phase induction motor.

Üblicherweise werden derartige Asynchronmotoren mittels eines Umrichters oder Wechselrichters angesteuert, um die entsprechenden drei Phasen des Asynchronmotors mit Steuerspannungen zu versorgen. Dabei treten bei einem spannungs- oder stromrichtergesteuerten Asynchronmotor insbesondere im Bereich geringer Speisefrequenzen und geringer Belastung des Asynchronmotors sogenannte Nullstromeffekte, d. h. Stromunstetigkeiten an den Nulldurchgängen, auf (auch zero-current-clamping-effect oder discontinuous current mode genannt). Die Ursache dafür liegt im nichtidealen Verhalten von Schaltelementen des betreffenden Umrichters, z. B. von Schaltzeiten, Verriegelungszeiten, Spannungsabfälle an Halbleitern. Diese führen zu einem stromabhängigen Fehler in der Ausgangsspannung des Umrichters, wie es beispielhaft in der Fig. 1 dargestellt ist. Usually, such asynchronous motors are controlled by means of a converter or inverter in order to supply the corresponding three phases of the asynchronous motor with control voltages. In the case of a voltage- or converter-controlled asynchronous motor, so-called zero-current effects, ie current discontinuities at the zero crossings, occur in particular in the range of low supply frequencies and low load of the asynchronous motor (also called zero-current clamping effect or discontinuous current mode). The reason for this lies in the non-ideal behavior of switching elements of the relevant inverter, eg. As switching times, locking times, voltage drops on semiconductors. These lead to a current-dependent error in the output voltage of the converter, as shown by way of example in FIG .

Mit anderen Worten: Trotz einer sinusförmigen Sollwertvorgabe für den Wechselrichter stellt sich ein Stromverlauf ein, der in den Nulldurchgängen Unstetigkeiten oder Lücken, wie sie in der Fig. 2 dargestellt sind, aufweist. Dies führt zu Instabilitäten des Asynchronmotors, wobei sich der Drehbewegung eine Pendelbewegung mit relativ geringer Frequenz überlagert. Der daraus resultierende und vom Asynchronmotor aufgenommene Strom weist eine stark pulsierende und von der Sinusform abweichende Form auf, wie sie beispielhaft in der Fig. 3 dargestellt ist. Nachteilig dabei ist, daß hierbei Stromspitzen auftreten können, welche wesentlich über dem zulässigen Nennstrom des Umrichters liegen und dadurch zum Ausfall des Antriebs, d. h. Abschaltung des Umrichters, führen. In other words, despite a sinusoidal setpoint specification for the inverter, a current curve sets in which has discontinuities or gaps in the zero crossings, as shown in FIG . This leads to instabilities of the asynchronous motor, wherein the rotational movement superimposed on a pendulum motion with relatively low frequency. The resulting resulting from the asynchronous motor current has a strong pulsating and deviating from the sinusoidal shape, as shown by way of example in FIG . The disadvantage here is that in this case current peaks can occur, which are significantly above the permissible rated current of the inverter and thereby the failure of the drive, ie shutdown of the inverter lead.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, daß ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines umrichter- oder wechselrichtergespeisten Asynchronmotors anzugeben, bei welchem die genannten Erscheinungen zuverlässig unterdrückt werden. Darüber hinaus ist eine besonders einfache Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Asynchronmotors anzugeben. The object of the invention is therefore that a method for Control and / or regulation of a converter or specify inverter supplied asynchronous motor, wherein said Apparitions are reliably suppressed. Furthermore is a particularly simple device for controlling and / or Specify control of the asynchronous motor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by the features of claims 1 and 7. Further developments of the invention specified in the dependent claims.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zur Regelung des Asynchronmotors vorgegebener Spannungssollwert je Phase mittels einer Korrekturspannung zur Kompensation von Fehlerspannungen korrigiert, wobei die Korrekturspannung anhand der Summe vom aktuell erfaßten Strom und einem vorgegebenen Offsetstrom ermittelt wird. Eine derartige einfache Addition eines Offsetstroms zum Strom bewirkt, daß bei einer Annäherung des Stroms an den Wert Null die Korrekturspannung möglichst genau und schnell an betreffender Unstetigkeitsstelle vorzeichengemäß umgeschaltet wird. Hierdurch wird ein Hängenbleiben des Stroms im Nulldurchgang (= "zero-current-clamping") sicher vermieden. Darüber hinaus sind Instabilitäten der Asynchronmotors bei genauer Kompensation des Spannungsfehlers zuverlässig verhindert. Dabei ist das Verfahren besonders einfach und hinsichtlich der Unterdrückung von unerwünschten Effekten besonders zuverlässig. Ferner ist lediglich ein einziger Parameter - nämlich der Offsetstrom - einzustellen. In the method according to the invention is a to control the Asynchronous motor specified voltage setpoint per phase by means of a correction voltage to compensate for error voltages corrected, the correction voltage based on the sum of currently detected current and a predetermined offset current is determined. Such a simple addition of a Offset current to the current causes when the current approaches at the value zero, the correction voltage as accurate as possible and quickly in accordance with sign of discontinuity is switched. This will cause the current to get stuck Zero crossing (= "zero-current-clamping") safely avoided. In addition, instabilities of the asynchronous motor are at accurate compensation of the voltage error reliably prevented. The process is particularly simple and in terms of Suppression of unwanted effects particularly reliable. Furthermore, only a single parameter - namely the Offset current - set.

Zweckmäßigerweise wird der Offsetstrom mit einem konstanten Wert vorgegeben. Dabei beträgt der Offsetstrom weniger als 20% des Nennstroms des Asynchronmotors, insbesondere 2% bis 5% Î_N,ASM. Vorteilhafterweise wird das Vorzeichen des Offsetstroms in Abhängigkeit von der Richtung des dem erfaßten Strom zugrundeliegenden Stromnulldurchgangs bestimmt. Bevorzugt wird bei einem ansteigenden Stromnulldurchgang, d. h. bei di/dt > 0, dem Offsetstrom ein positives Vorzeichen zugeordnet. Bei einem absteigenden Stromnulldurchgang, d. h. bei di/dt < 0, wird dem Offsetstrom ein negatives Vorzeichen zugeordnet. Conveniently, the offset current is given a constant value. The offset current is less than 20% of the rated current of the asynchronous motor, in particular 2% to 5% Î _{N, ASM} . Advantageously, the sign of the offset current is determined as a function of the direction of the current zero crossing on which the detected current is based. Preferably, with a rising current zero crossing, ie at di / dt> 0, the offset current is assigned a positive sign. For a falling current zero crossing, ie at di / dt <0, the offset current is assigned a negative sign.

Alternativ oder zusätzlich wird das Vorzeichen des Offsetstroms anhand des Vorzeichens des Spannungssollwerts der gleichen Phase bestimmt. Dies erfolgt insbesondere für spannungsgesteuerte Asynchronmotoren, bei welchen anhand des Vorzeichen des Spannungssollwerts das Vorzeichen für den Offsetstrom bestimmt wird gemäß:

i_offset = sign(u_soll).|i_offset| [1]

mit i_offset = Offsetstrom, sign = Vorzeichen, u_soll = Spannungssollwert. Alternatively or additionally, the sign of the offset current is determined on the basis of the sign of the voltage setpoint of the same phase. This occurs in particular for voltage-controlled asynchronous motors in which the sign for the offset current is determined on the basis of the sign of the voltage setpoint according to:

i _offset = sign (u _soll ). | i _offset | [1]

with i _offset = _offset current, sign = sign, u _soll = voltage setpoint.

Bei der Vorrichtung zur Steuerung eines umrichter- oder wechselrichtergespeisten Asynchronmotors sind vorteilhafterweise ein Modulator und ein Mittel zur Vorgabe eines Spannungssollwerts je Phase vorgesehen, wobei ein Korrekturmodul zur Korrektur des Spannungssollwerts mittels einer Korrekturspannung und zur Bestimmung der Korrekturspannung anhand der Summe vom aktuell erfaßten Strom und einem vorgegebenen Offsetstrom vorgesehen sind. Eine derartige Vorrichtung ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Desweiteren ist vorzugsweise ein Mittel zur Ermittlung der Stromnulldurchgänge, auch Nulldurchgangsdetektor genannt, vorgesehen. In the device for controlling a converter or Inverter-fed asynchronous motor are advantageously a modulator and a means for specifying a Voltage setpoint per phase provided, with a correction module for Correction of the voltage setpoint by means of a correction voltage and for determining the correction voltage based on the sum of currently detected current and a predetermined offset current are provided. Such a device is particularly simple and inexpensive to produce. Furthermore, preferably one Means to determine the current zero crossings, too Zero-crossing detector called provided.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß lediglich ein Parameter - der Offsetstrom - vorgegeben wird, welcher besonders leicht und ohne großen Aufwand bestimmt, vorgegeben und eingestellt werden kann. Bedingt durch die Einfachheit des Verfahrens weist die Vorrichtung einen besonders einfachen Aufbau auf. Insbesondere können herkömmliche und aufwendige Verfahren (PLL-Schaltungen, Filter) zur genauen Ermittlung des Stromnulldurchgangs entfallen. Darüber hinaus sind unerwünschte Unstetigkeiten an den Nulldurchgängen des Stroms mittels der durch die Addition des vorgegebenen und vorzeichenabhängigen Offsetstroms mit dem aktuellen Strom erzielten Spannungskorrektur sicher vermieden. The advantages achieved by the invention are in particular in that only one parameter - the offset current - is given, which is particularly easy and without much effort can be determined, specified and adjusted. Due the simplicity of the method assigns the device particularly simple construction. In particular, conventional and complicated procedures (PLL circuits, filters) for accurate Determination of the current zero crossing omitted. Furthermore are unwanted discontinuities at the zero crossings of the Electricity by means of the addition of the given and Sign-dependent offset current with the current achieved voltage correction safely avoided.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: Embodiments of the invention will be described with reference to a Drawing explained in more detail. Show:

Fig. 4 schematisch eine Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung eines Asynchronmotors mit einem Korrekturmodul, und Fig. 4 schematically illustrates an apparatus for controlling and / or regulation of an asynchronous motor with a correction module, and

Fig. 5 schematisch das Korrekturmodul nach Fig. 4. Fig. 5 schematically shows the correction module in FIG. 4.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are in all figures with the provided the same reference numerals.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Steuerung und/oder Regelung eines umrichter- oder wechselrichtergespeisten Asynchronmotors 2 mit einem Modulator 4 und einem Wechsel- oder Umrichter 6 zur Speisung des Asynchronmotors 2. Zur Regelung des Asynchronmotors 2 wird von einem nicht näher dargestellten Sollwertmodul ein Spannungssollwert u_soll vorgegeben. Der Spannungssollwert u_soll wird anhand einer Korrekturspannung u_korr zu einem korrigierten Spannungssollwert u'_soll verarbeitet, der dem Modulator 4 zugeführt wird. Dabei wird mittels eines Korrekturmoduls 8 die Korrekturspannung u_korr anhand vom aktuell erfaßten Strom i des Asynchronmotors 2, insbesondere dessen drei Phasen i₁, i₂, i₃, und eines vorgegebenen Offsetstroms i_offset bestimmt. Je nach Art und Ausführung des Korrekturmoduls 8 wird die Korrekturspannung u_korr je Phase anhand der die jeweilige Phase repräsentierenden Strom i₁, i₂, i₃ und des jeweils zugehörigen Offsetstroms i_offset bestimmt. Desweiteren können bei der Bestimmung der Korrekturspannung u_korr weitere Parameter, z. B. Umrichtertemperatur θ_J oder momentane Versorgungsspannung u_d, berücksichtigt werden. Zur Erfassung und Übertragung der Versorgungsspannung u_d an das Korrekturmodul 8 ist ein einen Kondensator 10 und einen Signalverstärker 12 umfassender Isolierverstärker vorgesehen. Fig. 4 shows a device 1 for controlling and / or regulating shows an inverter or inverter-fed induction motor 2 with a modulator 4, and a bill or converter 6 for feeding the asynchronous motor 2. To control the induction motor 2 is given, a voltage command value _to U by a not-shown target value module. The voltage setpoint u _soll is processed on the basis of a correction voltage u _korr to a corrected voltage setpoint u ' _soll , which is supplied to the modulator 4 . In this case, by means of a correction module 8, the correction _voltage u _{corr is} determined on the basis of the currently detected current i of the asynchronous motor 2 , in particular its three phases i ₁ , i ₂ , i ₃ , and a predetermined _offset current i _offset . Depending on the type and design of the correction module 8 , the correction _voltage u _{corr is determined} per phase on the basis of the respective phase representing current i ₁ , i ₂ , i ₃ and the respectively associated _offset current i _offset . Furthermore, in determining the correction _voltage u _korr further parameters, for. As converter temperature θ _J or current supply voltage u _d , are taken into account. For detecting and transmitting the supply voltage u _d to the correction module 8 , a capacitor 10 and a signal amplifier 12 comprehensive isolation amplifier is provided.

In Fig. 5 wird das Korrekturmodul 8 zur Bestimmung der Korrekturspannung u_korr anhand eines Prinzipschaltbilds näher erläutert. Zur Ermittlung der Korrekturspannung u_korr umfaßt das Korrekturmodul 8 einen Summierer 14 zur Bildung einer Summe aus dem aktuell erfaßten Strom i und dem vorgegebenen Offsetstrom i_offset. Die Summe aus dem aktuell erfaßten Strom i des Asynchronmotors 2 und dem vorgegebenen Offsetstrom i_offset wird als Korrekturstrom i_korr bezeichnet. Anhand des Korrekturstroms wird die Korrekturspannung u_korr ermittelt. In Fig. 5, the correction module 8 for determining the correction _voltage u _corr is explained in more detail using a schematic diagram. In order to determine the correction voltage u _corr, the correction module 8 comprises a summer 14 for forming a sum of the currently detected current i and the predetermined _offset current i _offset . The sum of the currently detected current i of the asynchronous motor 2 and the predetermined _offset current i _offset is referred to as correction current i _corr . Based on the correction current, the correction _voltage u _{corr is} determined.

Der Offsetstrom i_offset wird als Wert |i_offset| vorgegeben. Der Wert des Offsetstroms |i_offset| ist betragsmäßig konstant und beträgt ca. 10%, insbesondere 2% bis 5%, des Nennstroms i_nenn des Asynchronmotors 2. Je nach Ausführung des Korrekturmoduls 8 kann ein nicht näher dargestellter Datenspeicher zur Hinterlegung von verschiedenen Asynchronmotoren zugehörigen Offsetströmen i_offset vorgesehen sein. Dabei können die Werte für die verschiedenen Offsetströme i_offset in Tabellen hinterlegt sein. The _offset current i _offset is given as value | i _offset | specified. The value of the offset current | i _offset | is constant in terms of magnitude and amounts to approximately 10%, in particular 2% to 5%, of the nominal current i _{nenn of} the asynchronous motor 2 . Depending on the design of the correction module 8 , a data memory not shown in detail may be provided for the purpose of depositing _offset currents i associated with different asynchronous motors. The values for the different _offset currents i _offset can be stored in tables.

Zur Ermittlung des Vorzeichens oder Betrags sign des Offsetstroms i_offset anhand des Spannungssollwerts u_soll ist ein Mittel 16 zur Betragsbildung oder Bestimmung des Vorzeichens sign des Spannungssollwerts u_soll vorgesehen. Dabei wird anhand des Vorzeichens sign des Spannungsollwerts u_soll der gleichen Phase das Vorzeichen sign des Offsetstroms i_offset abgeleitet. In order to determine the sign or magnitude sign of the _offset current i _offset on the basis of the voltage setpoint u _soll , a means 16 for determining the magnitude or determining the sign sign of the voltage setpoint u _{soll is} provided. In this case, the sign sign of the _offset current i _{offset is} derived on the basis of the sign sign of the voltage setpoint u _{soll of} the same phase.

Bei einem alternativen oder zusätzlichen Verfahren zur Bestimmung des Vorzeichens sign des Offsetstroms i_offset ist ein Nulldurchgangsdetektor 18 zur Bestimmung der Richtung des Nulldurchgangs des momentan erfaßten Stroms i vorgesehen sein. Mittels des Nulldurchgangsdetektors 18 wird anhand der Richtung des Stromnulldurchgangs das Vorzeichen des Offsetstroms i_offset bestimmt. Dabei wird bei einem ansteigenden Stromnulldurchgang gemäß di/dt > 0 dem Offsetstrom i_offset ein positives Vorzeichen zugeordnet. Bei einem absteigenden Stromnulldurchgang gemäß di/dt < 0 wird dem Offsetstrom i_offset ein negatives Vorzeichen zugeordnet. In an alternative or additional method for determining the sign sign of the _offset current i _offset , a zero-crossing detector 18 may be provided for determining the direction of the zero crossing of the instantaneously detected current i. By means of the zero crossing detector 18 , the sign of the _offset current i _{offset is} determined on the basis of the direction of the current zero crossing. In this case, with a rising current zero crossing according to di / dt> 0, the _offset current i _{offset is assigned} a positive sign. With a decreasing current zero crossing in accordance with di / dt <0, the _offset current i _{offset is assigned} a negative sign.

Zur Bildung des vorzeichenrichtigen Offsetstroms sign(i_offset) ist für das jeweils betreffende Verfahren ein Multiplikator 20 zur Multiplikation des Vorzeichens sign mit dem Wert des Offsetstroms |i_offset| zum vorzeichenrichtigen Offsetstrom sign(i_offset) vorgesehen. For the formation of the sign-correct offset current sign (i _offset ), a multiplier 20 for multiplying the sign sign by the value of the offset current | i _offset | to the sign correct offset current sign (i _offset ) provided.

Je nach Art und Ausführung des Korrekturmoduls 8 weist dieses im Fall, daß beide Verfahren zur Bestimmung des Vorzeichens verwendet werden, ein Verknüpfungsmodul 22, z. B. ein Oder- Gatter, zur Verknüpfung der Ergebnisse, d. h. der vorzeichenrichtigen Offsetströme sign(i_offset), der beiden Verfahren auf. Je nach Art und Ausführung des Verknüpfungsmoduls 22 kann dieses eine Plausibilitätsprüfung des vorgegebenen Offsetstroms i_offset umfassen. Depending on the nature and design of the correction module 8 has this, in the case that both methods are used to determine the sign, a link module 22 , z. As an OR gate, for linking the results, ie the sign-correct offset currents sign (i _offset ), the two methods. Depending on the type and execution of the link module 22 , this may include a plausibility check of the predetermined _offset current i _offset .

Zur Ermittlung der Korrekturspannung u_korr weist das Korrekturmodul 8 einen Strom-/Spannungs-Umsetzer 24, welcher den Korrekturstrom i_korr in die Korrekturspannung u_korr anhand einer Kennlinie oder anhand von konstanten Werten umwandelt. Zur Kompensation von Fehlerspannungen wird der vorgegebene Spannungssollwert u_soll anhand der Korrekturspannung u_korr korrigiert. Dazu ist ein weiterer Summierer 26 vorgesehen, welcher je Phase den korrigierten Spannungssollwert u'_soll aus der Summe von Korrekturspannung u_korr und Spannungssollwert u_soll bildet. In order to determine the correction voltage u _corr , the correction module 8 has a current / voltage converter 24 , which converts the correction current i _corr to the correction voltage u _corc on the basis of a characteristic or constant values. To compensate for error voltages, the predetermined voltage setpoint u _{soll is} corrected on the basis of the correction voltage u _korr . For this purpose, a further summing unit 26 is provided, which for each phase the corrected voltage command value _to u 'forms _should u u _corr and voltage reference value from the sum of the correction voltage.

Das dargestellte und beschriebene Verfahren stellt einen sehr einfachen Algorithmus für eine zuverlässige Unterdrückung der eingangs beschriebenen unerwünschten Phänomene dar. Insbesondere ist durch die Vorgabe eines einzelnen Parameters - dem Offsetstrom i_offset - eine besonders einfache und schnelle Einstellung der Regelung ermöglicht. The illustrated and described method represents a very simple algorithm for a reliable suppression of the unwanted phenomena described above. In particular, the specification of a single parameter - the _offset current i _offset - enables a particularly simple and rapid adjustment of the control.

Claims

1. A method for controlling an inverter or inverter fed asynchronous motor ( 2 ), in which a for controlling the asynchronous motor ( 2 ) predetermined voltage setpoint (u _soll ) per phase by means of a correction voltage (u _korr ) to compensate for error voltages (u _f ) is corrected , wherein the correction voltage (u _korr ) is determined based on the sum of the currently detected current (i) and a predetermined offset current (i _offset ).

2. The method of claim 1, wherein the _offset current (i _offset ) is specified with a constant value.

3. The method of claim 1 or 2, wherein the sign of the offset current (i _offset ) is determined in dependence on the direction of the detected current (i) underlying current zero crossing.

4. The method of claim 3, wherein at a rising current zero crossing the offset current (i _offset ) is assigned a positive sign.

5. The method of claim 3, wherein at a decreasing current zero crossing the offset current (i _offset ) is assigned a negative sign.

6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the sign of the offset current (i _offset ) is determined based on the sign of the voltage setpoint (u _soll ) of the same phase.

7. Device ( 1 ) for controlling an inverter or inverter fed asynchronous motor ( 2 ) with a modulator ( 4 ) of the induction motor ( 2 ) and a means for specifying a voltage setpoint (u _soll ) per phase, wherein a correction module ( 8 ) for correction the voltage setpoint (u _soll ) by means of a correction voltage (u _korr ) and for determining the correction voltage (u _korr ) on the basis of the sum of the currently detected current (i) and a predetermined offset current (i _offset ) are provided.

8. Apparatus according to claim 7, wherein the correction module ( 8 ) comprises means ( 18 ) for detecting current zero crossings.