DE102007017285A1 - Method for monitoring three-phase machine, involves supplying input parameters of converter unit, where one of these input parameters is commutating angle of three-phase machine to be operated - Google Patents
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- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Überwachen der Drehzahl von Drehstrommaschinen, wobei es sich bei den Drehstrommaschinen insbesondere um mehrphasige Synchron-, Permanentmagnet-Synchron-, Asynchron- oder Reluktanz-Motoren handeln kann. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Produktionsmaschinen. Derartige Produktionsmaschinen müssen, insbesondere bei Wartungsarbeiten, in einen sicheren Zustand versetzt werden können. Weiterhin ist es insbesondere zur Vermeidung von Personenschäden auch erforderlich, dass die einzelnen Antriebe eine vorgegebene Höchstgeschwindigkeit nicht überschreiten. Zu diesem Zweck sind im Stand der Technik diverse Vorrichtungen und Verfahren zur Überwachung der jeweiligen elektrischen Antriebe bekannt.The This invention relates to a method of monitoring the speed of three-phase machines, it being the three-phase machines especially multi-phase synchronous, permanent magnet synchronous, Asynchronous or reluctance motors can act. In particular, refers the invention relates to production machines. Such production machines must, especially during maintenance, in a safe Condition can be offset. Furthermore, it is particular To avoid personal injury also required that the individual drives a predetermined maximum speed do not exceed. For this purpose are in the state of Technology various devices and methods for monitoring the known electrical drives.
In
der
Aus
der
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Drehstrommaschinen zur Verfügung stellen, welches zuverlässig unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen arbeitet. Daneben sollen ein kostengünstiges und einfaches Verfahren bzw. eine entsprechende kostengünstige und einfache Vorrichtung zur Verfügung gestellt werden.Of the The present invention is therefore based on the object, a method and a device for monitoring three-phase machines provide which reliable under working different operating conditions. In addition to a inexpensive and simple method or a corresponding inexpensive and simple device available be put.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch 12 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung von Drehstrommaschinen und insbesondere solchen Drehstrommaschinen, bei denen die Drehstrommaschine über einen Wechselrichter in feldorientierter Regelung betrieben wird, werden Eingangsgrößen einer ersten Wandlereinheit zugeführt, wobei eine dieser Eingangsgrößen ein Kommutierungswinkel der zu betreibenden Drehstrommaschine ist und wobei die Eingangsgrößen in der ersten Wandeleinheit in Ausgangsgrößen transformiert werden und diese Ausgangsgrößen der Drehstrommaschine zum Betreiben derselben zugeführt werden. Dabei wird erfindungsgemäß die Winkelgeschwindigkeit des Kommutierungswinkels überwacht und eine weitere Transformation der Eingangsgrößen in die Ausgangsgrößen in einer zweiten Wandlereinheit zur Verifizierung der Transformation in der ersten Wandlereinheit durchgeführt. Dabei werden die Ausgangsgrößen der Drehstrommaschine vorteilhaft nicht unmittelbar zur Verfügung gestellt sondern vorher noch weiterverarbeitet, etwa durch Pulsweitenmodulation und Verstärkung.This According to the invention by a method according to Claim 1 and an apparatus according to claim 12 achieved. advantageous Embodiments and developments are the subject of Dependent claims. In the inventive Method for monitoring three-phase machines and in particular such three-phase machines in which the three-phase machine over an inverter is operated in field-oriented control, become input variables of a first converter unit fed, one of these input variables is a commutation angle of the three-phase machine to be operated and wherein the input quantities in the first conversion unit be transformed into output quantities and these Output variables of the three-phase machine for operation be supplied to the same. In this case, the invention Angular velocity of the commutation monitored and a further transformation of the input variables into the output variables in a second converter unit for verifying the transformation in the first transducer unit carried out. Here are the output variables the three-phase machine advantageous not immediately available but previously further processed, such as by pulse width modulation and reinforcement.
Genauer gesagt wird die von dem Wechselrichter erzeugte Drehfeld-Rotationsgeschwindigkeit anhand des für die Koordinatentransformation benutzten Kommutierungswinkels überwacht. Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Koordinatentransformation von der rotorbezogenen auf die statorbezogene Spannung insbesondere in einem zweiten unabhängigen Rechner bevorzugt zyklisch kontrolliert wird, um sicherzustellen, dass der überwachte Kommutierungswinkel die Rotation des Drehfeldes bestimmt.More accurate that is, the rotating field rotation speed generated by the inverter using the coordinate transformation used Monitored commutation angle. It is proposed according to the invention that the coordinate transformation from the rotor related to the stator-related voltage, in particular in a second independent Calculator is preferably cyclically controlled to ensure that the monitored commutation angle the rotation of the Rotary field determined.
Bevorzugt wird die weitere Transformation in einer von der ersten Wandlereinheit unabhängigen zweiten Wandlereinheit durchgeführt.Prefers the further transformation is in one of the first converter unit independent second converter unit performed.
Bei modernen Drehstromservomotoren mit feldorientierter Regelung wird die Drehzahl üblicherweise aus der Winkelposition berechnet, die mittels Positionsgebern gemessen wird. Da sich nicht alle Positionsgeber zur sicheren, zweikanaligen Auswertung eigenen und ein zweiter Geber einen zusätzlichen Aufwand bedeuten würde, wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, dass der zweite Kanal ohne einen zweiten Geber realisiert werden kann. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell auch zur sicheren Überwachung geberloser, drehzahlgeregelter Antriebe geeignet.In modern three-phase servomotors with field-oriented control, the speed is usually calculated from the angular position, which is measured by means of position encoders. Since not all position transmitter for secure, two-channel evaluation own and a second encoder would mean an additional expense, is achieved by the inventive method that the second channel can be realized without a second encoder. Thus, the inventive method is in principle also safe Monitoring encoderless, speed-controlled drives suitable.
Generell benötigen Servoantriebe mit integrierter Sicherheitstechnik zur Erreichung der in der Industrie üblichen Sicherheitsstufe eine zweikanalige Überwachung einer relevanten Bewegungsgröße. Bei dieser Bewegungsgröße kann es sich um die Drehzahl, die Position oder das Drehmoment oder dergleichen handeln. Wird die Sicherheit durch Zweikanaligkeit erreicht, dürfen die beiden Kanäle nicht identisch ausgeführt sein. Im Falle einer geberlosen Drehzahlregelung wird die Istdrehzahl durch ein Motormodell geschätzt.As a general rule require servo drives with integrated safety technology to achieve the standard level of safety in the industry a two-channel monitoring of a relevant movement size. This movement size may be the Speed, the position or the torque or the like act. Becomes The security achieved by two - channel, the allowed both channels should not be identical. in the Trap of encoderless speed control, the actual speed is through an engine model appreciated.
Der Erfindung liegt damit die Tatsache zugrunde, dass sich ein Drehstrommotor aktiv nicht schneller drehen kann, als es der Drehzahl des angelegten Drehstromsystems, d. h. der Felddrehzahl, entspricht. Genauer gesagt laufen Synchronmotoren genau mit dieser Drehzahl und Asynchronmotoren drehen sich um die Schlupfdrehzahl langsamer. Falls also die Felddrehzahl (der drehende Spannungsvektor) sicher überwacht wird, liegt auch die Drehzahl der Welle im sicheren Bereich. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Felddrehzahl durch die Polzahl des Motors zu teilen ist. Damit kann insbesondere bei sicherheitsrelevanten Antrieben gewährleistet werden, dass sich die betreffende Drehstrommaschine jedenfalls nicht schneller dreht, als zulässig, und dass auf diese Weise Verletzungsgefahren für beispielsweise für das Bedienungspersonal vermindert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch im Zusammenhang mit von außen aufgezwungener Überdrehzahl durchführbar. Hier ist zu beachten, dass ein Drehstrommotor, dessen elektrisches Feld sich langsamer als der Rotor selbst dreht, grundsätzlich ein Bremsmoment erzeugt. Der Motor wird bei Wegfall der äußeren Kräfte, also von sich aus, in einen sicheren Arbeitsbereich zurückkehren.Of the Invention is thus based on the fact that there is a three-phase motor active can not turn faster than the speed of the applied Three-phase system, d. H. the field speed corresponds. More precisely Synchronous motors run exactly at this speed and asynchronous motors turn around the slip speed slower. So if the field speed (the rotating voltage vector) is safely monitored lies also the speed of the shaft in the safe area. It is important to take into account the field speed must be divided by the number of poles of the motor. This can be ensured especially for safety-related drives Be sure that the three-phase machine in question is not turns faster than allowed, and that way Danger of injury for example for the Operating staff are reduced. The invention Procedure is also related to externally imposed overspeed feasible. Here it should be noted that a three-phase motor, whose electric field is turning slower than the rotor itself, basically generates a braking torque. The engine is at Elimination of external forces, ie of get out, return to a safe work area.
Wie im Stand der Technik üblich, wird also auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Drehstrom als Ausgangsgröße eines Wechselrichters erzeugt. Basis für diese Erzeugung ist die Transformierung der rotorbezogenen Spannung auf die Statorseite unter Heranziehung des Kommutierungswinkels. Dieser Kommutierungswinkel ist bei Systemen mit Geber ein Vielfaches des Rotorlagewinkels, vermehrt um den festen Kommutierungsoffset bei Synchron- oder den Schlupf bei Asynchronmotoren. Dies wird unten im Detail veranschaulicht.As common in the art, so also in the inventive Method a three-phase current as the output of a Inverter generated. Basis for this generation is the transformation of the rotor-related voltage on the stator side using the commutation angle. This commutation angle is a multiple of the rotor position angle in systems with encoders, Increased by the fixed commutation offset in synchronous or the Slip on asynchronous motors. This is illustrated in detail below.
Vorraussetzung dafür, dass die Winkelgeschwindigkeit des Kommutierungswinkels gleich der Drehzahl des speisenden Drehstromsystems ist, ist, dass die meist in Software realisierte Vektortransformation fehlerfrei arbeitet. Eben diese Vektortransformation wird erfindungsgemäß redundant auf unterschiedlichen Systemen bzw. Wandlereinheiten überwacht. Bevorzugt werden zur Durchführung der Transformationen in der ersten Wandlereinheit und zur Durchführung der Transformation in der zweiten Wandlereinheit unterschiedliche Datenverarbeitungsprogramme verwendet. Insbesondere können unterschiedliche Rechenmethoden zur Anwendung kommen.requirement for that the angular velocity of the commutation angle is equal to the speed of the feeding three-phase system, is that the most commonly implemented in software vector transformation error-free is working. It is precisely this vector transformation that is redundant in accordance with the invention monitored on different systems or converter units. It is preferred to carry out the transformations in the first transducer unit and to perform the transformation in the second converter unit different data processing programs used. In particular, different calculation methods come into use.
Auf diese Weise kann besonders vorteilhaft eine unabhängige Transformation in den beiden Wandlereinheiten und damit eine sehr sichere Überprüfung der Transformation erfolgen. Die sich durch die Transformation ergebenden Spannungswerte werden noch in sogenannte PWM(Pulsweitenmodulations)-Schaltsignale umgesetzt. Diese Umsetzung kann jedoch auch bei fehlerhafter Funktion keine Änderung oder gar Erhöhung der Felddrehzahl bewirken, da in dem PWM-Modulator keine Mittel zum Rotieren des Feldes vorhanden sind. Genauer gesagt wird im Rahmen der Pulsweitenmodulation keine Drehoperation durchgeführt. Zwar sind andersartige Störungen durch die Umsetzung nicht auszuschließen, diese führen jedoch nicht zu einer Drehzahlerhöhung, was insbesondere für den hier maßgeblichen Aspekt der Betriebssicherheit entscheidend ist.On This way can be particularly advantageous an independent Transformation in the two converter units and thus a very secure verification of the transformation. The voltage values resulting from the transformation still converted into so-called PWM (pulse width modulation) switching signals. However, this implementation can not change even if the function is incorrect or even increase the field speed cause, as in the PWM modulator no means for rotating the field are present. More specifically, in the context of pulse width modulation, no rotation operation carried out. Although are different types of disorders by the implementation do not rule out this lead but not to a speed increase, which in particular for the relevant aspect of operational safety is crucial.
Vorzugsweise unterscheiden sich die erste Wandlereinheit und die zweite Wandlereinheit in wenigstens einem Merkmal voneinander. Besonders bevorzugt werden unterschiedliche Prozessoren für die Wandlereinheiten verwendet.Preferably The first converter unit and the second converter unit differ in at least one characteristic of each other. Particularly preferred different processors used for the converter units.
Grundsätzlich wäre es auch möglich, beispielsweise im Falle von dreiphasigen Motoren die drei Spannungsstellgrößen hinter der Transformation zur Erfassung des Drehfeldes und seiner Drehgeschwindigkeit heranzuziehen. Dies ist jedoch insofern weniger vorteilhaft, weil der zu transformierende Spannungszeiger nicht konstant ist, sondern sich beispielsweise bedingt durch Regelvorgänge hinsichtlich Länge und Winkel innerhalb gewisser Grenzen ändert. Diese Winkeländerungen werden auch auf den Ausgang transformiert und bewirken dort eine ungleichmäßige Drehung des Spannungsvektors. Damit ist die Ausgangsspannung nicht in jedem Fall zur sicheren Bestimmung der Motordrehzahl geeignet, weil regelungstechnisch begründete, schnelle Winkeländerungen fehlerhaft als Überschreitung des gesetzten Drehzahllimits gedeutet werden könnten. Dieses Problem könnte dadurch behoben werden, dass der Feldwinkel unter Berücksichtigung der Motorströme beispielsweise mittels eines Motormodels korrigiert wird. Diese Lösung wäre jedoch vergleichsweise aufwändig.in principle it would also be possible, for example in the case of three-phase motors, the three voltage control variables behind the transformation to detect the rotating field and its Turning speed to use. However, this is less so advantageous because the voltage vector to be transformed is not constant is, but for example due to control operations changes in length and angle within certain limits. These angle changes are also transformed to the output and cause uneven rotation there of the voltage vector. Thus, the output voltage is not in each Case suitable for safe determination of the engine speed, because control technology justified, fast angle changes faulty interpreted as exceeding the set speed limit could become. This problem could be caused be corrected, taking into account the field angle the motor currents, for example by means of a motor model is corrected. This solution would be comparatively consuming.
Vorzugsweise werden die in der ersten Wandlereinheit transformierten Ausgangsgrößen und die in der zweiten Wandlereinheit transformierten Ausgangsgrößen miteinander verglichen. Dieser Vergleich erfolgt besonders bevorzugt kreuzweise. Damit wird in dem zweiten Sicherheitskanal die gleiche Transformation wie im aktiven Regler ausgeführt und die drei Ausgangsspannungen werden miteinander verglichen. Bei Gleichheit ist die Transformation korrekt und der Kommutierungswinkel ist zweifelsfrei die die Drehzahl bestimmende Größe des vom Wechselrichter erzeugten Drehfeldes und ist damit zur sicheren Überwachung geeignet.Preferably become the output quantities transformed in the first converter unit and the outputs transformed in the second converter unit compared to each other. This comparison is particularly preferred crosswise. This will be the same in the second safety channel Transformation as executed in the active controller and the three output voltages are compared. When equality is the transformation is correct and the commutation angle is beyond doubt the speed determining size of the inverter generated rotating field and is thus for safe monitoring suitable.
Alternativ zum oder neben dem Vergleich der drei Ausgangs-Spannungswerte kann auch der je aus ihnen gebildete Spannungswinkel verglichen werden, was eine Reduzierung der auszutauschenden Daten bedeutet.alternative to or beside the comparison of the three output voltage values can also the voltage angles formed by each are compared, which means a reduction of the data to be exchanged.
Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der Vergleich der Ausgangsgrößen und anhand des Spannungswinkels, der je aus den drei Spannungswerten gebildet wird, vorgenommen. Damit erfolgt wird hier kein direkter Vergleich vorgenommen.at Another preferred method is the comparison of the output variables and from the voltage angle, each of the three voltage values is made. This is done here is no direct Comparison made.
Zur Überwachung des Gebers oder allgemein der Drehzahl des geregelten Drehstrommotors, bei dem es sich um einen PM-Synchronmotor, einen Asynchronmotor, einen Reluktanzmotor oder ähnliches handeln kann, wird damit der regelungsintern verwendete Kommutierungswinkel überwacht. Dieser Kommutierungswinkel ist, wie oben gesagt, in Verbindung mit der sogenannten Koordinatentransformation die bestimmende Größe, die die Rotation des Spannungsvektors am Ausgang des Regelgeräts bewirkt. Dieser Spannungsvektor wird üblicherweise durch die Phasenspannungen Uu, Uv, und Uw, dargestellt. Vor der Koordinatentransformation liegt die Spannung in den rotorbezogenen Komponenten Ud (Längsspannung) und Uq (Querspannung) vor, welche unabhängig von der Drehzahl Gleichgrößen sind.For monitoring the encoder or in general the rotational speed of the controlled three-phase motor, which may be a PM synchronous motor, an asynchronous motor, a reluctance motor or the like, so that the internal control commutation angle is monitored. This commutation angle is, as stated above, in conjunction with the so-called coordinate transformation, the determining variable that causes the rotation of the voltage vector at the output of the controller. This voltage vector is usually represented by the phase voltages U u , U v , and U w . Before the coordinate transformation, the voltage is present in the rotor-related components Ud (longitudinal voltage) and Uq (transverse voltage), which are constant variables regardless of the rotational speed.
Bevorzugt kommunizieren die erste Wandlereinheit und die zweite Wandlereinheit miteinander insbesondere zum Zwecke gegenseitiger Überwachung. Dabei können die Wandlereinheiten über ein Bussystem miteinander verbunden sein. Bei einem weiteren bevorzugten Verfahren wird der Kommutierungswinkel mit Hilfe eines Gebers ermittelt. In diesem Falle erfolgt damit eine Überwachung im Antrieb. Bei dieser Variante überwacht bevorzugt der erste Kanal den Geber und der zweite Kanal die Kommutierung. Diese Überwachung ist sicher, wenn die Geberüberwachung und die Kommutierungs-überwachung von unabhängigen Systemen mit verschiedenen Prozessoren durchgeführt werden. Praktisch kann dies dadurch erreicht werden, dass eine der beiden Funktionen nicht im Antriebsprozessor sondern in einem FPGA realisiert wird. Die erforderliche Synchronisierung ist dabei allerdings erschwert, weil in beiden Kanälen unabhängige Zeitbasen realisiert werden müssen.Prefers the first converter unit and the second converter unit communicate in particular for the purposes of mutual surveillance. The converter units can communicate with one another via a bus system be connected. In another preferred method, the Commutation angle determined using a sensor. In this Trap is done so that monitoring in the drive. At this Variant preferably the first channel monitors the encoder and the second channel commutation. This monitoring is safe, if the encoder monitoring and commutation monitoring independent systems with different processors be performed. In practice, this can be achieved be that one of the two functions is not in the drive processor but realized in an FPGA. The required synchronization However, this is more difficult because in both channels independent Zeitbasen must be realized.
Es ist jedoch auch möglich, sowohl die Geberüberwachung als auch die Kommutierung im Antriebsprozessor durchzuführen. In diesem Falle wird bevorzugt ein zweiter Prozessor verwendet, der die redundante Kommutierungsüberwachung durchführt. In diesem Falle sind drei Überwachungen aktivierbar, von denen jedoch nur zwei auf unterschiedlichen Systemen ablaufen. Dabei kann beispielsweise der Sicherheitsprozessor über Dual-Port RAM mit dem Antriebsprozessor gekoppelt sein.It However, it is also possible, both the encoder monitoring as well as to perform the commutation in the drive processor. In this case, a second processor is preferably used, which performs the redundant commutation monitoring. In this case, three monitors can be activated, from but only two run on different systems. there For example, the security processor can use dual-port RAM coupled to the drive processor.
Da bei dieser Variante der Geber überwacht wird und er durch die Kommutierungsüberwachung zusätzlich ständig kontrolliert wird, kann stets eine sichere Position gewährleistet werden. Es ist jedoch auch möglich, bei einem Motorgeber gestützten System die Kommutierungsüberwachung extern vorzunehmen. Dabei befindet sich der oben erwähnte Überwachungsprozessor, d. h. der Prozessor der zweiten Wandlereinheit, außerhalb des Antriebsreglers und ist über einen sicheren Feldbus (z. B. Sercos Safety, Profisafe) angebunden. Hier besteht die gleiche Möglichkeit zur zusätzlichen Kontrolle des Gebers, so dass eine sichere Überwachung der Lage erfolgen kann.There In this variant, the encoder is monitored and he through the Kommutierungsüberwachung additionally constantly controlled, a safe position can always be guaranteed become. However, it is also possible with a motor encoder supported system commutation monitoring to make externally. There is the above-mentioned monitoring processor, d. H. the processor of the second transducer unit, outside of the drive controller and is via a safe fieldbus (eg Sercos Safety, Profisafe). Here is the same Possibility of additional control of the encoder, so that a secure monitoring of the situation can take place.
Weiterhin ist bei Systemen ohne Motorgeber auch eine Überwachung im Antrieb möglich. In diesem Fall ist die Kommutierungsüberwachung doppelt vorhanden, d. h. neben dem Antriebsprozessor, der die Kommutierung durchführt und überwacht (erster Kanal) ist ein zweiter Prozessor in der zweiten Wandlereinheit vorzusehen, der beispielsweise über Dual-Port RAM angekoppelt ist. Dabei ist es auch möglich, dass sich der Überwachungsprozessor außerhalb des Antriebsreglers befindet und über einen sicheren Feldbus, wie oben erwähnt, angebunden ist.Farther is also a monitoring in systems without motor encoder possible in the drive. In this case, the commutation monitoring is duplicate, d. H. next to the drive processor, the commutation performs and monitors (first channel) is a second processor to provide in the second converter unit, the for example, via dual-port RAM is coupled. there It is also possible that the monitoring processor located outside the drive controller and over a secure fieldbus, as mentioned above, is connected.
Damit ist bevorzugt der zweite Prozessor, der die redundante Überwachung des Kommutierungswinkels die Überprüfung der Koordinatentransformation durchführt entweder im Antrieb integriert oder befindet sich außerhalb des Antriebs und kommuniziert über einen sicheren Feldbus mit dem Antrieb. Dabei ist es auch möglich, dass die Funktion eines externen zweiten Prozessors, d. h. der zweiten Wandlereinheit in einem zentralen Rechner ausgeführt wird, der mehreren Antrieben zugeordnet ist. Damit überwacht bei dieser Ausführungsform die zweite Wandlereinheit mehrere Drehstrommaschinen, wobei bevorzugt jeweils für mehrere Drehstrommaschinen die zugehörige Transformation durchgeführt wird. Bei geberlosen Systemen wird der Kommutierungswinkel bevorzugt mit Hilfe eines Motormodels ermittelt.Thus, the second processor which performs the redundant monitoring of the commutation angle, the check of the coordinate transformation is either integrated in the drive or is located outside the drive and communicates with the drive via a safe fieldbus. It is also possible that the function of an external second processor, ie the second converter unit in a zen tral computer, which is assigned to several drives. In this embodiment, in this embodiment, the second converter unit monitors a plurality of three-phase machines, wherein the associated transformation is preferably carried out in each case for a plurality of three-phase machines. In sensorless systems, the commutation angle is preferably determined by means of a motor model.
Vorzugsweise ist die Funktion des externen zweiten Prozessors bzw. der zweiten Wandlereinheit eine Teilfunktion einer übergeordneten Steuerung. Weiterhin werden bevorzugt die Eingangsgrößen zyklisch in ihrer Gesamtheit an die zweite Wandlereinheit übermittelt.Preferably is the function of the external second processor or the second Converter unit a subfunction of a higher-level controller. Furthermore, the input variables are preferred cyclically transmitted in their entirety to the second transducer unit.
Zur Überprüfung der Koordinatenwandlung benötigt der Sicherheitsprozessor bzw. die zweite Wandlereinheit zyklisch die Eingangswerte und die zugehörigen Ausgangswerte des Koordinatenwandlers. Zweckmäßigerweise werden die begrenzten Werte herangezogen, so wie sie einem nachgeschalteten PPM-Modulator übergeben werden. Dabei ist es möglich, dass diese Überprüfung in festen Zeitintervallen, beispielsweise alle 1–4 Sekunden und bevorzugt alle 2 Sekunden durchgeführt wird. Zur Bestimmung der Drehzahl wird nur der Kommutierungswinkel benötigt, wobei auch in diesem Fall jeder bzw. jeder n-te Wert verwendet wird.For checking the coordinate conversion requires the security processor or the second converter unit cyclically the input values and the associated output values of the coordinate converter. Conveniently, the limited values are used as they are for a downstream one PPM modulator to be passed. It is possible that this check at fixed time intervals, for example every 1-4 seconds and preferably every 2 seconds is carried out. To determine the speed only the commutation angle needed, in which case each and every nth Value is used.
Zur Differenzierung des Kommutierungswinkels, d. h. durch Bildung der Geschwindigkeit des Kommutierungswinkels wird die Felddrehzahl berechnet, die mit dem gesetzten Grenzwert verglichen wird. Damit werden im Vergleich zu Verfahren aus dem Stand der Technik außer der Polzahl keinerlei Motordaten benötigt und es muss kein Motormodell gerechnet werden.to Differentiation of the commutation angle, d. H. through education of Velocity of the commutation angle, the field velocity is calculated which is compared to the set limit. This will be in the Comparison to prior art methods except the number of poles no engine data needed and it must be no Engine model can be expected.
Grundsätzlich kann, wie oben gesagt, die zweite Wandlereinheit bzw. der Sicherheitsprozessor auch mehrere Antriebe überwachen. In diesem Fall ist es möglich, dass der Antrieb zyklisch den Kommutierungswinkel und in vorgegebenen Anständen ein Datenpaket, welches aus Ein- und Ausgangswerten der Koordinationstransformation besteht, sendet.in principle can, as stated above, the second transducer unit or the security processor also monitor several drives. In this case it is possible that the drive cyclically the commutation angle and in predetermined circumstances, a data packet consisting of Input and output values of the coordination transformation, sends.
Es wäre jedoch auch möglich, die Eingangsgrößen sequentiell an die zweite Wandlereinheit zu übergeben. Genauer gesagt würden die sechs Daten sequentiell übergeben werden, so dass eine Überprüfung nach je sechs Zyklen erfolgt. Der Überwachungsprozessor kann im Fehlerfall für Netztrennung sorgen oder die Anlaufsperre des betreffenden Antriebs betätigen. Der Antrieb selbst benötigt keinerlei zusätzliche Hardware. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren auch ideal für Kompaktservomotoren geeignet.It However, it would also be possible, the input variables to pass sequentially to the second transducer unit. More specifically, the six data would be passed sequentially so that's a check after six each Cycles takes place. The monitoring processor can in case of error ensure network separation or the start-up lock of the relevant Actuate drive. The drive itself needed no additional hardware. This is the invention Method also ideal for compact servo motors.
Die
vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zum Überwachen
von Drehstrommaschinen gerichtet. Diese Vorrichtung weist eine erste
Wandlereinheit auf, welche dieser ersten Wandlereinheit zugeführte
Eingangsgrößen in Ausgangsgrößen
transformiert, wobei eine dieser Eingangsgrößen
ein Kommutierungswinkel einer zu betreibenden Drehstrommaschine
ist und die Ausgangsgrößen zum Betrieb dieser Drehstrommaschine
verwendet werden. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung
eine von dieser ersten Wandlereinheit unabhängig betreibbare
zweite Wandlereinheit
Vorzugsweise handelt es sich bei der abgeleiteten Kenngröße um den Winkel des Spannungsvektors, der aus den Ausgangsgrößen bzw. den (drei) Spannungskomponenten gebildet wird.Preferably this is the derived characteristic by the angle of the voltage vector, which is the output variables or the (three) voltage components is formed.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Abschalteinrichtung auf, welche die Drehstrommaschine in Reaktion auf ein bestimmtes Ergebnis des Vergleiches zwischen den von der ersten Wandlereinheit ausgegebenen Ausgangsgrößen und den von der zweiten Wandlereinheit ausgegebenen Ausgangsgrößen in einen sicheren Zustand verbringt, beispielsweise hinsichtlich der Geschwindigkeit reduziert oder abschaltet.Preferably the device has a shutdown device, which is the three-phase machine in response to a specific outcome of the comparison between the output from the first converter unit outputs and the output from the second converter unit outputs in a safe state spends, for example, in terms the speed is reduced or switched off.
Zwar gibt im Unterschied zu der Überwachung eines Positionsgebers die Drehfeldfrequenz keine Auskunft darüber, ob der Motor durch äußere Kräfte auf höhere Drehzahlen beschleunigt wurde. Im Hinblick auch die Sicherungsfunktion ist diese Einschränkung jedoch irrelevant. Wie Eingangs erwähnt, sollen gerade die von dem Antrieb selbst ausgehenden gefährlichen Bewegungen verhindert werden und damit muss zur Gewährleistung der Sicherheit lediglich sicher gestellt sein, dass die Drehzahl zum Zeitpunkt der Aktivierung der Sicherheitsfunktion unterhalb des Grenzwertes war. Im Wartungsfall stellt dies keine Einschränkung dar, da die Maschine typischer Weise vor der Wartung im sicheren Modus stillgesetzt wird. Falls die sichere Drehzahlbegrenzung auch im Normalbetrieb ständig aktiv sein sollte, tritt das genannte Problem ebenfalls nicht auf, da höhere Drehzahlen als die Grenzdrehzahlen betriebsmäßig nicht vorkommen dürfen.In contrast to the monitoring of a position sensor, the rotating field frequency does not provide any information as to whether the motor has been accelerated by external forces to higher speeds. However, this limitation is irrelevant in terms of the backup function. As mentioned in the introduction, it is precisely the dangerous movements emanating from the drive itself that are to be prevented, and thus, to ensure safety, it must merely be ensured that the rotational speed was below the limit value at the time the safety function was activated. In the case of maintenance, this is not a restriction since the machine is typically shut down before maintenance in safe mode. If the safe speed limit should be constantly active in normal operation, the above problem also does not occur because Higher speeds than the limit speeds must not occur operationally.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.Further Advantages and embodiments will be apparent from the attached Drawings.
Darin zeigen:In this demonstrate:
Dabei
ist γel der elektrische Drehwinkel
oder Kommutierungswinkel des Spannungsvektors, der sich bei Synchronmotoren
vom mechanischen Drehwinkel γmech durch
die Polpaarzahl PPZ des Motors unterscheidet. Genauer gesagt ergibt
sich der elektrische Drehwinkel aus dem Produkt der Polpaarzahl
und dem mechanischen Drehwinkel:
Der
Motor
Die
sich durch die beiden Transformationen ergebenden jeweiligen Spannungswerte
Uu, Uv und Uw und Uv, U'v, U'w werden miteinander
verglichen und im Falle eines Abweichens wird die Energiezufuhr
zu dem Motor
Die inneren Regelkreise für die Drehmomentregelung beziehen sich auf ein rotorfestes Koordinatensystem. Alle Ströme und Spannungen in diesem System sind Gleichgrößen, unabhängig davon, wie schnell der Motor dreht. Insbesondere die Stellgröße „Ausgangsspannung" ist ein Vektor, der sich zwar regelungsbedingt verändert, der jedoch nicht rotiert. Die Aufgabe der Koordinatentransformation besteht darin, diesen Spannungsvektor auf das ständerfeste Koordinatensystem umzurechnen. Der dazu verwendete Kommutierungswinkel und seine Winkelgeschwindigkeit sind die bestimmenden Größen für die Drehzahl des den Motor speisenden, vom Wechselrichter bereitgestellten, Drehstromsystems.The refer to internal control circuits for the torque control on a rotor-fixed coordinate system. All streams and stresses in this system are equal quantities, regardless of how fast the engine is turning. Especially the manipulated variable "output voltage" is a vector, which changes due to the regulation, the but not rotated. The task of coordinate transformation consists of applying this voltage vector to the stator Convert coordinate system. The commutation angle used for this and its angular velocity are the determining factors for the speed of the motor feeding the inverter provided, three-phase system.
Aus der oben erwähnten Tatsache, dass sich ein Drehstrommotor nicht aus eigener Kraft schneller drehen kann als die Drehfrequenz des speisenden Drehstromsystems, ist die Überwachung dieser Drehfrequenz auf einen vorbestimmten Grenzwert hinreichend für die Begrenzung der Drehzahl. Wird diese Überwachung zweikanalig ausgeführt, liegen die Voraussetzungen für die oben erwähnte geforderte sichere Drehzahlüberwachung vor.From the above-mentioned fact that a three-phase motor does not accelerate by itself can rotate as the rotational frequency of the feeding three-phase system, the monitoring of this rotational frequency to a predetermined limit is sufficient for limiting the speed. If this monitoring is carried out with two channels, the prerequisites for the required safe speed monitoring mentioned above are met.
Uv =
Uv – Offset
Uw =
Uw, – Offset
U v = U v offset
U w = U w , - Offset
Bevor
die drei Spannungswerte Uu, Uv,
Uw einem PWM-Modulator
Die
auf die Koordinatentransformation in den Wandlereinheiten
Um
sicherzustellen, dass die Ausgangsspannung des Leistungsverstärkers
genau dem Kommutierungswinkel γel folgt,
wird erfindungsgemäß die korrekte Softwarefunktion
der ersten Wandlereinheit
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.All Features disclosed in the application documents are considered to be essential to the invention as far as they are individually or in combination the prior art are new.
- 22
- erste Wandlereinheitfirst converter unit
- 44
- DrehstrommaschinePhase machine
- 66
- Gebergiver
- 99
- GeberwinkelerfassungseinheitDonors angle detection unit
- 1010
- StromerfassungseinheitCurrent detection unit
- 1212
- zweite Wandlereinheitsecond converter unit
- 1414
- Spannungsreglervoltage regulators
- 1515
- Differenzierungsglieddifferentiating element
- 1616
- Stromreglercurrent regulator
- 1818
- Feldreglerfield controller
- 20, 2220 22
- Symmetrierungs- und BegrenzungseinrichtungSymmetrierungs- and limiting device
- 2424
- PWM-ModulatorPWM modulator
- 2626
- Leistungsverstärkerpower amplifier
- 2727
- Differenzierungsglieddifferentiating element
- 2828
- Vergleichseinrichtungcomparator
- 3030
- Sicherheitsprozessorsecurity processor
- γγ
- Drehwinkel oder Kommutierungswinkelangle of rotation or commutation angle
- Uu, Uv, Uw,U u , U v , U w ,
- Ausgangsgrößenoutputs
- U'u, U'v, U'w U ' u , U' v , U ' w
- Ausgangsgrößen (in der zweiten Wandlereinheit 12 transformiert)outputs (transformed in the second converter unit 12)
- Uq, Ud, γel U q , U d , γ el
- Eingangsgrößeninput variables
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 10035783 A1 [0002] - DE 10035783 A1 [0002]
- - DE 4330823 C2 [0003] - DE 4330823 C2 [0003]
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DE200710017285 DE102007017285A1 (en) | 2007-04-12 | 2007-04-12 | Method for monitoring three-phase machine, involves supplying input parameters of converter unit, where one of these input parameters is commutating angle of three-phase machine to be operated |
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ID=39809389
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