DE102009020410A1 - Method for determining output voltage of pulse inverter for three-phase alternating current motor of electric counter balanced forklift truck, involves determining output voltage by CPU of microcontroller - Google Patents

Method for determining output voltage of pulse inverter for three-phase alternating current motor of electric counter balanced forklift truck, involves determining output voltage by CPU of microcontroller Download PDF

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Abstract

The method involves detecting a threshold value of an output voltage of a two-point inverter as a rising slope by a threshold detector. An analog-digital converter is triggered for detecting a voltage value of a pulse by a capture unit. Falling of another threshold value of the output voltage is detected as a falling slope by the detector. The converter is triggered for detecting another voltage value of the pulse. Pulse width between the rising and falling slopes is detected by the capture unit. The output voltage of a two-point inverter is determined by a CPU of a microcontroller. Independent claims are also included for the following: (1) a method for compensating error voltages of a pulse inverter (2) an industrial truck with a electrical switch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ausgangsspannung eines über einen Gleichspannungszwischenkreis gespeisten und eine Induktionsmaschine versorgenden Zweipunkt-Wechselrichters bei einem Flurförderzeug.The The invention relates to a method for determining the output voltage one fed via a DC intermediate circuit and an induction machine supplying two-point inverter in a truck.

Bekannt sind Verfahren, bei denen die Ausgangsspannung eines Wechselrichters, der einen Drehstrommotor speist, mithilfe eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) direkt gemessen wird.Known are methods in which the output voltage of an inverter, which powers a three-phase motor, using an analog-to-digital converter (ADC) is measured directly.

Nachteil an diesem bekannten Verfahren ist jedoch, dass eine ausreichend genaue Messung der Ausgangsspannung eine sehr hohe Abtastrate und damit Arbeitsfrequenz des Analog-Digital-Wandlers erfordert.disadvantage however, in this known method, one is sufficient accurate measurement of the output voltage a very high sampling rate and thus Operating frequency of the analog-to-digital converter requires.

Bekannt ist auch die Bestimmung der Ausgangsspannung eines Zweipunkt-Wechselrichters als theoretischer Wert, indem eine Korrektur des Ausgangspannungssollwertes um einen von dem Motorstrom abhängigen Wert erfolgt.Known is also the determination of the output voltage of a two-point inverter as theoretical value by correcting the output voltage setpoint by a value dependent on the motor current.

Aus der DE 198 13 363 A1 ist ein Verfahren zur indirekten Bestimmung der Ausgangsspannung eines über einen Gleichspannungszwischenkreis gespeisten und eine Induktionsmaschine versorgenden Wechselrichters bekannt, bei dem der Wechselrichterschaltzustand, die augenblicklichen Ständerphasenströme, der Mittelwert der Zwischenkreisspannung und die augenblickliche Dauer des Ein-Zustandes der Wechselrichter-Schaltbefehle über die letzte Abtastzeit erfasst, und die ideale Wechselrichter-Ausgangsspannung aus der Dauer der Wechselrichter-Schaltbefehle bestimmt wird, wobei die Wechselrichter-Schaltbefehle um die spannungsabhängigen und/oder stromabhängigen Kommutierungsverzugszeiten korrigiert werden, was in Abhängigkeit davon erfolgt, ob es sich um einen Ein- oder Ausschaltvorgang handelt und ob zum Schaltaugenblick positive oder negative Strompolarität vorliegt. Anschließend werden zur Ermittlung der realen Wechselrichter-Ausgangsspannung die Spannungsabfälle der Wechselrichterventile des Wechselrichters berücksichtigt und es erfolgt eine Raumzeiger-Transformation der realen Wechselrichter-Ausgangsspannungen zum Ständerspannungsraumzeiger.From the DE 198 13 363 A1 A method is known for indirectly determining the output voltage of a DC link powered and induction machine powering inverter in which the inverter switching state, current stator phase currents, DC link voltage average and the instantaneous ON state of the inverter switching commands are detected over the last sampling time , and the ideal inverter output voltage from the duration of the inverter switching commands is determined, wherein the inverter switching commands are corrected by the voltage-dependent and / or current-dependent Kommutierungsverzugszeiten, which is done depending on whether it is an on or off and whether at the moment of switching positive or negative current polarity is present. Subsequently, the voltage drops of the inverter valves of the inverter are taken into account to determine the real inverter output voltage and there is a space vector transformation of the real inverter output voltages to the stator voltage space vector.

Nachteilig an diesem Stand der Technik ist, dass eine Korrektur um einen von dem Motorstrom abhängigen Wert nicht ausreichend genau ist, da ein Korrekturwert auch von der Spannung, der Temperatur der Bauteile bzw. des Motors und der Totzeit abhängt.adversely In this prior art, a correction is one of the motor current dependent value is not sufficiently accurate is, since a correction value also from the voltage, the temperature depends on the components or the engine and the dead time.

Aus der DE 40 14 387 A1 ist ein Verfahren zur Erfassung des Istwertes der inneren Maschinenspannung in einer Asynchronmaschine bekannt. Um die innere Maschinenspannung auch bei niedriger Drehzahl der Asynchronmaschine zuverlässig zu erfassen, wird die äußere Maschinenspannung gemessen. Aufgrund des Stromflusses und der Stromänderungsgeschwindigkeit in einzelnen Strängen der Asynchronmaschine werden die ohmschen bzw. induktiven Spannungsabfälle in den einzelnen Strängen ermittelt. Die ermittelten ohmschen bzw. induktiven Spannungsabfälle werden von der äußeren Maschinenspannung abgezogen.From the DE 40 14 387 A1 For example, a method is known for detecting the actual value of the internal machine voltage in an asynchronous machine. In order to reliably detect the internal machine voltage even at low speed of the asynchronous machine, the external machine voltage is measured. Due to the current flow and the rate of change of current in individual strings of the asynchronous machine, the ohmic or inductive voltage drops in the individual strings are determined. The determined ohmic or inductive voltage drops are subtracted from the external machine voltage.

Dieses bekannte Verfahren bietet jedoch keine Lösung für die Messung der Ausgangsspannung bei einem Wechselrichter, der durch eine Pulsweitenmodulation die Ausgangsspannungen erzeugt.This However, known method offers no solution for the measurement of the output voltage at an inverter, by a pulse width modulation generates the output voltages.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach umzusetzendes und zuverlässiges Verfahren zur direkten Bestimmung der Ausgangsspannung eines aus einem Gleichspannungszwischenkreis gespeisten Zweipunktwechselrichters sowie ein entsprechendes Flurförderzeug zur Verfügung zu stellen.Of the present invention is based on the object, a simple umzusetzendes and reliable method for direct determination of Output voltage of a fed from a DC intermediate circuit Two-point inverter and a corresponding truck to provide.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Flurförderzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Unteransprüche angegeben.The The object is achieved by a method with the features of claim 1 and an industrial truck solved with the features of claim 9. advantageous Further developments are specified by the subclaims.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung der Ausgangsspannung eines über einen Gleichspannungszwischenkreis gespeisten und eine Induktionsmaschine eines Flurförderzeugs versorgenden Zweipunkt-Wechselrichters gelöst, der pulsweitenmoduliert mit einer Modulationsperiode tPW arbeitet, und einen Spannungsteiler aufweist, der die von dem Wechselrichter der Induktionsmaschine zugeleitete Spannung einem Schmitt-Trigger zuleitet, wobei der Schmitt-Trigger mit einer Capture-Einheit verbunden ist, die einen mit dem Spannungsteiler verbundenen Analog-Digital-Wandler triggern kann, und sowohl Capture-Einheit wie auch Analog-Digital-Wandler mit einem Mikrocontroller verbunden sind, und in einem ersten Schritt das Überschreiten eines ersten Schwellwerts der Ausgangsspannung als ansteigende Flanke durch den Schmitt-Trigger erfasst wird. Anschließend wird der Analog-Digital-Wandler zur Erfassung eines Spannungswertes UH eines Pulses durch die Capture-Einheit angesteuert, das Unterschreiten eines zweiten Schwellwerts der Ausgangsspannung als fallende Flanke durch den Schmitt-Trigger erfasst, der Analog-Digital-Wandler zur Erfassung eines Spannungswertes UL eines Pulses durch die Capture-Einheit angesteuert und die Pulsbreite tP zwischen ansteigender und fallender Flanke durch die Capture-Einheit erfasst sowie die Ausgangsspannung als UA= (tP·UH + (tPW – tP)UL)/tPW durch eine CPU des Mikrocontrollers bestimmt.The object is achieved by a method for determining the output voltage of a supplied via a DC intermediate circuit and an induction engine of a truck supplying two-point inverter, the pulse width modulated with a modulation period t PW operates, and a voltage divider, the one supplied by the inverter of the induction machine voltage Schmitt trigger, wherein the Schmitt trigger is connected to a capture unit which can trigger an analog-to-digital converter connected to the voltage divider, and both capture unit and analog-to-digital converter are connected to a microcontroller, and in a first step, the exceeding of a first threshold value of the output voltage is detected as a rising edge by the Schmitt trigger. Subsequently, the analog-to-digital converter for detecting a voltage value U H of a pulse is driven by the capture unit, falls below a second threshold value of the output voltage as a falling edge detected by the Schmitt trigger, the analog-to-digital converter for detecting a voltage value U L of a pulse is controlled by the capture unit and the pulse width t P between the rising and falling edge detected by the capture unit and the output voltage as U A = (t P · U H + (t PW - t P ) U L ) / t PW determined by a CPU of the microcontroller.

Vorteilhaft muss durch die vorgeschlagene Bestimmung der Ausgangsspannung keine Modellbildung für den Wechselrichter durchgeführt werden, die für den Wechselrichter kompliziert und aufwendig wäre. Es sind vorteilhaft nur wenige zusätzliche Bauteile erforderlich und auch der Aufwand für die erforderliche Software ist relativ gering, da der Analog-Digital-Wandler nur eine Abtastfrequenz doppelt so groß wie die Pulsweitenmodulationsfrequenz benötigt, um zuverlässig die Werte UH bzw. UL zu erfassen. Die Ausgangsspannung des Wechselrichters wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit guter Genauigkeit erfasst und das Verfahren kann bei allen bekannten Zweipunkt–Wechselrichterleistungsschaltern, auch als Wechselrichterventile bezeichnet, wie etwa Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT), GTO-Transistoren und Feldeffekttransistoren (MOS-FET) eingesetzt werden.Advantageously, no model formation for the inverter has to be performed by the proposed determination of the output voltage, which would be complicated and expensive for the inverter. Advantageously, only a few additional components are required, and also the expenditure for the required software is relatively low, since the analog-to-digital converter requires only one sampling frequency twice as large as the pulse width modulation frequency in order to reliably detect the values U H or U L , The output voltage of the inverter is detected by the inventive method with good accuracy and the method can be used in all known two-point inverter circuit breakers, also referred to as inverter valves, such as insulated gate bipolar transistors (IGBT), GTO transistors and field effect transistors (MOS-FET) become.

In Vorteilhafter Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für UL und/oder UH ein fester Wert genommen.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, a fixed value is taken for U L and / or U H.

Indem z. B. für den hohen Spannungswert UH der Spannungswert des Gleichstromzwischenkreises genommen wird und für den niedrigen Spannungswert UL der Wert 0, kann die Schaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter vereinfacht werden, da dann kein Analog-Digital-Wandler mit der erforderlichen Abtastfrequenz benötigt wird. Dabei wird die Ausgangsspannung noch ausreichend genau bestimmt, wenn die Abweichungen der tatsächlichen Werte von den festen Werten nicht zu groß sind, wovon bei vielen Betriebszuständen der Induktionsmaschine ausgegangen werden kann, z. B. bei geringer Belastung.By z. B. for the high voltage value U H, the voltage value of the DC intermediate circuit is taken and for the low voltage value U L, the value 0, the circuit for performing the method according to the invention can be further simplified because then no analog-to-digital converter with the required sampling frequency required becomes. In this case, the output voltage is still determined with sufficient accuracy if the deviations of the actual values from the fixed values are not too great, which can be assumed in many operating states of the induction machine, for. B. at low load.

Vorteilhaft sind die Capture-Einheit und/oder der Analog-Digital-Wandler in den Wechselrichter integrierte Bauteile.Advantageous are the capture unit and / or the analog to digital converter in the inverter integrated components.

Eine Capture-Einheit und ein Analog-Digital-Wandler sind bei Wechselrichtern zumeist in einen Mikrocontroller bereits integriert und stehen dadurch ohne zusätzlichen Aufwand und sehr kostengünstig zur Verfügung. Es sind lediglich als zusätzliche Bauteile ein Schmitt-Trigger und ein Spannungsteiler erforderlich.A Capture unit and an analog-to-digital converter are with inverters usually already integrated into a microcontroller and are thereby without additional effort and very cost-effective to disposal. They are only as additional Components a Schmitt trigger and a voltage divider required.

In günstiger Ausführungsform kommt das Verfahren bei einer Mehrphasen Induktionsmaschine, insbesondere bei einem Dreiphasen-Drehstrommotor, zur Anwendung.In favorable embodiment, the process comes in a multi-phase induction machine, in particular in a Three-phase three-phase motor, for use.

Vor allem bei durch einen Dreiphasendrehstrommotor als Induktionsmaschine angetriebenen Flurförderzeugen kann das Verfahren vorteilhaft zum Einsatz kommen.In front all by a three-phase AC motor as induction machine driven industrial trucks, the process can be advantageous be used.

Es können UH und UL eine oder zwei Phasen gemessen werden und der Wert der weiteren Phasen als dem Wert oder den Werten der gemessen Phasen gleich angenommen werden.U H and U L can be measured one or two phases and the value of the other phases can be assumed to be equal to the value or the values of the measured phases.

Bei mehrphasigen Antriebsmotoren als Induktionsmaschine liegt im Regelfall eine gleichmäßige Belastung der Phasen vor. Es ist dann nicht erforderlich, die Ausgangsspannung UH und UL in allen Phasen zu messen, sondern ausreichend, nur einige oder nur eine Phase von mehreren zu messen.In the case of multiphase drive motors as an induction machine, there is generally a uniform loading of the phases. It is then not necessary to measure the output voltage U H and U L in all phases, but sufficient to measure only some or only one phase of several.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Durchgangswiderstand eines Leistungsschaltelements des Zweipunkt-Wechselrichters aus UH, UL und dem Ausgangsstrom bestimmt und die Betriebstemperatur des Leistungsschaltelements aus der Temperaturkennlinie des Durchgangswiderstands bestimmt.In an advantageous development of the method according to the invention, the contact resistance of a power switching element of the two-point inverter is determined from U H , U L and the output current and determines the operating temperature of the power switching element from the temperature characteristic of the contact resistance.

Da die tatsächliche Ausgangsspannung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt wird, kann die Temperatur der hochbelasteten Leistungsschaltelemente aus dem Durchlasswiderstand bestimmt werden und dadurch eine Überhitzung sowie eine Beschädigung dieser teuren Bauteile vermieden werden.There the actual output voltage with the invention Method is determined, the temperature of the highly loaded Power switching elements are determined from the on-resistance and thereby overheating and damage These expensive components are avoided.

In günstiger Ausführungsform kann die Funktion des Zweipunkt-Wechselrichters anhand des Wertes der Pulsbreite tP überprüft werden.In a favorable embodiment, the function of the two-point inverter can be checked on the basis of the value of the pulse width t P.

Dadurch kann überprüft werden, ob das Leistungsschaltelement bzw. Wechselrichterventil wie erwartet ein- oder ausschaltet entsprechend den Sollwerten.Thereby can be checked if the power switching element or inverter valve as expected turns on or off accordingly the setpoints.

Vorteilhaft kann eine Kompensation von Fehlerspannungen eines Pulswechselrichters durch Bestimmen des Ist-Wertes der Ausgangsspannung wie zuvor beschrieben und Nachregeln der Ist-Wertes erfolgen, bis der Sollwert erreicht ist.Advantageous can compensate for error voltages of a pulse inverter by determining the actual value of the output voltage as previously described and readjustment of the actual value until the setpoint is reached is.

Dadurch kann eine Kompensation von Fehlerspannungen eines Zweipunkt-Wechselrichters aufgrund von Verzugszeiten bzw. Totzeiten des Ein- oder Ausschaltens sowie aufgrund der Verriegelungszeit und der Durchlassspannung des Wechselrichterventils erfolgen. Da die tatsächliche Ausgangsspannung bestimmt wird, kann diese zur Kompensation dieser Fehlerspannungen genutzt werden. Möglich ist dies bei einer Proportionalsteuerung von Spannung und Frequenz (U/F-Steuerung), einer feldorientierten Regelung als auch einer geberlosen Regelung. Oberschwingungsbelastungen, insbesondere sechste harmonische Schwingungen im Drehmomentverlauf eines Drehstrommotors als Induktionsmaschine, wie auch entsprechend im Spannungsverlauf des Gleichspannungszwischenkreises werden reduziert.Thereby may be due to a compensation of error voltages of a two-point inverter Delay times or dead times of switching on or off and due to the locking time and the on-state voltage of the inverter valve respectively. Because the actual output voltage is determined This can be used to compensate for these error voltages become. This is possible with a proportional control of voltage and frequency (U / F control), a field-oriented Control as well as a sensorless control. Harmonic distortion, in particular sixth harmonic vibrations in the torque curve a three-phase motor as induction machine, as well as accordingly in the voltage curve of the DC intermediate circuit are reduced.

Die Aufgabe wird auch durch ein Flurförderzeug mit einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung einer Induktionsmaschine mit einem über einen Gleichspannungszwischenkreis gespeisten und eine Induktionsmaschine versorgenden Zweipunkt-Wechselrichters gelöst, der pulsweitenmoduliert arbeitet, und einen Spannungsteiler aufweist, der die von dem Wechselrichter der Induktionsmaschine zugeleitete Spannung erfassen kann und mit einem Schmitt-Trigger verbunden ist, wobei der Schmitt-Trigger mit einer Capture-Einheit verbunden ist, die einen mit dem Spannungsteiler verbunden Analog-Digital-Wandler triggern kann, und sowohl Capture-Einheit wie auch Analog-Digital-Wandler mit einem Mikrocontroller verbunden sind, bei dem die elektrische Schaltung ein zuvor beschriebenes Verfahren durchführt.The Task is also performed by an industrial truck with an electric Circuit for controlling an induction machine with an over fed a DC intermediate circuit and an induction machine solved supplying two-level inverter, the pulse width modulated works, and has a voltage divider, that of the inverter can detect the voltage supplied to the induction machine and with a Schmitt trigger is connected to the Schmitt trigger with connected to a capture unit, the one connected to the voltage divider connected analog-to-digital converter can trigger, and both capture unit as well as analog-to-digital converter connected to a microcontroller are in which the electrical circuit is a previously described Performs procedure.

Das Flurförderzeug weist die zuvor bereits beschriebenen Vorteile auf.The Truck has the advantages already described above on.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigtFurther Advantages and details of the invention will be described with reference to the schematic figures illustrated embodiment explained in more detail. This shows

1 schematisch von oben ein erfindungsgemäßes Flurförderzeug, 1 schematically from above an inventive truck,

2 ein Antriebsschema des Flurförderzeugs der 1, 2 a drive diagram of the truck 1 .

3 ein Schaltschema einer Drehstrommotoransteuerung des erfindungsgemäßen Flurförderzeugs und 3 a circuit diagram of a three-phase motor drive of the truck according to the invention and

4 ein Ausgangssignal eines Zweipunkt-Wechselrichters, 4 an output signal of a two-point inverter,

Die 1 zeigt schematisch von oben ein beispielsweise als Elektrogegengewichtsgabelstapler ausgebildetes erfindungsgemäßes Flurförderzeug 1 in Aufsicht mit den wesentlichen Aggregaten des Antriebs dargestellt. Der Gegengewichtsgabelstapler weist einen Fahrzeugrahmen 2 auf, der im lastzugewandten Bereich mit zwei Antriebsrädern 3 und im lastabgewandten Bereich mit gelenkten Rädern 4 versehen ist. Am vorderen lastzugewandten Bereich des Gegengewichtsgabelstaplers ist ein Hubgerüst 5 angeordnet, an dem ein als Lastgabel ausgebildetes Lastaufnahmemittel 6 auf- und abbewegbar angeordnet ist. Im lastabgewandten Bereich ist das Flurförderzeug 1 mit einem Gegengewicht 7 versehen.The 1 schematically shows from above an example designed as an electric counterbalance forklift inventive truck 1 shown in plan with the main units of the drive. The counterbalance forklift has a vehicle frame 2 on, in the load-facing area with two drive wheels 3 and in the load-remote area with steered wheels 4 is provided. At the front load facing area of the counterbalance forklift is a mast 5 arranged on which a trained as a load lifting device 6 is arranged movable up and down. In the area away from the load, the truck is 1 with a counterweight 7 Mistake.

Der Gegengewichtsgabelstapler ist mit einer Batterie 8 als Energieversorgungseinheit ausgestattet.The counterbalance forklift is with a battery 8th equipped as a power supply unit.

Die von der Batterie 8 gelieferte elektrische Energie wird über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis 9 einem mit einer Leistungselektronik versehenen Wechselrichter 10 zugeführt, mittels dem mindestens ein in oder an einer Antriebsachse 11 angeordneter elektrischer Fahrantriebsmotor hier ein als Asynchronmotor ausgebildeter Drehstrommotor 12, mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Wechselrichter 10 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, das beispielsweise an der Antriebsachse 11 benachbart zum Fahrantriebsmotor 12 angeordnet ist. Es kann weiterhin ein nicht mehr dargestellter Antriebsmotor einer die Arbeitshydraulik, insbesondere eines Hubantriebs und Neigeantriebs des Lastaufnahmemittels 6, des Flurförderzeugs versorgenden Hydraulikpumpe, beispielsweise ein als Asynchronmotor ausgebildeter Drehstrommotor, von dem Wechselrichter 10 mit elektrischer Energie versorgt werden. Auch bei diesen Antriebsmotoren ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar.The from the battery 8th supplied electrical energy is via a DC link 9 a provided with a power electronics inverter 10 fed by means of at least one in or on a drive axle 11 arranged electric traction drive motor here designed as an asynchronous three-phase motor 12 , is supplied with electrical energy. The inverter 10 is in a housing 13 arranged, for example, on the drive axle 11 adjacent to the traction drive motor 12 is arranged. It can also be a no longer shown drive motor of the working hydraulics, in particular a linear actuator and tilt drive of the load receiving means 6 , the truck supplying the truck hydraulic pump, for example, designed as an asynchronous three-phase motor, from the inverter 10 be supplied with electrical energy. Also in these drive motors, the inventive method is applicable.

Der Fahrantriebsmotor 12 steht unter Zwischenschaltung eines Differentialgetriebes 14 und zweier Untersetzungsgetrieben 15 mit den Antriebsrädern 3 in Verbindung. Anstelle einer derartigen Einmotorachse, bei der ein Fahrantriebsmotor 15 beide Antriebsräder 3 antreibt, kann ebenfalls eine Zweimotorachse vorgesehen werden, bei der jeweils ein Fahrantriebsmotor unter Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetriebes mit dem entsprechenden Antriebsrad 3 in Verbindung steht.The traction drive motor 12 stands with the interposition of a differential gear 14 and two reduction gears 15 with the drive wheels 3 in connection. Instead of such a single motor axis, in which a traction drive motor 15 both drive wheels 3 drives, a twin-motor shaft can also be provided, in each case a traction drive motor with the interposition of a reduction gear with the corresponding drive wheel 3 communicates.

Die 2 zeigt schematisch den Aufbau des Antriebs des erfindungsgemäßen Flurförderzeugs aus der 1. Der von der Batterie 8 über den Gleichspannungs-Zwischenkreis 9 gelieferte Gleichstrom wird in dem Umrichter 10 in Dreiphasendrehstrom variabler Frequenz für den Fahrantriebsmotor 12 umgewandelt, der über das Differentialgetriebe 14 die Antriebsräder 3 antreibt.The 2 schematically shows the structure of the drive of the truck according to the invention from the 1 , The one from the battery 8th via the DC link 9 supplied direct current is in the inverter 10 in three-phase alternating current variable frequency for the traction drive motor 12 converted, via the differential gear 14 the drive wheels 3 drives.

Die 3 zeigt ein Schaltschema einer Drehstrommotoransteuerung eines erfindungsgemäßen Flurförderzeugs. Ein Pulsweitenmodulator 16 steuert als Feldeffekttransistoren ausgebildete Wechselrichterventile 17 für insgesamt drei Phasen an. Durch den dreiphasigen Drehstrom wird der Fahrantriebsmotor 12 angetrieben. Dabei wird die Ausgangsspannung jeder Phase durch einen Zweipunkt-Wechselrichter erzeugt. Über einen Spannungsteiler 18 ist jede Phase mit einem Schmitt-Trigger 19 verbunden. Jeder Schmitt-Trigger 19 triggert eine Capture-Einheit 20. Der Spannungsteiler 18 ist mit einem Analog-Digital-Wandler 21 verbunden und die Capture-Einheit 20 kann ein Erfassen des Spannungswerts des Analog Digital-Wandler 21 durch eine CPU 22 auslösen. Die CPU 22 steuert eine geberlose Regelung 23 für den Pulsweitenmodulator 16 an, wobei die geberlose Regelung 23 auch ein Spannungssignal des Analog-Digital-Wandlers 21 erhält. Die Capture-Einheit 20, der Analog-Digital-Wandler 21 und die CPU 22 sind Bestandteil eines Mikrocontrollers 24, der hier auch die geberlose Regelung 23 und den Pulsweitenmodulator 16 umfasst, um eine Steuerung für einen Wechselrichter zu bilden.The 3 shows a circuit diagram of a three-phase motor drive of a truck according to the invention. A pulse width modulator 16 controls inverter valves formed as field effect transistors 17 for a total of three phases. Due to the three-phase current is the traction drive motor 12 driven. The output voltage of each phase is generated by a two-point inverter. About a voltage divider 18 is every phase with a Schmitt trigger 19 connected. Every Schmitt trigger 19 triggers a capture unit 20 , The voltage divider 18 is with an analog-to-digital converter 21 connected and the capture unit 20 may be detecting the voltage value of the analog to digital converter 21 through a CPU 22 trigger. The CPU 22 controls a sensorless control 23 for the pulse width modulator 16 on, with the encoderless scheme 23 also a voltage signal of the analog-to-digital converter 21 receives. The capture unit 20 , the analog-to-digital converter 21 and the CPU 22 are part of a microcontroller 24 , here also the encoderless scheme 23 and the pulse width modulator 16 includes to form a controller for an inverter.

Der Schmitt-Trigger 19 erfasst eine steigende Flanke in einer Phase und startet die Capture-Einheit 20, die eine Messung der Pulsbreite tP beginnt. Die Capture-Einheit 20 wiederum startet die Messung der oberen Spannung UH durch den Analog-Digital-Wandler 21 und legt den Zeitpunkt dieser Messung fest. Der Schmitt-Trigger 19 erfasst folgend eine fallende Flanke in der Phase und triggert das Ende der Messung der Pulsbreite tP durch die Capture-Einheit 20. Die Capture-Einheit 20 startet nun die Messung der unteren Spannung UL durch den Analog-Digital-Wandler 21 und legt den Zeitpunkt dieser Messung fest. Die Pulsbreite tP wird ebenso wie die Spannung UH und die Spannung UL der CPU 22 zugeleitet. Die CPU 22 berechnet eine Ausgangsspannung UA als Wert (tP·UH + (tPW – tP)UL)/tPW. Die Ausgangsspannung UA wird der geberlosen Regelung 23 zugeleitet.The Schmitt trigger 19 detects a rising edge in one phase and starts the capture unit 20 , which begins a measurement of the pulse width t P. The capture unit 20 In turn, the measurement of the upper voltage U H by the analog-to-digital converter starts 21 and sets the time of this measurement. The Schmitt trigger 19 subsequently detects a falling edge in phase and triggers the end of the measurement of the pulse width t P by the capture unit 20 , The capture unit 20 Now starts the measurement of the lower voltage U L by the analog-to-digital converter 21 and sets the time of this measurement. The pulse width t P as well as the voltage U H and the voltage U L of the CPU 22 fed. The CPU 22 calculates an output voltage U A as the value (t P * U H + (t PW -t P ) U L ) / t PW . The output voltage U A is the encoderless control 23 fed.

Die 4 zeigt ein Ausgangssignal eines Zweipunkt-Wechselrichters für eine Phase über der Zeit t. Innerhalb einer Periode der Pulsweitenmodulation von tPW ist die Spannung für den Zeitraum einer Pulsbreite tP auf einem hohen Wert UH in Bezug auf eine Minusspannung UB– der Batterie des Flurförderzeugs. Für den verbleibenden Zeitraum tPW – tP ist die Spannung auf einem niedrigen Wert UL.The 4 shows an output signal of a two-point inverter for one phase over time t. Within a period of the pulse width modulation of t PW , the voltage for the period of a pulse width t P is at a high value U H with respect to a negative voltage U B- of the battery of the truck. For the remaining period t PW -t P , the voltage is at a low value U L.

Wenn die die Ausgangsspannung UA bestimmt wurde, erfolgt noch eine Raumzeiger-Transformation der gemessenen Zweipunkt-Wechselrichter-Ausgangsspannungen in den Ständerspannungsraumzeiger, der für die sensorlose Regelung des Fahrantriebsmotors verwendet wird.When the output voltage U A has been determined, there is still a space vector transformation of the measured two-level inverter output voltages into the stator voltage space vector which is used for the sensorless control of the traction drive motor.

Die gemessene Ausgangsspannung kann für eine Regelung einer wechselrichtergespeisten Asynchronmaschine im Feldschwächebetrieb eingesetzt werden, bei dem die Erregungsspannungen des Feldes nicht mehr mit den Erregungsströmen in Phase sind. Dabei wird ein Spannungsregler zur Erzeugung der Erregungsspannungen eingesetzt und die gemessene Ausgangsspannung dient in diesem Fall als Spannungsistwert dieses Spannungsreglers.The measured output voltage can be used for a regulation of Inverter-fed asynchronous machine in field weakening operation are used, in which the excitation voltages of the field is not are more in phase with the excitation currents. It will a voltage regulator is used to generate the excitation voltages and the measured output voltage in this case serves as a voltage actual value this voltage regulator.

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  • - DE 19813363 A1 [0005] - DE 19813363 A1 [0005]
  • - DE 4014387 A1 [0007] DE 4014387 A1 [0007]

Claims (9)

Verfahren zur Bestimmung der Ausgangsspannung (UA) eines über einen Gleichspannungszwischenkreis (9) gespeisten und eine Induktionsmaschine eines Flurförderzeugs (1) versorgenden Zweipunkt-Wechselrichters, der pulsweitenmoduliert mit einer Modulationsperiode tPW arbeitet, mit einem Spannungsteiler (18), der die von dem Wechselrichter der Induktionsmaschine zugeleitete Spannung einem Schmitt-Trigger (19) zuleitet, wobei der Schmitt-Trigger (19) mit einer Capture-Einheit (20) verbunden ist, die einen mit dem Spannungsteiler (18) verbundenen Analog-Digital-Wandler (21) triggern kann, und sowohl Capture-Einheit (20) wie auch Analog-Digital-Wandler (21) mit einem Mikrocontroller (24) verbunden sind, mit den Schritten – Erfassen des Überschreitens eines ersten Schwellwerts der Ausgangsspannung als ansteigende Flanke durch den Schmitt-Trigger (19), – Triggern des Analog-Digital-Wandlers (21) zur Erfassung eines Spannungswertes UH eines Pulses durch die Capture-Einheit (20), – Erfassen des Unterschreitens eines zweiten Schwellwerts der Ausgangsspannung als fallende Flanke durch den Schmitt-Trigger (19), – Triggern des Analog-Digital-Wandlers (21) zur Erfassung eines Spannungswertes UL eines Pulses durch die Capture-Einheit (20), – Erfassen der Pulsbreite tP zwischen ansteigender und fallender Flanke durch die Capture-Einheit (20) und – Bestimmen der Ausgangsspannung U A = (tP·UH + (tPW – tP)UL)/tPW durch eine CPU (22) des Mikrocontrollers (24).Method for determining the output voltage (U A ) of a DC voltage intermediate circuit ( 9 ) and an induction machine of a truck ( 1 ) supplying two-level inverter, which operates with a pulse width modulation with a modulation period t PW , with a voltage divider ( 18 ), which supplies the voltage supplied by the inverter of the induction machine to a Schmitt trigger ( 19 ), whereby the Schmitt trigger ( 19 ) with a capture unit ( 20 ), one with the voltage divider ( 18 ) connected analog-to-digital converter ( 21 ), and both Capture unit ( 20 ) as well as analog-to-digital converters ( 21 ) with a microcontroller ( 24 ), comprising the steps of - detecting the exceeding of a first threshold value of the output voltage as a rising edge by the Schmitt trigger ( 19 ), - triggers the analog-to-digital converter ( 21 ) for detecting a voltage value U H of a pulse by the capture unit ( 20 ), Detecting the undershooting of a second threshold value of the output voltage as a falling edge by the Schmitt trigger ( 19 ), - triggers the analog-to-digital converter ( 21 ) for detecting a voltage value U L of a pulse by the capture unit ( 20 ), - detecting the pulse width t P between rising and falling edge by the capture unit ( 20 ) and - determining the output voltage U A = (t P * U H + (t PW -t P ) U L ) / t PW by a CPU ( 22 ) of the microcontroller ( 24 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für UL und/oder UH ein fester Wert genommen wirdA method according to claim 1, characterized in that for U L and / or U H, a fixed value is taken Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Capture-Einheit (20) und/oder der Analog-Digital-Wandler (21) in den Wechselrichter, insbesondere den Mikrocontroller (24) des Wechselrichters, integrierte Bauteile sind.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the capture unit ( 20 ) and / or the analog-to-digital converter ( 21 ) in the inverter, in particular the microcontroller ( 24 ) of the inverter, integrated components are. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einer Mehrphasen Induktionsmaschine, insbesondere bei einem Dreiphasen-Drehstrommotor (12), zur Anwendung kommt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method in a multi-phase induction machine, in particular in a three-phase AC motor ( 12 ) is used. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder zwei Phasen gemessen werden und der Wert der weiteren Phasen als dem Wert oder den Werten der gemessen Phasen gleich angenommen wird.Method according to claim 4, characterized in that that one or two phases are measured and the value of the others Phases are assumed equal to the value or the values of the measured phases becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangswiderstand eines Leistungsschaltelements des Zweipunkt-Wechselrichters aus UH, UL und dem Ausgangsstrom (UA) bestimmt wird und die Betriebstemperatur des Leistungsschaltelements aus der Temperaturkennlinie des Durchgangswiderstands bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the volume resistivity of a power switching element of the two-point inverter from U H , U L and the output current (U A ) is determined and the operating temperature of the power switching element from the temperature characteristic of the contact resistance is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Zweipunkt-Wechselrichters anhand des Wertes der Pulsbreite tP überprüft wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the function of the two-point inverter is checked on the basis of the value of the pulse width t P. Verfahren zur Kompensation von Fehlerspannungen eines Pulswechselrichters durch Bestimmen des Ist-Wertes der Ausgangsspannung (UA) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und Nachregeln des Ist-Wertes, bis der Sollwert erreicht ist.Method for compensating for error voltages of a pulse-controlled inverter by determining the actual value of the output voltage (U A ) according to one of the preceding claims and readjusting the actual value until the desired value is reached. Flurförderzeug (1) mit einer elektrischen Schaltung zur Ansteuerung einer Induktionsmaschine mit einem über einen Gleichspannungszwischenkreis (9) gespeisten und eine Induktionsmaschine versorgenden Zweipunkt-Wechselrichter, der pulsweitenmoduliert arbeitet, mit einem Spannungsteiler (18), der die von dem Wechselrichter der Induktionsmaschine zugeleitete Spannung erfassen kann und mit einem Schmitt-Trigger (19) verbunden ist, wobei der Schmitt-Trigger (19) mit einer Capture-Einheit (20) verbunden ist, die einen mit dem Spannungsteiler (18) verbunden Analog-Digital-Wandler (21) triggern kann, und sowohl Capture-Einheit (20) wie auch Analog-Digital-Wandler (21) mit einem Mikrocontroller (24) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt.Industrial truck ( 1 ) with an electrical circuit for controlling an induction machine with a DC voltage intermediate circuit ( 9 ) and an induction machine supplying two-point inverter, which operates pulse width modulated, with a voltage divider ( 18 ), which can detect the voltage supplied by the inverter of the induction machine voltage and with a Schmitt trigger ( 19 ), the Schmitt trigger ( 19 ) with a capture unit ( 20 ), one with the voltage divider ( 18 ) connected analog-to-digital converter ( 21 ), and both Capture unit ( 20 ) as well as analog-to-digital converters ( 21 ) with a microcontroller ( 24 ), characterized in that the circuit performs a method according to any one of claims 1 to 8.
DE200910020410 2009-05-08 2009-05-08 Method for determining output voltage of pulse inverter for three-phase alternating current motor of electric counter balanced forklift truck, involves determining output voltage by CPU of microcontroller Withdrawn DE102009020410A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4014387A1 (en) 1990-05-04 1991-11-07 Loher Ag Ascertaining actual value of internal voltage of async. machine - deriving ohmic or inductive voltage drop in each winding from measured external machine voltage
DE19813363A1 (en) 1998-03-26 1999-09-30 Abb Daimler Benz Transp Procedure for the indirect determination of the output voltage of a two-point inverter

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