DE102011079995B4 - Method for operating a drive unit - Google Patents

Method for operating a drive unit Download PDF

Info

Publication number
DE102011079995B4
DE102011079995B4 DE102011079995.8A DE102011079995A DE102011079995B4 DE 102011079995 B4 DE102011079995 B4 DE 102011079995B4 DE 102011079995 A DE102011079995 A DE 102011079995A DE 102011079995 B4 DE102011079995 B4 DE 102011079995B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
intermediate circuit
modulation
drive unit
machine
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102011079995.8A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102011079995A1 (en
Inventor
Martin Hilscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innomotics GmbH
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102011079995.8A priority Critical patent/DE102011079995B4/en
Publication of DE102011079995A1 publication Critical patent/DE102011079995A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102011079995B4 publication Critical patent/DE102011079995B4/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/443Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M5/45Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M5/452Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only with automatic control of output waveform
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control specially adapted for damping motor oscillations, e.g. for reducing hunting
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/13DC-link of current link type, e.g. typically for thyristor bridges, having an inductor in series with rectifier

Abstract

Verfahren zur Kompensation von interharmonischen Drehmomentanregungen bei einem Stromzwischenkreisumrichter mit einem eingangs- oder netzseitigen Stromrichter (12) und einem ausgangs- oder maschinenseitigen Stromrichter (14) sowie einem elektrisch dazwischen befindlichen Zwischenkreis (16) mit einer Induktivität als Energiespeicher beim Betrieb einer Antriebseinheit (10),wobei eine mittlere Wirkleistung im Zwischenkreis (16) von einem Aussteuergrad des netz- oder maschinenseitigen Stromrichters (12, 14) abhängig ist,wobei der Aussteuergrad um einen vorgegebenen oder vorgebbaren mittleren Aussteuergrad variiert wird,wobei durch die Variation des Aussteuergrads dem Zwischenkreis (16) eine Wechselleistung eingeprägt wird,wobei die Variation des Aussteuergrads um den mittleren Aussteuergrad aufgrund von in einer Steuerungseinrichtung (22) der Antriebseinheit (10) in einer mehrdimensionalen Tabelle hinterlegten Daten erfolgt,wobei die Daten außerhalb einer Laufzeit der Antriebseinheit (10) ermittelt wurden undwobei sich ein Wert für die tatsächliche Variation zur Laufzeit der Antriebseinheit (10) anhand eines Zugriffs auf zumindest ein hinterlegtes Datum dem Netzsteuerwinkel und dem Maschinensteuerwinkel ergibt.Method for compensating for interharmonic torque excitations in a current intermediate circuit converter with an input or line-side converter (12) and an output or machine-side converter (14) and an intermediate circuit (16) with an inductance as an energy store when operating a drive unit (10) , wherein an average active power in the intermediate circuit (16) is dependent on a modulation level of the line-side or machine-side converter (12, 14), the modulation level being varied by a predetermined or predeterminable average level of modulation, with the intermediate circuit (16 ) an alternating power is impressed, the variation of the modulation level by the mean modulation level taking place on the basis of data stored in a control device (22) of the drive unit (10) in a multi-dimensional table, the data outside of a running time of the drive unit (10) were determined, and where a value for the actual variation during the running time of the drive unit (10) results on the basis of an access to at least one stored date of the network control angle and the machine control angle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation von interharmonischen Drehmomentanregungen bei einem Stromzwischenkreisumrichter beim Betrieb einer Antriebseinheit.The invention relates to a method for compensating for interharmonic torque excitations in an intermediate circuit converter when operating a drive unit.

Im Zwischenkreis einer Antriebseinheit treten neben der Gleichspannung (Zwischenkreisspannung) und dem Gleichstrom (Zwischenkreisstrom) auch Strom- und Spannungsoberschwingungen mit einem Vielfachen der Netzfrequenz oder der maschinenseitigen Frequenz auf. Solche Oberschwingungen treten üblicherweise im Bereich der sechsfachen Netz- oder Maschinenfrequenz und mit jeweils abnehmenden Amplituden im Bereich weiterer Vielfacher von sechs und der Netz- oder Maschinenfrequenz, also der zwölffachen, achtzehnfachen, usw. Netz- oder Maschinenfrequenz, auf. Dies ist durch die Ausführung der jeweiligen Stromrichter bedingt und ein sechspulsiger Stromrichter verursacht zum Beispiel Oberschwingungen im Bereich der sechsfachen, zwölffachen, usw. Netz- oder Maschinenfrequenz. Solche Oberschwingungen werden als Harmonische bezeichnet.In the intermediate circuit of a drive unit, in addition to direct voltage (intermediate circuit voltage) and direct current (intermediate circuit current), current and voltage harmonics with a multiple of the mains frequency or the machine-side frequency occur. Such harmonics usually occur in the range of six times the line or machine frequency and with decreasing amplitudes in the range of further multiples of six and the line or machine frequency, i.e. twelve, eighteen times, etc. line or machine frequency. This is due to the design of the respective converters and a six-pulse converter causes, for example, harmonics in the range of six, twelve, etc. mains or machine frequency. Such harmonics are called harmonics.

Die Frequenzen der die jeweilige elektrische Leistung im Zwischenkreis (Zwischenkreisleistung) überlagernden Harmonischen ergeben sich durch Addition und Subtraktion aller auftretenden Kombinationen des Gleichanteils und der Oberschwingungsfrequenzen in der Zwischenkreisspannung und dem Zwischenkreisstrom f _ k = n * f _ N + / m * f _ M | n , m = 0,   6,   12,   ..

Figure DE102011079995B4_0001
wobei f_N die netzseitige Frequenz oder Netzfrequenz und f_M die maschinenseitige Frequenz oder Maschinenfrequenz bezeichnet. Interharmonische sind dabei Oberschwingungen, die kein ganzzahliges Vielfaches einer netz- und/oder maschinenseitigen Grundschwingung f_N, f_M sind.The frequencies of the harmonics superimposed on the respective electrical power in the intermediate circuit (intermediate circuit power) result from the addition and subtraction of all combinations of the direct component and the harmonic frequencies in the intermediate circuit voltage and the intermediate circuit current f _ k = n * f _ N + / - m * f _ M. | n , m = 0, 6, 12, ..
Figure DE102011079995B4_0001
where f_N denotes the network-side frequency or network frequency and f_M the machine-side frequency or machine frequency. Interharmonics are harmonics that are not an integral multiple of a network-side and / or machine-side fundamental oscillation f_N, f_M.

Als besonders kritisch haben sich niederfrequente Interharmonische herausgestellt, weil diese zu Drehmomentanregungen (elektrisches Moment) in der jeweiligen Maschine, zum Beispiel Motor, Generator, führen und die mechanischen Eigenfrequenzen des mechanischen Teils des Antriebssystems oder nachfolgender Komponenten, etwa einer Welle, anregen können. Solche mechanischen Eigenfrequenzen liegen häufig im Bereich von zehn bis dreißig Hertz. Üblicherweise sind so genannte interharmonische Drehmomentanregungen (elektrisches Moment) relativ klein, nämlich häufig kleiner als ca. zwei Prozent. Dennoch können auch solche geringen Drehmomentanregungen aufgrund der vergleichsweise schwachen Dämpfung des jeweiligen mechanischen Systems, zum Beispiel einer Welle, zu relativ hohen Anregungen des mechanischen Systems, nämlich zum Beispiel zu relativ hohen Wellentorsionsmomenten, führen. Besonders kritisch sind bei 6/6-pulisgen und 12/12-pulsigen Anordnungen dabei Maschinenfrequenzen im Bereich der Netzfrequenz, wenn also (zumindest näherungsweise) f_M = f_N gilt, wenn die Frequenzen der auftretenden Drehmomentanregungen (elektrisches Moment) genau die Eigenfrequenz des mechanischen Teils des Antriebssystems anregen.Low-frequency interharmonics have proven to be particularly critical because they lead to torque excitations (electrical torque) in the respective machine, e.g. motor, generator, and can excite the mechanical natural frequencies of the mechanical part of the drive system or subsequent components, such as a shaft. Such mechanical natural frequencies are often in the range of ten to thirty Hertz. So-called interharmonic torque excitations (electrical torque) are usually relatively small, namely often less than approx. Two percent. Nevertheless, even such low torque excitations, due to the comparatively weak damping of the respective mechanical system, for example a shaft, can lead to relatively high excitations of the mechanical system, namely, for example, to relatively high shaft torsional moments. In the case of 6/6 pulse and 12/12 pulse arrangements, machine frequencies in the range of the mains frequency are particularly critical, i.e. if (at least approximately) f_M = f_N applies if the frequencies of the torque excitations (electrical torque) that occur are precisely the natural frequency of the mechanical part excite the drive system.

Zur Behandlung dieses Problems sind unterschiedliche Ansätze bekannt geworden. Zum Einen sind in einem Drehzahlsollwertkanal sogenannte Ausblendfrequenzbänder vorgesehen. Stationär kann die Maschine dann nur ober- oder unterhalb eines Ausblendfrequenzbands betrieben werden. Dynamisch wird der Antrieb durch die von einem Ausblendfrequenzband umfassten Frequenzen hindurch gefahren. Aufgrund der dann nur vergleichsweise kurzen Anregung kann sich die mechanische Eigenschwingung nicht ausbilden. Die Ausblendung einzelner Frequenzbänder beeinflusst jedoch die Dynamik des Antriebs und wirkt sich in vielen Anwendungsfällen als störend für den jeweiligen Prozess aus. Zum Anderen wird in der EP 1 875 597 ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem durch eine spezielle Regelung Schwingungen des Wellenmoments an der torsionskritischen Stelle räumlich ausgeregelt werden sollen. Hierzu wird mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen das Wellenmoment an der kritischen Stelle gemessen und ein auf dieser Basis erhältlicher Messwert für die Regelung verwendet. Zur Realisierung einer solchen Regelung ist allerdings eine genaueste Kenntnis des Wellenstrangs und der zugehörigen Mechanik notwendig.Different approaches have become known to deal with this problem. On the one hand, so-called fade-out frequency bands are provided in a speed setpoint channel. The machine can then only be operated stationary above or below a skip frequency band. The drive is driven dynamically through the frequencies covered by a skip frequency band. Due to the then only comparatively short excitation, the mechanical natural oscillation cannot develop. However, the fading out of individual frequency bands influences the dynamics of the drive and has a disruptive effect on the respective process in many applications. On the other hand, the EP 1 875 597 a method is proposed with which vibrations of the shaft torque at the torsion-critical point are to be spatially compensated for by means of a special regulation. For this purpose, the shaft torque is measured at the critical point with the help of strain gauges and a measured value obtained on this basis is used for the control. To implement such a control, however, precise knowledge of the shaft train and the associated mechanics is necessary.

Aus dem Fachartikel „Compensation of Fluctuatin DC Link Voltage for Tranction Inveter Drive“ von Z. Salam und C.j. Goodmann, erschienen in „Power Electronics and Variable Speed Drives“, 23-25 Sept. 1996, Conference Publication, ist eine Antriebseinheit mit netz- und motorseitigen Stromrichter und dazwischen befindlichem Zwischenkreis bekannt, dessen mittlere Wirkleistung durch eine Anpassung der Ansteuerung des maschinenseitigen Stromrichters mit einem Wechselanteil beaufschlagt wird.From the specialist article "Compensation of Fluctuatin DC Link Voltage for Tranction Inveter Drive" by Z. Salam and C.j. Goodmann, published in "Power Electronics and Variable Speed Drives", 23-25 Sept. 1996, Conference Publication, a drive unit with line-side and motor-side converters and intermediate circuit is known, the mean effective power of which is achieved by adjusting the control of the machine-side converter a bill of exchange is charged.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, ein besonders günstiges Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems zur Kompensation von interharmonischen Drehmoment Anregungen bei einem Stromzwischenkreisumrichter und ein nach dem Verfahren arbeitendes Antriebssystem anzugeben.An object of the invention is accordingly to provide a particularly favorable method for operating a drive system for compensating for interharmonic torque excitations in a current intermediate circuit converter and a drive system operating according to the method.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinheit mit einem eingangs- oder netzseitigen Stromrichter und einem ausgangs- oder maschinenseitigen Stromrichter und einem elektrisch dazwischen befindlichen Zwischenkreis, wobei eine mittlere Wirkleistung im Zwischenkreis von einem Aussteuergrad des netz- oder maschinenseitigen Stromrichters abhängig ist, insbesondere vorgesehen, dass der Aussteuergrad um einen vorgegebenen oder vorgebbaren mittleren Aussteuergrad variiert wird und dass durch die Variation des Aussteuergrads dem Zwischenkreis eine Wechselleistung eingeprägt wird. Die Variation des Aussteuergrades erfolgt dabei im Rahmen einer Steuerung und nicht auf Basis einer Regelung, d.h. die wesentlichen Größen auf deren Grundlage die Variation des Aussteuergrades erfolgt, sind bekannt und müssen nicht zur Laufzeit ermittelt werden, während eine evtl. Regelung eines Aussteuergrades die in dieser Hinsicht relevanten Größen zur Laufzeit aus dem Prozess ermittelt.This object is achieved according to the invention with a method having the features of claim 1. For this purpose, in a method for operating a drive unit with an input or network-side converter and an output or machine-side converter and an intermediate circuit electrically located in between, an average effective power in the intermediate circuit is dependent on a modulation level of the network-side or machine-side converter, in particular that the modulation level is varied by a predetermined or predeterminable mean level of modulation and that an alternating power is impressed on the intermediate circuit by varying the level of modulation. The degree of modulation is varied within the framework of a control and not on the basis of a regulation, ie the essential variables on the basis of which the degree of modulation is varied are known and do not have to be determined during runtime Regarding relevant variables determined at runtime from the process.

Die Modulation des Aussteuergrads um den mittleren Aussteuergrad erfolgt aufgrund von in einer Steuerungseinrichtung der Antriebseinheit hinterlegten, off-line ermittelten Daten, wobei sich ein Wert für die tatsächliche Variation zur Laufzeit der Antriebseinheit anhand eines Zugriffs auf zumindest ein hinterlegtes Datum ergibt.The modulation of the modulation level by the mean level of modulation takes place on the basis of off-line determined data stored in a control device of the drive unit, a value for the actual variation during the runtime of the drive unit being obtained from access to at least one stored date.

Dies geht von der Erkenntnis aus, dass normalerweise eine Kompensation der Interharmonischen in denjenigen Arbeitspunkten, in denen kritische Torsionseigenfrequenzen angeregt werden, ausreichend ist. Ausgehend davon ist eine Erkenntnis dieses Aspekts der Erfindung, dass die Modulationsamplituden und die Modulationsphasenwinkel im Voraus berechnet werden und in Tabellen oder ähnlich geeigneten Datenstrukturen zum Abruf vorgehalten werden. Abhängig von bestimmten Soll- oder Messwerten kann dann ein Zugriff auf die gespeicherten Werte und danach eine Einprägung der sich mit diesen ergebenden Interharmonischen erfolgen.This is based on the knowledge that a compensation of the interharmonics in those working points in which critical torsional natural frequencies are excited is usually sufficient. On the basis of this, a finding of this aspect of the invention is that the modulation amplitudes and the modulation phase angles are calculated in advance and are kept available for retrieval in tables or similarly suitable data structures. Depending on specific setpoints or measured values, the stored values can then be accessed and then the interharmonics resulting from these can be impressed.

Bezüglich der Vorrichtung wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß mit den Merkmalen des korrespondierenden Vorrichtungsanspruchs (Anspruchs 7) gelöst.With regard to the device, the stated object is achieved according to the invention with the features of the corresponding device claim (claim 7).

Eine mittlere Wirkleistung im Zwischenkreis lässt sich mit P = 3 * U 1 * 6 / π * Id * cos ( α )

Figure DE102011079995B4_0002
berechnen, wobei U1 die verkettete Netz- oder Maschinenspannung, Id den Zwischenkreisstrom und α den sogenannten Steuerwinkel des netz- bzw. maschinenseitigen Stromrichters bezeichnet.An average active power in the intermediate circuit can be achieved with P. = 3 * U 1 * 6th / π * Id * cos ( α )
Figure DE102011079995B4_0002
Calculate, where U1 denotes the linked network or machine voltage, Id the intermediate circuit current and α the so-called control angle of the network or machine-side converter.

Der Wert cos(α) wird im allgemeinen als Aussteuergrad (ast) bezeichnet. Durch eine Modulation des Aussteuergrades kann eine Wechselleistung im Zwischenkreis eingeprägt werden: ast ( t ) = ast _ 0 + ast _ k * cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k ) .

Figure DE102011079995B4_0003
The value cos (α) is generally referred to as the modulation factor (ast). By modulating the modulation level, an alternating power can be impressed in the intermediate circuit: branch ( t ) = branch _ 0 + branch _ k * cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k ) .
Figure DE102011079995B4_0003

Dabei bezeichnen ast_0 einen mittleren Aussteuergrad, ast_k eine Modulationsamplitude des Aussteuergrads, fk eine Modulationsfrequenz und φ_k einen Modulationsphasenwinkel.Ast_0 denotes a mean modulation level, ast_k a modulation amplitude of the modulation level, fk a modulation frequency and φ_k a modulation phase angle.

Die durch die Modulation verursachte Wirkpendelleistung beträgt: P _ k ( t ) = 3 * U 1 * 6 / π * Id * ast _ k *                    cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k )

Figure DE102011079995B4_0004
The effective pendulum power caused by the modulation is: P. _ k ( t ) = 3 * U 1 * 6th / π * Id * branch _ k * cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k )
Figure DE102011079995B4_0004

Durch die Einprägung einer oder mehrerer niederfrequenter Interharmonischer in der Zwischenkreisleistung durch Modulation des Steuerwinkels oder des Aussteuergrads auf der Netz- oder Maschinenseite werden bestimmte auftretende niederfrequente interharmonische Drehmomentanregungen in der Maschine teilweise oder vollständig kompensiert. Dadurch werden die in einem Gesamtsystem aus elektrischem Antrieb und Maschine/Arbeitsmaschine (z.B. Verdichter) evtl. angeregten mechanischen Resonanzen vermieden oder gedämpft.By impressing one or more low-frequency interharmonics in the intermediate circuit power by modulating the control angle or the modulation level on the network or machine side, certain low-frequency interharmonic torque excitations that occur in the machine are partially or completely compensated for. This means that they are electrically powered in an overall system and machine / working machine (eg compressor), possibly excited mechanical resonances are avoided or dampened.

Des Weiteren werden durch die Einprägung einer oder mehrerer niederfrequenter Interharmonischer in der Zwischenkreisleistung durch Modulation des Steuerwinkels oder des Aussteuergrads auf der Netz- oder Maschinenseite bestimmte vom netzseitigen Stromrichter verursachte Leistungsschwingungen im Netz teilweise oder vollständig kompensiert. Damit werden die in einem Versorgungsnetz angeregten Resonanzen vermieden oder gedämpft.Furthermore, by impressing one or more low-frequency interharmonics in the intermediate circuit power by modulating the control angle or the modulation level on the network or machine side, certain power fluctuations in the network caused by the network-side converter are partially or completely compensated for. This avoids or dampens the resonances excited in a supply network.

Hierzu werden die für die zu kompensierende(n) Interharmonische(n) relevanten Zwischenkreisstromharmonischen und Zwischenkreisspannungsharmonischen aus den Steuerwinkeln des netz- und maschinenseitigen Stromrichters, den vorhandenen Impedanzen, der jeweiligen Stromrichtertopologie, den Netz- und Maschinenfrequenzen und dem Zwischenkreisstrom (Sollwert oder Istwert) berechnet und daraus die Modulationsamplitude ast_k und der Modulationsphasenwinkel φ_k des Netz- oder Maschinensteuerwinkels vorausberechnet.For this purpose, the intermediate circuit current harmonics and intermediate circuit voltage harmonics relevant for the interharmonic (s) to be compensated are calculated from the control angles of the line-side and machine-side converter, the existing impedances, the respective converter topology, the line and machine frequencies and the intermediate circuit current (setpoint or actual value) and from this the modulation amplitude ast_k and the modulation phase angle φ_k of the network or machine control angle are calculated in advance.

Der wesentliche Vorteil des Ansatzes gemäß der Erfindung und der Ausführungsformen besteht darin, dass durch die Variation des Aussteuergrads vermieden wird, dass sich dauerhaft oder zumindest für längere Zeitspannen Drehmomentanregungen ergeben, und dass für die Variation des Aussteuergrades zur Laufzeit keine umfangreichen Berechnungen oder komplizierten Messwertaufnahmen erforderlich sind. Indem solche Drehmomentanregungen allenfalls während kürzester Zeitabschnitte stattfinden, wird vermieden, dass sich aufgrund der Drehmomentanregungen merkliche mechanische Eigenschwingung ausbilden.The main advantage of the approach according to the invention and the embodiments is that by varying the degree of modulation, it is avoided that torque excitations arise permanently or at least for longer periods of time, and that no extensive calculations or complicated measurements are required for varying the level of modulation during runtime are. Since such torque excitations take place, if at all, for very short periods of time, it is avoided that noticeable mechanical natural vibrations develop due to the torque excitations.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims. References used here indicate the further development of the subject matter of the main claim through the features of the respective subclaim; they are not to be understood as a waiver of the achievement of an independent, objective protection for the combinations of features of the referenced subclaims. Furthermore, with regard to an interpretation of the claims in a more detailed specification of a feature in a subordinate claim, it must be assumed that such a restriction does not exist in the respective preceding claims.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Vermeidung umfangreicher Berechnungen oder komplizierter Messwertaufnahmen zur Laufzeit die Variation des Aussteuergrads um den mittleren Aussteuergrad aufgrund einer in einer Steuerungseinrichtung der Antriebseinheit hinterlegten mathematischen Beziehung erfolgt, wobei sich ein Wert für die tatsächliche Variation zur Laufzeit der Antriebseinheit anhand der mathematischen Beziehung ergibt und wobei die mathematische Beziehung durch ein oder mehrere Koeffizienten bestimmt ist, die im Hinblick auf eine mögliche niederfrequente Drehmomentanregung einer von der Antriebseinheit angetriebenen oder antreibbaren Arbeitsmaschine bestimmt werden.In one embodiment of the method, it is provided that, in order to avoid extensive calculations or complicated measurement value recordings, the modulation level is varied by the mean level of modulation during runtime on the basis of a mathematical relationship stored in a control device of the drive unit, with a value for the actual variation occurring during the runtime of the drive unit results from the mathematical relationship and wherein the mathematical relationship is determined by one or more coefficients which are determined with regard to a possible low-frequency torque excitation of a work machine driven or drivable by the drive unit.

Alternativ oder zusätzlich kommt auch in Betracht, die Modulation des Aussteuergrads genau so oder zumindest im Wesentlichen so vorzunehmen, dass die dadurch in den Zwischenkreis eingeprägte Wechselleistung eine etwaige interharmonische Motorpendelleistung oder Netzpendelleistung kompensiert. Für eine solche Kompensation kommt sowohl der netzseitige Stromrichter (Gleichrichter) wie auch der maschinenseitige Stromrichter (Wechselrichter) in Betracht.Alternatively or in addition, it is also possible to modulate the modulation level exactly or at least essentially in such a way that the alternating power thus impressed in the intermediate circuit compensates for any interharmonic motor swing power or mains swing power. Both the line-side converter (rectifier) and the machine-side converter (inverter) can be used for such compensation.

Sowohl bei Verwendung einer hinterlegten mathematischen Beziehung wie auch bei der Verwendung hinterlegter Daten ergibt sich eine Variation des Aussteuergrads um einen vorgegebenen oder vorgebbaren mittleren Aussteuergrad und aufgrund der Variation des Aussteuergrads die Einprägung einer Wechselleistung in den Zwischenkreis in Form einer oder mehrerer Interharmonischer. Beide Ansätze basieren auf Eigenschaften des Antriebssystems (Geräteeigenschaften) und erfordern Kenntnisse über das Antriebssystem. Kenntnisse über die (mechanischen) Eigenschaften des Antriebsstrangs sind dagegen nicht erforderlich.Both when using a stored mathematical relationship and when using stored data, there is a variation of the modulation level by a predetermined or predeterminable mean modulation level and, due to the variation of the modulation level, an alternating power is impressed in the intermediate circuit in the form of one or more interharmonics. Both approaches are based on properties of the drive system (device properties) and require knowledge of the drive system. However, knowledge of the (mechanical) properties of the drive train is not required.

Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Steuerungseinrichtung in einer oder für eine Antriebseinheit gelöst, die nach dem Verfahren wie hier und im Folgenden beschrieben arbeitet und dazu Mittel zur Durchführung des Verfahrens umfasst. Die Erfindung ist dabei bevorzugt in Software implementiert. Die Erfindung ist damit einerseits auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen und andererseits ein Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm sowie schließlich auch eine Steuerungseinrichtung oder eine Antriebseinheit, in dessen Speicher als Mittel zur Durchführung des Verfahrens und seiner Ausgestaltungen ein solches Computerprogramm geladen oder ladbar ist.The above-mentioned object is also achieved with a control device in or for a drive unit which operates according to the method as described here and below and for this purpose comprises means for carrying out the method. The invention is preferably implemented in software. The invention is thus, on the one hand, a computer program with program code instructions that can be executed by a computer and, on the other hand, a storage medium with such a computer program and finally also a control device or a drive unit, in whose memory such a computer program is loaded or loadable as a means for carrying out the method and its configurations .

Durch die Verhinderung einer Anregung kritischer mechanischer Eigenfrequenzen kann auf Ausblendbänder für einen Drehzahlsollwert verzichtet werden. Die Nachteile der Ausblendbänder werden somit vermieden. Auf der anderen Seite hat auch die Eingangs erwähnte Ausregelung der Interharmonischen in der Maschinenwirkleistung den Nachteil einer Abhängigkeit der Messung der Interharmonischen von nicht zu vernachlässigen Aliasingeffekten, Messwertauflösungseffekten und auch Sollwertänderungen. Auch diese Effekte können durch den hier vorgestellten Ansatz und dessen Ausführungsformen vermieden werden, weil sich erst gar nicht die Notwendigkeit für die Messung der dem Ansatz aus dem Stand der Technik zugrunde liegenden Werte ergibt.By preventing the excitation of critical mechanical natural frequencies, skip bands for a speed setpoint can be dispensed with. The disadvantages of the fade-out bands are thus avoided. On the other hand, the above-mentioned adjustment of the interharmonics in the machine effective power also has the disadvantage of the dependence of the measurement of the interharmonics on aliasing effects, measurement value resolution effects and also changes in setpoints that cannot be neglected. These effects can also be avoided by the approach presented here and its embodiments, because there is no need to measure the values on which the approach from the prior art is based.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. Objects or elements that correspond to one another are provided with the same reference symbols in all figures.

FigurenlisteFigure list

  • 1 ein Antriebssystem mit einem ein- und ausgangsseitigen Stromrichter, 1 a drive system with an input and output converter,
  • 2 die Zwischenkreisspannung und die Einspeiseströme ohne Kommutierung, 2 the intermediate circuit voltage and the feed currents without commutation,
  • 3 den Strompfad (links) und das Ersatzschaltbild (rechts) einer B6-Brücke während eines 60° Intervalls, 3 the current path (left) and the equivalent circuit diagram (right) of a B6 bridge during a 60 ° interval,
  • 4 den Strompfad und das Ersatzschaltbild einer B6-Brücke während einer Kommutierung, 4th the current path and the equivalent circuit diagram of a B6 bridge during commutation,
  • 5 das Zeigerbild einer B6-Brücke in α-β-Koordinaten während der Kommutierung mit dem Übergang von einem Stromraumzeiger auf den nächsten und dem zugehörigen Spannungsraumzeiger, 5 the vector image of a B6 bridge in α-β coordinates during commutation with the transition from one current space vector to the next and the associated voltage space vector,
  • 6 die Zwischenkreisspannung und die Einspeiseströme mit Berücksichtigung der Kommutierung, 6th the intermediate circuit voltage and the feed currents taking commutation into account,
  • 7 die Amplituden der 6-pulsigen Spannungsharmonischen abhängig vom Steuerwinkel und dem Überlappungswinkel, 7th the amplitudes of the 6-pulse voltage harmonics depending on the control angle and the overlap angle,
  • 8 die Amplituden der 12-pulsigen Spannungsharmonischen abhängig vom Steuerwinkel und dem Überlappungswinkel, 8th the amplitudes of the 12-pulse voltage harmonics depending on the control angle and the overlap angle,
  • 9 die Änderung der für die Zwischenkreisoberschwingungsströme wirksamen Kommutierungsinduktivität Lw. 9 the change in the commutation inductance Lw effective for the DC link harmonic currents.
  • 10 ein Blockschaltbild zur Illustration eines Ablaufs zur Berechung der Aussteuergradmodulation. 10 a block diagram to illustrate a sequence for calculating the modulation modulation.

1 zeigt schematisch vereinfacht ein Antriebssystem 10 mit einem netzseitigen Stromrichter (Netzstromrichter) 12, zum Beispiel einem sechspulsigen Netzstromrichter, einem maschinenseitigen Stromrichter (Maschinenstromrichter) 14, zum Beispiel entsprechend einem sechspulsigen Netzstromrichter, einem elektrisch dazwischen befindlichen Zwischenkreis 16 mit einer Zwischenkreisinduktivität 18 und einer ausgangsseitig angeschlossenen Maschine, zum Beispiel einem Motor 20. Eine Netzfrequenz ist mit fN und eine Maschinen- oder Motorfrequenz mit fM eingezeichnet. Andere Konfigurationen des Antriebssystems 10, zum Beispiel mit zwölfpulsigem Netzstromrichter, zwölfpulsigem Maschinenstromrichter, zwei getrennten Zwischenkreisen, wahlweise mit verkoppelten Zwischenkreisdrosseln, usw. sind ebenfalls denkbar. 1 shows a schematically simplified drive system 10 with a line-side converter (line converter) 12th , for example a six-pulse line converter, a machine-side converter (machine converter) 14th , for example corresponding to a six-pulse line converter, an intermediate circuit electrically located in between 16 with a DC link inductance 18th and a machine connected on the output side, for example a motor 20th . A network frequency is shown with fN and a machine or motor frequency with fM. Other drive system configurations 10 , for example with a twelve-pulse line converter, twelve-pulse machine converter, two separate intermediate circuits, optionally with coupled intermediate circuit chokes, etc. are also conceivable.

Zur Steuerung und oder Regelung des Antriebssystems 10 ist eine Steuerungseinheit 22 mit einer Verarbeitungseinheit 24 in Form von oder nach Art eines Mikroprozessors und einem Speicher 26 vorgesehen. In dem Speicher 26 sind ein Steuerungsprogramm 28 und Daten 30 für das Steuerungsprogramm abgelegt. Im Betrieb des Antriebssystems 10 führt die Verarbeitungseinheit 24 das Steuerungsprogramm 28 unter Berücksichtigung der Daten 30 aus und bewirkt dabei die gewünschte Funktionalität der Antriebseinheit 10 und mittelbar der Maschine 20.For controlling and / or regulating the drive system 10 is a control unit 22nd with a processing unit 24 in the form of or in the form of a microprocessor and memory 26th intended. In the memory 26th are a control program 28 and data 30th stored for the control program. During the operation of the drive system 10 runs the processing unit 24 the control program 28 taking into account the data 30th and thereby causes the desired functionality of the drive unit 10 and indirectly the machine 20th .

Zur Erläuterung der Online-Berechnung der Kompensation werden die Vorgänge in einer B6-Thyristor-Brücke als möglicher Ausführungsform eines Stromrichters betrachtet.To explain the online calculation of the compensation, the processes in a B6 thyristor bridge are considered as a possible embodiment of a converter.

Der Eingangsstromraumzeiger der B6-Brücke kann nur sechs diskrete Zustände annehmen (5). Seine Länge ist proportional zum Zwischenkreisstrom Id (= 2/√3 * Id). Die Projektion des aktiven Stromraumzeigers in die R-, S- und T-Achse ergeben die zeitlichen Stromverläufe in den Phasen R, S und T. Der Spannungsraumzeiger U1 beschreibt das Quellenspannungssystem des Netzes bzw. der Maschine. Die Länge des Zeigers entspricht dem Scheitelwert einer Phasenspannung. Der Spannungszaumzeiger dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ω. Die Projektion des Spannungsraumzeigers auf den gerade wirksamen Stromraumzeiger ist proportional zum Zeitverlauf der Zwischenkreisspannung Ud. Dazu zeigt 2 die Zwischenkreisspannung Ud und die Einspeiseströme ohne Kommutierung, wobei mit α der Steuerwinkel eingezeichnet ist.The input current space vector of the B6 bridge can only assume six discrete states ( 5 ). Its length is proportional to the intermediate circuit current Id (= 2 / √3 * Id). The projection of the active current space vector into the R, S and T axes results in the temporal current curves in the phases R, S and T. The voltage space vector U1 describes the source voltage system of the network or the machine. The length of the pointer corresponds to the peak value of a phase voltage. The tension bridle pointer rotates at a constant angular velocity ω. The projection of the voltage space vector onto the currently effective one Current space vector is proportional to the time curve of the intermediate circuit voltage Ud. To do this shows 2 the intermediate circuit voltage Ud and the feed currents without commutation, where the control angle is shown with α.

In einem 60°-Intervall ist stets ein definierter Strompfad wirksam. Daraus kann ein in 3 gezeigtes Ersatzschaltbild mit Quelle und Impedanz abgeleitet werden. Als Lk ist dort die Kommutierungsinduktivität bezeichnet. Sie setzt sich aus einer Netzinduktivität und einer Trafostreuinduktivität zusammen bzw. entspricht der Streuinduktivität der Maschine. Sie entspricht annähernd der subtransienten Streuinduktivität einer Synchronmaschine.A defined current path is always effective in a 60 ° interval. An in 3 The equivalent circuit diagram shown with source and impedance can be derived. The commutation inductance is designated there as Lk. It is made up of a network inductance and a transformer leakage inductance or corresponds to the leakage inductance of the machine. It corresponds approximately to the sub-transient leakage inductance of a synchronous machine.

Während der Kommutierung sind jeweils zwei Phasen kurzgeschlossen. Dadurch ändert sich die Quellenspannung und die wirksame Impedanz des Ersatzschaltbildes. 4 zeigt insoweit den Strompfad und das Ersatzschaltbild einer B6-Brücke während einer Kommutierung und 5 das zugehörige Zeigerbild in α-β-Koordinaten während der Kommutierung. Die radialen Pfeile in einem Abstand von jeweils 60° sind die Stromraumzeiger und hier ist der Übergang von einem Stromraumzeiger zum nächsten Stromraumzeiger gezeigt. U1 ist der Spannungsraumzeiger. 6 zeigt dazu die Einspeiseströme und den Verlauf der resultierenden Zwischenkreisspannung mit dem Steuerwinkel α und Überlappungswinkel u.Two phases are short-circuited during commutation. This changes the source voltage and the effective impedance of the equivalent circuit. 4th shows the current path and the equivalent circuit diagram of a B6 bridge during commutation and 5 the associated vector image in α-β coordinates during commutation. The radial arrows at a distance of 60 ° are the current space vector and here the transition from one current space vector to the next current space vector is shown. U1 is the voltage space vector. 6th shows the feed currents and the course of the resulting intermediate circuit voltage with the control angle α and overlap angle u.

Im vorliegenden Zeigerbild (5) kommutiert der Zwischenkreisstrom Id von der Phase R nach S. In der Phase T fließt der negative Zwischenkreisstrom -Id. Die Kommutierung erfolgt im Zeigerbild auf einer Linie zwischen den beiden aktiven Zeigern, wobei sich dies daraus ergibt, dass der Strom in der Phase T konstant bleibt. Allerdings erfolgt der Übergang nicht zeitlich gleichmäßig, da sich die Kommutierungsspannung während der Kommutierung ändert. Die Kommutierungsspannung ist in der dargestellten Situation U2 - U1 und bestimmt die Richtung der Kommutierung. Die Projektion des Spannungsraumzeigers auf die Achse zwischen R und S ergibt die Zwischenkreisspannung während des betrachteten Kommutierungsvorganges. Die Höhe der Zwischenkreisspannung während der Kommutierung kann maximal √6/2 * U_verk erreichen, gegenüber √2 * U_verk außerhalb der Kommutierung.In the present pointer image ( 5 ) the intermediate circuit current Id commutates from phase R to S. In phase T, the negative intermediate circuit current -Id flows. The commutation takes place in the phasor image on a line between the two active phasors, which results from the fact that the current in phase T remains constant. However, the transition does not take place uniformly over time, since the commutation voltage changes during the commutation. In the situation shown, the commutation voltage is U2-U1 and determines the direction of commutation. The projection of the voltage space vector onto the axis between R and S gives the intermediate circuit voltage during the commutation process under consideration. The level of the intermediate circuit voltage during commutation can reach a maximum of √6 / 2 * U_verk, compared to √2 * U_verk outside of the commutation.

Zur Berechnung der Spannungsharmonischen wird ein Überlappungswinkel u (vgl. auch 6) ermittelt, der sich wie folgt ergibt: u = acos ( cos ( α ) id * π * ukTR / 3 )

Figure DE102011079995B4_0005

  • α: Steuerwinkel
  • id: Zwischenkreisstrom [pu]
  • ukTr: Kurzschlussspannung des Transformators [pu]
To calculate the voltage harmonics, an overlap angle u (see also 6th ), which results as follows: u = acos ( cos ( α ) - id * π * ukTR / 3 )
Figure DE102011079995B4_0005
  • α: control angle
  • id: DC link current [pu]
  • ukTr: short-circuit voltage of the transformer [pu]

Der Gleichanteil der Zwischenkreisspannung ergibt sich als: Ud 0 = Udi * cos ( α ) id * π / 6 * ukTr

Figure DE102011079995B4_0006
mit: Udi = 2 * 3 / π * U _ verk = 1,35 * U _ verk
Figure DE102011079995B4_0007
The DC component of the intermediate circuit voltage results as: Ud 0 = Udi * cos ( α ) - id * π / 6th * ukTr
Figure DE102011079995B4_0006
with: Udi = 2 * 3 / π * U _ sell = 1.35 * U _ sell
Figure DE102011079995B4_0007

Weiter ergeben sich z.B. die sechsten Harmonischen der Zwischenkreisspannung auf der Netzseite (normiert auf Udi) als U a N ,6 = 2 ( α α + u cos  6 x 3 2 cos  x   d x + α + u α + π 3 cos  6 x cos  ( x π 6 )   d x )

Figure DE102011079995B4_0008
U b N ,6 = 2 ( α α + u sin  6 x 3 2 cos  x   d x + α + u α + π 3 sin  6 x cos  ( x π 6 )   d x )
Figure DE102011079995B4_0009
und in komplexer Schreibweise als UdN ,6 _ = UaN ,6 j UbN ,6
Figure DE102011079995B4_0010
Furthermore, the sixth harmonics of the intermediate circuit voltage on the network side (standardized to Udi) result as U a N , 6 = 2 ( α α + u cos 6th x 3 2 cos x d x + α + u α + π 3 cos 6th x cos ( x - π 6th ) d x )
Figure DE102011079995B4_0008
U b N , 6 = 2 ( α α + u sin 6th x 3 2 cos x d x + α + u α + π 3 sin 6th x cos ( x - π 6th ) d x )
Figure DE102011079995B4_0009
and in complex notation as UdN , 6 _ = UaN , 6 - j UbN , 6
Figure DE102011079995B4_0010

Im Folgenden werden komplexe Größen stets mit Unterstrich dargestellt, die konjugiert komplexen Größen werden zusätzlich mit einem Stern am Ende gekennzeichnet.In the following, complex quantities are always shown with an underscore, the conjugate complex quantities are also marked with an asterisk at the end.

Die hier berechneten Oberschwingungsspannungen werden in den Ersatzschaltbildern nach 3 und 4 in Udq eingeprägt. Die hier bestimmte Spannung ist nicht identisch mit der Spannung an den Zwischenkreisanschlüssen, z.B. des Netzstromrichters, gemessenen Spannung. Die Spannungen unterscheiden sich durch Spannungsabfälle an den Kommutierungsinduktivitäten. Die Darstellungen in 7 und 8 zeigen dazu die Amplituden der Spannungsharmonischen 6*f1 [pu] bzw. 12*f1 [pu] bezogen auf Udi = 1,35*Un abhängig vom Steuerwinkel und dem Überlappungswinkel u.The harmonic voltages calculated here are shown in the equivalent circuit diagrams 3 and 4th imprinted in Udq. The voltage determined here is not identical to the voltage measured at the intermediate circuit connections, e.g. the voltage measured on the line converter. The voltages differ in terms of voltage drops across the commutation inductances. The representations in 7th and 8th show the amplitudes of the voltage harmonics 6 * f1 [pu] and 12 * f1 [pu] based on Udi = 1.35 * Un depending on the control angle and the overlap angle u.

Die Berechnung der Zwischenkreisstromharmonischen erfolgt generell nach Id , ν _ = Ud , ν _ / Zd , ν _ .

Figure DE102011079995B4_0011
The calculation of the intermediate circuit current harmonics is generally carried out according to Id , ν _ = Ud , ν _ / Zd , ν _ .
Figure DE102011079995B4_0011

Die wirksame Zwischenkreisimpedanz Zd,v setzt sich bei einem Stromzwischenkreisumrichter wie folgt zusammen: Zd , ν _ = 6 ( fN * LkN + fM * LkM ) + j * ων * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,

Figure DE102011079995B4_0012
LkN: Kommutierungsindktivität des Netzes
Ld: Zwischenkreisinduktivität
LkM: Kommutierungsindktivität des Motors wobei die Terme 2*LkN bzw. 2*LkM nicht ganz korrekt sind, denn während der Kommutierung ist der Wert 1,5*LkN bzw. 1,5*LkM. Die Berechnungen beziehen sich auf den Netzstromrichter, können aber entsprechend auch auf den Maschinenstromrichter übertragen werden.The effective intermediate circuit impedance Zd, v for a current intermediate circuit converter is made up as follows: Zd , ν _ = 6th ( fN * LkN + fM * LkM ) + j * ων * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,
Figure DE102011079995B4_0012
LkN: commutation inductance of the network
Ld: DC link inductance
LkM: Commutation inductance of the motor whereby the terms 2 * LkN or 2 * LkM are not entirely correct, because during commutation the value is 1.5 * LkN or 1.5 * LkM. The calculations relate to the line converter, but can also be transferred to the machine converter accordingly.

9 zeigt die Änderung der für die Zwischenkreisoberschwingungsströme wirksamen Kommutierungsinduktivität Lw(t). Die Harmonischen Lw,v ergeben sich aus der Fourieranalyse des Zeitverlaufs von Lw(t). Ein Oberschwingungsstrom mit fµ verursacht an der wirksamen Kommutierungsinduktivität einen Spannungsabfall von Ud 0, μ _ = j * 2 * π * f μ * Lw ,0 * Id , μ _

Figure DE102011079995B4_0013
Ud ν , μ _ = 1 2 *j * 2 * π * f μ * Lw , ν _ * Id , μ _
Figure DE102011079995B4_0014
mit Lw ,0 = 2 * Lk 0.5 * Lk * 3 * u / π
Figure DE102011079995B4_0015
mit Lw , ν _ = 0.5 * Lk * 12 / π * sin ( ν * u / 2 )
Figure DE102011079995B4_0016
9 shows the change in the commutation inductance Lw (t) effective for the DC link harmonic currents. The harmonics Lw, v result from the Fourier analysis of the time course of Lw (t). A harmonic current with fµ causes a voltage drop of at the effective commutation inductance Ud 0, μ _ = j * 2 * π * f μ * Lw , 0 * Id , μ _
Figure DE102011079995B4_0013
Ud ν , μ _ = 1 2 * j * 2 * π * f μ * Lw , ν _ * Id , μ _
Figure DE102011079995B4_0014
with Lw , 0 = 2 * Lk - 0.5 * Lk * 3 * u / π
Figure DE102011079995B4_0015
with Lw , ν _ = - 0.5 * Lk * 12th / π * sin ( ν * u / 2 )
Figure DE102011079995B4_0016

Die auftretenden Frequenzen dieses Spannungsabfalls sind fµ und fv +/- fµ. Damit treten beispielsweise über der wirksamen Kommutierungsinduktivität des Netzstromrichters auch interharmonischen Spannungsabfälle auf, die von den Oberschwingungsströmen Id,µ des Maschinenstromrichters verursacht sind. Das Gleiche gilt für die Spannungsabfälle über der wirksamen Kommutierungsinduktivität des Maschinenstromrichters, die von den Oberschwingungsströmen des Netzstromrichters verursacht sind. Diese Spannungsabfälle erzeugen wiederum interharmonische Zwischenkreisströme mit fv +/- fµ.The occurring frequencies of this voltage drop are fµ and fv +/- fµ. Thus, for example, interharmonic voltage drops also occur over the effective commutation inductance of the line converter, which are caused by the harmonic currents Id, μ of the machine converter. The same applies to the voltage drops over the effective commutation inductance of the machine converter, which are caused by the harmonic currents of the line converter. These voltage drops in turn generate interharmonic intermediate circuit currents with fv +/- fµ.

Die Berechnung der interharmonischen Zwischenkreisströme und der daraus resultierenden Drehstromleistung erfolgt generell nach (dabei sind die interharmonischen Spannungsabfälle im Netz- und Maschinenstromrichter zu berücksichtigen) Id , νμ _ = ( UNd , νμ _ + UMd , νμ _ ) / Zd , νμ _

Figure DE102011079995B4_0017
The calculation of the interharmonic intermediate circuit currents and the resulting three-phase power is generally carried out according to (the interharmonic voltage drops in the mains and machine converters must be taken into account) Id , νμ _ = ( And , νμ _ + UMd , νμ _ ) / Zd , νμ _
Figure DE102011079995B4_0017

Die wirksame Zwischenkreisimpedanz Zd,νµ setzt sich dabei bei einem Stromzwischenkreisumrichter wie folgt zusammen Zd , νμ _ = 6 ( fN * LkN + fM * LkM ) +                   j * ( ων+/−ωμ ) * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,

Figure DE102011079995B4_0018
wobei auch hier wieder die Annahme von 2*LkN bzw. 2*LkM nicht ganz korrekt ist, denn während der Kommutierung ist der Wert 1,5*LkN bzw. 1,5*LkM (vgl. 9).The effective intermediate circuit impedance Zd, νµ for a current intermediate circuit converter is made up as follows Zd , νμ _ = 6th ( fN * LkN + fM * LkM ) + j * ( ων +/− ωμ ) * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,
Figure DE102011079995B4_0018
Here, too, the assumption of 2 * LkN or 2 * LkM is not entirely correct, because during commutation the value is 1.5 * LkN or 1.5 * LkM (cf. 9 ).

Die Harmonischen in der Netzleistung bei ideal geglättetem Zwischenkreisstrom berechnen sich aus der Leistung in den Ersatzquellen. Dies gilt streng genommen nur außerhalb der Kommutierung, da die Ersatzschaltung gegenüber der realen Schaltung während der Kommutierung nicht Leistungsinvariant ist. Unter Vernachlässigung dieses Kommutierungseinflusses gilt: PN 3 ph , μ _ = Pdq , μ _ = UdN , μ _ * Id

Figure DE102011079995B4_0019
mit f μ = μ * fN ,   μ = 0,   6,   + 6,   12,   + 12,  
Figure DE102011079995B4_0020
The harmonics in the network power with ideally smoothed intermediate circuit current are calculated from the power in the substitute sources. Strictly speaking, this only applies outside of commutation, since the equivalent circuit is not power-invariant compared to the real circuit during commutation. If this commutation influence is neglected, the following applies: PN 3 ph , μ _ = Pdq , μ _ = UdN , μ _ * Id
Figure DE102011079995B4_0019
with f μ = μ * fN , μ = 0, - 6, + 6, - 12, + 12, ...
Figure DE102011079995B4_0020

Diese Harmonischen in der Drehstromleistung resultieren aus den Spannungsoberschwingungen des eigenen Stromrichters. Enthält der Zwischenkreisstrom jedoch Oberschwingungen Idv, die vom Maschinenstromrichter verursacht sind, mit: f ν = ν * fM

Figure DE102011079995B4_0021
mit ν = 6,   12,  
Figure DE102011079995B4_0022
berechnen sich die Interharmonischen der Netzleistung aus: PN 3 ph , μν ,1 _ = Pdq , μν _ = 1 2 * UdN , μ _ * Id ν * _
Figure DE102011079995B4_0023
mit f μν = ν * fM + / μ * fN ,   ν , μ = 6,   12,  
Figure DE102011079995B4_0024
These harmonics in the three-phase power result from the voltage harmonics of the own converter. However, if the intermediate circuit current contains harmonics Idv, which are caused by the machine converter, with: f ν = ν * fM
Figure DE102011079995B4_0021
with ν = 6, 12, ...
Figure DE102011079995B4_0022
the interharmonics of the network power are calculated from: PN 3 ph , μν ,1 _ = Pdq , μν _ = 1 2 * UdN , μ _ * Id ν * _
Figure DE102011079995B4_0023
with f μν = ν * fM + / - μ * fN , ν , μ = 6, 12, ...
Figure DE102011079995B4_0024

Ein weiterer Anteil interharmonischer Netzpendelleistung resultiert aus dem Interharmonischen Zwischenkreisstrom Id,νµ und der Zwischenkreisgleichspannung Ud0: PN 3 ph , μν ,2 _ = Ud 0 * Id , νμ * _

Figure DE102011079995B4_0025
Another portion of the interharmonic network pendulum power results from the interharmonic intermediate circuit current Id, νµ and the intermediate circuit direct voltage Ud0: PN 3 ph , μν , 2 _ = Ud 0 * Id , νμ * _
Figure DE102011079995B4_0025

Diese beiden Anteile müssen phasenrichtig addiert werden.These two components must be added in the correct phase.

Die Interharmonischen in der Motorleistung können entsprechend berechnet werden.The interharmonics in the engine power can be calculated accordingly.

Nach dem Ansatz gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass eine oder mehrere Interharmonische der Netz- bzw. Motorpendelleistung durch entsprechende Modulation des Aussteuergrades eines der beiden Stromrichter kompensiert wird. Durch die Kompensation einer oder mehrerer Interharmonischen der Motorpendelleistung werden stets auch die entsprechenden Interharmonischen im Luftspaltmoment des Motors kompensiert.According to the approach according to the invention, it is now provided that one or more interharmonics of the mains or motor pendulum power is compensated for by corresponding modulation of the degree of modulation of one of the two converters. By compensating for one or more interharmonics of the motor swing power, the corresponding interharmonics in the air gap torque of the motor are also always compensated.

Zur Modulation des Aussteuergrades (ast) gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten, nämlich eine Kompensation durch den netz- oder maschinenseitigen Stromrichter. Im Einzelnen:

  • 1.) Die interharmonische Motorpendelleistung wird mit dem netzseitigen Stromrichter kompensiert.
  • 2.) Die interharmonische Motorpendelleistung wird mit dem maschinenseitigen Stromrichter kompensiert.
  • 3.) Die interharmonische Netzpendelleistung wird mit dem netzseitigen Stromrichter kompensiert.
  • 4.) Die interharmonische Netzpendelleistung wird mit dem maschinenseitigen Stromrichter kompensiert.
There are basically two options for modulating the modulation level (ast), namely compensation by the power converter on the line or machine side. In detail:
  • 1.) The interharmonic motor pendulum power is compensated with the line-side converter.
  • 2.) The interharmonic motor pendulum power is compensated with the converter on the machine side.
  • 3.) The interharmonic mains pendulum power is compensated with the mains-side converter.
  • 4.) The interharmonic mains pendulum power is compensated with the converter on the machine side.

Im Fall 1 wird ein Zwischenkreisstrom eingeprägt, der die interharmonischen Motorleistungspendellungen (PM3Ph,νµ,1 + PM3Ph,νµ,2) kompensiert. Id _ k , νμ _ = ( PM 3 Ph , νμ ,1 + PM 3 Ph , νμ ,2 ) * _ / Ud 0

Figure DE102011079995B4_0026
In case 1, an intermediate circuit current is impressed, which compensates for the interharmonic motor power fluctuations (PM3Ph, νµ, 1 + PM3Ph, νµ, 2). Id _ k , νμ _ = - ( PM 3 Ph , νμ ,1 + PM 3 Ph , νμ , 2 ) * _ / Ud 0
Figure DE102011079995B4_0026

Die dazu notwendige einzuprägende Zwischenkreisspannung im Netzstromrichter ist UN _ k , νμ _ = Id _ k , νμ _ * Zd , νμ _

Figure DE102011079995B4_0027
mit Zd , νμ _ = 6 ( fN * LkN + fM * LkM ) +     j * ( ων ωμ ) * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,
Figure DE102011079995B4_0028
The DC link voltage required to be impressed in the line converter is U.N. _ k , νμ _ = Id _ k , νμ _ * Zd , νμ _
Figure DE102011079995B4_0027
with Zd , νμ _ = 6th ( fN * LkN + fM * LkM ) + j * ( ων - ωμ ) * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,
Figure DE102011079995B4_0028

Im Fall 4 wird ein Zwischenkreisstrom eingeprägt, der die interharmonischen Netzleistungspendellungen (PN3Ph,νµ,1 + PN3Ph,νµ,2) kompensiert. Id _ k , νμ _ = ( PN 3 Ph , νμ ,1 * _ + PN 3 Ph , νμ ,2 * _ ) / Ud 0 UM _ k , νμ _ = Id _ k , νμ _ * Zd , νμ _

Figure DE102011079995B4_0029
In case 4, an intermediate circuit current is impressed, which compensates for the interharmonic mains power fluctuations (PN3Ph, νµ, 1 + PN3Ph, νµ, 2). Id _ k , νμ _ = - ( PN 3 Ph , νμ ,1 * _ + PN 3 Ph , νμ , 2 * _ ) / Ud 0 AROUND _ k , νμ _ = Id _ k , νμ _ * Zd , νμ _
Figure DE102011079995B4_0029

Mit Zd , νμ _ = 6 ( fN * LkN + fM * LkM ) +     j * ( ων ωμ ) * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,

Figure DE102011079995B4_0030
With Zd , νμ _ = 6th ( fN * LkN + fM * LkM ) + j * ( ων - ωμ ) * ( 2 * LkN + Ld + 2 * LkM ) ,
Figure DE102011079995B4_0030

Im Fall 2 wird zusätzlich durch die Modulation im Motorstromrichter eine Schwingung der treibenden Zwischenkreisspannung erzeugt Id _ k , νμ _ * Ud 0 + Id 0 * UM _ k , νμ _ = ( PM 3 Ph , νμ ,1 _ + PM 3 Ph , νμ ,2 _ )

Figure DE102011079995B4_0031
UM _ k , νμ _ / Zd , νμ _ * Ud 0 + Id 0 * UM _ k , νμ _ = ( PM 3 Ph , νμ ,1 _ +                                                                           PM 3 Ph , νμ ,2 _ )
Figure DE102011079995B4_0032
UM _ k , νμ _ = ( PM 3 Ph , νμ ,1 _ + PM 3 Ph , νμ ,2 _ ) / ( Ud 0 / Zd , νμ _ + Id 0 )
Figure DE102011079995B4_0033
In case 2, the modulation in the motor converter also generates an oscillation of the driving intermediate circuit voltage Id _ k , νμ _ * Ud 0 + Id 0 * AROUND _ k , νμ _ = - ( PM 3 Ph , νμ ,1 _ + PM 3 Ph , νμ , 2 _ )
Figure DE102011079995B4_0031
AROUND _ k , νμ _ / Zd , νμ _ * Ud 0 + Id 0 * AROUND _ k , νμ _ = - ( PM 3 Ph , νμ ,1 _ + PM 3 Ph , νμ , 2 _ )
Figure DE102011079995B4_0032
AROUND _ k , νμ _ = - ( PM 3 Ph , νμ ,1 _ + PM 3 Ph , νμ , 2 _ ) / ( Ud 0 / Zd , νμ _ + Id 0 )
Figure DE102011079995B4_0033

Desgleichen gilt für Fall 3 entsprechend: UN _ k , νμ _ = ( PN 3 Ph , νμ ,1 _ + PN 3 Ph , νμ ,2 _ ) / ( Ud 0 / Zd , νμ _ + Id 0 )

Figure DE102011079995B4_0034
The same applies to case 3: U.N. _ k , νμ _ = - ( PN 3 Ph , νμ ,1 _ + PN 3 Ph , νμ , 2 _ ) / ( Ud 0 / Zd , νμ _ + Id 0 )
Figure DE102011079995B4_0034

Aus UN k,νµ, bzw. UM k,νµ wird dann der zusätzliche Modulationsgrad und Zusatzsteuerwinkel berechnet. Die Zwischenkreisspannung z.B. auf der Netzseite, berechnet sich aus: UdN , q ( t ) = 2 * 3 / π * UN _ verk * ( AST _ 0                     + AST _ k * cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k ) )

Figure DE102011079995B4_0035
mit fk = f ν f μ ,
Figure DE102011079995B4_0036
The additional modulation depth and additional control angle are then calculated from UN k, νµ or UM k, νµ. The intermediate circuit voltage, e.g. on the line side, is calculated from: UdN , q ( t ) = 2 * 3 / π * U.N. _ sell * ( BRANCH _ 0 + BRANCH _ k * cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k ) )
Figure DE102011079995B4_0035
with fk = f ν - f μ ,
Figure DE102011079995B4_0036

Die Amplitude des Anteils aufgrund der Aussteuergradmodulation berechnet sich: UdN _ k , νμ = 2 * 3 / π * UN _ verk * AST _ k

Figure DE102011079995B4_0037
The amplitude of the component due to the degree of modulation is calculated as follows: UdN _ k , νμ = 2 * 3 / π * U.N. _ sell * BRANCH _ k
Figure DE102011079995B4_0037

Aus obiger Gleichung wird dann die Amplitude AST_k der Aussteuergradmodulation berechnet.The amplitude AST_k of the degree of modulation is then calculated from the above equation.

Das Gleiche gilt für die Maschinenseite entsprechend.The same applies to the machine side accordingly.

10 zeigt abschließend und als Zusammenfassung der zuvor erläuterten Rechenschritte einen Ablauf zur Berechung der Aussteuergradmodulation. Das Ablaufdiagramm bezieht sich beispielhaft auf den Fall 1, wo die interharmonische Motorpendelleistung mit dem netzseitigen Stromrichter kompensiert wird. Allgemein sind in der Darstellung Werte, die nach Betrag und Phase aufgeteilt sind durch Betragsstriche (||) bzw. das Symbol φ dargestellt. Allgemeine Eingangswerte sind eine Kommutierungsinduktivität auf der Maschinenseite 100 und eine Kommutierungsinduktivität auf der Netzseite 102, der Zwischenkreisstrom Id 104 und zwar entweder dessen Ist- oder Sollwert, ein Maschinensteuerwinkel 106 und ein Netzsteuerwinkel 108, wobei in der Regel der Netzsteuerwinkel 108 Ergebnis einer Regelung ist, sowie eine wirksame Zwischenkreisimpedanz 110. Damit erfolgt (erster Funktionsblock 112) eine Berechnung der Harmonischen der Zwischenkreisspannung UdM auf der Maschinenseite und (zweiter Funktionsblock 114) eine Berechnung der Harmonischen der Zwischenkreisspannung UdN auf der Netzseite. Die jeweiligen Ergebnisse fließen mit Betrag und Phase und der wirksamen Zwischenkreisimpedanz 110 in eine Berechnung der Harmonischen im Zwischenkreisstrom verursacht durch den Maschinenstromrichter (dritter Funktionsblock 116) und korrespondierend in eine Berechnung der Harmonischen im Zwischenkreisstrom verursacht durch den Netzstromrichter (vierter Funktionsblock 118) ein. Die dortigen Ergebnisse fließen nach Betrag und Phase zusammen mit dem Netzsteuerwinkel 108 einerseits und dem Maschinensteuerwinkel 106 andererseits in eine Berechnung des Kommutierungsspannungsabfalls auf der Netzseite aufgrund der vom Maschinenstromrichter verursachten Stromoberschwingungen (fünfter Funktionsblock 120) bzw. eine Berechnung des Kommutierungsspannungsabfalls auf der Maschinenseite aufgrund der vom Netzstromrichter verursachten Stromoberschwingungen (sechster Funktionsblock 122) ein. Diese Ergebnisse werden - jeweils nach Betrag und Phase - zusammen mit der wirksamen Zwischenkreisimpedanz 110 für die Berechnung der Interharmonischen im Zwischenkreisstrom verwendet (siebenter Funktionsblock 124). Damit kann die Berechnung des ersten Anteils der Interharmonischen der Motorleistung erfolgen (achter Funktionsblock 126), wobei dafür noch ein Gleichanteil der Zwischenkreisspannung 128 berücksichtigt wird. Die Berechnung eines zweiten Anteils der Interharmonischen der Motorleistung (neunter Funktionsblock 130) erfolgt auf der Basis der Harmonischen der Zwischenkreisspannung auf der Maschinenseite sowie der Harmonischen im Zwischenkreisstrom verursacht durch den Netzstromrichter. Die Ergebnisse werden nach Betrag und Phase addiert (zehnter Funktionsblock 132) und sodann mit dem Quotienten 134 aus der wirksamen Zwischenkreisimpedanz 110 und dem Gleichanteil der Zwischenkreisspannung 128 multipliziert (elfter Funktionsblock 136). Das Ergebnis ist Betrag und Phase einer zu modulierenden Zwischenkreisspannungsschwingung im Netzstromrichter, die in eine Aussteuergradmodulation nach Betrag und Phase 138 umgerechnet wird, also die Modulationsfrequenz fk und der Modulationsphasenwinkel φ_k für die Eingangs eingeführte Beziehung zur Modulation des Aussteuergrades: ast ( t ) = ast _ 0 + ast _ k * cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k ) .

Figure DE102011079995B4_0038
10 Finally and as a summary of the calculation steps explained above, shows a sequence for calculating the modulation of the modulation level. The flowchart relates, for example, to case 1, where the interharmonic motor pendulum power is compensated for with the line-side converter. In general, values are shown in the representation that are divided according to amount and phase by amount lines (||) or the symbol φ. General input values are a commutation inductance on the machine side 100 and a commutation inductance on the network side 102 , the intermediate circuit current Id 104 namely either its actual or nominal value, a machine control angle 106 and a mesh control angle 108 , where usually the network control angle 108 The result of a regulation is, as well as an effective intermediate circuit impedance 110 . This takes place (first function block 112 ) a calculation of the harmonics of the intermediate circuit voltage UdM on the machine side and (second function block 114 ) a calculation of the harmonics of the intermediate circuit voltage UdN on the network side. The respective results flow with magnitude and phase and the effective intermediate circuit impedance 110 into a calculation of the harmonics in the intermediate circuit current caused by the machine converter (third function block 116 ) and correspondingly in a calculation of the harmonics in the intermediate circuit current caused by the line converter (fourth function block 118 ) a. The results there flow according to amount and phase together with the network control angle 108 on the one hand and the machine control angle 106 on the other hand, in a calculation of the commutation voltage drop on the network side due to the current harmonics caused by the machine converter (fifth function block 120 ) or a calculation of the commutation voltage drop on the machine side due to the current harmonics caused by the line converter (sixth function block 122 ) a. These results are - according to amount and phase - together with the effective intermediate circuit impedance 110 used for calculating the interharmonics in the intermediate circuit current (seventh function block 124 ). This enables the calculation of the first component of the interharmonics of the engine power (eighth function block 126 ), with a direct component of the intermediate circuit voltage 128 is taken into account. The calculation of a second component of the interharmonics of the engine power (ninth function block 130 ) is based on the harmonics of the DC link voltage on the machine side and the harmonics in the DC link current caused by the line converter. The results are added according to amount and phase (tenth function block 132 ) and then with the quotient 134 from the effective intermediate circuit impedance 110 and the DC component of the intermediate circuit voltage 128 multiplied (eleventh function block 136 ). The result is the amount and phase of an intermediate circuit voltage oscillation to be modulated in the line converter, which is converted into a modulation level modulation according to amount and phase 138 is converted, so the modulation frequency fk and the modulation phase angle φ_k for the relationship introduced at the input to the modulation of the modulation level: branch ( t ) = branch _ 0 + branch _ k * cos ( 2 * π * fk * t + φ _ k ) .
Figure DE102011079995B4_0038

Als hinterlegte mathematische Beziehung gemäß der Eingangs verwendeten Terminologie wird dabei die oben nochmals dargestellte Modulation des Aussteuergrades und im Weiteren die in 10 zusammengefassten Rechenschritte gemäß den vorangehenden Ausführungen.The stored mathematical relationship in accordance with the terminology used at the beginning is the modulation of the modulation level shown above and in the following the in 10 summarized calculation steps according to the preceding explanations.

Zu bemerken ist, dass abgesehen von den Ergebnissen des fünften und sechsten Funktionsblocks 120, 122, deren Berechnungen auf der Annahme einer zu vernachlässigenden Kommutierung basieren, alle anderen Berechnungen recht genau durchgeführt werden können.It should be noted that apart from the results of the fifth and sixth function blocks 120 , 122 whose calculations are based on the assumption of negligible commutation, all other calculations can be carried out quite precisely.

Die alternative Ausführungsform des Ansatzes gemäß der Erfindung, die auf einer Offline-Vorausberechnung der Kompensation basiert, profitiert von der Erkenntnis, dass die Kompensation nur bei kritischen Maschinenfrequenzen , die sich aus dem Campbell-Diagramm des Antriebes ergeben, erfolgen muss. Ausgehend davon wird vorgeschlagen, die notwendigen Modulationsamplituden und Phasenwinkel, also Werte für die Modulationsfrequenz fk und den Modulationsphasenwinkel φ_k für die eingangs eingeführte Beziehung zur Modulation des Aussteuergrades, in zumindest einer Tabelle oder einer sonst geeigneten Datenstruktur abzulegen. Die Werte können dabei auch mittels einer Simulation ermittelt werden, weil eine solche Simulation die analytisch aufwendig zu berechnenden Kommutierungseffekte sehr gut nachbildet. Aufgrund der Offline-Vorausberechnung ergeben sich zur Laufzeit nur eine verschwindend geringe Rechenzeitbelastung.The alternative embodiment of the approach according to the invention, which is based on an offline precalculation of the compensation, benefits from the knowledge that the compensation only has to take place at critical machine frequencies that result from the Campbell diagram of the drive. Based on this, it is proposed to store the necessary modulation amplitudes and phase angles, i.e. values for the modulation frequency fk and the modulation phase angle φ_k for the relationship introduced at the beginning for the modulation of the modulation level, in at least one table or another suitable data structure. The values can also be determined by means of a simulation, because such a simulation very well reproduces the commutation effects, which are analytically complex to calculate. Due to the offline forecast, there is only a negligible amount of computing time at runtime.

Die betrachteten Arbeitspunkte ergeben sich jeweils aus dem Campell-Diagramm. Dabei ergeben sich folgende zeitliche und betriebsbedingte Abhängigkeiten der Modulationsamplitude und -phase von:

  • - Netzspannung
  • - Netzkurzschlussleistung
  • - Netzfrequenz
  • - Maschinenfluss
  • - Motorfrequenz
  • - Maschinenstrom
  • - Steuerwinkel des Maschinenstromrichters
  • - Steuerwinkel des Netzstromrichters
The working points considered result from the Campell diagram. The following temporal and operational dependencies of the modulation amplitude and phase result from:
  • - Mains voltage
  • - network short-circuit power
  • - grid frequency
  • - machine flow
  • - motor frequency
  • - machine power
  • - Control angle of the machine converter
  • - Control angle of the line converter

Von diesen Abhängigkeiten sind einige als im jeweiligen Betriebspunkt als konstant anzunehmen. Dazu gehört die Kurzschlussleistung, die Netzfrequenz, da sie nur eine geringe Toleranz besitzt, und die Maschinenfrequenz, da die Kompensation nur in einem engen Frequenzbereich wirksam ist. Die beschrieben Größen sind nicht alle unabhängig von einander, z.B. ergibt sich die Netzspannung aus allen anderen Größen. Wegen der Unabhängigkeit der restlichen Größen voneinander muss es sich um eine n-dimensionale Tabelle handeln. Die Anzahl der Tabellenelemente hängt von der möglichen Variationsbreite der einzelnen Größen ab.Some of these dependencies can be assumed to be constant at the respective operating point. This includes the short-circuit power, the mains frequency, as it has only a low tolerance, and the machine frequency, since the compensation is only effective in a narrow frequency range. The variables described are not all independent of each other, e.g. the mains voltage results from all other variables. Because the remaining quantities are independent of each other, it must be an n-dimensional table. The number of table elements depends on the possible range of variation of the individual sizes.

Dann wird mit allen nicht konstanten, unabhängigen Größen, also insbesondere dem Netzsteuerwinkel und dem Maschinensteuerwinkel, eine mehrdimensionale Tabelle gebildet. Im betrieb erfolgt die Variation des Aussteuergrads um den mittleren Aussteuergrad aufgrund der in dieser Tabelle hinterlegten Daten. Die Daten wurden außerhalb einer Laufszeit der Antriebseinheit 10 ermittelt und ein Wert für die tatsächliche Variation ergibt sich zur Laufzeit der Antriebseinheit 10 anhand eines Zugriffs auf zumindest ein in dieser Tabelle hinterlegtes Datum. Zwischenwerte können in an sich bekannter Art und Weise durch Interpolation ermittelt werden.A multidimensional table is then formed with all non-constant, independent variables, in particular the network control angle and the machine control angle. During operation, the modulation level is varied by the mean level of modulation based on the data stored in this table. The data was outside of a running time of the drive unit 10 determined and a value for the actual variation is obtained at the runtime of the drive unit 10 based on access to at least one date stored in this table. Intermediate values can be determined in a manner known per se by interpolation.

Zur Laufzeit des Antriebssystems 10 ohne Weiteres ein schneller Zugriff auf die Tabelle(n) anhand der jeweiligen Daten und auf deren Basis ein Auslesen der in der Tabelle an den durch die Daten spezifizierten Positionen gespeicherten Modulationsamplituden und Phasenwinkel möglich ist.During the runtime of the drive system 10 A quick access to the table (s) on the basis of the respective data and on the basis of which it is possible to read out the modulation amplitudes and phase angles stored in the table at the positions specified by the data is readily possible.

Beide vorgeschlagenen Ansätze beziehen sich dabei jeweils auf einen maschinen- und motorspezifischen Spannungszeiger und deren Phase, so dass die Differenz dieser Zeiger das Referenzsystem bildet, auf das sich die Modulation bezieht.Both proposed approaches relate to a machine- and motor-specific voltage vector and their phase, so that the difference between these pointers forms the reference system to which the modulation relates.

Die oder jede Tabelle oder eine Implementierung des in 10 dargestellten Berechnungsschemas wird in einem Speicher 26 (1) der Steuerungseinrichtung 22 (1) abgelegt und zwar die Tabelle im Wesentlichen als Daten 30 für das Steuerungsprogramm 28 und das Berechnungsschema im Wesentlichen als Softwareimplementation der davon umfassten Berechnungsschritte, also als Teil des Steuerungsprogramms 28. Die Verarbeitungseinheit 24, der Speicher 26, sowie das Steuerungsprogramm 28 und/oder die Daten 30 sind dabei Mittel zur Durchführung des Verfahrens.The or each table or an implementation of the in 10 The calculation scheme shown is stored in a memory 26th ( 1 ) the control device 22nd ( 1 ) and the table is essentially stored as data 30th for the control program 28 and the calculation scheme essentially as a software implementation of the calculation steps included therein, that is to say as part of the control program 28 . The processing unit 24 , the memory 26th , as well as the control program 28 and / or the data 30th are the means to carry out the procedure.

Zusammenfassend lässt sich ein zentraler Aspekt der hier vorgelegten Beschreibung kurz wie folgt zusammenfassen: Es wird ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinheit 10 mit einem eingangs- oder netzseitigen Stromrichter 12 und einem ausgangs- oder maschinenseitigen Stromrichter 14 und einem elektrisch dazwischen befindlichen Zwischenkreis 16 angegeben, wobei eine mittlere Wirkleistung im Zwischenkreis 16 von einem Aussteuergrad des netz- oder maschinenseitigen Stromrichters 12, 14 abhängig ist, bei dem der Aussteuergrad um einen vorgegebenen oder vorgebbaren mittleren Aussteuergrad variiert wird und bei dem durch die Variation des Aussteuergrads dem Zwischenkreis 16 eine Wechselleistung eingeprägt wird, so dass sich mit der eingeprägten Wechselleistung eine Kompensation unterwünschter Interharmonischer ergibt.In summary, a central aspect of the description presented here can be briefly summarized as follows: A method for operating a drive unit is described 10 with an input or line-side converter 12th and an output or machine-side converter 14th and an intermediate circuit electrically located in between 16 specified, with an average active power in the intermediate circuit 16 from a modulation level of the line-side or machine-side converter 12th , 14th is dependent, in which the modulation level is varied by a predetermined or predeterminable mean modulation level and in which the intermediate circuit by varying the modulation level 16 an alternating power is impressed, so that a compensation of undesired interharmonics results with the impressed alternating power.

Claims (6)

Verfahren zur Kompensation von interharmonischen Drehmomentanregungen bei einem Stromzwischenkreisumrichter mit einem eingangs- oder netzseitigen Stromrichter (12) und einem ausgangs- oder maschinenseitigen Stromrichter (14) sowie einem elektrisch dazwischen befindlichen Zwischenkreis (16) mit einer Induktivität als Energiespeicher beim Betrieb einer Antriebseinheit (10), wobei eine mittlere Wirkleistung im Zwischenkreis (16) von einem Aussteuergrad des netz- oder maschinenseitigen Stromrichters (12, 14) abhängig ist, wobei der Aussteuergrad um einen vorgegebenen oder vorgebbaren mittleren Aussteuergrad variiert wird, wobei durch die Variation des Aussteuergrads dem Zwischenkreis (16) eine Wechselleistung eingeprägt wird, wobei die Variation des Aussteuergrads um den mittleren Aussteuergrad aufgrund von in einer Steuerungseinrichtung (22) der Antriebseinheit (10) in einer mehrdimensionalen Tabelle hinterlegten Daten erfolgt, wobei die Daten außerhalb einer Laufzeit der Antriebseinheit (10) ermittelt wurden und wobei sich ein Wert für die tatsächliche Variation zur Laufzeit der Antriebseinheit (10) anhand eines Zugriffs auf zumindest ein hinterlegtes Datum dem Netzsteuerwinkel und dem Maschinensteuerwinkel ergibt.Method for compensating for interharmonic torque excitations in a current intermediate circuit converter with an input or line-side converter (12) and an output or machine-side converter (14) and an intermediate circuit (16) with an inductance as an energy store when operating a drive unit (10) , wherein an average active power in the intermediate circuit (16) is dependent on a modulation level of the network-side or machine-side converter (12, 14), the degree of modulation being varied by a predetermined or predeterminable mean degree of modulation, whereby an alternating power is impressed on the intermediate circuit (16) by varying the modulation level, wherein the variation of the modulation level by the mean modulation level takes place on the basis of data stored in a control device (22) of the drive unit (10) in a multidimensional table, wherein the data were determined outside of a running time of the drive unit (10) and wherein a value for the actual variation during the running time of the drive unit (10) results from an access to at least one stored date of the network control angle and the machine control angle. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Variation des Aussteuergrads um den mittleren Aussteuergrad aufgrund einer in einer Steuerungseinrichtung (22) der Antriebseinheit (10) hinterlegten mathematischen Beziehung erfolgt, wobei sich ein Wert für die tatsächliche Variation zur Laufzeit der Antriebseinheit (10) anhand der mathematischen Beziehung ergibt und wobei die mathematische Beziehung durch ein oder mehrere Koeffizienten bestimmt ist, die im Hinblick auf eine mögliche niederfrequente Drehmomentanregung einer von der Antriebseinheit (10) angetriebenen oder antreibbaren Maschine (20) bestimmt werden.Procedure according to Claim 1 , the variation of the modulation level by the mean level of modulation taking place on the basis of a mathematical relationship stored in a control device (22) of the drive unit (10), a value for the actual variation during the running time of the drive unit (10) being obtained based on the mathematical relation and whereby the mathematical relationship is determined by one or more coefficients which are determined with regard to a possible low-frequency torque excitation of a machine (20) driven or drivable by the drive unit (10). Verfahren nach Anspruch 2, wobei die mathematische Beziehung eine periodisch alternierende Variation des Aussteuergrads um den mittleren Aussteuergrad bewirkt.Procedure according to Claim 2 , the mathematical relationship causing a periodically alternating variation of the modulation level by the mean level of modulation. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte von jedem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 durchzuführen, wenn das Programm auf einer Steuerungseinrichtung (22) für eine Antriebseinheit (10) ausgeführt wird.Computer program with program code means to carry out all the steps of any of the Claims 1 until 3 to be carried out when the program is executed on a control device (22) for a drive unit (10). Digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, die so mit einer Steuerungseinrichtung (22) für eine Antriebseinheit (10) zusammenwirken können, dass ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausgeführt wird.Digital storage medium with electronically readable control signals which can interact with a control device (22) for a drive unit (10) in such a way that a method according to one of the Claims 1 until 3 is performed. Antriebseinheit (10) mit einem eingangs- oder netzseitigen Stromrichter (12) und einem ausgangs- oder maschinenseitigen Stromrichter (14) und einem elektrisch dazwischen befindlichen Zwischenkreis (16), wobei eine mittlere Wirkleistung im Zwischenkreis (16) von einem Aussteuergrad des netz- oder maschinenseitigen Stromrichters (12, 14) abhängig ist, und mit einer Steuerungseinrichtung (22) mit einem Speicher (26) in den ein Computerprogramm nach Anspruch 4 geladen ist.Drive unit (10) with an input or network-side converter (12) and an output or machine-side converter (14) and an intermediate circuit (16) electrically located in between, with an average active power in the intermediate circuit (16) depending on a modulation level of the network or machine-side converter (12, 14) is dependent, and with a control device (22) with a memory (26) in the a computer program after Claim 4 is loaded.
DE102011079995.8A 2011-07-28 2011-07-28 Method for operating a drive unit Active DE102011079995B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011079995.8A DE102011079995B4 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method for operating a drive unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011079995.8A DE102011079995B4 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method for operating a drive unit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102011079995A1 DE102011079995A1 (en) 2013-01-31
DE102011079995B4 true DE102011079995B4 (en) 2021-10-07

Family

ID=47502901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011079995.8A Active DE102011079995B4 (en) 2011-07-28 2011-07-28 Method for operating a drive unit

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102011079995B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3309955A1 (en) 2016-10-11 2018-04-18 Siemens Aktiengesellschaft Operation of a converter for coupling an electrical machine designed for operation on ac voltage with ac voltage power

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7173399B2 (en) 2005-04-19 2007-02-06 General Electric Company Integrated torsional mode damping system and method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7173399B2 (en) 2005-04-19 2007-02-06 General Electric Company Integrated torsional mode damping system and method
EP1875597A1 (en) 2005-04-19 2008-01-09 General Electric Company Integrated torsional mode damping system and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Z.Salam, C.J.Goodman: COMPENSATION OF FLUCTUATING DC LINK VOLTAGE FOR TRACTION INVERTER DRIVE. 1996, 390-395. IEEE [online].

Also Published As

Publication number Publication date
DE102011079995A1 (en) 2013-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0043973B1 (en) Rotating-field machine drive consisting of an inverter-controlled rotating-field machine, and a control system for an inverter connected to two alternating voltage integrators and a model computer circuit
EP2179498B1 (en) Method and apparatus for compensation of vibration effects of network asymmetry in a doubly-fed asynchronous machine
DE69233343T2 (en) Wind turbine with variable speed
EP0847617B1 (en) Process and device for correcting the flow direction of the model flow of a sensor-free, field-oriented rotating magnetic field machine down to zero frequency
DE112014007062T5 (en) DRIVE AND CONTROL DEVICE FOR MULTILING MOTOR
DE102007014728A1 (en) Method and device for operating a double-fed asynchronous machine in transient mains voltage changes
DE19642596A1 (en) Method and device for compensating reactive current components by means of a compensation device with a pulse converter
DE102006027465A1 (en) Current limit for a double-fed asynchronous machine
DE102012107970B4 (en) Control device for a rotating electrical machine
DE2833542B1 (en) Three-phase machine drive, consisting of a converter-fed three-phase machine, in particular a synchronous machine and a converter control for the self-timed, in particular field-oriented operation of this machine, with two identical AC voltage integrators and method for operating the Dre
DE19612920A1 (en) Method and device for direct torque control of an induction machine
DE102009021823A1 (en) Overcurrent limiting in the control of converter-fed three-phase machines
DE112014007197T5 (en) DRIVE CONTROL DEVICE FOR A MULTILINGER MOTOR
EP3073631A1 (en) Wind turbine with sub- synchronous oscillation suppression
EP1708349A1 (en) Current regulation of mains connected voltage converter
DE112013003953T5 (en) Automated motor adaptation
EP0752170B1 (en) Current regulation process and device for a three-phase, static-converter fed, permanently excited synchronous machine
DE102011079995B4 (en) Method for operating a drive unit
DE102008007100A1 (en) Device i.e. pre-controller, for e.g. linear actuator, in field-oriented co-ordinate system, has synchronous machine, where manipulated variable over plugged by device over integral divider of electrical angle in circuit
DE3429116C2 (en)
DE2732450C2 (en) DC link converter circuit
EP0085338B1 (en) Device for determining the common frequency of two independently variable alternating values, in particular in a rotating field machine
DE3523665C2 (en)
DE2627537A1 (en) PROCEDURE FOR REGULATING THE MOTOR CURRENT IN CONVERTER-SUPPLIED ASYNCHRONOUS MOTORS
DE60206718T2 (en) Method for changing the speed of a motor group

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: INNOMOTICS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, 80333 MUENCHEN, DE