DE1563228B2 - METHOD OF CONTROLLING THE TORQUE DELIVERED BY AN ASYNCHRONOUS MACHINE - Google Patents

METHOD OF CONTROLLING THE TORQUE DELIVERED BY AN ASYNCHRONOUS MACHINE

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DE1563228B2 DE19661563228 DE1563228A DE1563228B2 DE 1563228 B2 DE1563228 B2 DE 1563228B2 DE 19661563228 DE19661563228 DE 19661563228 DE 1563228 A DE1563228 A DE 1563228A DE 1563228 B2 DE1563228 B2 DE 1563228B2
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Description

Läuferstrom I2 annähernd konstant bleiben muß. Wie F i g. 1 zeigt, ist zur !Erreichung der neuen Gleichgewichtslage eine Phasendrehung des Hauptflusses um den Wert Αφ erforderlich. Das bedeutet, daß das Drehfeld ruckartig seine räumliche Lage zum Läufer verändern müßte. Da eine solche plötzliche Änderung, wie bereits ausgeführt, nicht möglich ist, läßt sich mit der bekannten Steuerung das Moment nicht schlagartig bzw. mit hoher Geschwindigkeit verändern.Rotor current I 2 must remain approximately constant. Like F i g. 1 shows that a phase rotation of the main flux by the value Αφ is necessary to achieve the new equilibrium position. This means that the rotating field would have to suddenly change its spatial position in relation to the rotor. Since such a sudden change, as already explained, is not possible, the torque cannot be changed suddenly or at high speed with the known control.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Steuerungsverfahren dahin zu verbessern, daß eine schnelle Momentenänderung möglich ist, die erläuterte Schwierigkeit also vermieden wird.The present invention is based on the task of applying the known control method to this end improve the fact that a quick change in torque is possible, thus avoiding the difficulty explained will.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß bei Änderung des vorgegebenen Drehmomentes zusätzlich eine Änderung des Winkels zwischen Ständerstrom und Hauptfluß ohne eine plötzliche Änderung der räumlichen Lage des Drehfeldes relativ zum Läufer bewirkt wird.To solve this problem it is proposed according to the invention that when changing the predetermined Torque also a change in the angle between stator current and main flow without a sudden change in the spatial position of the rotating field relative to the rotor is caused.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein dreiphasiger Kurzschlußläufermotor 3 wird aus einer Gleichspannungsquelle U9 über einen in Frequenz und Amplitude der Ausgangsspannung steuerbaren Wechselrichter 1 gespeist. Mit Hilfe der Wandler la, 2b, 2c wird der Strom in den drei Motorzuleitungen gemessen, und durch das Summierglied 2 wird der Stromistwert /j gebildet, der im Punkt 6 mit dem Stromsollwert Is verglichen wird. Die Differenz Al wird der Steuerung 4 für den Wechselrichter 1 eingegeben. Gleichzeitig bildet ein mit der Maschine 3 gekoppelter digitaler Geber 5 die Umlauffrequenz /„ ab.'Im Punkt 7 wird zu dieser Umlauffrequenz /„ die gewünschte Schlupffrequenz /s addiert. Die Summenfrequenz / wird ebenfalls der Steuerung 4 eingegeben.F i g. 3 shows an embodiment of the invention. A three-phase squirrel cage motor 3 is fed from a DC voltage source U 9 via an inverter 1 which can be controlled in terms of frequency and amplitude of the output voltage. With the aid of the transducers la, 2b, 2c, the current is measured in the three motor leads, and by summing 2 / j is formed of the actual current value, which s is compared at point 6 with the nominal current value I. The difference A1 is entered into the controller 4 for the inverter 1. At the same time, a digital encoder 5 coupled to the machine 3 maps the rotational frequency / "." At point 7, the desired slip frequency / s is added to this rotational frequency / ". The sum frequency / is also entered into the controller 4.

Durch Vorgabe der Schlupffrequenz /s und des Ständerstromes I8 kann das Moment eingestellt werden. Um beide Größen derart miteinander zu koppeln, daß bei einer Verstellung der Hauptfluß der Maschine konstant bleibt, sind entsprechende Funktionsgeneratoren 11 und 12 vorgesehen. Eine Änderung der Spannung im Punkt α hat also eine Änderung des Drehmomentes bei konstantem Hauptfluß zur Folge. In F i g. 3 ist zugleich eine überlagerte Drehzahlregelung dargestellt, bei der als Stellgröße das Drehmoment der Maschine dient. Mit Hilfe des Umsetzers 8 wird aus der Frequenz fn der analoge Drehzahlistwert πι gebildet, welcher im Punkt 9 mit dem Sollwert JJs verglichen wird. Die Differenz wird im Regelverstärker 10 verstärkt. Sie wird im Punkt α auf das »Stellglied« der überlagerten Drehzahlregelanordnung gegeben.The torque can be set by specifying the slip frequency / s and the stator current I 8. In order to couple the two variables with one another in such a way that the main flow of the machine remains constant during an adjustment, corresponding function generators 11 and 12 are provided. A change in the voltage at point α thus results in a change in the torque with a constant main flow. In Fig. 3 also shows a superimposed speed control in which the machine's torque is used as the manipulated variable. With the help of the converter 8, the analog speed actual value πι is formed from the frequency f n , which is compared in point 9 with the setpoint JJs. The difference is amplified in the control amplifier 10. It is given at point α to the “actuator” of the superimposed speed control arrangement.

Erfindungsgemäß werden die Elemente 13 und 14 zusätzlich in der Anordnung vorgesehen. Der Funktionsgeber 13 bildet abhängig von der Schlupffrequenz den zugehörigen Winkel φ als Analogwert ab, und der Umsetzer 14 erzeugt bei jeder Änderung von φ eine entsprechende Anzahl von Impulsen Νφ, welche im Punkt 15 in den Regelkreis eingeführt werden undAccording to the invention, the elements 13 and 14 are additionally provided in the arrangement. The function generator 13 maps the associated angle φ as an analog value depending on the slip frequency, and the converter 14 generates a corresponding number of pulses Ν φ each time φ changes, which are introduced into the control loop at point 15 and

ίο eine entsprechende Winkeländerung des Ständerstromes gegenüber dem Hauptfluß bewirken. Der Winkel zwischen Ständerstrom und Hauptfluß in der Maschine als Funktion der Läuferfrequenz kann entweder berechnet oder gemessen werden. Die Kennlinie des Funktionsgebers 13 wird nach den ermittelten Ergebnissen eingestellt.ίο a corresponding change in the angle of the stator current effect opposite the main river. The angle between the stator current and the main flow in the machine as a function of the rotor frequency can either be calculated or measured. The characteristic of the Function generator 13 is set according to the determined results.

Erhöht man die Drehzahl einer aus einem Wechselrichter oder Umrichter gespeisten Kurzschlußläufermaschine, so erreicht man einen Punkt, den sogenannten Typenpunkt, wo die maximal mögliche Ausgangsspannung des Wechsel- oder Umrichters gerade noch ausreicht, um den Nennfluß in der Maschine zu erzeugen. Bei höheren Drehzahlen kann die Maschine nur mit verringertem Fluß betrieben werden. Da man oberhalb des Typenpunktes durch Eingriffe im Stromregelkreis den Strom in der Maschine nicht aufrechterhalten kann, werden in diesem Bereich im allgemeinen die maximale Wechselrichterspannung und die Schlupffrequenz vorgegeben. Um auch in diesem Drehzahlbereich oberhalb des Typenpunktes das dynamische Verhalten der Kurzschlußläufermaschine zu verbessern, werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung besondere Mittel vorgesehen, welche abhängig von der Drehzahl der Kurzschlußläufermaschine eine Korrektur der Winkeldrehung bewirken. F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser zusätzlichen Maßnahme. Der aus dem Umsetzer gewinnene Drehzahlistwert wird auf den Verstärker 16 gegeben, dessen Ausgang auf den Funktionsgeber 13 korrigierend einwirkt. Die Korrekturfunktion kann hier ebenfalls durch Rechnung oder Messung bestimmt werden und in dem Funktionsgeber 13 eingestellt werden. Die Erfindung bezieht sich nicht nur auf Kurzschlußläufermaschinen, die über Stromrichter gespeist werden. Das angegebene Steuerverfahren läßt sich immer dann verwenden, wenn für die Kurzschlußläufermaschine ein Speisegerät irgendwelcher Art vorhanden ist, dessen Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom in Frequenz und Amplitude veränderbar sind.If the speed of a squirrel-cage machine fed by an inverter or converter is increased, so you reach a point, the so-called type point, where the maximum possible output voltage of the inverter or converter is just enough to achieve the nominal flow in the machine produce. At higher speeds, the machine can only be operated with a reduced flow. Since you not maintaining the current in the machine above the type point due to interventions in the current control loop can, the maximum inverter voltage and the slip frequency are generally in this range given. In order to also use the dynamic in this speed range above the type point To improve the behavior of the squirrel cage machine, are in a further embodiment of the invention special means are provided which, depending on the speed of the squirrel cage machine Correct the angular rotation. F i g. 3 shows an embodiment of this additional measure. The actual speed value obtained from the converter is sent to the amplifier 16, whose Output has a correcting effect on the function generator 13. The correction function can also be used here can be determined by calculation or measurement and set in the function generator 13. The invention relates not only to squirrel cage machines that are fed via converters will. The specified control method can always be used if for the squirrel cage machine a power supply of some kind is available, its output voltage or output current are changeable in frequency and amplitude.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

1 2 Patentansprüche: konstant bleibt. Die Ausgangsgröße der Regelung folgt dabei um so genauer dem Sollwert, je kurzer die1 2 claims: remains constant. The output variable of the control follows the setpoint more precisely, the shorter the 1. Verfahren zur Steuerung des von einer Anregelzeit des Regelkreises ist.1. The method for controlling the rise time of the control loop is. Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomentes, Ein solches Ausregelvermögen erreicht z. B. bei bei dem die Asynchronmaschine von einer Span- 5 dem weitgehend ähnlich gespeisten und geregelten nungsquelle einstellbarer Frequenz gespeist wird, Asynchronmotor gemäß der französischen Patentder Ständerstrom geregelt und die Schlupffrequenz schrift 1 381 246 weniger als ein Prozent Drehzahlvorgegeben wird und als Stellgröße für das Dreh- abweichung bei einer Drehmomentbeaufschlagung von moment der Sollwert des Ständerstroms und die 0 auf das maximale Drehmoment.
Schlupffrequenz dienen, deren vorgebbaren Werte io Abgesehen davon, daß bei den vorstehenden bederart miteinander gekoppelt sind, daß der Haupt- kannten Anordnungen das Problem der Steuerung fluß der Maschine annähernd konstant bleibt, des von einer Asynchronmaschine abgegebenen Drehdadurch gekennzeichnet, daß bei An- momentes, insbesondere bei einer schnellen Änderung derung des vorgegebenen Drehmomentes zusätzlich des Drehmomentes, weder erkannt noch demzufolge eine Änderung des Winkels zwischen Ständerstrom 15 behandelt wurde, unterscheidet sich die Erfindung und Hauptfiuß ohne eine plötzliche Änderung dadurch vorteilhaft von den Anordnungen der Entder räumlichen Lage des Drehfeldes relativ zum gegenhaltungen, daß die bei schneller Änderung des Läufer bewirkt wird. Drehmomentes auftretenden Ausgleichsvorgänge nichtAsynchronous machine output torque, such a compensatory capacity achieved z. B. in which the asynchronous machine is fed by a voltage source with an adjustable frequency, which is largely similar to the one fed and regulated, the asynchronous motor is regulated according to the French patent, the stator current is regulated and the slip frequency font 1 381 246 is specified as less than one percent speed and as a manipulated variable for the rotation - Deviation when torque is applied to the target value of the stator current and the 0 to the maximum torque.
Serve slip frequency, the predeterminable values of which io. Apart from the fact that in the above mentioned arrangements, the problem of the control flow of the machine remains approximately constant, the rotational speed output by an asynchronous machine is characterized by the fact that at moment especially in the case of a rapid change in the specified torque, in addition to the torque, neither recognized nor consequently a change in the angle between stator current 15 was treated, the invention and Hauptfiuss differ advantageously from the arrangements of the spatial position of the rotating field relative to the countermeasures that this is caused by a rapid change in the runner. Torque occurring compensation processes not 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- in der Weise bewältigt werden, daß sie zum Gegenzeichnet, daß durch einen Funktionsgeber der 20 stand einer Regelung gemacht werden, sondern sie Winkel zwischen Ständerstrom und Hauptfluß in werden von vornherein vermieden. Es ist weiterhin Abhängigkeit der vorgegebenen Schlupffrequenz festzustellen, daß bei der Anordnung der genannten analog abgebildet und dieser Wert auf einen französischen Patentschrift bei Angabe der Toleranznachgeschalteten Umsetzer gegeben wird, der grenzen für die Drehzahl keine Lehre dahingehend proportional zur Änderung seiner Eingangsspan- 25 erteilt wird, in welcher Art sich das Drehmoment nung eine Anzahl Impulse abgibt, welche die verändert.2. The method according to claim 1, characterized in that it is managed in such a way that it is countersigned, that by a function generator of the 20 stand a regulation can be made, but they Angles between stator current and main flow in are avoided from the outset. It is still Dependence of the predetermined slip frequency to determine that with the arrangement of said shown analogously and this value on a French patent specification with specification of the downstream tolerance Converter is given, the limit for the speed no teaching is given to the effect proportional to the change in its input voltage, in which way the torque tion emits a number of impulses that change the. erforderliche Winkeldrehung bewirken. Die bekannten Anordnungen und die zu ihremcause required angular rotation. The known arrangements and theirs 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Betrieb benutzten Verfahren sind nicht geeignet, um zeichnet, daß die Winkeldrehung in Abhängigkeit schnelle Änderungen des Drehmomentes der Maschine von der Drehzahl der Asynchronmaschine korri- 30 zu erzeugen, da bei Änderung der vorgegebenen giert wird. Größen von Ständerstrom und Schlupffrequenz Ausgangsvorgänge in der Maschine auftreten, die sich3. The method according to claim 1, characterized thereby, the methods used are not suitable to shows that the angular rotation as a function of rapid changes in the torque of the machine from the speed of the asynchronous machine to generate correct 30, since when changing the specified is yawed. Sizes of stator current and slip frequency output processes occur in the machine, which are themselves einer schnellen Änderung widersetzen.oppose quick change. Zur näheren Erläuterung dieser Vorgänge dientThis is used to explain these processes in more detail 35 die F i g. 1, die das Zeigerdiagramm aus dem Ständer-35 the F i g. 1, which shows the phasor diagram from the stator Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur strom I1, dem Läuferstrom I2 und dem Magneti-Steuerung des von einer Asynchronmaschine abge- sierungsstrom (Leerlaufstrom) Im zeigt. Die Zeitphase gebenen Drehmomentes, bei dem die Asynchron- des Hauptfiusses Φ fällt mit dem Magnetisierungsmaschine von einer Spannungsquelle einstellbarer strom Im zusammen. Das Zeigerdiagramm ist verein-Frequenz gespeist ist, der Ständerstrom geregelt und 40 facht dargestellt. Bei der Darstellung und der weiteren die Schlupffrequenz vorgegeben ist und als Stellgröße Erläuterung wird davon ausgegangen, daß der Schlupf für das Drehmoment der Sollwert des Ständerstromes relativ klein ist, so daß der Streublindwiderstand des . und die Schlupffrequenz dienen, deren vorgebbaren Läufers gegenüber dem Wirkwiderstand des Läufers Werte derart miteinander gekoppelt sind, daß der vernachlässigbar klein ist. Der Winkel φ ist der Zeit-Hauptfluß der Maschine annähernd konstant bleibt. 45 phasenwinkel zwischen dem Ständerstrom und demThe invention relates to a method for the current I 1 , the rotor current I 2 and the magneti-control of the ab- sierungsstrom (no-load current) I m from an asynchronous machine. The time phase given torque at which the asynchronous of the main fiow Φ coincides with the magnetizing machine from a voltage source adjustable current I m . The vector diagram is fed at a frequency, the stator current is regulated and shown 40 times. In the illustration and the further the slip frequency is given and as a manipulated variable explanation it is assumed that the slip for the torque of the target value of the stator current is relatively small, so that the leakage resistance of the. and the slip frequency are used, the specifiable rotor values of which are coupled to one another with respect to the effective resistance of the rotor in such a way that it is negligibly small. The angle φ is the main time flow of the machine, which remains approximately constant. 45 phase angle between the stator current and the Durch die moderne Stromrichtertechnik — insbe- Hauptfiuß der Maschine. Er entspricht dem räumsondere durch die Methoden der Zwangskommu- liehen Winkel zwischen der vom Ständerstrombelag tierung — ist es möglich geworden, Wechselrichter erzeugten Ständerdrehfelderregerspannung und dem und Umrichter aufzubauen, deren Ausgangsspannung umlaufenden Drehfeld. Wird in der bekannten Anin Frequenz und Amplitude in weiten Grenzen ver- 5° Ordnung der Ständerstrom um den Betrag Al1 veränderlich ist. Mit Hilfe derartiger Stromrichter- größert, so muß der Läuferstrom den Wert I2' ananordnungen lassen sich Kurzschlußläufermaschinen nehmen, damit die resultierende Erregung Im und unter anderem in der Weise betreiben, daß der damit der Fluß konstant bleiben. Eine schnelle Ständerstrom der Maschine geregelt und die elektrische Änderung der das Drehmoment bestimmenden Größen Läuferfrequenz (Schlupffrequenz) der Maschine durch 55 ist nur möglich, wenn das mit der Läuferwicklung besondere Maßnahmen auf einen vorgegebenen Wert verkettete Drehfeld weder seine Amplitude noch seine gehalten wird. räumliche Lage zum Läufer plötzlich ändert. InDue to the modern converter technology - in particular the main ful of the machine. It corresponds to the special angle created by the forced communication methods between the stator current coating - it has become possible to build up the stator rotating field excitation voltage generated by the inverter and the and converter, whose output voltage is a rotating field. If the known frequency and amplitude vary within wide limits, the stator current can be varied by the amount Al 1. Enlarges with the help of such power converter, the inductor current has the value I 2 'ananordnungen to squirrel cage machines can take to ensure that the resulting excitation run I m and among others in such a way that the order of the river remain constant. A fast stator current of the machine is regulated and the electrical change of the rotor frequency (slip frequency) of the machine, which determines the torque, is only possible if the rotating field, which is linked to a given value with the rotor winding, is not maintained, neither its amplitude nor its. spatial position to the runner suddenly changes. In In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren zur beiden Fällen wurden sonst Ausgleichsströme in dieIn this context is a procedure for both cases were otherwise equalizing currents in the Steuerung des von einer Asynchronmaschine abge- Läuferwicklung induziert, die sich einer schnellenControl of the rotor winding induced by an asynchronous machine, which is a fast gebenen Drehmomentes bekannt (Sonderdruck SSW 60 Änderung widersetzen. Wie bereits ausgeführt wurde,specified torque (special print SSW 60 oppose change. As already stated, 426/329 aus der »Siemens-Zeitschrift« 39, Jg. 1965, werden in der bekannten Anordnung der Ständerstrom426/329 from "Siemens-Zeitschrift" 39, year 1965, are in the familiar arrangement of the stator current S. 199 bis 205), bei dem die Asynchronmaschine von und die Frequenz derart gemeinsam verändert, daßS. 199 to 205), in which the asynchronous machine of and changed the frequency together in such a way that einer Spannungsquelle einstellbarer Frequenz gespeist, die Amplitude des Drehfeldes konstant bleibt. Diea voltage source of adjustable frequency, the amplitude of the rotating field remains constant. the der Ständerstrom geregelt und die Schlupffrequenz Änderung des Ständerstromes um den Wert AI1 führtthe stator current is regulated and the slip frequency changes the stator current by the value AI 1 vorgegeben sind. Als Stellgröße für das Drehmoment 65 zu einer neuen Gleichgewichtslage, die in F i g. 1are given. As a manipulated variable for the torque 65 to a new equilibrium position, which is shown in FIG. 1 dienen dann der Sollwert des Ständerstromes und die gestrichelt dargestellt ist. Das gestrichelt dargestelltethen serve the setpoint of the stator current and which is shown in dashed lines. The one shown in dashed lines Schlupffrequenz, deren vorgebbare Werte derart Zeigerdiagramm muß sich deshalb einstellen, weil derSlip frequency, the predefinable values of which must be set in such a vector diagram because of the gekoppelt sind, daß der Hauptfluß der Maschine Winkel zwischen der Läuferspannung E2 und demare coupled that the main flux of the machine angle between the rotor voltage E 2 and the
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