DE1904550A1

DE1904550A1 - Method for controlling and regulating a three-phase machine

Info

Publication number: DE1904550A1
Application number: DE19691904550
Authority: DE
Inventors: Guenther Troll
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-01-27
Filing date: 1969-01-27
Publication date: 1970-09-10

Description

Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Drehstrommaschine Ihrer Wirkungsweise nach läßt sich eine Asynchrontaschine am besten dadurch mit veränderlicher Drehzahl betreiben, daß sie mit einer Spannung veränderlicher Frequenz gespeist wird. Um die Drehzahl in weiten Grenzen ändern zu können, ist eine in weiten Grenzen veränderliche Frequenz erforderlich. Ein derartig weiter Frequenzbereich läßt sich mit selbstgeführten Wechselrichtern verwirklichen. Geeignete Wecheelrichter sind z.B. in den AEG - Mitteilungen, 1964, Heft 1/2, Seiten 89 bis 106, beschrieben. Process for controlling and regulating a three-phase machine in your According to the mode of action, an asynchronous machine can best be modified with this Operate speed so that it is fed with a voltage of variable frequency will. In order to be able to change the speed within wide limits, one is within wide limits variable frequency required. Such a wide frequency range can be Realize with self-commutated inverters. Suitable inverters are e.g. in AEG - Mitteilungen, 1964, issue 1/2, pages 89 to 106.

Beim Betrieb der Wechselrichter stellt sich die Forderung, zur Regelung der Asynchronmaschine möglichst nur solche Größen heranzuziehen, die an den Maschineaklemmen zugänglich bzw. aus der Steuerung ableitbar sind. Es bieten sich somit als Regelgrößen die Statorspannung U1, die Statorfrequenz f1 und der Statorstrom an. Die Verwendung des Statorstromes Ii als Regelgröße ist im allgemeinen auf Grund variabler Belastungsverhältnisse stark eingeschränkt, so daß I1 meist nur als Hilfsregel- oder Eorrekturgröße berücksichtigt werden kann Die Regelung mit den in Frage kommenden Größen läuft in den meisten Fällen darauf hinaus, den Fluß der Äsynchronmaschine konstant zu halten, weil dann die rünstigsten Betriebsbedingungen, wie ein hohes Drehmoment im gesamten Drehzahlbereich, gewährleistet werden können. Eine derartige Regelkonzeption kann so aufgebaut sein, daß eine der beiden Größen U1, fi geregelt wird, während die ungeregelte Größe derart in funktionellem Zusammenhang zur geregelten Größe steht, daß der Fluß der Asynchronmaschine den geforderten Verhältnissen gerecht wird.When operating the inverter, there is a requirement to regulate of the asynchronous machine, if possible, only use those variables that are connected to the machine clamps are accessible or can be derived from the control system. They are therefore available as controlled variables the stator voltage U1, the stator frequency f1 and the stator current. The usage of the stator current Ii as a controlled variable is generally due to variable load conditions severely restricted, so that I1 is usually only taken into account as an auxiliary control or correction variable The scheme can be with the in question coming sizes running in most cases the aim is to keep the flux of the synchronous machine constant because then the worst operating conditions, such as high torque in the entire speed range, can be guaranteed. Such a rule concept can be constructed in such a way that one of the two variables U1, fi is controlled while the unregulated variable in a functional relationship to the regulated variable it says that the flow of the asynchronous machine does justice to the required conditions will.

Daneben besteht die Möglichkeit, den Fluß unabhängig rOn der Frequenz direkt durch Spannungsverstellung zu regeln. Zur Durchführung der Flußregelung wird der Fluß-Istwert benötigt.In addition, there is the possibility of controlling the flow independently of the frequency can be regulated directly by adjusting the voltage. To carry out the flow control is the actual flow value is required.

Es ist bekannt, den Fluß-Istwert mit Hilfe eines Hall-Generators, der im Luftspalt der Maschine angeordnet ist, unmittelbar nachzubilden; doch hat diese Maßnahme gewisse Nachteile. So ist die Messung mit einem einzigen Hall-Generator von verschiedenen Störeinflüssen, beispielsweise von den Nutoberwellen, abhängig, die das Heßergebnis verfälschen. Eine Verbesserung ist durch die Verwendung mehrerer im Luftspalt gegeneinander versetzt angeordneter Hall-Generatoren möglich. Doch ist dies mit beträchtlichem Aufwand verbunden.It is known to measure the actual flux value with the help of a Hall generator, which is arranged in the air gap of the machine to be simulated immediately; but has this measure has certain disadvantages. This is how it is measured with a single Hall generator on various interfering influences, for example on the groove harmonics, dependent, which falsify the Hess result. One improvement is through the use of several Hall generators arranged offset from one another in the air gap are possible. Indeed this is associated with considerable effort.

Es ist daher anzustroben, den Fluß-Istwert der Maschine auf andere Weise, insbesondere unter Verwendung der an den Naschinenklemmen erfaßbaren Großen, nachzubilden.It is therefore a good idea to transfer the actual flow value of the machine to others Manner, in particular using the variables that can be grasped at the machine clamps, to recreate.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Drehstrommaschine anzugeben, bei dem der Fluß-Istwert in einfacher Weise aus den an den Maschinenklemmen zugänglichen elektrischen Größen gebildet wird. Demzufolge betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer über einen selbstgeführten Wechselrichter mit variabler Frequenz und Spannung gespeisten Drehstrommaschine. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Fluß-Istwertbildung eine der Klemmenspannung der flaschine proportionale Spannung mittels passiver oder aktiver Bauelemente richtungsgetreu integriert und anschließend gleichgerichtet wird.The object of the invention is to provide a method for controlling and regulating of a three-phase machine, in which the actual flux value can be obtained in a simple manner the electrical parameters accessible at the machine terminals. As a result The invention relates to a method for controlling and regulating a via a self-commutated inverter with variable frequency and voltage fed three-phase machine. It is characterized in that one of the terminal voltages is used to form the actual flux value The voltage proportional to the flaschine by means of passive or active components true to the direction is integrated and then rectified.

An Hand einer Zeichnung sei die Erfindung erläutert. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine über einen selbstgeführten Wechselrichter gespeiste Drehstrommaschine. In den Figuren 2 und 5 ist Je ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Fluß-Istwertbildung mittels passiver bzw. aktiver Bauelemente dargestellt.The invention will be explained with the aid of a drawing. Fig. 1 shows in a schematic representation one fed by a self-commutated inverter Three-phase machine. FIGS. 2 and 5 each show an exemplary embodiment of an arrangement for the formation of the actual flow value by means of passive or active components.

Fig. 3 zeigt eine verbesserte Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Anordnung. In Fig. 4 ist der Verlauf der Kondensatorspannung einer Anordnung gemäß Fig. 2 mit dem der Kondensatorspannung einer Anordnung gemäß Fig. 3 verglichen.FIG. 3 shows an improved embodiment of that shown in FIG Arrangement. 4 shows the course of the capacitor voltage according to an arrangement FIG. 2 is compared with that of the capacitor voltage of an arrangement according to FIG. 3.

In Fig. 1 ist it 1 eine Drehstro-iaschine, insbesondere ein Asynchronmotor, bezeichnet, die über einen selbstgeführten Wechselrichter 2 aus einem Gleichstromnetz gespeist wird. Die der Maschine zugeführte Spannung wird an den Klemmen der Maschine erfaßt umd einer Schaltungsanordnung 3 zugeführt, die aus dieser Spannung eine dem FlußIstwert entsprechende Größe bildet. Der Fluß-Istwert wird zusammen mit dem vom Sollwertgeber 4 gelieferten Fluß-Sollwert dem Flußregler 5 zugeführt. Das Ausgangssignal des Flußreglers 5 dient als Sollwert für den Stromregler 7 eines unterlagerten Stromregelkreises. Der Strom-Istwert 6 wird über Stromwandler 9 erfaßt. Die Schaltungsanordnung 10 liefert frequenzbestimmende Signale. Diese und die vom Stromregler 7 kommenden Signale werden von der Logik 8 in Zündimpulse für die Schaltelemente des Wechselrichters 2 umgesetzt.In Fig. 1, it 1 is a rotary current machine, in particular an asynchronous motor, referred to, via a self-commutated inverter 2 from a direct current network is fed. The voltage supplied to the machine is applied to the terminals of the machine detected umd fed to a circuit arrangement 3, the one from this voltage FlußIstwert forms the corresponding size. Of the Actual flow value is combined with the flux setpoint value supplied by the setpoint generator 4 is supplied to the flux regulator 5. The output signal of the flux regulator 5 serves as a setpoint value for the current regulator 7 of a subordinate current control loop. The actual current value 6 is recorded via current transformer 9. The circuit arrangement 10 supplies frequency-determining signals. These and those from Signals coming from the current regulator 7 are converted by the logic 8 into ignition pulses for the switching elements of the inverter 2 implemented.

Die Figuren 2, 3 und 5 stellen Ausführungsbeispiele der Fluß-Istwertbildung gemäß der Erfindung dar. In Fig. 2 wird die Klemmenspannung der Maschine 1 einem Drehstromtransformator 20 zugeführt, dessen Sekundärseite über Bewertungswiderst ände 11 mit einem Stromwandler 12 verbunden ist. So wird die vom Wechselrichter 2 gelieferte Spannungszeitfläche jUR,S'T . dt, die dem Fluß proportional ist, in eine äquivalente Stromzeitfläche umgeformt.FIGS. 2, 3 and 5 represent exemplary embodiments of the formation of the actual flux value according to the invention. In Fig. 2, the terminal voltage of the machine 1 is a Three-phase transformer 20 supplied, the secondary side of which via evaluation resistor ands 11 is connected to a current transformer 12. This is how the inverter works 2 voltage time area supplied jUR, S'T. dt, which is proportional to the flux, in transformed an equivalent current-time area.

An die Sekundärseite des Stromwandlers 12 sind Kondensatoren 13 angeschlossen. An diesen Kondensatoren 13 erzeugt die vom Stromwandler 12 übertragene Stromzeitfläche eine der Spannungszeit fläche f UR S T U dt proportionale Spannung U13. Diese Spannung wird über eine Gleichrichteranordnung 14 gleichgerichtet. An den Klemmen 16 steht sodann eine dem Bluß-Istwert proportionale Spannung zur Verfügung, die zur Regelung herangezogen werden kann.Capacitors 13 are connected to the secondary side of the current transformer 12. The current-time area transmitted by the current transformer 12 is generated on these capacitors 13 a voltage U13 proportional to the voltage time area f UR S T U dt. This tension is rectified via a rectifier arrangement 14. It says on terminals 16 then a voltage proportional to the actual Bluß value is available, which is used for regulation can be used.

Eine Weiterbildung der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt. Dort wird die Spannung der Kondensatoren 13 mittels Zenerdioden 19 von der Sekundärseite des Stromwandlers 12 entkoppelt, so daß der während des Integrationsvorganges erreichte Wert der Kondensatorspannung U13 auch in den Integrationspausen stationär und unabhängig von der Frequenz erhalten bleibt, weil eine Entladung der Kondensatoren über die parallel liegende Stromwandlerwicklung nicht mehr möglich ist. Eine geringe Entladung über die Bürde 15 ist vernachlässigbar klein. Der Stromwandler muß jetzt für die zusätzliche Spannungszeitfläche ausgelegt werden, die durch die während der Integration wirksamen Zenerspannung bedingt ist. Die durch den Einsatz der Zenerdioden hervorgerufene Verbesserung wirkt sich besonders bei der Integration von lückenden Wechselspannungen kleiner Frequenz aus, wie sie z.B. von zwangskommutierten Wechselrichtern, die nach dem sogenannten Puls- oder Tastverfahren arbeiten, erzeugt werden.A further development of the arrangement shown in FIG. 2 is shown in FIG. 3 shown. There the voltage of the capacitors 13 is determined by means of Zener diodes 19 decoupled from the secondary side of the current transformer 12, so that the during the integration process reached Value of the capacitor voltage U13 also in the integration pauses remains stationary and independent of the frequency because of a discharge of the Capacitors via the parallel current transformer winding are no longer possible is. A slight discharge across the burden 15 is negligibly small. The current transformer must now be designed for the additional voltage time area, which is caused by the Zener stress effective during the integration is conditioned. The through use The improvement caused by the Zener diodes is particularly effective in the integration from intermittent alternating voltages of low frequency, such as those from forced commutation Inverters that work according to the so-called pulse or tactile method are generated will.

Bei einer Regelung auf konstante Spannungszeitfläche nach dem Puls- oder Xastterrahren wird der Stromwandler nunmehr über den gesamten Frequenzbereich mit konstanter Spannungszeitfläche beansprucbt. In Fig. 4 ist für einen Betriebsfall mit kleiner Frequenz einmal die an den Klemmen der Maschine 1 abgenommene Spannung URs sowie die Kondensatorspannung Ufl3 dargestellt. Und zwar einmal für den Kondensatorspannungsverlauf bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 und einmal bei einer Anordnung gemäß Fig. 3. Der Verlauf der Spannung URs wurde voll ausgezogen, der Verlauf der Spannung U13 bei einer Anordnung gemäß Fig. 2 wurde punktiert und der Verlauf der Spannung Ufl3 einer Anordnung gemäß Fig. 3 strichliert dargestellt.In the case of regulation on a constant voltage-time area according to the pulse or Xastterrahren is now the current transformer over the entire frequency range stressed with a constant stress-time area. In Fig. 4 is for an operating case the voltage taken from the terminals of the machine 1 at a low frequency URs and the capacitor voltage Ufl3 are shown. And once for the capacitor voltage curve in an arrangement according to FIG. 2 and once in an arrangement according to FIG The course of the voltage URs was fully drawn out, the course of the voltage U13 at an arrangement according to FIG. 2 has been dotted and the course of the voltage Ufl3 a Arrangement according to FIG. 3 shown in dashed lines.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aktiven Bauelementen dargestellt. Die an der Maschine 1 abgenommene Spannung wird über einen Zwischentransformator 20 und Bewertungswiderstände potentialgetrennt den Verstärkern 17 zugeführt.In Fig. 5 is an embodiment of the invention with active components shown. The voltage taken from machine 1 is transmitted via an intermediate transformer 20 and evaluation resistors are supplied to the amplifiers 17 in a potential-separated manner.

Diese Verstärker sind kapazitiv rückgekoppelt und integrieren die der Naschinenspannung proportionale Spannung. Der Ausgang der Verstärker 17 ist wiederum mit einer Gleichrichteranordnung 14 verbunden, an deren Ausgangsklemmen 16 eine dem Fluß-Istwert proportionale Gleichspannung abgegriffen werden kann.These amplifiers are capacitively fed back and integrate the Voltage proportional to the machine voltage. The output of the amplifier 17 is in turn connected to a rectifier arrangement 14, at its output terminals 16 a direct voltage proportional to the actual flux value can be tapped.

Anordnungen gemäß der Erfindung sind recht problemlos. Das Einfügen von Korrekturgliedern, soweit dies zur Verbesserung der Regelgüte notwendig ist, ist in einfacher Weise möglich. Solche Korrekturglieder können beispielsweise zur Kompensation von Verlusten und Unlinearitäten der verwendeten Bauelemente und der Drehstrommaschine erforderlich sein. Je nach Bedarf können diese Korrekturglieder auf der Wechselspannungsßeite oder auf der Gleichspannungsseite der Gleichrichteranordnung vorgesehen sein. Da die Integration vor der Gleichrichtung erfolgt, werden auch die beim Pulsen des Wechselrichters auftretenden Spannungszeitflächen vorzeichengetreu bewertet. Die Zeitkonstanten9 die erreicht werden, sind klein, die Glättung des Fluß-Istwertes dagegen auch bei gepulsten Spannungen und niedriger Frequenz groß. Der Zeitverzug in der Erfassung des Fluß-lstwertes ist klein.Arrangements according to the invention are quite problem-free. The pasting of correction terms, insofar as this is necessary to improve the control quality, is possible in a simple manner. Such correction elements can be used, for example Compensation of losses and non-linearities of the components used and the Three-phase machine may be required. Depending on your needs, these can be corrected on the AC voltage side or on the DC voltage side of the rectifier arrangement be provided. Since the integration takes place before the rectification, also the voltage-time areas occurring when the inverter is pulsed, true to the sign rated. The time constants9 that are achieved are small, the smoothing of the On the other hand, the actual flux value is high even with pulsed voltages and low frequencies. The time delay in the acquisition of the actual flow value is small.

Das beschriebene Verfahren eignet sich sowohl für Einzel- als auch für Mehrmotorenregelung und zum Anfahren mit Schlupffrequenz.The method described is suitable for both individual and for multi-motor control and for starting with slip frequency.

6 Seiten Beschreibung, 8 Patentansprüche und 2 Blatt Zeichnungen mit 5 Figuren6 pages of description, 8 claims and 2 sheets of drawings with 5 figures

Claims

Claims: 1. A method for controlling and regulating an over fed a self-commutated inverter with variable frequency and voltage Three-phase machine, characterized in that one of the Terminal voltage of the machine proportional voltage using passive or active Components is integrated true to the direction and then rectified.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the terminals of the three-phase machine (i) via evaluation resistors (11) are connected to a current transformer (12), and that to the secondary side of the Current converter (12) capacitors (13) and a rectifier arrangement (14) connected are.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the evaluation resistors (11) via an intermediate transformer (20) to the terminals of the three-phase machine are connected.

4. Arrangement according to claims 2 and 3, characterized in that that the capacitors (13) and the rectifier arrangement (14) via Zener diodes (19) are connected to the secondary side of the current transformer (12).

5. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized characterized in that the terminals of the three-phase machine (1) with the input of capacitive feedback amplifiers (17) are connected and that to the output of the amplifier a rectifier arrangement (14) is connected.

6. Arrangement according to claims 2 to 5, characterized in that that to compensate for losses and nonlinearities of the components used and the three-phase machine correcting elements are provided.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the correction members are provided on the AC voltage side of the rectifier arrangement.

8. Arrangement according to claim 6, characterized in that the correction members are provided on the DC voltage side of the rectifier arrangement.

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