DE202012000091U1 - Device for controlling an induction machine on a direct converter up to zero speed - Google Patents
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Abstract
Einrichtung zur Regelung einer Drehfeldmaschine (2) an einem Direktumrichter (1) bis Drehzahl Null, wobei die zugehörige feldorientierte Regeleinrichtung (3) und (9) einen Beobachter (6) und einem Maschinenmodell (8) sowie einer Drehzahl-Adaption (5) ausgeführt ist, die folgende Verfahrensschritte aufweist: 1.) Einlesen der Maschinen Istwerte 2.) Berechnen der Korrekturwerte für diese 3.) Berechnen des Modelflusses (φ) und eines Modellstroms (I) aus den Korrigierten Spannungsistwerten und der adaptierten Drehzahl (ṅ) 4.) Berechnen der komplexen Abweichung in (5) wobei die Stromdifferenzen mit dem gemessenen und vorhergesehenen Strömen gebildet und mit dem Modellfluss multipliziert werden. Die hieraus entstehenden Abweichungen werden dem Regler mit PI-Charakteristik zugeführt. Ausgang ist eine der Abweichung proportionale Drehzahl-Adaptionsgröße. 5.) Abhängig vom Maschinentyp wird das Modell modifiziert, es liefert jedoch immer projizierbare Größen für die Drehzahl-Adaption.Device for controlling a three-phase machine (2) on a direct converter (1) to zero speed, the associated field-oriented control device (3) and (9) performing an observer (6) and a machine model (8) as well as speed adaptation (5) which has the following process steps: 1.) Reading in the actual machine values 2.) Calculating the correction values for these 3.) Calculating the model flow (φ) and a model current (I) from the corrected actual voltage values and the adapted speed (ṅ) 4. ) Calculating the complex deviation in (5) whereby the current differences are formed with the measured and predicted currents and multiplied by the model flow. The resulting deviations are fed to the controller with PI characteristics. The output is a speed adaptation variable proportional to the deviation. 5.) Depending on the machine type, the model is modified, but it always provides projectable values for the speed adaptation.
Description
Die Anmeldung betrifft eine Einrichtung zur Regelung einer Drehfeldmaschine an einem Direktumrichter bis Drehzahl Null, wobei die zugehörige Regeleinrichtung einen Maschinenbeobachter und ein Maschinenmodell aufweist das an die Bauart der Maschine angepasst ist. Die Modelle/Beobachter werden dabei durch entsprechende Messeinrichtungen die im Weiteren erläutert sind mit Istwerten versorgt.The application relates to a device for controlling an induction machine to a direct converter to zero speed, the associated control device has a machine observer and a machine model which is adapted to the design of the machine. The models / observers are supplied with actual values by corresponding measuring devices which are explained below.
Die Notwendigkeit eines Drehzahl-Sensors ist für viele industrielle Anwendungen der Antriebstechnik mit erheblichen Kosten und Risiken verbunden. Es wird angestrebt diese Sensorik zur Kostenreduktion und Erhöhung der Verfügbarkeit entfallen zu lassen.The need for a speed sensor is associated with considerable costs and risks for many industrial applications of drive technology. It is desirable to eliminate these sensors for cost reduction and increase in availability.
Es sind einige Verfahren Stand der Technik, um Drehfeldmaschinen Feldorientiert zur Regeln und zu betreiben. Jedoch entstehen Einschränkungen die durch Systemeigenschaften der verwendeten Stromrichter und Maschinen vorgegeben werden. Die Ableitung des Flusses erfolgt ab einer gewissen Drehzahl-Schwelle aus den gemessenen Stator-Strömen und Spannungen. Da die Messung mit sinkender Drehzahl und somit sinkender Spannung ungenauer werden, kann diese Information alleine nicht mehr als auswertbar angesehen werden.There are some prior art methods for field-controlled rotating field machines to operate and operate. However, restrictions arise due to system characteristics of the converters and machines used. The derivative of the flow occurs at a certain speed threshold from the measured stator currents and voltages. Since the measurement becomes less accurate with decreasing speed and thus decreasing voltage, this information alone can no longer be regarded as evaluable.
Aus der
Dieses Verfahren kann bei der Verwendung eines Direktumrichters wie in dieser Anmeldung bekannt durch das Vorhandensein von Spannungsmess-Einrichtungen verbessert werden und ist damit universeller für eine Vielzahl von Drehfeldmaschinen angewendet werden.This method can be improved in the use of a cyclo-converter as known in this application by the presence of voltage measuring devices and is thus more universally applicable to a variety of induction machines.
Desweiteren ist aus der
Der physikalische Aufbau des Direktumrichters macht die Bereitstellung des Testsignals unmöglich und zum andern können Erfahrungsgemäß nicht alle Maschinen aufgrund ihres magnetischen Aufbaus dieses Testsignal reflektieren.The physical structure of the direct converter makes the provision of the test signal impossible and, secondly, experience has shown that not all machines reflect this test signal due to their magnetic structure.
Es liegt daher auf der Hand, dass es für den Direktumrichter eine spezifische und universelle Lösung für den wirtschaftlichen Betrieb von Antrieben dieser Art geben muss.It is therefore obvious that there must be a specific and universal solution for the direct converter for the economical operation of drives of this type.
Aus den bekannten Regeleinrichtungen zum feldorientierten Betrieb sind Modelle bekannt, die alleine aus den Stator-Messgrößen bis zu einer Drehzahl von etwa 5 ... 10% der Nenndrehzahl exakte Schätzgrößen liefern. Bei Drehzahlen darunter sind nur Maschinen-Beobachter wie z. B. durch die Schrift
Diese Beobachter erlauben es einen weitaus kleineren Drehzahl-Bereich anzufahren, der bei passiven Lasten auch von Drehzahl Null oder durch Drehzahl Null führen kann, wenn ein brauchbares Führungs-Größen-Signal zur Verfügung steht.These observers allow a much smaller speed range to be approached, which can also result in zero speed or zero speed on passive loads when a useful pilot size signal is available.
Die Lösungsansätze aus
Der Ansatz mit Verwendung der Sollgrößen mag beim PWM-Umrichter aufgrund der hohen Oberwellen-Anteile in gewissen Grenzen Vorteilhaft sein, jedoch ist ein exaktes Modell mit dem Wissen der Nicht-Linearen Verhältnisse bei niedrigem Aussteuergrad notwendig. Dazu müssen bei jedem verendeten Stromrichter Verriegelungszeiten und Halbleiter-Eigenschaften zur Linearisierung bekannt sein.The approach with the use of the setpoint values may be advantageous within certain limits in the case of the PWM converter due to the high harmonic components, but an exact model with the knowledge of the non-linear conditions with a low modulation factor is necessary. For this purpose, locking times and semiconductor properties for linearization must be known for each power converter that has been used.
Dieses Aufwendige Verfahren kann beim Direktumrichter und beschriebener Messeinrichtung vorteilhaft entfallen und liefert genauere Ergebnisse selbst bei kleinsten Frequenzen.This costly method can be eliminated in the direct converter and described measuring device advantageous and provides more accurate results even at very low frequencies.
Sofern die Regeleinrichtung im Hinblick auf das abgebildete Motormodell flexibel zum Einsatz kommt, kann eine Universelle Lösung für fast alle bekannten Drehfeldmachinen geschaffen werden.If the control device is used flexibly with regard to the depicted motor model, a universal solution for almost all known rotary field machines can be created.
Wegen der voran dargestellten unbekannten wurde in vielen Anwendungsfällen ein sog. „Gesteuerter Betrieb” zum Anfahren oder beim reversieren durch Drehzahl Null eingeführt. Diese Betriebsart benötigt bei vielen Maschinen-Typen eine genaue Kenntniss des nötigen Anlauf Momentes das nötig ist anfahren zu können. Ist dieses Moment nicht bekannt, kann der Antrieb entweder durchgehen oder „kippen”. Beides kann Schäden an der angetriebenen Anlage hervorrufen und muss vermieden werden. Because of the unknown previously described, in many applications a so-called "controlled operation" was introduced for starting or reversing through zero speed. This operating mode requires a precise knowledge of the necessary start-up torque that is necessary for many machine types to approach. If this moment is not known, the drive can either go through or "tip over". Both can cause damage to the driven system and must be avoided.
Da die Steuerinformationen für den Stromrichter im Falle eines Direktumrichters aus dem Hauptflusswinkel abgeleitet werden, ist die Lage dieses Winkels sanft und sprungfrei zu führen. Deshalb wird die Nachführregelung (
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nun Bezug auf
Die Zeichnung
The
In der
Parallel zum Beobachter
Mittels des erfindungsgemäßen Einrichtung wird der Fehler einer fehlerbehafteten Drehzahl-Vorhersage mittels einer Modell-Drehzahl kompensiert. Somit erhält man eine Robuste feldorientierte Regeleinrichtung die für verschiedene Maschinen-Typen durch den Austausch des Maschinenmodells einsetzbar wird. Damit ist es nun möglich, den vollständig geregelten Betrieb mit aktivem Drehzahlregelkreis bis in den Frequenznullpunkt und zum Stillstand zu betreiben, der gesteuerte Betrieb kann entfallen.By means of the device according to the invention the error of a faulty speed prediction is compensated by means of a model speed. This results in a robust field-oriented control device that can be used for various machine types by replacing the machine model. Thus, it is now possible to operate the fully regulated operation with active speed control loop up to the frequency zero point and to a standstill, the controlled operation can be omitted.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2019482 A1 [0004] EP 2019482 A1 [0004]
- DE 102008058739 A1 [0004, 0011] DE 102008058739 A1 [0004, 0011]
- DE 102007003874 A1 [0006] DE 102007003874 A1 [0006]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- „DSP-Based speed adaptive flux observer” von Kubota und Matsuse im April 1993 [0009] Kubota and Matsuse's "DSP-Based Speed Adaptive Flux Observer" in April 1993 [0009]
- „Drehzahlregelung des Asynchronmotors unter Verwendung eines Beobachters mit geringer Parameterempfindlichkeit” von Zägelein (April 1984) [0009] "Asynchronous motor speed control using a low parameter sensitivity observer" by Zägelein (April 1984) [0009]
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE201220000091 DE202012000091U1 (en) | 2012-01-05 | 2012-01-05 | Device for controlling an induction machine on a direct converter up to zero speed |
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ID=46021707
Family Applications (1)
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DE201220000091 Expired - Lifetime DE202012000091U1 (en) | 2012-01-05 | 2012-01-05 | Device for controlling an induction machine on a direct converter up to zero speed |
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Cited By (1)
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2012
- 2012-01-05 DE DE201220000091 patent/DE202012000091U1/en not_active Expired - Lifetime
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Non-Patent Citations (2)
Title |
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"Drehzahlregelung des Asynchronmotors unter Verwendung eines Beobachters mit geringer Parameterempfindlichkeit" von Zägelein (April 1984) |
"DSP-Based speed adaptive flux observer" von Kubota und Matsuse im April 1993 |
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