DE2208994C3

DE2208994C3 - Method and arrangement for controlling the speed of an asynchronous motor connected to a frequency converter

Info

Publication number: DE2208994C3
Application number: DE19722208994
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Jazuk, Wladimir Grigorjewitsch; Petrenko, Wladimir Fedorowitsch; Istra, Moskowskoj oblasti (Sowjetunion)
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1976-10-14

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines an den Wechselrichter eines Frequenzumformers mit Gleichstromzwischenkreis angeschlossenen Asynchronmotors, mit Vorgabe der Frequenz der Motorspeisespannung von einem einstellbaren Frequenzgeber, dem zusätzlich ein Korrektursignal zur Verkleinerung von Selbstschwingungen des Asynchronmotors zugeführt ist.The present invention relates to a method and an arrangement for controlling the speed one connected to the inverter of a frequency converter with a DC link Asynchronous motor, with specification of the frequency of the motor supply voltage from an adjustable frequency generator, plus a correction signal to reduce the self-oscillations of the asynchronous motor is fed.

Ein solches Verfahren ist aus der schweizerischen Patentschrift 4 89 142 bekannt. Bei dieser bekannten Lösung wird dem die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters vorgebenden Frequenzgeber ein Korrektursignal zugeführt, das in einer Demodulatorstufe als ein der Geschwindigkeitsänderung der in der Motorspeiseleitung anstehenden Eingangsspannung des Motors proportionales Signal gewonnen wird. Hier wird also die Ausgangsspannung des Wechselrichters bzw. die Eingangsspannung des Motors differenziert und hieraus das Korrektursignal abgeleitet.Such a method is known from Swiss patent specification 4 89 142. With this well-known The solution is a correction signal to the frequency generator specifying the output frequency of the inverter fed, in a demodulator stage as one of the speed change in the motor feed line pending input voltage of the motor proportional signal is obtained. So here will the output voltage of the inverter or the input voltage of the motor is differentiated and from this the correction signal derived.

Im einzelnen besteht die Demodulationsstufe aus einem Dreiphasentransformator, einem nachgeschalteten Gleichrichter/dem wiederum ein Kondensator und ein Potentiometer nachgeschaltet sind. Aus dem hier abgegriffenen Signal wird, wenn das der Änderung des Wertes der Wechselspannung am Ausgang des Wechselrichters entsprechende Modulationssignal innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches liegt, dessen Grenzen an den Bedienknöpfen eines Bandpaß-Steuerschaltkreises einstellbar sind, das Korrektursignal abgeleitet, weiches im Sinne der Stabilisierung der Motor-Steuereinrichtung wirktIn detail, the demodulation stage consists of a three-phase transformer, followed by a downstream one Rectifier / which in turn is followed by a capacitor and a potentiometer. From here tapped signal is when the change in the value of the AC voltage at the output of the inverter corresponding modulation signal is within a predetermined frequency range whose Limits can be set at the control buttons of a bandpass control circuit, the correction signal is derived, soft acts in terms of stabilizing the engine control device

Ein erster Nächteil der bekannten Ausbildung hängt damit zusammen, daß Schwankungen der Spannung am Ausgang des Wechselrichters bzw. am Eingang des Motors nicht gleichbedeutend sein müssen mit dem Auftreten von Selbstschwingungen; sie können vielmehr auch bedingt sein durch eine wechselnde Belastung des Moiors, wenn z. B. das vom Motor abgenommene Drehmoment zyklisch schwankt. Wenn dieser Fall vorliegt, so muß es zu Schwankungen der Ausgangsspannung des Wandlers kommen, ohne daß jedoch eine Änderung der Ausgangsfrequenz angezeigtA first disadvantage of the well-known training depends together with the fact that fluctuations in the voltage at the output of the inverter or at the input of the Motor need not be synonymous with the occurrence of self-oscillations; rather, they can also be due to a changing load of the Moiors, if z. B. the one removed from the engine Torque fluctuates cyclically. If this is the case, there must be fluctuations in the output voltage of the converter come without a change in the output frequency being indicated

wäre.would.

Weiterhin fällt beim Auftreten von Selbstschwingungen die Phase der Änderung der Ausgangsspannung des Wechselrichters nicht zusammen mit der Phase der Änderung des vom Motor aufgenommenen Stroms, aus der sich auch die Phase der Änderung des Drehmoments und Her Drehzahl bestimmt. Wenn also die Spannungsändcrung (die Ableitung der Spannung nach der Zeit) zur Erzeugung des Korrektursignals für die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters dient, so wird die ses Signal mit einiger Verzögerung zum Generator gelangen, wodurch seine Wirkung beeinträchtigt wird. Es kann dabei in dynamischen Betriebszuständen zu erheblichen Abweichungen der Frequenz und der Drehzahl von den vorgegebenen Werten kommen, wodurch sich die Zettdauer des Übergangsbetriebs vergrößert. Außerdem können sich erhebliche Schwankungen der Auspangsfrequenz des Wechselrichters ungünstig auf die Schaltvorgänge in dem Umformer und im Motor auswirken.Furthermore, when self-oscillations occur, the phase of the change in the output voltage falls of the inverter does not coincide with the phase of change in the current drawn by the motor which also determines the phase of the change in torque and speed. So if the voltage change (the derivative of the voltage with respect to time) to generate the correction signal for the output frequency of the inverter is used, this signal will reach the generator with some delay, thereby impairing its effectiveness. It can be significant in dynamic operating states There are deviations in frequency and speed from the specified values, which means the tedder time of the transitional operation increases. There can also be significant fluctuations in the The output frequency of the inverter has an adverse effect on the switching processes in the converter and in the motor impact.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen stabilen Betrieb des. Asynchronmotors in einem breiten Bereich von Ausgangsfreuenz und -spannung zu gewährleisten, unabhängig davon, durch welche Ursache Selbstschwingungen angeregt werden.In contrast, the invention is based on the object of ensuring stable operation of the asynchronous motor in FIG ensure a wide range of output frequency and voltage, regardless of which one Cause self-vibrations are stimulated.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zwischenkreis einen L-C-Filter und der Wechselrichter eine Rückstromventilgruppe aufweist und daß das Korrektursignal ein der niederfrequenten Komponente der Änderung des Motorblindstromes proportionales Signal ist und in seiner maximalen Größe auf einen Wert begrenzt ist, der der Nennfrequenz des Motorschlupfes entspricht.Based on a method of the type described at the outset, this object is achieved according to the invention solved in that the intermediate circuit has an L-C filter and the inverter has a non-return valve group and that the correction signal is one of the low-frequency components of the change in the motor reactive current is proportional signal and is limited in its maximum size to a value that of the nominal frequency corresponds to the motor slip.

Bei diesem Verfahren dient zur Ableitung des Korrektursignals beim Auftreten von Selbstschwingungen, die verschiedener Art sein können, wie parametrische, ferroresonanzbedingte, lineare oder andere Schwingungen, die Blindstromkomponente (relative Komponente) des Laststroms, welche eindeutig und in zuverlässigster Weise eine Aussage über den betriebszustand des Motors — stabil oder instabil — gestattet. Dabei wird lediglich die niederfrequente Komponente herangezogen, welche kennzeichnend für die zu vermeidenden Selbstschwingungen ist und es kommt beiThis method is used to derive the correction signal when self-oscillations occur, which can be of various types, such as parametric, ferroresonance-related, linear or other vibrations, the reactive current component (relative component) of the load current, which is unambiguous and most reliable This allows a statement to be made about the operating state of the engine - stable or unstable. Only the low-frequency components are used, which are characteristic of the components to be avoided Self-oscillation is and it comes with

Änderungen der Ausgangsspannung des Wechselrichters oder bei Änderungen des Laststroms nicht zu einer Änderung der Ausgangsfrequenz, was auch erwünscht istChanges in the output voltage of the inverter or changes in the load current do not result in a Change the output frequency, which is also desirable

Die Begrenzung des Korrektursignals auf den durch die Nennfrequenz des Motorschlupfes bestimmten Pegel und die Addition dieses Korrektursignals zum Steuerungshauptsignal schließt die Gefahr aus, daß der Motorbetrieb bei dynamischen Zuständen von dem stabilen Abschnitt seiner Drehmoment-Drehzahl-Kertnlinie B'if den unstabilen Abschnitt übergehen könnte, was seinerseits dazu führen würde, daß die Motorverluste anwachsen und die Übergangsziistände verlängert wurden. The limitation of the correction signal to the level determined by the nominal frequency of the motor slip and the addition of this correction signal to the main control signal excludes the risk that the motor operation could pass over the unstable section in dynamic conditions from the stable section of its torque-speed curve B'if to the unstable section, which in turn would lead to the fact that the engine losses would increase and the transition times would be lengthened.

Zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ausgegangen von der bekannten Anordnung (CH-PS 4 89 142) mit einem an den Wechselrichter eines Frequenzumformers mit Gleichstromzwischenkreis angeschlossenen Asynchronmotor, mit einem einstellbaren Frequenzgeber, dem zusätzlich über eine einen Ä-C-Kreis aufweisende Differenziereinheit ein Korrektursignal zur Verkleinerung der Selbstschwingungen des Asynchronmotors zugeführt ist, wobei erfindungsgemäß vorgesehen sind:The known arrangement is used as the starting point for implementing the method according to the invention (CH-PS 4 89 142) with one to the inverter of a frequency converter with direct current intermediate circuit connected asynchronous motor, with an adjustable frequency generator, which also has a a differentiating unit having a λ-C circle a correction signal for reducing the self-oscillations of the asynchronous motor is supplied, the invention being provided:

Ein L-C-Filter im Gleichstromzwischenkreis, eine dem Wechselrichter zugeordnete Rückstromventilgruppe, ein die niederfrequente Blindstromkomponente erfassendes Meßglied, bestehend aus einem zwischen den gemeinsamen Anoden der Rückstromventilgruppe und der negativen Leitung des Zwischenkreises angeordneten Widerstand, dessen Spannungsabfall über einen Kondensator einem Trenntransformator zugeführt ist, die von der Ausgangsspannung des Transformators beaufschlagte Differenziereinheit, bestehend aus einem einphasigen Gleichrichter, einem weiteren L-C-Filter und dem fl-C-Kreis, dessen einstellbare Ausgangsspannung in Reihe geschaltet ist mit der Ausgangsspannung eines Sollwertgliedes für den Frequenzgeber. One L-C filter in the DC link, one Non-return valve group assigned to the inverter, a low-frequency reactive current component detecting measuring element, consisting of one between the common anodes of the non-return valve group and the negative line of the intermediate circuit arranged resistor, whose voltage drop over a capacitor is fed to an isolating transformer, which is derived from the output voltage of the transformer applied differentiating unit, consisting of a single-phase rectifier and another L-C filter and the fl-C circuit, its adjustable output voltage is connected in series with the output voltage of a setpoint element for the frequency generator.

Mit einer solchen Anordnung wird ein einwandfreies frequenzgesteuertes Anlassen des Motors bis zu beliebigen vorgegebenen Geschwindigkeiten, eine stufenlose Drehzahlsteuerung sowie eine frequenzgesteuerte oder dynamische Bremsung möglich. Die Genauigkeit der Konstanthaltung der Ausgangsspannung und Frequenz erreichen dabei 1 bis 2%, der Wirkungsgrad 0.8 bis 0,94 und der Leistungsfaktor 0,85.With such an arrangement, a flawless frequency-controlled starting of the engine is possible up to any specified speeds, a stepless speed control and a frequency-controlled or dynamic braking possible. The accuracy of keeping the output voltage and frequency constant achieve 1 to 2%, the efficiency 0.8 to 0.94 and the power factor 0.85.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die Zeichnung zeigt so das Blockschaltbild der Steueranordnung.The invention is explained below with reference to the description of an exemplary embodiment shown in the drawing further explained. The drawing thus shows the block diagram of the control arrangement.

Der Asynchronmotor 4 wird gespeist von einem Frequenzumformer mit Gleichstromzwischenkreis, der besteht aus einem Gleichrichter 6 und einem selbstgeführten Wechselrichter 10. Das Signal eines Blindstrommeßgebers 1 wird einer Differenziereinheit 3 zugeführt, in welcher das gepolte, zur niederfrequenten Komponente des Blindstroms bzw. der Blindleistung des Motors 4 proportionale Signal gebildet wird. Danach wird dieses Signal als ein Mitkopplungssignal zusammen mit dem Hauptsignal der Steuerung einem einstellbaren Frequenzgeber 5 zugeführt.The asynchronous motor 4 is fed by a frequency converter with a direct current intermediate circuit, which exists from a rectifier 6 and a self-commutated inverter 10. The signal from a reactive current sensor 1 is fed to a differentiating unit 3, in which the polarized, to the low-frequency component the reactive current or the reactive power of the motor 4 proportional signal is formed. After that, will this signal as a feedforward signal together with the main signal of the control an adjustable one Frequency generator 5 supplied.

Der beispielsweise nach einer Brückenschaltung aus Thyristoren aufgebaute Gleichrichter 6 ist an das Drehstromnetz angeschlossen und mit Hilfe einer Phasensteuerungseinheit 7 gesteuert, welche ein Hauptsignal liefert.The rectifier 6, which is made up of thyristors according to a bridge circuit, for example, is connected to the three-phase network connected and controlled with the aid of a phase control unit 7, which a main signal supplies.

Am Ausgang des Gleichrichters 6 ist ein Glättungsfilter angeordnet, das aus einer Drossel 8 und einem Kondensator 9 besteht, zu welchem der Wechselrichter 10 und eine Rückstromventilgnippe 11 parallel geschaltet sind. Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters wird vom Frequenzgeber 5 vorgegeben.At the output of the rectifier 6, a smoothing filter is arranged, which consists of a choke 8 and a capacitor 9 consists, to which the inverter 10 and a backflow valve gland 11 are connected in parallel are. The output frequency of the inverter is specified by the frequency generator 5.

Das Signal Ip des Gebers 1 wirkt auf die Differenziereinheit 3, deren Signal dann mit dem Steuersignal Un im Sollwertglied 12 addiert wird, welches die Betriebsfrequenz des gesteuerten Asynchronmotors bestimmt. The signal Ip of the encoder 1 acts on the differentiating unit 3, the signal of which is then added to the control signal Un in the setpoint element 12, which determines the operating frequency of the controlled asynchronous motor.

Die Differenziereinheit 3 kann beispielsweise aus einem einphasigen Gleichrichter 13 aufgebaut sein, an dessen Ausgang ein LC-Filter 14 und ein ÄC-Kreis 15 angeschlossen sind.The differentiating unit 3 can be constructed from a single-phase rectifier 13, for example the output of which is an LC filter 14 and an AC circuit 15 are connected.

Der Blindstromgeber 1 besteht aus einem Widerstand 16, der zwischen den gemeinsamen Anoden der Rückstromventilgruppe 11 und der negativen Leitung des Gleichstromzwischenkreises angeordnet ist, dessen Spannungsabfall über einen Kondensator einem Trenntransformator 17 zugeführt ist.The reactive current generator 1 consists of a resistor 16 between the common anodes of the Backflow valve group 11 and the negative line of the DC link is arranged, whose Voltage drop across a capacitor is fed to an isolating transformer 17.

Der Frequenzsollwertgeber 12 kann beispielsweise aus einem Potentiometer 18 bestehen.The frequency setpoint generator 12 can consist of a potentiometer 18, for example.

Im stationären Zustand fließt durch den am Ausgang der Rückstromventilgruppe 11 angeordneten Geber 1 des Blindstromes ein gleichgerichteter pulsierender Strom, wodurch am Ausgang der Differenziereinheit 3 kein zu der niederfrequenten Komponente des Blindstromes proportionales Signal auftritt, und die Frequenz des Wechselrichters nur von der Steuerspannung tAides Sollwertgebers 12 bestimmt wird.In the stationary state, it flows through the transmitter 1 arranged at the outlet of the non-return valve group 11 of the reactive current is a rectified pulsating current, which at the output of the differentiating unit 3 no signal proportional to the low-frequency component of the reactive current occurs, and the frequency of the inverter is only determined by the control voltage tAides setpoint generator 12.

Beim Auftreten der Selbstschwingungen ändert sich mit entsprechender Frequenz der Strom der Rückstromventile, was zu Schwingungen der Eingangsspannung des Wechselrichters und der Motorgeschwindigkeit führt. Bei gleichbleibender Frequenz des Wechselrichters kommt es zu kurzzeitigem Übergang in dem Generatorbetrieb mit Änderung des Vorzeichens des Drehmomentes und intensivem Bremsen des Motors. Dabei steigt die Spannung am Kondensator 9 infolge der Speicherung der Blindleistung der Belastung. Dann steigen infolge der Vergrößerung des Schlupfes der Strom und das Drehmoment des Motors und seine Geschwindigkeit fängt an zuzunehmen.When self-oscillations occur, the current of the non-return valves changes with a corresponding frequency, causing fluctuations in the input voltage of the inverter and the motor speed leads. If the frequency of the inverter remains the same, there is a brief transition in the Generator operation with a change in the sign of the torque and intensive braking of the motor. The voltage on the capacitor 9 increases as a result of the storage of the reactive power of the load. then As a result of the increase in slip, the current and torque of the motor and its speed increase begins to gain weight.

Die Einführung eines zusätzlichen zu der Ableitung der niederfrequenten Komponente des Blindstromes proportionalen Signals in den Stromkreis Jer Frequenzregulierung führt automatisch zum Aussetzen der Selbstschwingungen durch das Überführen des Motors aus dem Generatorbetrieb in den Motorbetrieb. Da das zusätzliche Signal von der Ableitung des Blindstromes abhängt, beeinflußt es in Keiner Weise die stationäre Frequenz und somit die Spannung des Asynchronmotors und wirkt lediglich stabilisierend.The introduction of an additional to the derivation of the low-frequency component of the reactive current proportional signal in the circuit Jer frequency regulation automatically leads to the suspension of the Self-oscillations due to the transfer of the engine from generator mode to engine mode. Since that additional signal depends on the derivation of the reactive current, it in no way affects the stationary Frequency and thus the voltage of the asynchronous motor and only has a stabilizing effect.

Die maximale Größe des zusätzlichen Signals beträgt einige Hundertstel der maximalen Steuerspannung und wird von der Schlußfrequenz des Motors best im ml.The maximum size of the additional signal is a few hundredths of the maximum control voltage and is best in ml.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method for controlling the speed of a connected to the inverter using a frequency converter DC link connected asynchronous motor, with specification of the frequency of the Motor supply voltage from an adjustable frequency generator, which is also supplied with a correction signal Reduction of self-oscillations of the asynchronous motor is supplied, thereby gekenn I show ηe.t that the 'intermediate circle is a L'C filter and the inverter have a non-return valve group and that the correction signal is one of the low-frequency components of the change the motor reactive current is proportional signal and in its maximum size to a value is limited, that of the internal frequency of the motor slip is equivalent to.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1 with a to the inverter a frequency converter with a DC link connected asynchronous motor, with an adjustable frequency generator, which also has a differentiating unit with an A-C circle a correction signal is supplied to reduce the self-oscillations of the asynchronous motor is characterized by an L-C filter in the DC link, one to the inverter (10) associated non-return valve group (11), one that detects the low-frequency reactive current component Measuring element, consisting of one between the common anodes of the non-return valve group (11) and the negative line of the intermediate circuit arranged resistor (16), whose The voltage drop across a capacitor is fed to an isolating transformer (17), which is controlled by the Output voltage of the transformer applied differentiating unit (3), consisting of a single-phase rectifier (13), a further L-C filter (14) and the Ä-C circuit (15). whose adjustable output voltage is connected in series with the output voltage of a setpoint element (12) for the frequency generator (5).

45