DE2627537C2 - Circuit arrangement for regulating the motor current in a three-phase three-phase motor fed by a converter - Google Patents
Circuit arrangement for regulating the motor current in a three-phase three-phase motor fed by a converterInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord- «> nung zur Regelung des Motorstromes bei einem über einen Umrichter gespeisten Drehstrommotor, bei dem der Wechselrichter nach dem Unterschwingungsverfahren getaktet ist und in einer Steuer- und Regeleinrichtung drei in Frequenz, Amplitude und Phasenlage dem r> Motorsollstrom entsprechende Steuerwerte gebildet werden und gemeinsam mit den Motoristwerten ersten Summierungspunkten zugeführt werden.The invention relates to a circuit arrangement tion for regulating the motor current in a three-phase motor fed by a converter, in which the inverter is clocked according to the undershoot method and in a control and regulation device three control values corresponding to the r> nominal motor current in terms of frequency, amplitude and phase position are formed and are fed to the first summation points together with the actual motor values.
Derartige Schaltungsanordnungen sind bekannt. Zum Beispiel zeigen die BBC-Nachrichten, Jan. 1966, auf den Seiten 44 bis 52, insbesondere in Bild 5, eine derartige Schaltungsanordnung, die im wesentlichen aus einer Stromsollwertquelle zur Erzeugung von Sollwerten für einen dreiphasigen Strom besteht. Dieser dreiphasige Strom wird mit Hilfe von Analog-Frequenz-Umsetzern, 4"> Sinusoszillatoren, Zerhackern, Multiplikatoren und Filtern in Abhängigkeit von vorgegebenen Drehzahlsoll- und Istwerten und zulässsigen Abweichungen, die von einer Schlupfregelung erfaßt werden, ertakt. Die Ausgangswerte der Stromsollwertquelle, die einzelnen r>o Stromsollwerte werden gemeinsam mit den entsprechenden Stromistwerten Vergleichspunkten zugeführt, in denen die Differenzwerte zwischen Stromsoll- und Istwert ertakt werden, die zur Nachregelung der Stromregler verwendet werden. Bei einer Zweipunktre- r'5 gelung des Sollstromes können als Stromregler sogenannte Gleichstrompulswandler verwendet werden. Während bei einer Zweipunktregelung sich die Pulsfrequenz für die Thyristoren drei einstellt, muß bei Anlagen mit analogen Verstärkern ein zusätzlicher <>o Oszillator vorgesehen sein, der die Pulsfrequenz vorgibt, die vorteilhaft an den Vergleichspunkten eingespeist wird. Die Steuerwerte werden durch diese vorgegebene Frequenz kontinuierlich unterbrochen, und die Thyristoren erlöschen. Sie können bei der folgenden Halbwelle h"> neu zünden.Such circuit arrangements are known. For example, the BBC-Nachrichten, Jan. 1966, on pages 44 to 52, in particular in Figure 5, show such a circuit arrangement which essentially consists of a current setpoint source for generating setpoints for a three-phase current. This three-phase current is clocked with the help of analog-frequency converters, 4 "> sine oscillators, choppers, multipliers and filters depending on specified speed setpoints and actual values and permissible deviations that are detected by a slip control. The output values of the current setpoint source, the each r> o current command values are supplied, together with the corresponding actual current values comparison points in which the difference values are ertakt between current setpoints and actual value, which are used for readjustment of the current regulator. in a Zweipunktre- r '5 gelung of the target current can be used as a current regulator so-called DC pulse converter While with a two-point control the pulse frequency for the thyristors three is set, in systems with analog amplifiers an additional oscillator must be provided, which specifies the pulse frequency that is advantageously fed in at the comparison points ese predetermined frequency is continuously interrupted and the thyristors go out. You can re-ignite at the next half-wave h ">.
Diese bekannte Steuer- und Regeleinrichtung stellt eine Stromregelung dar, da mit einer Spannungsregelung bei kleiner Frequenz mit normalem Gerateaufwand nicht die notwendige Genauigkeit erreicht werden kann. Bei höheren Frequenzen tritt eine Amplituden- und Phasenabweichung zwischen Soll- und Istwert des Motorstromes auf, die abhängig ist von der Belastung des Motors und von der erforderlichen Motorspannung, also von der Motordrehzahl. Die Amplitude des Motorstromes kann mit einfachen Mitteln korrigiert werden. Soll außer der Amplitude auch die Phasenlage des Motorstromes korrigiert werden, so ist dies bei den bisher bekannten Verfahren nur dadurch möglich, daß entweder Wirk- und Blindkomponente des Motorstromes erfaßt und getrennt geregelt werden oder eine Phasenregelung vorgesehen wird. Da diese Regelanordnung auch bei kleinen Frequenzen noch gute Regelergebnisse für die umrichtergespeisten Antriebe ergeben muß, ist ein erheblicher Aufwand zum Messen der Wirk- und Blindstromkomponenten bzw. des Motorstromes erforderlich. Andererseits wird eine große Regeldynamik gefordert, damit bei nicht vorhergesehener Störgrößen, wie sie beispielsweise in der Traktion bei Schleudern oder Bügelspringen auftreten können, ein schnelles Reagiere» des Drehmomentes möglich ist.This known control and regulating device represents a current regulation, since with a voltage regulation at a low frequency with normal equipment, the necessary accuracy is not achieved can be. At higher frequencies there is an amplitude and phase deviation between nominal and Actual value of the motor current, which depends on the load on the motor and on the required Motor voltage, i.e. the motor speed. The amplitude of the motor current can be adjusted with simple Means to be corrected. In addition to the amplitude, the phase position of the motor current should also be corrected are, so this is only possible in the previously known method that either active and Reactive components of the motor current can be detected and controlled separately or phase control is provided. Since this control arrangement still provides good control results for the Inverter-fed drives must result, is a considerable effort to measure the effective and Reactive current components or the motor current required. On the other hand, there will be a large dynamic range required in the event of unforeseen disturbance variables, such as those in traction during skidding or bow jumping can occur, a quick reaction »of the torque is possible.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, mit einfachen Mitteln die Motorstromregelung für einen umrichtergespeisten Asynchronmotor derart zu ergänzen, daß eine hohe Regeldynamik des umrichtergespeisten Drehstrommotors bei allen auftretenden Motorfrequenzen möglich ist.It is therefore the object of the invention to use simple means to regulate the motor current for a converter-fed Asynchronous motor to be supplemented in such a way that a high dynamic control of the converter-fed three-phase motor is possible at all occurring motor frequencies.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerwerte für den Motorsollstrom in Multiplikatoren mit einer Steuergröße für die Spannungsamplitude multipliziert werden und als Steuergrößen zweiten Summierpunkten gemeinsam mit einer in der Steuer- und Regeleinrichtung (Sollwertklammer) erzeugten dreieckförmigen Hilfsspannung und Ausgangsspannungen der ersten Summierpunkten zugeführt werden.According to the invention, this object is achieved in that the control values for the motor setpoint current in Multipliers are multiplied by a control variable for the voltage amplitude and used as control variables second summation points together with one in the control and regulation device (setpoint bracket) generated triangular auxiliary voltage and output voltages supplied to the first summing points will.
In vorteilhafter Weise werden bei niedriger Wechselrichter-Taktfrequenz sehr geringe Soll-Ist-Wertabweichungen des Motorstromes erzielt. Es können Werte von bisher nicht gekannter Genauigkeit erzielt werden. Durch die niedrig wählbare Taktfrequenz kann außerdem die Ausnutzung des Wechselrichters bei sehr guter Dynamik des Gesamtantriebes verbessert werden. Diese Vorteile ergeben sich durch das erfindungsgemäße Aufschalten der Steuergröße für die Spannungsamplitude, wodurch der Stromistwert gleich dem für den konstanten Flußvektor ψϊ des Motors errechneten Stromsollwert wird.Advantageously, at a low inverter clock frequency very low target / actual value deviations of the motor current achieved. There can be values can be achieved with previously unknown accuracy. Due to the low selectable clock frequency, In addition, the utilization of the inverter can be improved with very good dynamics of the overall drive. These advantages result from switching on the control variable according to the invention for the voltage amplitude, whereby the current actual value is the same as that calculated for the constant flux vector ψϊ of the motor Current setpoint is.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the method according to the invention is shown below with reference to the drawing explained in more detail.
Wie schon vorstehend erwähnt, werden in einer nicht dargestellten Steuer- und Regeleinrichtung folgende Steuergrößen gebildet:As already mentioned above, the following are used in a control and regulating device (not shown) Control variables formed:
1. für die Frequenz der Motorspannung bzw. des Motorstromes Vn,1. for the frequency of the motor voltage or the motor current Vn,
2. für die Phasenverschiebung_zwischen Motorspannung und Flußvektor νφί/ι/ψ2,2. for the phase shift between motor voltage and flux vector νφί / ι / ψ2,
3. für die Amplitude der Motorspannung Zu i,3. for the amplitude of the motor voltage Zu i,
4. für die Phasenverschiebung ^wischen Motorspannung und Motorstrom Κφ/|/ί7|,4. for the phase shift ^ between motor voltage and motor current Κφ / | / ί7 |,
5. für die Amplitude des Motorstromes Yn als Funktion der Motordrehzahl, Motortemperatur und dem Sollwert für das Drehmoment des Motors.5. for the amplitude of the motor current Yn as a function of the motor speed, motor temperature and the nominal value for the torque of the motor.
Die Steuergrößen Yf] und Y(pU\lipi werden der Sollwertquelle 1 zugeführt und die Steuergröße Yyl\IU\ dem Sollwertbestimmer.The control variables Yf] and Y (pU \ lipi are fed to the setpoint source 1 and the control variable Yyl \ IU \ to the setpoint determiner.
Die Steuergrößen für Frequenz, Phar.enlage und Amplitude des Motorstromes bzw. der Motorspannung werden über Funktionsgeber in der nicht dargestellten übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung gebildet Sie sind bei konstantem Flußvektor ψ2 eine Funktion des gewünschten Motordrehmomentes, der Motordrehzahl und der Motortemperatur. Diese Steuergrößen können in einer Schaltungsanordnung gebildet werden, wie sie in Bild 5 auf Seite 47 der BBC-Nachrichten, 1966, teilweise dargestellt istThe control variables for frequency, phar. Position and The amplitude of the motor current or the motor voltage are determined by function generators in FIG Superordinate control and regulation device formed. With a constant flux vector ψ2, they are a function the desired engine torque, engine speed and engine temperature. These control variables can be formed in a circuit arrangement as shown in Figure 5 on page 47 of the BBC News, 1966, is partially shown
Die Sollwertquelle 1 besteht beispielsweise aus einem Oszillator, der durch die Steuergrößen beeinflußt wird, einem Frequenzzähler und Digital-Analog-Wandlern.The setpoint source 1 consists, for example, of an oscillator that is influenced by the control variables, a frequency counter and digital-to-analog converters.
In dieser Sollwertquelle 1 werden drei um 120° verschobene Wechselspannungen R, S, Tmh konstanter Amplitude gebildet Die Frequenz dieser Spannungen entspricht der Frequenz /j der Motorspannung bzw. des Motorstromes. Auch die Phasenlage dieser Spannungen entspricht der Phasenlage der dreiphasigen Motorspannung. Die drei Sollwert-Wechselspannungen R, S, T werden einem Sollwertbestimmer 2 zugeführt Dieser besteht beispielsweise aus Sinus- und Cosinus-Funktionsgebern und Multiplikatoren. Als weitere Eingangsgröße wird die Steuergröße Yq>I\IU\ für die Phasenlage zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom dem Sollwertbestimmer 2 zugeführt. An seinem Ausgang stehen die drei um 120° versetzten Steuerspannungen R', S', T', die alle die gleiche Höhe haben, zur Verfügung.In this setpoint source 1, three alternating voltages R, S, Tmh of constant amplitude shifted by 120 ° are formed. The frequency of these voltages corresponds to the frequency / j of the motor voltage or the motor current. The phase position of these voltages also corresponds to the phase position of the three-phase motor voltage. The three setpoint alternating voltages R, S, T are fed to a setpoint determiner 2. This consists, for example, of sine and cosine function generators and multipliers. The control variable Yq> I \ IU \ for the phase position between the motor voltage and the motor current is fed to the setpoint value determiner 2 as a further input variable. The three control voltages R ', S', T ', which are offset by 120 ° and all have the same level, are available at its output.
Die dem Sollwertbestimmer 2 nachgeschalteten Multiplikatoren 6, 7,8 werden mit den in der Amplitude gleichen Steuerspannungen /?', 5', Tals Sollwert für den Motorstrom beaufschlagt. In den Multiplikatoren werden diese Spannungen mit der Steuergröße V/1 für den Motorstrom multipliziert und somit die gewünschten Sollwerte dei Motorströme stetig erzeugt Diese Sollwerte der Motorströme W,ir, Wj\& VV/ir sind an den Ausgängen der drei Multiplikatoren 6, 7, 8 abgreifbar. In den Vergleichspunkten 12,13,14 wird der Sollwert des jeweiligen Motorstromes mit dem Istwert verglichen. Die zugeführten Istwerte der Ströme sind mit X-, ι R, Χ, is, Xi ι rbezeichnetThe multipliers 6, 7, 8 connected downstream of the setpoint determiner 2 have the same amplitude control voltages /? ', 5', valley applied as the setpoint for the motor current. In the multipliers these voltages are multiplied by the control parameter V / 1 for the motor current thus the desired setpoints dei motor currents steadily generated These target values of the motor currents W, Ir, W j \ VV / e are at the outputs of the three multipliers 6, 7, 8 can be tapped. In comparison points 12, 13, 14, the setpoint value of the respective motor current is compared with the actual value. The actual values of the currents supplied are denoted by X-, ι R, Χ, is, Xi ι r
Die Soll-Ist-Differenz der Ströme wird auf die Summenpunkte 9,10,11 geführt, auf die ebenfalls die in der Sollwertquelle 1 gebildete dreieckförmige Hilfsspannung VVgelegt wird. Die dreieckförmige Hilfsspannung bestimmt die Taktfrequenz des Wechselrichters.The target / actual difference of the currents is based on the Total points 9,10,11, to which the in the setpoint source 1 formed triangular auxiliary voltage VV is applied. The triangular auxiliary voltage determines the clock frequency of the inverter.
Die Ausgänge der Summenpunkte 9, 10, 11 sind mit Komparatoren 15,16,17 verbunden. Diese Komparatoren
erfaßten ob die jeweilige Differenz des Motorsollstromes, z. B. WnR, des Motoriststromes, z. B. X-,\r und
der dreieckförmigen Hilfsspannung Yt positives oder
negatives Potential aufweist.
Die mit steigender Motorspannung größer werdendeThe outputs of the sum points 9, 10, 11 are connected to comparators 15, 16, 17. These comparators detected whether the respective difference in the desired motor current, z. B. WnR, the actual motor current , z. B. X -, \ r and the triangular auxiliary voltage Yt has positive or negative potential.
The one that increases with increasing motor voltage
Abweichung zwischen Stromsollwert und Siromistwert könnte zwar grundsätzlich über einen Strombetrags-Regelkreis und einen Phasen-Regelkreis kompensiert werden — sofern die Zusammenhänge bekannt sind, könnte eine Korrektur auch gesteuert erfolgen — beide Verfahren sind aber schwer handhabbar und mit Rücksicht auf die auch bei kleiner Motorfrequenz geforderte hohe Regeidynamik des Drehstrommotors S2hr aufwendig.The deviation between the nominal current value and the actual Sirom value could in principle be controlled by a current amount control loop and a phase control loop are compensated - provided the relationships are known, a correction could also take place in a controlled manner - but both methods are difficult to handle and with Consideration of the high control dynamics of the three-phase motor, which is required even at low motor frequencies S2hr time-consuming.
Erfindungsgemäß wird deshalb eine Störgrößenaufschaltung vorgenommen. Hierzu werden die drei um 120° verschobenen Wechselspannungen R, S, T, die in der Sollwertquelle 1 gebildet werden, mit der Steuergröße Zu\ für die Amplitude der Motorspannung in den Multiplikatoren 3,4,5 multipliziert. Die Steuergröße Zui wird in einem in der Figur nicht dargestellten Block gebildet und zwar aus der gewünschten Motorspannung und anderen Motorgrößen für ein bestimmtes Drehmoment. Diese Steuergröße Zui wird den Multiplikatoren 3, 4, 5 zugeführt Aus den Istwerten der Motorspeisespannung R, S, T, die in der Sollwertquelle 1 nachgebildet werden und in Frequenz und Phasenlage mit den echten Motorspannungen übereinstimmen, aber eine konstante Amplitude aufweisen, werden durch Multiplikation der Steuergröße mit Zu ι der errechneten Amplitude der Motorspeisespannung am Ausgang der Multiplikatoren 3,4,5 drei um 120° phasenverschobene Spannungen Zu ir, Zu is, Zu \t gebildet, die in Frequenz und Phasenlage mit den meßbaren Motorspeisespannungen übereinstimmen. Diese Spannungen werden den Summenpunkten 9, 10, 11 zugeführt und stellen, wenn die Differenz des Motor-Ist- und Sollstromes gleich Null ist, über den Wechselrichter die für die Drehzahl und die Belastung des Motors (für TJ>?=konst) erforderliche Motorspannung ein. Nach den Summierpunkten 9, 10, 11 sind, wie bereits oben beschrieben, die Komparatoren 15, 16,17 angeordnet, in denen eine Bewertung des Potentials der Ausgangswerte oder Summierpunkte vorgenommen wird. Die Ausgänge der Komparatoren werden auf den in der Figur nicht gezeigten Wechselrichter geführt.According to the invention, a disturbance variable is therefore added. For this purpose, the three alternating voltages R, S, T, shifted by 120 °, which are formed in the setpoint source 1, are multiplied by the control variable Zu \ for the amplitude of the motor voltage in the multipliers 3, 4, 5. The control variable Zui is formed in a block not shown in the figure, namely from the desired motor voltage and other motor variables for a specific torque. This control variable Zui is fed to the multipliers 3, 4, 5. From the actual values of the motor supply voltage R, S, T, which are simulated in the setpoint source 1 and which correspond in frequency and phase with the real motor voltages, but have a constant amplitude, are multiplied the control variable with Zu ι the calculated amplitude of the motor supply voltage at the output of the multipliers 3, 4, 5 three voltages Zu ir, Zu is, Zu \ t which are phase-shifted by 120 ° and which correspond in frequency and phase position to the measurable motor supply voltages. These voltages are fed to the sum points 9, 10, 11 and, when the difference between the actual and nominal motor current is zero, the inverter provides the motor voltage required for the speed and the load on the motor (for TJ>? = Const) a. After the summing points 9, 10, 11, as already described above, the comparators 15, 16, 17 are arranged, in which an assessment of the potential of the output values or summing points is carried out. The outputs of the comparators are fed to the inverter, which is not shown in the figure.
Eine theoretisch denkbare, einfache Messung der Motorspeisespannungen und Rückführung in das Regelsystem ist aufgrund von unerwünschten Ober-Schwingungen und der damit bei der Siebung verbundenen Phasenverschiebung nur schlecht möglich. Erfindungsgemäß werden deshalb aus den vorliegenden Motordaten und über Istwerterfassungseinrichtungen rechnerisch die Amplitude ermittelt und der Regelung aufgeschaltet. Es wird dadurch erreicht, daß stationär die Abweichung zwischen Motorstromsoll- und -istwert sehr klein wird und damit eine optimale Regeldynamik des Antriebes erzielt wird. Eine Begrenzung der Regeldynamik des Antriebes erfolgt jetzt nur noch durch die Totzeiten, die durch die endliche Wechselrichtertaktfrequenz hervorgerufen werden.A theoretically conceivable, simple measurement of the motor supply voltages and feedback into the The control system is due to undesirable harmonics and the associated sieving Phase shift only poorly possible. According to the invention are therefore from the present Motor data and the amplitude calculated using actual value acquisition devices and the control activated. It is achieved that the deviation between the motor current setpoint and actual value is stationary becomes very small and thus an optimal control dynamics of the drive is achieved. A limitation of the The control dynamics of the drive now only takes place through the dead times that result from the finite inverter clock frequency be evoked.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OD | Request for examination | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: BBC BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ASEA BROWN BOVERI AG, 6800 MANNHEIM, DE |
|
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |