DE3147975A1 - Method for controlling and regulating an asynchronous machine - Google Patents
Method for controlling and regulating an asynchronous machineInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Steuerung und Regelung einerMethod for controlling and regulating a
Asynchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff- der vorliegenden Patentanmeldung.Asynchronous machine The invention relates to a method according to the preamble of the present patent application.
Zweck der Erfindung ist es, das von einem Wechselrichter z.B. mit Gleichspannungseinprägung erzeugte Drespannungssystem zur Speisung der Asynchronmaschine so nach Betrag und Frequenz zu steuern, daß das von der Maschine abgegebene Drehmoment im gesamten Drehzahlstellbereich gleich dem Sollwert ist und insbesondere bei Ausgleichsvorgängen möglichst schnell aperiodisch einschwingt.The purpose of the invention is that of an inverter e.g. with DC voltage impression generated D voltage system for supplying the asynchronous machine to be controlled according to amount and frequency that the torque delivered by the machine is equal to the setpoint in the entire speed setting range and especially during compensation processes settles aperiodically as quickly as possible.
Es'ist nach Heumann/Stumpe (Thyristoren, Teubner-Verlag, 2. Auflage 1970, Seite 257 ff) eine Anordnung zur Steuerung und Regelung einer Asynchronmaschine mittels eines Wechselrichters bekannt, bei der einerseits die Zündbefehle für die Thyristoren des Wechselrichters in Abhängigkeit-der Regelab- weichung zwischen.Soll- und Istdrehzahl der Asynchronmaschine bestimmt werden und andererseits der Ständerstrom der Asynchronmaschine auf einen von der Läuferfrequenz C02 abhängigen konstanten Wert geregelt wird. Dadurch wird der Nagnetisierungsstrom und damit der Betrag des Blußrauzzeigers unabhängig v.on der Motordrehzahl konstant gehalten. Die Vorgabe der Läuferfrequenz erfolgt in der Weise, daß die Drehfrequenz uvn n mit einem Uachogenerator auf der Welle des Motors erfaßt und zu ihr die gewünschte Läuferfrequenz w2 addiert (Motorbetrieb) bzw. subtrahiert (Generatorbetrieb) wird. Die Vorgabe der Läuferfrequenz w2 und des Ständerstromes entspricht einer Vorgabe des vom Motor abzugebenden Drehmomentes. Ein wesentlicher Nachteil dieses einfachen Regelkonzeptes ist die starke Pendelung des Fluß- und Ständerstromraumzeigers bei Verstellung der Läuferfrequenz. Dies führt im Ubergangsbereich und bei Laständerungen zu unerwünschten, starken Drehmomentschwankungen.It is according to Heumann / Stumpe (Thyristors, Teubner-Verlag, 2nd edition 1970, page 257 ff) an arrangement for controlling and regulating an asynchronous machine known by means of an inverter, in which, on the one hand, the ignition commands for the Thyristors of the inverter depending on the control deviation softening between the target and actual speed of the asynchronous machine and on the other hand the stator current of the asynchronous machine to a dependent on the rotor frequency C02 constant value is regulated. As a result, the magnetization current and thus the The amount of the Blußrauz pointer kept constant regardless of the engine speed. The rotor frequency is specified in such a way that the rotational frequency uvn n detected with a Uachogenerator on the shaft of the motor and to her the desired Rotor frequency w2 is added (motor operation) or subtracted (generator operation). The specification of the rotor frequency w2 and the stator current corresponds to a specification the torque to be output by the motor. A major disadvantage of this simple The control concept is the strong oscillation of the flux and stator flow space vector Adjustment of the rotor frequency. This leads in the transition area and with load changes undesired, strong torque fluctuations.
Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Regelverfahren anzugeben, bei dem die Pendelungen des Fluß- und Ständerstromraumzeigers beseitigt werden.The invention is based on the object to be as simple as possible Specify the control method in which the oscillations of the flux and stator current space vector be eliminated.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches aufgeführten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the in the characterizing part of the Patent claim listed features solved.
Die Lösung besteht also darin, daß die Ständerfrequenz col von einem Stromregler in Abhängigkeit vom Augenblickswert des Wirkstromes, der zum Beispiel beim Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis mit dem Zwischenkreisstrom identisch ist, verstellt wird und daß die Ständerspannung, die nur der Zwischenkreisgleichspannung proportional ist, zur Eonstandhaltung des Flußbetrages nahezu drehfrequenzproportional nachgeführt wird. lurch diese Xombination von Steuer- und Regelverfahren ist gewährleistet, daß die zu einer Drehmo- mentverstellung erforderliche Wirkleistungsverstellung geregelt erfolgt, wodurch Wirkleistungspendelungen vermieden werden können.The solution is that the stator frequency col of a Current controller depending on the instantaneous value of the active current, for example Identical to the DC link current for converters with a DC link is adjusted and that the stator voltage, which is only the DC link voltage is proportional, to the maintenance of the flow rate is almost proportional to the frequency of rotation is tracked. This combination of control and regulation procedures ensures that that the to a torque adjustment required active power adjustment regulated, whereby active power swings can be avoided.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher beschrieben.The method according to the invention is described below Embodiment described in more detail with reference to the drawing.
Es zeigt die Fig. 1 das grundsätzliche Prinzip des erfin&ungsgemäßen Verfahrens und die die Fig. 2 eine Ausführung, die einen Umkehrstromrichter mit folgendem Zwischenkreis aufweist.1 shows the basic principle of the invention Method and FIG. 2 shows an embodiment that uses a reversing converter has the following intermediate circuit.
Die Asynchronmaschine 1 wird vom Wechselrichter 2 gespeist.The asynchronous machine 1 is fed by the inverter 2.
Dieser erhält seine elektrische Energie aus einer Gleichspannungsquelle 3 und wird vom Steuergerät 4 angesteuert.This receives its electrical energy from a DC voltage source 3 and is activated by control unit 4.
Es erfolgt eine Spannungsverstellung der Eingangs spannung gemäß dem im Multiplizier= und Addierglied 5 aus CG Y und IosR1 durch Summation gebildeten Wert der Ständerspannung U wobei w 1 die Ständerfrequenz, yf der Blußsollwert, Io der Leerlaufstrom und R1 der Ständerwiderstand ist. Liegt eine konstante Spannung am Eingang des Wechselrichters, so wird für diesen ein Pulswechselrichter benutzt, dessen Pulsen (über das Steuergerät 4) die Amplitude der Phasenspannung der Maschine nach der Beziehung verstellt.There is a voltage adjustment of the input voltage according to the value of the stator voltage U formed by summation in the multiplier = and adder 5 from CG Y and IosR1, where w 1 is the stator frequency, yf is the target value, Io is the no-load current and R1 is the stator resistance. If there is a constant voltage at the input of the inverter, a pulse-controlled inverter is used for this, the pulses of which (via the control unit 4) correspond to the amplitude of the phase voltage of the machine according to the relationship adjusted.
Der Leerlaufstrom Io kann dabei nach der Beziehung mit L1 : Ständerinduktivität, iww = Sollwert des Wirkstroms, gebildet werden.The no-load current Io can be according to the relationship with L1: stator inductance, iww = target value of the active current.
Die Ständerfrequenz C1 wird von einem Wirkstromregler 6 so eingestellt, daß die Regelabweichung a iw = iww (Wirkstromsollwert) - iWX (Wirkstromistwert) im eingeschwungenen Zustand Null ist. Zur Verbesserung des dynamischen Verhaltens kann eine Vorsteuerung der Ständerfrequenz w1 durch Aufschaltung der mit Hilfe eines Tachogenerators 7 gemessenen Drehfrequenz wn erfolgen.The stator frequency C1 is set by an active current controller 6 so that that the control deviation a iw = iww (active current setpoint) - iWX (active current actual value) is zero in the steady state. To improve dynamic behavior can be a precontrol of the stator frequency w1 by connecting the with the help of a Tachometer generator 7 measured rotational frequency wn take place.
Aus dem Sollwert des Wirkstromes iww, der dem Drehmoment Msoll proportional (Proportionalglied 8) ist, kann durch Multiplikation im Multiplizierer 9 mit dem Läuferwiderstand R2 nach Division durch den konstanten Fluß # eine Läufersollfrequenz w2 bestimmt und zur Vorsteuerung aufgeschaltet werden. Der Wirkstromregler 6 greift im stationären Fall bei notwendigen Korrekturen ein und sorgt bei dynamischen Verstellungen des Drehmomentes für die notwendigen Phasenlagenänderungen, die gegenüber einer gleichmäßigen Drehung auftreten.From the setpoint of the active current iww, which is proportional to the torque Msoll (Proportional term 8) can be multiplied by the multiplier 9 by the Rotor resistance R2 after division by the constant flux # a rotor target frequency w2 can be determined and switched on for precontrol. The active current regulator 6 takes effect in the stationary case if corrections are necessary and takes care of dynamic adjustments of the torque for the necessary phase position changes, which compared to a uniform rotation occur.
In Fig. 2 ist die Gleichspannungsquelle 3 aus Fig. 1 durch einen an das Netz N angeschlossenen Umkehrstromrichter 11 realisiert, der über eine Glättungsdrossel 12 den Zwischenkreiskondensator 13 speist. Die Kondensatorspannung udx wird von einem Spannungsregler 14, der den Stromsollwert für den unterlagerten Stromregelkreis 15 vorgibt, auf den aus der Ständerfrequenz co1 mittels Kennlinienglied 16, das in seiner Funktion dem Multiplizier- und Addierglied 5 gemäß Fig. 1 entspricht, gebildeten Spannungssollwert Udw geregelt. Dem Stromregelkreis 15 ist ein Steuergerät 15a nachgeschaltet, das die Zündimpulse für Umkehrstromrichter 11 liefert.In FIG. 2, the DC voltage source 3 from FIG. 1 is connected by a the network N connected inverter 11 implemented, which has a smoothing choke 12 feeds the intermediate circuit capacitor 13. The capacitor voltage udx is from a voltage regulator 14, which sets the current setpoint for the subordinate current control loop 15 pretends to be based on the stator frequency co1 by means of characteristic element 16, the in its function according to the multiplier and adder 5 Fig. 1 corresponds to the formed voltage setpoint Udw regulated. The current control circuit 15 a control unit 15a is connected downstream, which generates the ignition pulses for reversing converters 11 supplies.
Die Asynchronmaschine 17 mit angekoppeltem Tachogenerator 18 wird vom Wechselrichter 19 gespeist. Am Eingang des Wechselrichters wird der Wirkstromistwert iwx gemessen und mit dem Wirkstromsollwert iww verglichen, der vom Drehzahlregler 20, dem die Dif-ferenz eines Drehzahlsollwertes c',w und des Drehzahlistwerteswn zugeführt wird, vorgegeben wird. Aus der Regelabweichung (i w -iwx) bildet der Wirkstromregler 21 die Läuferfrequenz CJ1- Durch Addition mit dem Drehzahlistwert con und der Läufersollfrequenz a, 2 wird die Ständerfrequenz c»1 gebildet und in einem Steuergerät 22 in geeigneter Weise in Zündimpulse umgewandelt, die die löschbaren Ventile des Wechselrichters, der in polender Betriebsweise arbeitet, ansteuern.-Eine Anwendung des Verfahrens ist auch bei einem Umrichter, der mit konstanter Zwischenkreisspannung arbeitet und polend und pulsend die Spannung an der Maschine verstellt, denkbar.The asynchronous machine 17 with coupled tachometer generator 18 is fed by the inverter 19. The active current actual value is at the input of the inverter iwx measured and compared with the active current setpoint iww, that of the speed controller 20, to which the difference between a speed setpoint c ', w and the actual speed value wn is supplied, is specified. The active current controller forms the control deviation (i w -iwx) 21 the rotor frequency CJ1- by adding the actual speed value con and the rotor setpoint frequency a, 2, the stator frequency c >> 1 is formed and in a control unit 22 in a suitable manner Converted into ignition pulses, which the erasable valves of the inverter, who works in the polishing mode of operation. -An application of the method is also the case with an inverter that works with a constant DC link voltage and changing the voltage on the machine in a polarizing and pulsing manner is conceivable.
In diesem Fall ist der Zwischenkreisstrom nicht mehr identisch mit dem Wirkstrom der Maschine. Dieser ist allerdings durch Messung der Maschinenstrangströme und Phasenspannungen leicht zu ermitteln. Das gleiche gilt für weitere Umrichtertypen wie z.B. den Direktumrichter.In this case the intermediate circuit current is no longer identical to the active current of the machine. However, this is due to the measurement of the machine train currents and phase voltages can be easily determined. The same applies to other inverter types such as the direct converter.
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Claims (5)
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DE19813147975 DE3147975A1 (en) | 1981-12-01 | 1981-12-01 | Method for controlling and regulating an asynchronous machine |
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DE19813147975 DE3147975A1 (en) | 1981-12-01 | 1981-12-01 | Method for controlling and regulating an asynchronous machine |
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DE3147975C2 (en) | 1993-05-27 |
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