DE3320004A1 - Method for pulsing the current of an invertor for supplying a rotating-field machine in the starting range - Google Patents

Method for pulsing the current of an invertor for supplying a rotating-field machine in the starting range

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DE3320004A1 DE19833320004 DE3320004A DE3320004A1 DE 3320004 A1 DE3320004 A1 DE 3320004A1 DE 19833320004 DE19833320004 DE 19833320004 DE 3320004 A DE3320004 A DE 3320004A DE 3320004 A1 DE3320004 A1 DE 3320004A1
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Abstract

In a method for pulsing the current of the invertor, which is driven in a three-phase bridge circuit, of a converter having a DC intermediate circuit for supplying a rotating-field machine in the starting range, which machine is operated in a torque-controlled manner at a variable speed, a reference function being compared with a triangular-waveform sampling function and, depending on the mathematical sign obtained, with a duty ratio which is dependent on the phase angle of the desired current value vector, control signals being released for the thyristors of two branches, which alternate in the current flow, of one bridge half of the invertor for the inlet flow and reverse flow alternately, while the thyristor of one branch of the other bridge half of the invertor is turned on continuously for the return flow or the inlet flow during a phase-angle interval of 60 DEG of the desired current value vector, the object exists of achieving a rotation of the actual current value vector which is as uniform as possible with an identical vector length of the determined vector. This is achieved in that a non-linear function: <IMAGE> where psi w = psi w (t) = phase angle of the desired value vector is used as a reference function for in each case 60 DEG , the sampling function (D( psi t)) representing a preferably triangular function, varying linearly between 0 and 1 and the intermediate circuit id being modulated in this rotation cycle interval of 60 DEG in accordance with the relationship <IMAGE> by controlling the rectifier on the network-side invertor of the converter.

Description

Verfahren zur Strompulsunq eines WechselrichtersProcedure for current pulsing of an inverter

zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.for supplying an induction machine in the start-up area. The invention relates to a method according to the preamble of the claim.

Zweck der Erfindung ist die Vermeidung von störenden niederfrequenten DrehmomentpulsatiDnen im Anfahrbereich einer Drehfeldmaschine.The purpose of the invention is to avoid disruptive low frequencies Torque pulsation in the starting area of an induction machine.

Bekannt ist ein drehwinkelabhängiges Pulsverfahren mit optimalen Mustern.A rotation angle-dependent pulse method with optimal patterns is known.

Bei diesem Verfahren wird die Ständeidurchflutung der Maschine in Abhängigkeit vom Winkel zwischen Ständerstromsollwertzeiger und Ständerwicklungsachse gesteuert. Da nur eine beschränkte Zahl diskreter Winkel für den Ständerstromistwertzeiger realisierbar ist, wird bei laufendem Sollwertwinkel zur Mittelung eine Pulsung zwischen benachbarten einstellbaren I)urchflutungen vorgenommen. In der Dissertation RWTH Aachen, 1979 von W. Lienau "Untersuchung eines stromeinprägenden Wechselrichters, der zur Speisung einer frecjuenzgesteuerten Asynchronmaschine in einem Bahnantrieb geeignet ist" wird detailliert über verschiedene Taktarten (9-,7-,5-, 3-erTakt) berichtet, mit denen sich die niedrigen Harmonischen in den gepulsten Strömen weitgehend unterdrücken lassen Die Realisierung dieses Verfahrens ist erschwert für sehr niedrige Umlaufgeschwindigkeiten des Ständerstromsollwertzeigers, da dies sehr hohe Taktzahlen erforderte.With this procedure, the flow of the booth in the machine is measured in Dependence on the angle between the stator current setpoint pointer and the stator winding axis controlled. There is only a limited number of discrete angles for the stator actual value pointer can be realized, a pulsing between Adjacent adjustable I) floods made. In the dissertation RWTH Aachen, 1979 by W. Lienau "Investigation of a current-impressing inverter, for feeding a frequency-controlled asynchronous machine in a rail drive is suitable "is detailed about different time types (9-, 7-, 5-, 3-time) reports that deal with the low harmonics in the pulsed Suppressing currents to a large extent The implementation of this method is difficult for very low circumferential speeds of the stator current setpoint pointer, as this required very high cycle rates.

Insbesondere bei Stillstand des Stromistwertzeigers auf einem Zwischenwert der diskreten realisierbaren Winkel arbeitet dieses winkelabhängige Verfahren unzureichend, da kein Wechsel zwischen den einstellbaren Durchflutungszuständen mehr stattfindet. Es muß auf zeitabhängige Pulsung übergegangen werden.Especially when the current actual value pointer is at an intermediate value of the discrete realizable angle, this angle-dependent method does not work adequately, since there is no longer any change between the adjustable flow conditions. A change must be made to time-dependent pulsing.

Bei diesem Verfahren mit zeitabhängiger Pulsung wird aus den winkel abhängig vorgegebenen Durchflutungsanteilen pro Pulszyklus in konstanten Zykluszeiten die gewünschte mittlere Durchflutung zusammengesetzt. Die konstanten Pulszykluszeiten ermöglichen auch die Stellung von strom mittelwerten bei Stillstand des Sollwertzeigers.With this method with time-dependent pulsing, the angle depending on specified flow rates per pulse cycle in constant cycle times the desired mean flow rate composed. The constant pulse cycle times enable the setting of current mean values when the setpoint pointer is stationary.

Zu den Verfahren mit zeit abhängiger Pulsung gehört das bekannte Verfahren mit Winkelmodulation, um bei sehr niedrigen Ausgangs frequenzen des Stromrichters eine Kurzzeitmittlung der Durchflutungszustände beim Stromweiterschalten durchzuführen.The well-known method is one of the methods with time-dependent pulsing with angle modulation in order to achieve very low converter output frequencies carry out a short-term averaging of the flow conditions when switching the current.

Die Aufteilung der Durchflutungszustände wird durch Vergleich einer linearen, vom Drehwinkel des Stollwerts abhängigen Referenzfunktion mit einer dreiecksförmigen, zeitabhängigen Abtastfunktion durchgeführt; je nach gewonnenem Vorzeichen werden mit vom Drehwinkel des Stromsollwertzeigers abhängigem Tastverhältnis Steuersignale für die Thyristoren zweier sich im Stromfluß abwechselnder Zweige einer Brückenhälfte des Wechselrichters für den Zustrom bzw. Rückstrom alternierend freigegeben werden, während der Thyristor eines Zweiges der anderen Brückenhälte des Wechselrichters für den Rückstrom bzw. Zustrom während eines Drehwinkelintervalls von 600 des Stromsollwertzeigers dauernd gezündet ist.The division of the flood conditions is made by comparing a linear reference function dependent on the angle of rotation of the setpoint with a triangular, time-dependent sampling function performed; depending on the sign obtained with duty cycle control signals dependent on the angle of rotation of the current setpoint pointer for the thyristors of two branches of one half of the bridge that alternate in the current flow of the inverter are released alternately for the inflow and reverse current, while the thyristor of one branch of the other bridge half of the inverter for the return flow or inflow during a rotation angle interval of 600 of the current setpoint pointer is continuously ignited.

Bei diesem Verfahren kommt es jedoch zu Schwankungen des Amplitudenwertes des Stromistwertzeigers gegenüber dem Stromsollwertzeiger.With this method, however, there are fluctuations in the amplitude value of the current actual value pointer compared to the current setpoint pointer.

Folge dieser Schwankungen des Stromistwertzeigers gegenüber dem Sollwertzeiger und dem auch nahezu gleichförmig umlaufenden Fluß sind Drehmomentpulsationen mit den Vielfachen der 6-fachen Ständerdrehfrequenz bei einem 6-fachen Strangwechsel pro Periode.The consequence of these fluctuations in the current actual value pointer compared to the setpoint pointer and the almost uniformly circulating flux are also torque pulsations multiples of 6 times the stator rotation frequency with a 6-fold strand change per period.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem durch eine geeignete Kurzzeitmittlung von möglichen Stromistwertzeigern eine möglichst gleichförmige Drehung dieses Zeigers bei gleicher Zeiger länge des gemittelten Zeigers erreicht wird.The invention is based on the object of a method of the above specified type, in which by a suitable short-term averaging of possible Current actual value pointers ensure that this pointer rotates as uniformly as possible with the same Pointer length of the averaged pointer is reached.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.According to the invention, this object is achieved by the in the characterizing part of the Claim listed process steps solved.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.The method according to the invention is described below Embodiment explained in more detail with reference to the drawing.

Es zeigt die Fig. 1 die Grundschaltung eines Umrichters mit Gleichstrom-Zwischenkreis mit Steuerung und Regelung zur Speisung einer Drehfeldmaschine, die Fig.2a die Funktionsverläufe der zeitabhängigen Abtsstfunktion D(t) und der drehwirkelabhängigen Referenzfunktion b(cPw) gemäß der Erfindung, die Fig. 2b die Stromflußbereiche der Stromrichterzweige, die Fig. 2c die Ein- und Ausgangsstromverläufe des Stromrichters und die Fig. 2d eine Darstellung der Stromistwert zeiger.1 shows the basic circuit of a converter with a direct current intermediate circuit with open-loop and closed-loop control for feeding a rotating field machine, FIG. 2a shows the function curves the time-dependent Abtsstfunktion D (t) and the torsional action dependent reference function b (cPw) according to the invention, FIG. 2b shows the current flow regions of Converter branches, FIG. 2c the input and output current curves of the converter and FIG. 2d shows the current actual value pointer.

Der Umrichter zur Ständerstromspeisung der Drehfeldmaschine A besteht entsprechend Fig. 1 aus einem konventionellen Netzstromrichter G in Drehstrombrückenschaltung und einem prinzipiell gleichartigen Maschinenstromrichter W, der wegen des induktiven Lastcharakters durch Löscheinrichtungen ergänzt ist. Die zusätzlichen Löscheinrichtungen bestehen aus zwischen den Stromrichterzweigen angeordneten Löschkondensatoren, die gegenüber den Maschinensträngen u,v,w durch Dioden entkoppelt sind.The converter for supplying the stator current to the induction machine A exists 1 from a conventional mains converter G in a three-phase bridge circuit and a basically similar machine converter W, which because of the inductive Load character is supplemented by extinguishing devices. The additional extinguishing equipment consist of quenching capacitors arranged between the converter branches, the with respect to the machine lines u, v, w are decoupled by diodes.

Die Spannungsentkopplung beider Stromrichter erfolgt durch die Drossel D im Stromzwischenkreis.The voltage decoupling of both converters is done by the choke D in the intermediate circuit.

Jeder Stromrichter hat einen Steuersatz(1 mit Steuerwinkel i und 2 mit Steuerwinkel Y1), der dafür sorgt, daß die richtige Zündfolge eingehalten wird und die richtige Phasenlage der erzeugten Wechsel ströme gegenüber dem jeweils angeschlossenen Wechselspannungssystem gewährleistet wird. Die Drehfeldmaschine wird drehmomentgesteuert bei variabler Drehzahl betrieben. Der Umrichter liefert hierfür als Stellglied Ströme mit variabler Frequenz und Amplitude. Dem Steuer- und Regelteil 3 des Antriebs werden neben den Vorgabewerten für das Drehmoment M und den Maschinenmagnetfluß v Information über den mechanischen Drehwinkel T n und den Zwischenkreisstrom id geliefert.Each converter has a tax rate (1 with control angle i and 2 with control angle Y1), which ensures that the correct firing order is adhered to and the correct phase position of the alternating currents generated compared to the connected AC voltage system is guaranteed. The induction machine is torque-controlled operated at variable speed. The converter supplies currents as an actuator for this with variable frequency and amplitude. The control and regulation part 3 of the drive are in addition to the default values for the torque M and the machine magnetic flux v information Supplied via the mechanical angle of rotation T n and the intermediate circuit current id.

Die Ständerwicklungen der Stränge u,v,w in der Drehfeldmaschine sind im Stern geschaltet.The stator windings of the phases u, v, w are in the induction machine switched in star.

Die Thyristoren des Maschinenstromrichters W, die zwischen der stromzuführenden Leitung des Zwischenkreises zu den Strängen u,v,w liegen, sind mit T1, T3, T5 und die Thyristoren, die zwischen den Strängen u,v,w und der stromabführenden Leitung des Zwischenkreises liegen, mit T4, T6, T2 bezeichnet.The thyristors of the machine converter W, which are between the current to be supplied Line of the intermediate circuit to the strands u, v, w are with T1, T3, T5 and the thyristors between the strands u, v, w and the current-carrying line of the intermediate circuit, labeled T4, T6, T2.

Der maschinenseitige Stromrichter = Wechselrichter W wird im gepulsten Betrieb in folgender Weise gesteuert, vgl. Fig. 2a und Fig. 2b: Während einer Periode von 0 - 600 des Stromsollwertwinkels cfw respektive eines über die Drehkreisfrequenz proportionalen Winkels wird der Thyristor T1 leitend geschaltet.The machine-side converter = inverter W is pulsed Operation controlled in the following manner, see Figures 2a and 2b: During a period from 0 - 600 of the current setpoint angle cfw or one via the turning circle frequency the thyristor T1 is switched on at a proportional angle.

Es wird in dieser Zeit die Referenfunktion b( #w) = mit einer dreiecksförmigen Abtastfunktion D( ft) verglichen. Ist D( ft) größer als b( # w) - angedeutet durch die Bezeichnung 1 - , so wird der Thyristor T6 für den Rückstrom geöffnet; liegt der umgekehrte Fall vor - angedeutet durch die Bezeichnung 2, so wird der Thyristor T2 für den Rückstrom geöffnet.During this time the reference function b (#w) = compared with a triangular scanning function D (ft). If D (ft) is greater than b (# w) - indicated by the designation 1 - the thyristor T6 is opened for the reverse current; if the opposite is the case - indicated by the designation 2, the thyristor T2 is opened for the reverse current.

Der Zustand QI bedeutet also, daß der Strom im Strang u hin-und im Strang v zurückfließt; der Zustand Q hingegen, daß er im Strang u hin-und und im Strang w zurückfließt.The state QI thus means that the current in strand u goes back and forth Strand v flows back; the state Q, however, that it back and forth in strand u Strand w flows back.

Die Fig. 2b zeigt die dementsprechenden Öffnungszeiten von T1, T2 und T6, dargestellt über dem die Zeit repräsentierenden Winkel In der oberen Kurve von Fig. 2c ist der Verlauf des Zwischenkreisstromes gemäß der Beziehung id ( tw) = Id cos (300 - fw) 1d = const dargestellt, wobei hier im besonderen Yw identisch gesetzt wurde.Fig. 2b shows the corresponding opening times of T1, T2 and T6, plotted against the time-representing angle In the upper curve of Fig. 2c is the course of the intermediate circuit current according to the relationship id (tw) = Id cos (300 - fw) 1d = const shown, with Yw in particular being identical set became.

Die darunter in Fig. 2c dargestellten Funktionsverläufe stellen den Verlauf der Strangströme iu, iv und iw in Abhängigkeit von tut dar.The function curves shown below in Fig. 2c represent the Course of the phase currents iu, iv and iw as a function of tut.

In der Fig. 2d ist die Lage des Stromistwertzeigers i dargestellt Es ist i1 = iu - iv und i2 = iu - iw.The position of the actual current value pointer i is shown in FIG. 2d It is i1 = iu - iv and i2 = iu - iw.

Der Stromistwertzeiger i( Yx) setzt sich aus den Anteilen (1 - b) . i1 und b . i2 zusammen. Er führt - abgesehen von dez Pulsfrequenz - bei laufendem fw eine gleichförmige Drehbewegung mit konstanter Länge aus.The current actual value pointer i (Yx) consists of the parts (1 - b) . i1 and b. i2 together. He leads - apart from the dec pulse rate - while running fw a uniform rotary motion of constant length.

In der nächsten 600-Periode wird der Thyristor T2 dauernd leitend, während die Thyristoren T1 und T3 in Abhängigkeit des Vergleichs der Referenzfunktion b( fw) durchschalten. Die Referenzfunktion wiederholt sich also nach #w = 60° und wird wieder neu zum Vergleich herangezogen.In the next 600 period the thyristor T2 is continuously conductive, while the thyristors T1 and T3 depending on the comparison of the reference function b (fw) through. The reference function is repeated after #w = 60 ° and is used again for comparison.

In der folgenden 60°-Periode ist der Thyristor T3 dauernd geöffnet, es ist je nach Ergebnis des in dieser Periode erfolgten Vergleichs der Thyristor T4 oder der Thyristor T2 durchgeschaltet.In the following 60 ° period, the thyristor T3 is continuously open, depending on the result of the comparison made in this period, it is the thyristor T4 or the thyristor T2 switched through.

Während der nächsten 60°-Periode ist dann T4 dauernd geöffnet usf.During the next 60 ° period, T4 is then permanently open, and so on.

Die genannte Referenzfunktion kann auch in approximativer Form vorgegeben werden.The mentioned reference function can also be specified in approximate form will.

Claims (2)

Verfahren zur Strompulsunq eines Wechselrichters zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich Patentansprüche (lj Verfahren zur Strompulsung des in Drehstrombrückenschaltung betriebenen Wechselrichters eines Umrichters mit Gleichstrom-Zwischenkreis zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich, die drehmomentgesteuert bei variabler Drehzahl betrieben wirc, wobei eine Referenzfunktion mit einer dreiecksfrrrigen Abtastfunktion verglichen wird und je nach gewonnenem Vorzeichen mit vom Drehwinkel des Stromso7lwertzeigers abhängigem Tastverhältnis Steuersignale für die Thyristoren zweier sich im Stromfluß abwechselnder Zweige einer Brückenhälfte des Wechselrichters für den Zustrom bzw. Rückstrom alternierend freigegeben werner., während der Thyristor eines Zweiges der anderen Erückenhälfte des Wechselrichters für den Rückstrom bzw. Zustrom während eines Drehwinkelintervalls von 600 des Stromsollwertzeigers dauernd gezündet ist, dadurch gekennzeichnet, daX als Referenzfunktion für jeweils 600 eine nicht-lineare Funktion = Winkellage des Stromsollwertzeigers benutzt wird wobei die Abtastfunktion (D(#t)) eine sich zwischen 0 und 1 linear ändernde, vorzugsweise dreieckige Funktion darstellt und der Zwischenkreisstrom d in diesem Drehwinklintervall von 600 gemäß der Beziehung id ( #w ) = Id . cos (30° - #w), Id = const durch Steuerung des netzseitigen Gleichrichters des Umrichters moduliert wird.Method for current pulsing of an inverter for supplying a three-phase machine in the starting range is compared and depending on the obtained sign with the duty cycle dependent on the angle of rotation of the Stromso7lwertzeers control signals for the thyristors of two branches of a bridge half of the inverter alternating in the current flow for the inflow or reverse current released, while the thyristor of one branch of the other half of the inverter for the return current or inflow is continuously ignited during an angle of rotation interval of 600 of the current setpoint pointer, characterized in that daX as a reference function for every 600 a non-linear function = Angular position of the current setpoint pointer is used where the scanning function (D (#t)) represents a preferably triangular function that changes linearly between 0 and 1 and the intermediate circuit current d in this angle of rotation interval of 600 according to the relationship id (#w) = Id. cos (30 ° - #w), Id = const is modulated by controlling the line-side rectifier of the converter. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfunktion in approximativer Form vorgegeben wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the reference function is given in approximate form.
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DE3841147A1 (en) * 1988-12-07 1990-06-13 Mulfingen Elektrobau Ebm METHOD FOR DRIVING AN AC MOTOR, AND ACCORDINGLY DRIVABLE AC MOTOR BY THIS METHOD

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DE3130672A1 (en) * 1981-08-03 1983-02-17 Siemens Ag Method for controlling the output current of a converter, and a circuit arrangement for carrying out the method

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