FI122160B - Arrangement for current measurement in a frequency converter - Google Patents

Arrangement for current measurement in a frequency converter Download PDF

Info

Publication number
FI122160B
FI122160B FI20095159A FI20095159A FI122160B FI 122160 B FI122160 B FI 122160B FI 20095159 A FI20095159 A FI 20095159A FI 20095159 A FI20095159 A FI 20095159A FI 122160 B FI122160 B FI 122160B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
current
converter
output
sigma
phase
Prior art date
Application number
FI20095159A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20095159A (en
FI20095159A0 (en
Inventor
Kimmo Rauma
Original Assignee
Vacon Oyj
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vacon Oyj filed Critical Vacon Oyj
Priority to FI20095159A priority Critical patent/FI122160B/en
Publication of FI20095159A0 publication Critical patent/FI20095159A0/en
Publication of FI20095159A publication Critical patent/FI20095159A/en
Application granted granted Critical
Publication of FI122160B publication Critical patent/FI122160B/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Description

VIRRAN MITTAUSJÄRJESTELY TAAJUUSMUUTTAJASSA Tekniikan ala 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto taajuusmuut tajan virtojen mittaamiseksi. Erityisesti keksinnön kohteena on menetelmä ja laitteisto taajuusmuuttajan lähtövirtojen mittaamiseksi, mutta sitä voi soveltaa myös järjestelyyn, jossa myös taajuusmuuttajan tulovirrat voidaan mitata.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for measuring the currents of a frequency converter. In particular, the invention relates to a method and apparatus for measuring the output currents of a frequency converter, but it can also be applied to an arrangement in which the input currents of a frequency converter can also be measured.

i 10 Tunnettu tekniikkai 10 Prior Art

Perinteisesti taajuusmuuttajan, jonka moottorisäädön suorituskyvyn halutaan olevan kohtuullisen hyvä, lähtövirrat on mitattu joko kahdella tai kolmella virtamuuntimella. Säätöä varten lähtövirroista otetaan näytteet yleensä 15 lähtöjännitteen nollavektorin puolivälissä, jossa mittaussignaalin yliaaltosisältö on pienimmillään. Tämän mittaustavan haittapuoli on sen kalleus, koska virta-muuntimia oheiskomponentteineen, kuten esim. A/D-muuntimia, tarvitaan useita, maksimissaan jopa 3 kpl, yksi jokaista mitattavaa moottorivaihevirtaa kohden.Traditionally, the output currents of a frequency converter for which the motor control performance is desired to be reasonably good have been measured with either two or three current converters. For control, the output currents are usually sampled in the middle of the 15 output voltage zero vectors with the smallest harmonic content of the measurement signal. A disadvantage of this method of measurement is its high cost, since current converters with auxiliary components, such as A / D converters, are required for several, up to a maximum of 3, one for each motor phase current to be measured.

20 Fl-patenttijulkaisussa 116337 on esitetty laitteisto taajuusmuuttajan lähtövirtojen mittaamiseksi, jossa käytetään yhtä tasajännitevälipiiriin sijoitettua virta-anturia taajuusmuuttajan tasasähköpiirin virtaa vastaavien signaalien muodostamiseksi sekä mittausyksikköä, jossa taajuusmuuttajan tasajänniteväli-piirin virta-arvot muutetaan virtaa vastaaviksi signaaleiksi. Mittausyksikössä on 25 sen lisäksi muisti, johon senhetkinen ja edellinen signaalin arvo tallennetaan, sekä eroelin kutakin ulostulon vaihevirtaa vastaavan virta-arvon muodostamiseksi peräkkäisten signaalien erotuksena. Menetelmällä on kuitenkin sellainen ___ lähtöjännitteen muodostukseen liittyvä rajoitus, että yhden modulointijakson ai- | o kana vain kahta kytkinparia moduloidaan.US Patent 1163371 discloses an apparatus for measuring the output currents of a frequency converter using a current sensor in the DC link circuit for generating signals corresponding to the DC current of the frequency converter and a unit for converting the DC values of the DC converter to the current values. In addition, the unit 25 has a memory in which the current and previous signal values are stored, and a differential means for generating a current value corresponding to each output phase current as a difference between successive signals. However, the method has such a limitation of ___ output voltage generation that a single modulation period is | o only two pairs of switches are modulated.

isL 30 Taajuusmuuttajan syöttöverkon puoleinen virta mitataan yleensäisL 30 The power supply side of the drive is usually measured

Oo

^ vain silloin kun taajuusmuuttajan verkkosilta on aktiivinen. Tunnetun tekniikan ° mukaisesti käytetään tällöin virtamuuntimia vastaavasti kuin lähtöpuolellakin, £ joko 2 tai 3 kpl.^ only when the drive network bridge is active. In accordance with the prior art, current converters are used in the same way as on the output side, £ 2 or 3 each.

0505

LOLO

^ 35 Sigma-delta (Σ-Δ) muunnos on tunnettu tapa muuntaa analoginen 05 i § signaali digitaaliseksi (AD-muunnos) tai päinvastoin (DA-muunnos). Tällainen ^ muunnin on helppo toteuttaa ja integroida yhdelle piirille esim. kustannusteho kasta CMOS-prosessia käyttäen. Sigma-delta muuntimet kuuluvat lähes kaikkien tunnettujen analogisten mikropiirien valmistajien tuotevalikoimaan. Sigma- ! 2 delta AD-muunnokselle on ominaista, että sen tarkkuus on sitä parempi mitä pidemmän ajan (= useampia näytteistyskello-jaksoja) muunnokseen voi käyttää ja että se on luonteeltaan integroiva, eli lopputulos on verrannollinen muunnettavan analogiasignaalin koko muunnosajan kestävään aikaintegraaliin.^ 35 The Sigma-delta (Σ-Δ) conversion is a known way of converting an analog 05i § signal to a digital (AD-conversion) or vice versa (DA-conversion). Such a converter is easy to implement and integrate into a single circuit, e.g. using a cost effective CMOS process. Sigma-delta converters are part of the product line of almost all known analog chip manufacturers. Sigma-! It is characteristic of a 2 delta AD conversion that its accuracy is better the longer time (= more sampling clock cycles) can be used for the conversion and that it is integrative in nature, i.e. the end result is proportional to the time integral of the entire conversion time of the analog signal to be converted.

55

Taajuusmuuttajan virranmittauksella pyritään normaalisti muuntamaan tieto lähtövirtojen hetkellisarvoista, jotka ovat muodoltaan analogisia signaaleja, laitteen ohjausyksikön vaatimaan digitaaliseen muotoon. Sigma-delta muunnos on sinänsä sopiva tapa tähän tarkoitukseen, mutta sen käyttöön liittyy 10 sellainen rajoitus, että analoginen signaali ei saisi merkittävästi muuttua muun-nosaikana tarkan lopputuloksen varmistamiseksi. Niinpä se sopii hyvin käytettäväksi silloin, kun siihen liitetty mittausanturi mittaa lineaarista, kohtuullisen hitaasti muuttuvaa signaalia. Esimerkiksi taajuusmuuttajan lähtö- tai tulovirran muutosnopeus on riittävän hidasta normaalitilanteissa joten sigma-delta muun-15 ninta voi hyvin käyttää silloin kun virta-anturit on sijoitettu taajuusmuuttajan läh-tövaiheisiin.Frequency converter current measurement normally aims to convert information about the instantaneous values of the output currents, which are in the form of analog signals, into the digital format required by the device control unit. The Sigma-delta conversion is in itself a suitable method for this purpose, but its use is subject to a limitation that the analog signal should not change significantly during the conversion time to ensure an accurate result. Thus, it is well suited for use when the measuring sensor connected to it measures a linear, relatively slow-changing signal. For example, the rate of change of the drive output or input current is slow enough under normal circumstances so that the sigma-delta conversion can be well used when current sensors are placed in the drive output phases.

Sensijaan esimerkiksi edellämainitusta patenttijulkaisusta Fl 116337 tunnetuksi tullut menetelmä, jossa käytetään vain yhtä DC-välipiiriin sijoitettua virta-anturia, tuottaa liian lyhyitä ja nopeasti muuttuvia signaaleja 20 normaalia sigma-delta muunnosta varten. Tällaisessa tapauksessa käytetään perinteisesti jotain muuntyyppisistä nopeata AD-muunnosta. Tällainen on esimerkiksi ns. suora- eli flash-muunnin, joka sisältää lukuisia komparaattoreita joilla mitattavaa analogiasignaalia verrataan komparaattorikohtaisiin vertailu-tasoihin. Tällaisen ratkaisun haittana on komparaattorien suuri lukumäärä joka f 25 on verrannollinen haluttuun resoluutioon.Instead, the method known from, for example, Fl 116337, cited above, which utilizes only one current sensor located in a DC intermediate circuit, produces signals that are too short and rapidly changing for 20 normal sigma-delta conversions. In such a case, some other type of high-speed AD conversion is traditionally used. Such is the case with the so-called. a direct or flash converter containing a plurality of comparators for comparing the analog signal to be measured with comparator-specific reference levels. The disadvantage of such a solution is the large number of comparators which f 25 is proportional to the desired resolution.

Näytteenottoon taajuusmuuttajan välipiirivirrasta muodostetusta nopeasti vaihtuvasta pulssimaisesta signaalista liittyy myös tunnettu ajoituson- f gelma, minkä syynä ovat signaalissa yleensä esiintyvät värähtelyt jonkin aikaa o jyrkän pulssinreunan jälkeen.Sampling of the fast-changing pulse-like signal formed by the DC link current of the frequency converter also involves a known timing problem, which is due to oscillations that occur in the signal for some time after a sharp pulse edge.

r-L 30 o yj Keksinnön yhteenveto o f g o- Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan taajuusmuuttajan i g virtojen mittaamiseksi uudenlainen mittausmenetelmä ja -laitteisto, joilla välte- lÖ 35 tään edellä mainitut epäkohdat ja mahdollistetaan sekä tulo- että lähtövirtojen o hetkellisarvojen mittaaminen kustannuksiltaan edullisesti ja riittävän tarkasti vain yhtä virta-anturia ja sen yhteydessä käytettävää sigma-delta muunninta käyttäen. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella, jolle on tunnusomaista se, mitä on sanottu itsenäisten patenttivaati- 3 musien tunnusmerkkiosissa. Keksinnön muut edulliset suoritus-muodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteina.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel measuring method and apparatus for measuring the currents of a frequency converter ig which avoids the above disadvantages and enables the instantaneous measurement of both input and output currents at low cost and with sufficient accuracy only. using one current sensor and a sigma-delta converter used with it. This object is achieved by the method and apparatus of the invention, which is characterized in what is stated in the characterizing parts of the independent claims. Other preferred embodiments of the invention are claimed in the dependent claims.

Tunnetusti taajuusmuuttajan lähtövirrat voidaan mitata yhdellä DC-välipiiriin sijoitetulla virta-anturilla esimerkiksi juuri edellämainitun patenttijuIkai-5 sun Fl 116337 mukaisesti. Patenttijulkaisusta Fl 119493 tunnetuksi tulleella tavalla voidaan puolestaan mitata taajuusmuuttajan sekä tulo- että lähtövirrat yhdellä virta-anturilla, joka on sijoitettu sarjaan DC-välipiirin suodatuskonden-saattorin kanssa.It is known that the output currents of a frequency converter can be measured by a single current sensor located in the DC link, for example according to the aforementioned patent Fl 116337. In turn, as known from F119493, both the input and output currents of the drive can be measured with a single current sensor arranged in series with a DC capacitor filter capacitor.

Tämän keksinnön mukaista menetelmää ja järjestelyä voidaan so-10 veltaa mm. molempien edellämainittujen virranmittaustapojen yhteyteen. Järjestelyssä virta-anturi on sijoitettu taajuusmuuttajan DC-välipiiriin ja sen läh-tösignaali johdetaan suoraan keksinnön mukaiseen sigma-delta muuntimeen, joka muodostaa lopullisen tiedon virtojen hetkellisarvoista.The method and arrangement of the present invention may be embodied e.g. in connection with both of the aforementioned current measurement methods. In the arrangement, the current sensor is located in the DC link of the frequency converter and its output signal is directly fed to the sigma-delta converter according to the invention, which provides final information on the instantaneous currents values.

Keksinnön mukaisessa sigma-delta muuntimessa on sisään-15 rakennettuna signaalin analogisen arvon muistiyksiköitä. Muistiyksiköitä on vähintään yhtä monta kuin lähtö- ja tulovirtoja, joiden hetkellisarvoja virta-anturilla ja siihen liitetyllä sigma-delta muuntimella selvitetään. Keksinnön mukainen menetelmä toimii siten, että sigma-delta muunnoksen alkaessa muuntimen si-säänmenoon johdetaan muistiyksiköstä sen signaalin, jonka muunnos on kul-20 loinkin kyseessä, edellisen muunnoksen loppuarvo. Näin muunnosta ei tarvitse aloittaa nollasta, vaan alkuarvo on jo valmiiksi lähellä oikeata lopputulosta.The sigma-delta converter of the invention has built-in memory units of analog value of the signal. There are at least as many memory units as output and input currents whose instantaneous values are determined by a current sensor and a sigma-delta converter connected thereto. The method according to the invention operates in that, when the sigma-delta conversion begins, the final value of the previous conversion of the signal whose conversion is in question is derived from the memory unit to the input of the converter. This way you do not have to start with a conversion from zero, the initial value is already close to the correct end result.

Näin menetellen teholliseen muunnokseen on käytettävissä merkittävästi enemmän aikaa kuin ilman muistiyksiköitä olisi mahdollista.By doing this, significantly more time is available for effective conversion than would be possible without memory units.

ii

Keksinnön mukainen menetelmä virran mittaamiseksi on luonteel-25 taan integroiva, minkä ansiosta ajoitusongelma virtasignaalissa näkyvien kyt-kentävärähtelyiden vuoksi on pienempi kuin tunnetuilla menetelmillä.The method of measuring the current according to the invention is integrative in nature, whereby the timing problem due to the switching oscillations in the current signal is smaller than the known methods.

Analogisten signaalien muistiintalletus muunnosvälien väliseksi ly-hyeksi ajaksi on helppo toteuttaa, koska muistiyksiköt voi integroida samaan o mikropiiriin itse sigma-delta muuntimen kanssa jolloin myös kustannukset pysy it 30 vät edullisina, o <o 0Memory storage of analog signals for a short time between conversion intervals is easy to implement, since the memory units can be integrated into the same o integrated circuit with the sigma-delta converter itself, thus keeping costs low, o <o 0

Piirustusten lyhyt kuvaus ! $ Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin esimerk in 35 kien avulla viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa o Kuvio 1 esittää taajuusmuuttajan pääpiiriä ja sen välipiiriin sijoitet tua virta-anturia,Brief Description of the Drawings! In the following, the invention will be explained in more detail by means of the examples 35 with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows the main circuit of the drive and the current sensor inserted in its intermediate circuit,

Kuviossa 2 on esitetty esimerkki taajuusmuuttajan moduloinnista ja välipiirin virran muodostumisesta kuvion 1 mukaisessa tapauksessa, 4Figure 2 shows an example of frequency converter modulation and intermediate circuit current generation in the case of Figure 1,

Kuviossa 3 on esitetty esimerkki taajuusmuuttajan välipiirin virran yksityiskohtaisesta käyrämuodosta,Figure 3 shows an example of a detailed curve shape of the drive intermediate circuit current,

Kuvio 4 esittää sigma-delta muunnoksen toimintaa, jaFigure 4 illustrates the operation of the sigma-delta transform, and

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen sigma-delta muuntimen lohko- 5 kaaviota.Fig. 5 shows a block diagram of a sigma-delta converter according to the invention.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvausDetailed Description of the Invention

Kuvio 1 esittää tunnettua kolmivaiheisen PWM-taajuusmuuttajan 10 pääpiiriä, jossa on syöttöverkon virtaa suodattava kuristin Lac, diodeista koostuva verkkosilta 10 syöttöverkon kolmivaiheisen vaihtojännitteen tasasuuntaa-miseksi tasajännitevälipiirin tasajännitteeksi, suotokondensaattori CDc, kolmesta tehopuolijohteilla toteutetusta vaihekytkimestä koostuva kuormasilta 11, joka muodostaa välipiirin tasajännitteestä Udc kolmivaiheisen lähtöjännitteen Uu, Uv, 15 Uw sekä ohjausyksikkö 12. Vaihekytkin koostuu ylä- ja alahaaran ohjattavasta tehopuolijohdekytkimestä, edullisesti IGBT:istä, sekä niiden rinnalle kytketyistä diodeista. Vaihekytkin yhdistää lähtövaiheen joko +UDc (yläasento) tai -UDc (ala-asento) -kiskoon. Kytkimen kääntö esim. yläasennosta ala-asentoon tapahtuu kuvion 3 mukaisesti siten, että ensin ylähaaran johtavana olleen IGBT:n 20 ohjauspulssi ja ns. kuolleen ajan to kuluttua alahaaran IGBT:n ohjauspulssi aloitetaan. Ohjauspulssit muodostetaan ohjausyksikön ns. modulaattorissa.Figure 1 shows a known three-phase PWM frequency converter 10 of the main circuit of the supply network power filter choke Lac, a network bridge, consisting of diodes 10 feed the three-phase AC voltage rectifying-order direct-voltage intermediate circuit DC voltage filter capacitors Cdc, the three power semiconductors carried out consisting of the phase switches of the load bridge 11 which forms the intermediate-circuit DC voltage U DC three-phase output voltage Uu, Uv, 15 Uw and control unit 12. The phase switch consists of a top and bottom branch controllable power semiconductor switch, preferably IGBTs, and diodes connected in parallel thereto. The phase switch connects the output phase to either + UDc (top position) or -UDc (bottom position). Turning the switch, e.g. from the upper position to the lower position, is performed as shown in Fig. 3 so that first the control pulse of the IGBT 20 which is conducting the upper branch and the so called after the dead time th, the IGBT control pulse of the lower branch is initiated. The control pulses are formed by the so-called control unit. modulator.

Tämä keksintö liittyy virranmittausjärjestelmään, jossa varsinainen virta-anturi on esimerkiksi kuviossa esitetty shunttivastus Rdc, joka voi sijaita joko kuvion mukaisesti -Udc -haarassa tai vaihtoehtoisesti +Udc -haarassa.The present invention relates to a current measurement system in which the actual current sensor is, for example, the shunt resistor Rdc shown in the figure, which may be located either in the -Udc branch or alternatively in the + Udc branch as shown in the figure.

2525

Kuvio 2 on esittää ns. sinikolmiomoduloinnin, joka on eräs mahdollisuus toteuttaa kuormasillan tehopuolijohdekytkinten ohjaus, periaatteellista toteutusta ja välipiirin virtasignaalin muodostumista. Sinikolmiomoduloinnissa ^ jokaiselle vaihejännitteellä on oma sinimuotoinen referenssisignaalinsa (Uuref, 30 Uvref, Uwref) joita verrataan yhteiseen kolmiosignaaliin UÄ. Vertailun tuloksena cö saadaan kuvion 2 mukaisesti kolme vaihekytkinten asento-ohjetta U, V ja W, x joissa ”1 "-asento tarkoittaa sitä että pääpiirissä ylähaaran ohjattava tehopuoli- * johdekytkin johtaa ja ”0”-asennossa alahaaran kytkin johtaa. Kuviossa näkyy S myös välipiiriin sijoitetun virta-anturin näkemä tieto lähtövirroista; esimerkiksi g 35 aikavälillä t-ι - t2, jolloin kaikki vaihekytkimet ovat ala-asennossa, on välipiirin o virta 0. Vastaavasti esimerkiksi aikavälillä t2 -13, jolloin U-vaihekytkin on ylä- asennossa ja muut vaihekytkimet ala-asennossa, on välipiirin virta sama kuin U-vaiheen virta iu. Taulukossa 1 on esitetty kaikkien eri kytkinasentojen ja ioc- f \ 5 signaalissa näkyvien vaihevirtojen väliset riippuvuudet (virtojen positiivinen suunta on määritelty moottoriin päin): TAULUKKO 1Figure 2 is a view showing the so-called. the principle implementation of sinusoidal modulation, which is one option for controlling the power bridge switches of a load bridge and the generation of an intermediate circuit current signal. In sinusoidal modulation, each phase voltage has its own sinusoidal reference signal (Uuref, 30 Uvref, Uwref) which is compared to a common triangular signal UA. As a result of the comparison c0, three phase switch positions U, V, and W are obtained as shown in Fig. 2, where the "1" position means that the main branch is controlled by the power branch * switch and the "0" position by the lower branch switch. the output currents seen by the current sensor in the intermediate circuit, for example g 35 in the time interval t-ι - t2, with all phase switches in the down position, the current in the intermediate circuit o 0. For example, in the interval t2 -13 with the U phase switch in phase switches in the lower position, the intermediate circuit current is the same as the phase current iu of U.Table 1 shows the dependencies between all the different switch positions and the phase currents shown in the iocf \ 5 signal (positive direction of currents is defined towards the motor):

U VW ipc U VW iDCU VW ipc U VW iDC

0 0 0 0 1 1 0 - iw 10 0 iu 0 11 - iu 0 10 iv 10 1 -iv 00 1 iw 111 00 0 0 0 1 1 0 - iw 10 0 iu 0 11 - iu 0 10 iv 10 1 -iv 00 1 iw 111 0

Kuvio 3 esittää tehokytkinten ohjausta ja välipiirin virran tyypillistä käyttäytymistä vaihekytkimen asento-ohjeen kääntyessä ylhäältä alas. Hetkellä ti vaihekytkimen U asento-ohje kääntyy ylä-asennosta ala-asentoon, jolloin joh- 10 tavana olleen ylähaaran IGBT:n ohjauspulssi lopetetaan välittömästi. Tässä esimerkissä vaihevirta iu on positiivinen, josta seuraa että välipiirin virta iDc lähtee pienenemään ylähaaran IGBT:n virrankatkaisuominaisuuden määräämällä vauhdilla. Ns. kuolleen ajan tD (esimerkiksi 2με), jonka tarkoitus on estää samanaikaiset ylä- ja alahaaran ohjaukset, ohjataan alahaaran IGBT johtavaksi.Figure 3 shows the control of the power switches and the typical behavior of the intermediate circuit current as the phase switch position instruction turns from top to bottom. At time t 1, the position instruction of the phase switch U turns from the upper position to the lower position, whereby the control pulse of the IGBT in the leading branch is immediately stopped. In this example, the phase current iu is positive, which implies that the intermediate circuit current iDc begins to decrease at a rate determined by the IGBT power cut feature of the upstream branch. The so-called dead time tD (for example, 2με), which is intended to prevent simultaneous upstream and downstream control, is directed to the lower branch IGBT.

15 Jokainen vaihekytkimen kääntö aiheuttaa välipiirin virtaan paitsi askelmaisen muutoksen, tyypillisesti myös värähtelyilmiöitä joiden ajallinen kesto riippuu mm. moottoripiirin impedansseista. Ilmiö on haitallinen tunnetuille virranmittausme-netelmille, koska näyte virrasta voidaan ottaa vasta värähtelyn vaimennuttua merkityksettömäksi, esimerkiksi 5ps kuluttua kytkimen käännön aloittamisesta 20 hetkellä t2. f !15 Each rotation of the phase switch causes not only a step change in the intermediate circuit current, but also typically vibration phenomena, the duration of which depends e.g. impedances of the motor circuit. This phenomenon is detrimental to known current measurement methods because a sample of the current can be taken only after the vibration suppression is insignificant, for example 5ps after the switch rotation is started 20 at time t2. f!

Kuvion loppuosa esittää vaihekytkimen U kääntämistä ala-° asennosta ylä-asentoon edelläkuvatussa tilanteessa, jossa vaihevirran iu suun- rL ta on positiivinen. Tehokytkinten ohjaus etenee samalla tavalla kuin edelläkin, φ mutta virtasignaalista on nyt huomattava että se alkaa muuttumaan vasta ylä-The remainder of the figure shows the rotation of the phase switch U from the lower position to the upper position in the above situation with a positive direction of the phase current iu. The control of the power switches proceeds in the same way as before, but it must be noted from the current signal that it does not begin to change until the upper

Oo

25 haaran IGBT:n syttymisen jälkeen, koska alahaaran johtaessa virta kulkee nol-£ ladiodin kautta. Myös virtasignaalin kytkentäilmiöiden rauhoittuminen viivästyy g vastaavasti.25 branches after the IGBT lights up, as the downstream conducting current passes through a zero diode. Also, the quenching of the switching phenomena of the current signal is delayed g correspondingly.

CDCD

§ Kuvio 4 esittää sigma-delta A/D-muuntimen lohkokaaviota ja peri- 30 aatteellista toimintaa. Kuviossa Ain on mitattava analoginen sisääntulo signaali, {Figure 4 shows a block diagram of a sigma-delta A / D converter and the principle operation. In the figure Ain is the analog input signal to be measured, {

Dout muuntimen muodostama pulssimainen lähtösignaali ja CLK näytteistyskel-losignaali. Lohko 1 on summain, jossa muodostetaan mitattavan analogisen j 6 signaalin ja lähtösignaalista integraattorilohkossa 4 muodostetun signaalin summa, Summasignaalia, jonka keskiarvo muuntimen perusajatuksen mukaisesti pysyy koko ajan lähellä nollaa, verrataan komparaattorilohkossa 2 refe-renssisignaaliin (joka on normaalisti 0). Komparaattori ohjaa kiikkua 3, jonka 5 lähtö (eli muuntimen lähtösignaali Dout) muuttuu kellosignaalin CLK tahdittamana ykköseksi (kun komparaattorin lähtö on 1) tai nollaksi (kun komparaattorin lähtö on 0). Lähtösignaalin Dout pulssisuhde, eli 1-tilojen ja 0-tilojen suhde, muodostuu näinollen suoraan tulosignaaliin A!N verrannolliseksi. Laskemalla kellojaksojen (kuvion mukainen CLK tai jokin muu järjestelmän sisäinen kello) 10 lukumäärää lähtösignaalin kummankin tilan aikana, mikä laskenta on digitaalisessa signaalinkäsittelyssä hyvin helppoa, saadaan muodostetuksi digitaalinen tieto analogisesta tulosignaalista.The pulse-like output signal generated by the Dout converter and the CLK sampling signal. Block 1 is the adder generating the sum of the analog signal to be measured and the signal generated from the output signal in the integrator block 4. The sum signal whose average converter principle is constantly maintained at zero is compared to the reference signal (normally 0) in comparator block 2. The comparator controls flip-flop 3 whose output 5 (i.e., the output Dout of the converter) changes to one (when the comparator output is 1) or zero (when the comparator output is 0) synchronized by the clock signal CLK. The pulse ratio of the output signal Dout, i.e. the ratio of 1-states to 0-states, is thus directly proportional to the input signal A! N. By counting the number of clock cycles (CLK in the figure or other internal clock of the system) during each of the two output states, which is very easy in digital signal processing, digital data from the analog input signal is generated.

Kuvion alasosassa on esitetty luonteenomaisia käyrämuotoja muuntimen toiminnasta. Analogisen tulosignaalin kasvaessa positiiviseen 15 suuntaan kasvaa myös 1-tilan suhteellinen ajallinen osuus lähtösignaalin jak-sonajasta, ja päinvastoin.The lower part of the figure shows characteristic curve shapes of the operation of the converter. As the analog input signal increases in the positive direction, the relative time proportion of the 1-state period of the output signal also increases, and vice versa.

Huomattakoon että lähtösignaalin muodostaminen sigma-delta-muuntimella vaatii äärellisen ajan kellopulssien laskennan takia, minkä vuoksi on edullista että mitattava signaali pysyisi stabiilina mittauksen ajan. Toisaalta 20 esim. suurtaajuiset häiriösignaalit, joiden keskiarvo on 0, eivät häiritse mittausta sen integroivan luonteen vuoksi.Note that generating an output signal with a sigma-delta converter requires a finite amount of time due to clock pulse calculation, so it is advantageous for the signal to be measured to remain stable during measurement. On the other hand, for example, high frequency interference signals having an average value of 0 do not interfere with the measurement because of its integrating nature.

Kuvion 5 esimerkissä on kuvattu lohkokaavio keksinnön mukaisesta sigma-deltamuuntimesta, joka soveltuu kolmen lähtövirtasignaalin erottami-25 seen taajuusmuuttajan välipiiriin kuvion 1 mukaisesti sijoitetun virta-anturin mittaussignaalista. Kuvion lohkot ja merkinnät ovat muilta osin samat kuin kuvios- .The example of Fig. 5 illustrates a block diagram of a sigma-delta converter according to the invention suitable for separating three output current signals from a measuring signal of a current sensor disposed in the drive circuit of Fig. 1. The blocks and markings of the pattern are otherwise the same as the pattern.

sa 4, mutta integraattorilohkoja onkin nyt kolme (4.1, 4.2 ja 4.3) ja niiden mo--r- lemmin puolin on sijoitettu kytkimet, joilla integraattorit ovat kytkettävissä irti ^ summaimen 1 ja lähtösignaalin Dout väliltä. Ko. kytkimiä ohjataan ulkoisilla £ 30 signaaleilla, jotka voivat olla esimerkiksi taajuusmuuttajan kuormasiltaa ohjaa- cd vaan modulaattoriin vaiheistettuja PWM-signaaleita. Näin saadaan aikaan jär-4, but there are now three integrator blocks (4.1, 4.2 and 4.3) and switches on each side of which integrators can be disconnected between adder 1 and output signal Dout. Ko. the switches are controlled by external £ 30 signals, which may be e.g. PWM signals phased in to the drive bridge of the drive but to the modulator. In this way,

Oo

x jestely, jossa virtamuuntimen mitatessa esim. vaihevirtaa iu (kts. kuvio 2) on cc | integraattori 4.1 kytketty aktiiviseksi ja muut integraattorit ovat irtikytkettyjä.x convention where, for example, when measuring the current converter, the phase current iu (see Fig. 2) is cc | integrator 4.1 is active and other integrators are disconnected.

S Vastaavasti menetellään muiden vaiheiden osalta (iv - 4.2, iw - 4.3). j S 35 Keksinnön mukaisesti integraattoreiden lähtösignaalit (sum- fS Proceed as for the other steps (iv - 4.2, iw - 4.3). j 35 In accordance with the invention, the output signals of the integrators (sum f

Oo

° maimeen 1 menevä integrointitulos) pysyvät muistissa sen ajan, jonka integ raattori on irtikytketty. Näin summaimen sisääntuloon saadaan syötetyksi heti muunnoksen alussa edeltävän muunnoksen lopputulos, joka eroaa muun-noshetken signaalista vain sen verran minkä lähtövirta on ehtinyt yhden modu 7 laattorin kytkentäjakson aikana muuttua. Näinollen muunnos tapahtuu nopeasti, koska integraattorin ei tarvitse lähteä liikkeelle nollasta, mikä olisi tilanne perinteistä kuvion 4 mukaista muunninta käytettäessä.° integration result to maim 1) remains in memory for the time the integrator is disconnected. Thus, at the beginning of the conversion, the end result of the preceding conversion, which differs from the signal at the moment of conversion, is input to the adder input only to the extent that the output current has changed during one module 7 switching cycle. Thus, the conversion takes place rapidly since the integrator does not have to start from zero, which would be the case with the conventional converter of Figure 4.

Huomattakoon että integraattoreiden 4.1 - 4.3 muistiyksiköissä säi-5 lyvät koko ajan kaikkien kolmen vaihevirran arvot analogisessa muodossa, mitä tietoa taajuusmuuttajan ohjausyksikkö voi tarvitessa hyödyntää. Keksinnön erään edullisen sovellusmuodon mukaisesti integraattorit ja muistiyksiköt sijaitsevat sigma-delta muuntimen ulkopuolella.It should be noted that the memory units of the integrators 4.1 - 4.3 continuously store the values of all three phase currents in analog form, which information can be utilized by the drive control unit when needed. According to a preferred embodiment of the invention, the integrators and memory units are located outside the sigma-delta converter.

10 Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri sovellutus- muodot eivät rajoitu yksinomaan edellä esitettyihin esimerkkeihin, vaan ne voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puitteissa.It will be apparent to one skilled in the art that the various embodiments of the invention are not limited to the examples above, but may vary within the scope of the following claims.

i i ii i i

SS

SS

f δf δ

(M(M

h-· 9h- · 9

CDCD

Oo

XX

enI do not

CLCL

O) m δ σ> o oO) m δ σ> o o

CMCM

Claims (6)

1. Menetelmä taajuusmuuttajan lähtö- ja/tai tulovirtojen (iu, iv, iw) mittaamiseksi, 5 jossa taajuusmuuttajassa on vaihtosähköverkkoon kytkettävä verkkosilta (10), vaihtosähkökuormaan liitettävä, ohjattava kolmivaiheinen kuormasilta (11) sekä niiden välissä tasajännitevälipiiri, jossa on suotokonden-saattori (Cpc), jossa kuormasillassa (11) on jokaisessa vaiheessa ohjattavat puoli-10 johdekytkimet, joita ohjataan pulssinleveysmoduloinnilla, ja joka verkkosilta (10) on passiivinen tai aktiivinen, jolloin siinä on jokaisessa vaiheessa diodit tai ohjattavat puolijohdekytkimet, joita ohjataan pulssinleveysmoduloinnilla, ja jossa taajuusmuuttajassa käytetään tasajännitevälipiiriin sijoitettua 15 virranmittausanturia (Rdc), jonka muodostamassa analogisessa virtasignaalissa esiintyy näytteitä mitattavista lähtö- ja/tai tulovirroista, tunnettu siitä, että - virranmittausanturin (Rdc) tuottama analoginen virtasignaali (iqc) muutetaan digitaaliseksi sigma-delta periaatteella toimivassa muuntimessa, 20. johon muuntimeen kuuluu joko sisäisiä tai ulkoisia muistitoimin nolla varustettuja integraattoreita (4.1 -4.3), joita on vähintään yhtä monta kuin mitattavia lähtö- ja/tai tulovirtoja, ja -jossa sigma-delta muunnoksen alkaessa muuntimen summaimeen (1) johdetaan integraattoreiden muistiyksiköistä sen virtasignaalin, jonka muun-25 nos on kulloinkin kyseessä, edellisen muunnoksen loppuarvo.A method for measuring the output and / or input currents (iu, iv, iw) of a frequency converter, wherein the frequency converter has a mains bridge (10) connected to an AC mains, a three-phase load bridge (11) connected to an AC load and a dc Cpc), wherein the load bridge (11) has semiconductor switches controlled by each step controlled by pulse width modulation, and which network bridge (10) is passive or active, having diodes or semiconductor switches controlled by pulse width modulators in each phase, 15 current measurement transducers (Rdc) in the DC link circuit, the analog current signal of which comprises samples of the output and / or input currents to be measured, characterized in that - the analog current signal (iqc) produced by the current transducer (Rdc) is converted into a digital sigma delta 20. which converter includes either internal or external memory-integrated integrators (4.1 to 4.3) which are at least as many as the output and / or input currents to be measured, and wherein the sigma-delta at the beginning of the conversion into the converter's adder (1) deriving from the memory units of the integrators the final value of the previous conversion of the current signal of which the conversion is concerned. 2. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, ^ tunnettu siitä, että muistitoiminnolla varustetut integraattori- o lohkot on erotettu molemmin puolin kytkimillä joita ohjataan ulkoisten signaalien, 30 esimerkiksi kuormasillan pulssinleveysmodulaattorin ja/tai aktiivisen verkkosillan φ tapauksessa myös verkkosillan pulssinleveysmodulaattorin ohjaamana siten, ° että vain yksi integraattorilohko kerrallaan on kytketty aktiiviseksi sigma-delta £ muuntimen lähtösignaalin (Dout) ja summaimen (1) väliin. CD LO 5 35A method according to claim 1, characterized in that the integrator blocks with memory function are separated on both sides by switches controlled by external signals, e.g. one at a time is connected between the output signal (Dout) of the sigma-delta converter and the adder (1). CD LO 5 35 3. Vaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, o o tunnettu siitä, että jokaista integraattorilohkoa (4.1 - 4.3) vas taa oma määrätty taajuusmuuttajan tulo- tai lähtövirtansa, jonka arvo tallentuu integraattorin muistilohkoon sinä aikana, jona näyte ko. virrasta näkyy virranmit-tausanturissa. ίMethod according to claim 1 or 2, characterized in that each integrator block (4.1 to 4.3) corresponds to its own specific inverter input or output current, the value of which is stored in the integrator memory block during the time of the sample in question. current is displayed on the current transducer. ί 4. Laitteisto taajuusmuuttajan lähtö- ja/tai tulovirtojen mittaamiseksi, jossa taajuusmuuttajassa on vaihtosähköverkkoon kytkettävä verkkosilta (10), vaihtosähkökuormaan liitettävä, ohjattava kolmivaiheinen 5 kuormasilta (11) sekä niiden välissä tasajännitevälipiiri, jossa on suotokonden-saattori (Cdc), jossa kuormasillassa (11) on jokaisessa vaiheessa ohjattavat puoli-johdekytkimet, joita ohjataan pulssinleveysmoduloinnilla, ja joka verkkosilta (10) on passiivinen tai aktiivinen, jolloin siinä on jo- 10 kaisessa vaiheessa diodit tai ohjattavat puolijohdekytkimet, joita ohjataan pulssinleveysmoduloinnilla, ja ) jossa taajuusmuuttajassa on tasajännitevälipiiriin sijoitettu virranmit-tausanturi (Rdc), tunnettu siitä, että laitteistossa on 15. sigma-delta periaatteella toimiva muunnin, joka voi muuntaa vir- ranmittausanturin (Rdc) tuottaman analogisen virtasignaalin (iDc) digitaaliseksi, -johon muuntimeen kuuluu joko sisäisiä tai ulkoisia muistitoiminnolla varustettuja integraattoreita (4.1 - 4.3), joita on vähintään yhtä monta kuin mitattavia lähtö- ja/tai tulovirtoja, ja 20. jossa muunnin on sovitettu toimimaan siten, että muunnoksen al kaessa muuntimen summaimeen (1) johdetaan integraattoreiden muistiyksiköis-tä sen signaalin, jonka muunnos on kulloinkin kyseessä, edellisen muunnoksen loppuarvo.4. Apparatus for measuring the output and / or input currents of a frequency converter comprising a mains bridge (10) to be connected to an AC mains, a three-phase 5 load bridge (11) connected to an AC load, and a DC link with a capacitor (Cdc), ) has in each phase controllable semiconductor switches controlled by pulse width modulation, each of the network bridges (10) being passive or active, having in each phase diodes or controllable semiconductor switches controlled by pulse width modulation, and) back-transducer (Rdc), characterized in that the apparatus has a 15 sigma-delta converter which can convert the analog current signal (iDc) produced by the current transducer (Rdc) into a digital one, the converter includes either internal or external memory functions. a pair of integrated integrators (4.1 to 4.3), which are at least as many as the output and / or input currents to be measured, and 20. wherein the converter is adapted to operate upon transmitting to the converter adder (1) the conversion is the final value of the previous conversion. 5. Vaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että muistitoiminnolla varustetut integraattori-lohkot on erotettu molemmin puolin kytkimillä, joita ohjataan ulkoisten signaa-lien, esimerkiksi kuormasillan pulssinleveysmodulaattorin ja/tai aktiivisen verkot kosillan tapauksessa myös verkkosillan pulssinleveysmodulaattorin ohjaamana rL 30 siten, että vain yksi integraattorilohko kerrallaan on kytketty aktiiviseksi sigma-o ^ delta muuntimen lähtösignaalin (D0ut) ja summaimen (1) väliin. ° XApparatus according to claim 4, characterized in that the integrator blocks with memory function are separated on both sides by switches controlled by external signals, for example in the case of a load bridge pulse width modulator and / or active networks, also controlled by a network bridge pulse width modulator an integrator block at a time is coupled to an active sigma-delta between the output signal (D0ut) of the converter and the adder (1). ° X £ 6. Vaatimuksen 4 tai 5 mukainen laitteisto, g tunnettu siitä, että jokaista integraattorilohkoa vastaa oma in 35 määrätty taajuusmuuttajan tulo- tai lähtövirtansa, jonka arvo on järjestetty tallen-§ tumaan integraattoriin sinä aikana, jona näyte ko. virrasta näkyy virran mit tausanturissa.Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that each integrator block is represented by its own in-determined frequency of the inverter input or output current, the value of which is arranged in the integrator to be stored during the time of the sample. current is displayed on the current sensor.
FI20095159A 2009-02-19 2009-02-19 Arrangement for current measurement in a frequency converter FI122160B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20095159A FI122160B (en) 2009-02-19 2009-02-19 Arrangement for current measurement in a frequency converter

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20095159A FI122160B (en) 2009-02-19 2009-02-19 Arrangement for current measurement in a frequency converter
FI20095159 2009-02-19

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20095159A0 FI20095159A0 (en) 2009-02-19
FI20095159A FI20095159A (en) 2010-08-20
FI122160B true FI122160B (en) 2011-09-15

Family

ID=40404658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20095159A FI122160B (en) 2009-02-19 2009-02-19 Arrangement for current measurement in a frequency converter

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI122160B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
FI20095159A (en) 2010-08-20
FI20095159A0 (en) 2009-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI119493B (en) Arrangements for measuring the current through a frequency converter
Sorensen σδ-conversion used for motor control
CN1725624A (en) Current sensing in a two-phase motor
FI118583B (en) Drive current measurement
US4906860A (en) Control device for active filter
KR100874001B1 (en) Hybrid Digital-Analog Switched Power Supplies
Mertens et al. Voltage and current sensing in power electronic converters using sigma-delta A/D conversion
US9484898B2 (en) System for generating an analogue signal
FI122160B (en) Arrangement for current measurement in a frequency converter
WO2006074120A3 (en) Circuit to improve motor phase current reconstruction via dc link
US20110102041A1 (en) Method and device for generating pwm signals
Homann et al. High bandwidth phase voltage and phase current control loop of a permanent magnet synchronous motor based on delta sigma bitstreams
Nussbaumer et al. Using oversampling techniques to extract ac machine saliency information
US11848675B2 (en) Electronic apparatus comprising a switching-type output stage, corresponding circuit arrangement and method
GB2440559A (en) Voltage source inverter output voltage error compensation
CN208754179U (en) Low-pass filter, ON-OFF control circuit, drive system and chip
KR100926054B1 (en) Active harmonics filter having high-speed reset intergrator
US10581366B2 (en) Calculation apparatus and processing apparatus
Dahono et al. Analysis and Minimization of Harmonics in the AC and DC Sides of PWM Inverters
KR930000976B1 (en) Input circuit for digital phased locked loop
US7692465B2 (en) Methods for generating PWM-signals
KR100870669B1 (en) A current controller for grid connected inverter
Truntič et al. Voltage and current-mode control for a multiphase bi-directional DC-DC converter
Anuchin et al. Direct Measurement of the Current Derivative Using a Delta-Sigma Modulator for Sensorless Traction Motor Control
SU381308A1 (en) Converter for converting parameters of complicated electric circuits into standard signals

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 122160

Country of ref document: FI

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: VACON OY

MM Patent lapsed