FI79002B - Foerfarande foer momentkontroll av en vaexelstroemsmaskin. - Google Patents

Description

1 79002

Menetelmä vaihtovirtakoneen momentin säätämiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää useita kytkimiä käsittävällä invertterillä syötetyn valhtovirtamoottorin oh-5 jäämiseksi.

Tällainen menetelmä samoin kuin siihen liittyvä sähköteknillinen perusteoria tunnetaan esimerkiksi EP-ha-kemusjulkaisusta 0 179 356.

Seuraavassa keksintöön liittyvää teoreettista taus-10 taa selvitetään havainnollisuuden vuoksi esimerkin avulla, jollaiseksi on otettu käytännössä yleisimmin esiintyvä tapaus, jossa invertterillä syötetään kolmivaihemoottoria, vaikka vastaava teoria samoinkuin esillä oleva keksintö ovat sovellettavissa kaiken tyyppisiin vaihtovirtamootto-15 rikäyttöihin. Tällainen invertterin ja kolmivaihemoottorin periaatteellinen kytkentä on esitetty kuviossa 1. Syötettäessä vaihtovirtamoottoria kuvion 1 mukaisella useita kytkimiä käsittävällä invertterillä moottoria ohjataan kytkemällä moottorin vaihekäämitykset A, B, C kytkimellä 20 Sa, Sjj, Sc, joko invertterin " + "- tai -kiskoon (jän nitteet +1/2 UDC ja -1/2 UDC). Kytkimillä on siis kaksi mahdollista asentovaihtoehtoa, jotka määritellään tässä seuraavasti: S * 0 => Vaihe kytketty -kiskoon 25 S = 1 => Vaihe kytketty "+" -kiskoon.

Yleisen kierto-osoitinmallin mukaan invertterin jännitteen kierto-osoitin on 30 us(Sa,Sb,Sc) = ^ua+aub+a^uc^ (1) = 2 j(n-l)f-3 uCe 3“usn 35 missä n = 1,2,...,6.

2 79002

Tarkasteltava vaihtosuuntaaja antaa siis lähtöjännitteelle kuusi mahdollista asentovektoria kompleksitasossa. Lisäksi jos kaikki vaiheet ovat samassa potentiaalissa, saamme seitsemänneksi osoittimeksi nollavektorin (nol-5 laosoittimen).

Jännitteen kierto-osoittimeksi eri kytkinkombinaa-tioilla saadaan merkittäessä 2/3 UD£ = 1.

SA SB SC US

10 1 o o i =i 1 0° = ϋ: 1 1 o 1/2 + j = 1 | 60° = ΰ2 0 1 o -1/2 + j =1 I 120° = ΰ3 0 11-1 =1 1 180° = Ö4 0 0 1 -1/2 - j =1 I 240° = ϋ5 15 1 0 1 1/2 - j Z3_ = 1 1 300° = Ö6 1110 =0 0 0 0 0 =0

Taulukko 1. Invertterin jänniteosoittimet 20

Graafisessa muodossa esitettynä jänniteosoittimista U2,...,Ug muodostuu invertterin jännitetähti, jollainen on esitetty kuviossa 2.

Tähän jännitetähteen sisältyy kaikki mitä 3-vaihei-25 sella 2-tasoisella vaihtosuuntaajalla voidaan aikaansaada. Suunnittelukysymyksenä on ratkaista kytkimien SA, SB, Sc ulkoinen ohjaus tarkoituksenmukaisimmalla tavalla.

Täysin sinimuotoisesti pyörivän magneettivuon ai-kaansaaaminen on vaikeaa - tai vaatii ainakin suuren kyt-30 kentätaajuuden - käytettäessä kolmivaiheinvertteriä. Kuitenkin on mahdollista saada aikaan lähes pyöreä magneetti-vuoympyrä valitsemalla aina sopiva jänniteosoitin kuudesta eri vaihtoehdosta. Sopiva jänniteosoitin on se, joka pitää vuon itseisarvoa mahdollisimman hyvin vakiona. Tämä osoi-35 tin vie samalla vuota eteenpäin mahdollisimman nopeasti.

3 79002

Esimerkki tällaisesta jänniteosoittimien valinnasta on esitetty kuviossa 3, jossa staattorivuota on merkitty ψ_ ja jänniteosoittimia U2,...,Ug.

Sopiva jänniteosoitin riippuu vuon kulmasta staat-5 torikoordinaatistossa, vuon itseisarvosta ja halutusta pyörittämissuunnasta.

Kuviossa 4 on esitetty vuoympyrä jaettuna kuuteen sektoriin Θ siten, että sektorien katkoviivoilla merkityt rajat puolittavat jänniteosoittimien väliset kulmat. Kus-10 sakin sektorissa käytetään kumpaankin pyörimissuuntaan kahta osoitinta, joista toinen suurentaa ja toinen pienentää vuota. Esimerkiksi sektorissa kaksi (Θ = 2) käytetään osoitinta us (0,1,1) kun vuota halutaan suurentaa ja osoitinta us (0,0,1) kun vuota halutaan pienentää.

15 Vuon itseisarvoa voidaan säätää normaalin kaksipis- tesäädön periaatteen mukaisesti. Vuota suurennetaan kunnes se on ylemmällä hystereesirajalla, jonka jälkeen pienennetään kunnes se on alemmalla hystereesirajalla. Sopivat hystereesirajat määräytyvät sallitun kytkentätaajuuden ja 20 häviöiden perusteella. Merkitään C:lla vuon itseisarvobit-tiä, joka saa arvon yksi kun vuota halutaan suurentaa ja nolla kun pienentää.

Käytettävät jänniteosoittimet voidaan taulukoida vuo-osoittimen sektorin ja itseisarvobitin perusteella.

25 a) positiiviseen pyörittämissuuntaan (vastapäi vään) o 1 _2__3 4 5 30 0 3__i__i__LJ__L.

: : 1 2 3 4 5 6 1

Taulukko 2. Käytetyt jänniteosoittimet eri θ:η ja 35 ζ:η arvoilla 4 79002 b) negatiiviseen pyörittämissuuntaan 012345 0 5 6 1 2 3 4 5 _______ 1 6 1 2 3 4 5

Taulukko 3. Käytetyt jänniteosoittimet eri θ:η ja £:n arvoilla 10

Suurin momentin nousunopeus saadaan viemällä vuota eteenpäin mahdollisimman nopeasti. Vastaavasti momentti saadaan laskemaan nopeimmin viemällä vuota toiseen suuntaan mahdollisimman nopeasti. Itse asiassa momentin laske-15 minen on sen nostamista toiseen pyörimissuuntaan. Pysyvässä tilassa ei kuitenkaan ole järkevää käyttää vastaosoi-tinta momentin säätöön, sillä sen käyttö vaatii sähkötehoa ja nostaa kytkentätaajuutta. Sitä vastoin pysyvässä tilassa voidaan käyttää momentin pienentämiseen nollaosoitinta, 20 joka pitää momentin haluttujen vaihtelurajojen sisällä mahdollisimman kauan.

Vuon etenemisosoittimen (eteenpäin, taaksepäin, nollaosoitin) valintaan voidaan soveltaa myös kaksipiste-säätöä, mutta nyt kolmitasoisena hystereesinä. Valitaan 25 sallittu momentin vaihteluraja ΔΤ, jonka sisällä säätö momentin pitää. ΔΤ:η valinta riippuu lähinnä halutusta sää-tötarkkuudesta ja sallitusta kytkentätaajuudesta. Momentin (negatiivista) eroarvoa (Tref-T) verrataan sallittuun vaihtelurajaan. Mikäli momentti nousee suuremmaksi kuin 30 ohjearvo, valitaan nollaosoitin ja käytetään tätä kunnes (T-Tref) ΔΤ:η alapuolelle. Tällöin valitaan moment tia nostava osoitin. Taaksepäin vievä osoitin valitaan kun momentin eroarvo kasvaa toiseen suuntaan suuremmaksi kuin ÄP.

35 Merkitään x:llä "momenttibittiä", joka voi saada s 79002 arvot 0,1 ja -1. Kun τ = 0 => Käytetään nollaosoitinta τ = 1 * > Viedään vuota positiiviseen kiertosuuntaan 5 τ = -i *> viedään vuota negatiiviseen kiertosuun taan.

Yhdistettäessä momenttlsäätö vuon kaksipistesäätöön voidaan muodostaa optimikääntötaulukko. Taulukoissa 2 ja 3 on esitetty käytettävät osoittimet kumpaankin pyörimis-10 suuntaan. Näistä taulukoista saadaan optimikääntötaulukko siten, että kun τ 1 pyöritetään vuota positiiiviseen ja kun τ= -1 negatiiviseen kiertosuuntaan. Kun τ = 0 valitaan nollaosoitin.

Esitetyllä säätöperiaatteella on kuitenkin puut-15 teensä. Periaatteessa invertteristä on saatavissa perus-aallon tehollisarvoltaan 0.78 UDq suuruinen jännite. Tämä jännite saavutetaan, kun kutakin jänniteosoitinta vuorollaan käytetään 60° ajan. Esitetyllä säätöperiaattella tähän päästään, kunhan vuon hystereesi on riittävän suuri. 20 Tätä tilannetta on havainnollistettu kuviossa 5.

Tällöin ei kuitenkaan momenttlsäätö momenttia kasvattavaan suuntaan enää toimi, eli momenttiohje ei välttämättä toteudu, sillä staattorivuo Ψβ kiertää jo maksiminopeudellaan. Samalla tämä merkitsee sitä, että jatkossa 25 !g:n pyörimisnopeutta voi kasvattaa vain vuo-ohjetta pienentämällä, koska näin pienennetään matkaa, joka Ψ3 :n on kuljettava 60° aikana.

Vuon pyörimisnopeusmuutoksen tekemiseen on kaksi syytä 30 1. mekaanisen pyörimisnopeuden muuttuminen 2. jättämätaajuuden muuttuminen

Muutostilanteissa transienttien välttämiseksi tulee pyrkiä pitämään origo mahdollisimman hyvin paikallaan.

Alueella, jossa pitää pyrkiä suureen lähtöjännit-35 teeseen (suuret nopeudet), momenttiaskel ylöspäin voidaan 6 79002 tehdä "oikaisemalla" staattorivuota enemmän roottorivuon edelle. Alaspäin tehtävään askeleeseen on kaksi toteutusvaihtoehtoa. Staattorivuota voidaan kierrättää kauempaa origosta tai voidaan käyttää nollaosoitinta. Kuviossa 6a 5 on havainnollistettu momenttiaskelta ylöspäin, kuviossa 6b momenttiakselta alaspäin deformaatiomenetelmällä ja kuviossa 6c momenttiaskelta alaspäin pysäytysmenetelmäl-lä.

Kaikki edellä esitetty on yleisesti tunnettua mm. 10 artikkeleista ja EP-hakemusjulkaisusta 0 179 356. Kuitenkaan hyvää menetelmää esitettyjen oivallusten soveltamiseksi ei ole aiemmin tunnettu.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena onkin esittää menetelmä, jolla momentti säädetään halutuksi sekä täydel-15 lä jännitteellä että sen läheisyydessä kaikilla taajuuksilla. Tähän päästään keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista, että määritetään moottorin staat-torivuon Ja roottorivuon välisen kulman ohje- ja oloarvo-jen välistä eroa kuvaava arvo moottorin momentin muutos-20 tarvetta kuvaavan arvon, esimerkiksi momentin ohje- ja oloarvojen erotuksen, ja moottorin magneettista tilaa kuvaavan suureen, kuten staattorivuon oloarvon, sitä vastaavan tai siihen verrannollisen suureen, kuten staattorivuon ohjearvon, ilmavälivuon olo- tai ohjearvon, magnetointi-25 virran olo- tai ohjearvon tai muun vastaavan suureen, joka on riippuvuussuhteessa staattorivuon oloarvon kanssa, perusteella; siirretään invertterin seuraavaa kytkimien kääntöhetkeä eli niin sanottua vuosektorin välistä rajaa ensimmäisellä määritettyyn eroarvoon verrannollisella mää-30 rällä staattori- ja roottorivoiden välisen kulman eli moottorin momentin muuttamiseksi hyppäyksenomaisesti halutuksi ja siirretään invertterin seuraavaksi vuoroon tulevaa kytkimien kääntöhetkeä toisella määritettyyn eroarvoon verrannollisella ja ensimmäiseen määrään nähden vas-35 takkaissuuntaisella määrällä staattorivuon pyörimisnopeu- 7 79002 den muuttamiseksi.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että vuo asettuu automaattisesti kullakin hetkellä suurimpaan saavutettavissa olevaan arvoonsa. Säädölle on myös 5 tyypillistä se, että momenttisäätö pyrkii korjaamaan momentin oikeaan arvoonsa seuraavan 60° sektorin aikana.

Keksinnön mukaista menetelmää selitetään seuraavas-sa yksityiskohtaisemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 10 kuvio 1 esittää invertteri-moottoriyhdistelmän pe riaatekaavion , kuvio 2 esittää invertterin jännitetähden, kuvio 3 esittää esimerkin jänniteosoittimien valinnasta, 15 kuvio 4 esittää vuosektorit, kuvio 5 esittää kuusikulmion muotoisen staattori-vuoympyrän muodostumisen, kuviot 6a, 6b ja 6c esittävät staattorivuoympyrän muodon muuttumisen tehtäessä vastaavasti momenttiaskel 20 ylöspäin, momenttiaskel alaspäin deformaatiomenetelmällä ja momenttiaskel alaspäin pysäytysmenetelmällä, kuvio 7 esittää staattorivuon käyttäytymisen sektorin rajan muutoksessa, kuvio 8 esittää staattorivuon käyttäytymisen suu-25 ressa sektorin rajan muutoksessa, kuvio 9 esittää staattorivuon pysyvässä tilassa va-kiovuon ja kentänheikennysalueen rajalla, kuvio 10 esittää vuon vaihesiirron deformaatiomenetelmällä, 30 kuvio 11 esittää momentti- ja taajuusmuutoksen yh distämisen, kuvio 12 esittää momenttisäädön lohkokaavion ken-tänheikennysalueella ja kuvio 13 esittää momenttisäädön lohkokaavion vakio-35 vuon ja kentänheikennysalueen rajalla.

8 79002

Keksinnön mukainen menetelmä perustuu staattori- ja roottorivuon välisen kulman γ hyväksikäyttöön.

Roottorin differentiaaliyhtälö roottorikoordinaa-tistossa on -r 5 -£—r + R Ir = 0 (2), dt r r —r — r missä on roottorivuo, Rr on roottorin resistanssi ja ir on roottorivirta.

Yhtälöstä (2) nähdään, että roottorivuo on mate-10 maattisesti jatkuva funktio niin kauan kuin roottorivirta ir ei ole ääretön. Koska roottoriresistanssi Rr on pieni suuritehoisilla oikosulkumoottoreilla (0.01 - 0.02 pu yli 10 kW moottoreilla), ei roottorivuo ole ainoastaan matemaattisesti jatkuva funktio, vaan se käyttäytyy maltilli-15 sesti roottorikoordinaatistossa. Lyhyen aikavälin tarkasteluissa roottoria voidaan pitää resistanssittomana oiko-suljettuna kääminä, jossa vuo ei voi muuttua.

Jotta tarkastelulle saadaan matemaattinen perusta, jaetaan staattorivuo Ψ8 roottorivuon ΨΓ suuntaiseen kompo-20 nenttiin ja sitä vastaan kohtisuoraan komponenttiin . Vastaavat yhtälöt ovat aTr£_jjl *sd O) 25 στΓρΨΓ = Ψ8σ (4) s *» - Pn S2 »r 30 m ^κΪγ’γ ψ=5ΐη V (5), m

Joissa σ* hajakerroin, τr - roottorin aikavakio, Lm = mag-35 netointi-induktanssi, Ls = staattorin kokonaisinduktanssi, 9 79002 p = roottorivuon pyörimisnopeus roottorikoordinaatistossa, Tm - ilmavälivääntömomentti, PN * napapariluku ja γ staat-torivuon ja root tori vuon välinen kulina.

Näistä yhtälöistä havaitaan, että momenttia on mah-5 dollista säätää staattorivuon ja roottorivuon välisen kulman avulla samaan tapaan kuin tahtikoneessa. Roottorivuo on likimain kiinteä roottorikoordinaatistosa lyhyellä aikavälillä, joten nopea momenttimuutos on mahdollista toteuttaa staattori- ja roottorivuon välisen kulman γ nope-10 alla muutoksella. Tämä kulmamuutos saadaan aikaan vaihe-siirtämällä staattorivuota oikea määrä Δγ .

Pitkällä aikavälillä tilanne poikkeaa tahtikoneesta, sillä jättämätaajuus riippuu yhtälön (4) mukaisista voitten hetkellisarvoista. Tämän vuoksi momentin askelmuu-15 toksissa vaihesiirtoa Δγ täytyy seurata aina myös vuon amplitudimuutos, jolla jättämätaajuuden vaihtelut kompensoidaan.

Menetelmä, joka on keksitty, toimii seuraavasti: Lasketaan ensin momentin olo- ja ohjearvotietojen sekä 20 vuon oloarvotiedon perusteella tarvittava kulmamuutos staattori- ja roottorivuon väliseen kulmaan. Merkitään tätä kyillä. Tämä kulmamuutos toteutetaan siirtämällä vuo-sektorin rajaa kulman ΔΦ verran. ΔΦ voidaan laskea Δγ :n ja historiatietojen perusteella.

25 Kuten aiemmin esitettiin, vuon kaksipistesäätö an taa ulostuloksi ζ = 0 kun vuota on pienennettävä ζ = 1 kun vuota on suurennettava

Sektorin rajalla asetetaan vuobitti ζ - 1, mitä 30 käytetään hyväksi vaihesiirron toteutuksessa. Mikäli esimerkiksi kuvioissa 4 ja 7 esitettyä rajaa sektorien 1 ja 2 välillä muutetaan kulman ΔΦ verran tapahtuu seuraavaa: - sektorissa 0=2 käytetään osoitinta u^ (0,1,1), kun vuota halutaan suurentaa eli ζ = 1. Vastaavasti käyte-35 tään osoitinta Gg (0,0,1), kun vuota halutaan pienentää 10 79002 eli ς- O, - sektorien rajalla asetetaan ζ = 1, minkä seurauksena käytetään osoitinta u^ (0,1,1) niin kauan kuin vuo-bitti muuttuu nollaksi (eli kun vuo törmää hystereesira-5 jaan) tai kun ylitetään uusi sektori.

Sektorin rajan muutoksesta on seurauksena kuvion 7 mukainen oikaisu. Katkoviivalla on esitetty, kuinka vuo käyttäytyisi, jos sektori olisi paikallaan.

Säätöjärjestelmä siis käyttäytyy "väärin" alueella 10 ΔΦ, jonka sektori Θ 2 on vallannut sektori Θ = liitä. Vaikka vuobitti ζ= 1, käytetään osoitinta, joka pienentää vuota. Vasta kun vuo ylittää teoreettisen sektorin rajan, käyttäytyy säätö normaalin kaksipistesäädön mukaisesti.

Kuviossa 7 on esitetty "pieni oikaisu” kunA$<i /6. 15 Periaate toimii myös "suurilla oikaisuilla", kun ΔΦ>ττ/6, kuten kuviossa 8 on esitetty. Mikäli kuvion 8 tapauksessa sektorin 2 ja 3 välistä rajaa olisi käännetty noin π/6 30° verran, olisi lopputuloksena kuusikulmio.

Teoreettisena ylärajana ΔΦιΙΙβ on π/3. Tätä suu-20 remmillä arvoilla menevät sektorit päällekkäin eikä lopputulos ole enää yksikäsitteinen. Toisaalta, jos ΔΦ v /3, merkitsee se pysyvästä tilasta lähdettäessä staattori- ja roottorivuon väliseen kulmaan muutosta 0.47 rad = 27°, mikä on erittäin suuri muutos.

25 Alarajana ΔΦιΙΙβ on luonnollisesti 0. Mikäli ΔΦ olisi negatiivinen, merkitsisi se, ettei vuota pienentävää osoitinta olisi käytettävissä, vaan molemmat käytössä olevat osoittimet suurentaisivat vuota. Tällainen tilanne ei ole järkevä suurilla nopeuksilla.

30 Siis ΔΦ voi saada arvoja välillä 0...π /3 =1.

Mikäli jokaisessa sektorissa tehdään samansuuruinen oikaisu, muodostuu vuoympyrästä kuvion 9 mukainen. Kun ΔΦ kasvaa suuremmaksi kuin 30 astetta, on tuloksena kuusikulmio. Tällöin voidaan edelleen rajoja kääntelemällä 35 ohjata vuon amplitudi halutuksi. Vastaavasti kun ΔΦ lähes- 11 79002 tyy arvoa O, ei rajojen kääntämisellä enää voida momenttia laskea, vaan tällöin voidaan soveltaa kaksipistesäätöjä. Sektorien rajojen muutoksilla voidaan siis toteuttaa mo-menttiohjaus täydellä jännitteellä sekä siirtyminen vakio-5 vuon alueelta kentänheikennysalueelle ja päinvastoin joustavasti .

Säädön toteutuksessa tarvitaan seuraavat suureet: - staattorivuon hetkellisarvo ^g - koneparametrien likiarvoja 10 Lg = magnetointi-induktanssi + hajainduktanssi = staattorin kokonaisinduktanssi o - haj akerroin - momentin oloarvo hetkellisarvotietona (esim. T - Ψ8χ is ) 15 - momentin ohjearvotieto T*.

Staattorivuon ja momentin hetkelllsarvoista sekä koneparametreista voidaan laskea staattori- ja roottori-vuon välisen kulman γ oloarvo seuraavasti:

1 (fljg 2T

20 V = - arc sin -r-_ «r~W~ (6) '2 1-0 ,SUOD K ’ missä Ψ8 suod “ suodatettu staattorivuon hetkellisarvo Vastaavasti γ:η ohjearvo on 1 σ Lg 2T* 25 Ύ* = 2 arC Sin ~ΐ^σ Vl,sUOD i?) Näistä voidaan laskea kulman eroarvo Αγ = Y*-Y (8) 30

Approksimaatio tälle saadaan myös esimerkiksi yhtälöstä A Q Ls AT , _.

Λγ-1-α Vs.SUOD <9) 35 Yhtälöissä (6), (7) ja (9) Ψ8 SUOD on suodatettu i2 79002 staattorivuon hetkellisarvo, jolla pyritään matkimaan roottorivuota. Roottorivuo on suhteellisen vakio. Mikäli roottorivuota approksimoitaisiin suoraan staattorivuon hetkellisarvon perusteella, näkyisi staattorivuon itseis-5 arvon ripple-komponentti liian voimakkaana etenkin staattorivuon ollessa kuusikulmio. Sopiva suodatusaikavakio tf on esimerkiksi

Tp ” 2 fs (10) 10 missä fs = syöttötaajuus.

Käytännössä staattori- ja roottorivuon välisen kulman γ ohje- ja oloarvojen erotusta Δγ voidaan approksimoida esillä olevan keksinnön kannalta riittävällä tark- 1 c O Le 15 kuudella hyvinkin monella tavalla. Ensinnäkin termi ^_σ on periaatteessa moottorikohtainen vakio, joka kuitenkin lienee approksimoitavissa riittävällä tarkkuudella vähintäänkin moottorityyppikohtaisesti tai jopa yleisimminkin. Se on kuitenkin selvää, että kyseisen termin suhteellisen 20 epätarkkakaan arviointi ei vaikuta haitallisesti keksinnön mukaisen menetelmän käytännön toteutukseen. Mitä puolestaan tulee termeihin Ψ3 ja Ψ8 guOD niin Ψ8 kuvaa moottorin hetkellistä magneettista tilaa ja se on määritettävissä joko suoraan tai hyvinkin monen muun moottorin magneet-25 tista tilaa kuvaavan suureen, kuten ilmavälivuon tai mag-netointivirran tai myös jaksonajan, avulla. Käytännön toteutuksessa myös staattorivuon, ilmavälivuon tai magne-tointivirran ohjearvot muodostavat soveliaan lähtökohdan staattorivuon oloarvon approksimoinnille. Yhtälön 9 oleel-30 lisimmaksi ja tarkinta tietoa edellyttäväksi termiksi jää siten AT eli haluttu momentin muutos.

Tarkastellaan seuraavaksi, millaisen muutoksen kuu-sikulmion deformoiminen aiheuttaa voitten väliseen kulmaan γ. Tilanne on kuvion 10 mukainen. Normaalitilassa staat-35 torivuo kulkee reittiä ACDB. Roottorivuo etenee pitkin ym- 13 79002 pyrän kehää. Mikäli reitin ACDB sijasta kuljetaankin reittiä AB käymättä pisteissä C ja D, kulkee staattorivuo matkan ΔΨ vähemmän kuin normaalisti. Tästä seuraa voitten

S

välinen vaihesiirto 5 Δγ~4Φ' (11) mikäli roottorivuo- ja taajuus pysyvät vakiona. Käytännön koneissa kuitenkaan näin ei ole, vaan momenttiaskel ja 10 kuusikulmion deformoiminen aiheuttavat roottorivuo- ja jättämätaajuusmuutoksen. Käytännössä tämä merkitsee sitä, että momenttiaskeleen alussa ΔΦ':η tulee olla suurempi kuin Δγ . Tämä voidaan ottaa huomioon konekohtaisella kertoimella k-^ eli 15 ΔΦ' “kl Δγ (12)

Vastaavasti koska jättämätaajuus (ja mahdollisesti mekaaninen pyörimisnopeus) momenttiaskeleen seurauksena myös 20 muuttuu, tulee seuraavassa sektorissa kulmamuutoksen negatiiviseen suuntaan k2Ay olla pienempi kuin kjAy . Tällaista yhdistettyä momentti- ja taajuusmuutosta on havainnollistettu kuviossa 11.

Tästä seuraa säätöalgoritmiksi 25 Δφ - ^Δγ - k2Ay (_i)+-f- (13) kun ΔΦ lasketaan vuosektorin normaalista rajasta jaAy^j^ merkitsee ajallisesti edeltävää Δγ:η arvoa.

30 Kertoimella k·^ siis kompensoidaan root tori taajuuden muuttuminen momenttimuutoksessa lyhyellä aikavälillä siten, että momentti nousee halutuksi.

Erotuksella (k^ - k2) määritetään, kuinka suuri vuon pyörimisnopeusmuutos momenttimuutoksen yhteydessä 3l> tehdään. Kuviossa 11 tämä erotus näkyy vuoympyrän säteen pienenemisenä.

i4 79002 Tämän periaatteen mukaisesti momenttisäätöön toimittaessa invertterin maksimilähtöjännitteellä, jolloin moottori optimimitoituksen mukaisesti on kentänheikennys-alueella, ei tarvita pyörimisnopeustietoa. Lähtökohtana 5 on, että jokaisella pyörimisnopeus-vääntömomentti-yhdis-telmällä on pysyvässä tilassa täsmällisesti määrätty vuo-ympyrän säde ja taajuus, kun toimitaan vakiojännitteellä. Mikäli syöttötaajuus poikkeaa tästä arvosta, näkyy se ennen pitkää vääntömomentin oloarvossa. Jos momenttisäätö 10 muuttaa myös vuon pyörimisnopeutta tietyssä suhteessa moment timuutokseen nähden pystytään pyörimisnopeusmuutokset ottamaan huomioon pelkässä momenttisäädössä.

Käytännössä siis arvataan, johtuuko momentin eroar-vomuutos momenttiohjeen vai pyörimisnopeuden muuttumises-15 ta, ja muutetaan kumpaakin tietyssä suhteessa toisiinsa nähden. 60 asteen kuluttua katsotaan, kuinka säätö onnistui, ja tehdään tarvittavat korjaukset - edelleen sekä momenttiin että taajuuteen. Ennen pitkää kumpikin on haluttu.

20 Kirjoittamalla yhtälö (13) auki ajassa taaksepäin saadaan ir π. ,k2v 2 , . Tr| Δφ - ^+ΚιΔγ__£(Λφ(.1)- 6)-<- ) (Δγ(_2)-6) k23 π (14) 25 "(k1) (Δφ(-2)“ 6 *

Eli f Δφ — k,Ay - 11?. ΔΦ SUOD + "ΊΓ kl <

Δφςποη “ Δφ/_η+ _£ Δλ _ JL

30 ^ &UOU ' 11 ki SUOD(-1) 6 (15) Näiden yhtälöiden perusteella muodostettu esimerkki säädön lohkokaavioksi on esitetty kuviossa 12, missä Z-1 merkitsee sisääntulevan arvon tallentamista ja sitä edel-35 täneen arvon syöttämistä ulostuloon. Tämä kuvion 12 mukainen lohkokaavio pätee siis invertterin maksimilähtöjännitteen ollessa käytössä.

is 79002

Vakiovuon ja kentänheikennysalueen rajalla, jossa vuoympyrä el vielä ole kuusikulmio, säätöalgorltmi on monimutkaisempi, sillä vuosektorin rajan kääntökulman staat-torlvuota vaihesiirtävä vaikutus on epälineaarinen. Mikäli 5 edellisessä sektorissa rajan kääntökulma on ollut ΔΦ(-1) ja nykyisessä ΔΦ, seuraa tästä pysyvästä tilasta lähdettäessä voitten välinen kulmamuutos Δγ - f(Δφ) - ί(Δφ(_1)) (16) 10 missä f:ää voidaan approksimoida esimerkiksi seuraavasti |^f (x) = 2/In tan + s in x/, kun x - ) π χ (_f (x) = 4 ln/3 - 2 In tan)-2 sin x, kun x > ^ (17)

Yhtälöstä (16) voidaan ratkaista tarvittavaksi ΔΦ :ksi Δφ = f"VÄy+ f ( Δφ(_ΐ))_7 (18) 20 missä f-1 f:n käänteisfunktio.

Tällä algoritmilla voidaan laskea oikein ensimmäinen ΔΦ momenttiaskeleessa lähdettäessä pysyvästä tilasta. Seuraavan sektorin muutosta ei enää saada oikein, sillä 25 lähtötilanne ei enää ole pysyvä tila. Toisin sanoen mikäli momentti on 60° aikana muuttunut halutuksi, on Δγ » 0 ja yhtälön (18) mukaan seuraavan sektorin ΔΦ on yhtä suuri kuin edellisen. Tästä on seurauksena uusi samankokoinen voitten välinen kulmamuutos ja momentti nousee liian suu-30 reksi tai laskee liian pieneksi riippuen halutun momentti-muutoksen suunnasta.

Kyseinen ongelma voidaan poistaa sijoittamalla ΔΦ:n paikalle Δγ = kxΔγ* - k2 Δγ*(-1) (19) 35 ie 79002 missä Δγ * = haluttu voitten välinen kulmamuutos ja k2 * vastaavat säätöparametrit kuin kentänhei-kennysalueella.

Sijoittamalla yhtälö (19) yhtälöön (18) saadaan 5 Δφ = f“1/‘k1AY* - k2AY*_1)+f ( Δ Φ (- i) )_7 (20)

Yhtälön (20) mukaisessa algoritmissa sektorin rajan kääntökulmaan ΔΦ vaikuttaa kaksi tekijää: termillä Κ^Δυ* 10 otetaan huomioon tarvittava muutostarve ja historiatiedosta f (Δφ (-1)) - *2Δγ*(-1) (21) saadaan selville, mikä on rajan kääntökulma pysyvässä ti-15 lassa. Mikäli edellisessä sektorissa ei ole tehty muutosta, on Δγ*ζ_^ = 0 ja ^Ύ(-ΐ) edustaa suoraan pysyvän tilan arvoa. Mikäli taas edellisessä sektorissa on tehty tietyn suuruinen muutos, täytyy se vähentää ΔΦ(_1^:η arvosta pysyvän tilan selville saamiseksi.

20 Yhtälö (20) voidaan kirjoittaa auki ajassa taakse päin, jolloin saadaan Δφ = f_1ik1AY*+ (l~)/"f (Δφ(_1} )+ £^(ΔΦ(_2)) 25 + <^2ί<ΔΦ(-3)> + £^3ί (Δφ(_4) )+..._? <22>

Yhtälön (22) perusteella muodostettu esimerkki va-kiovuon ja kentänheikennysalueen rajalla sovellettavan mo-menttisäädön lohkokaaviosta on esitetty kuviossa 13.

30 Yllä keksinnön mukaista menetelmää on havainnollis tettu kolmivaihejärjestelmään liittyvällä esimerkillä, mutta, kuten jo alussa mainittiin, keksintöä voidaan soveltaa myös tapauksissa jossa vaiheiden lukumäärä on jokin muu kuin kolme.

Claims (4)

1. Menetelmä useita kytkimiä käsittävällä invertte-rillä syötetyn vaihtovirtamoottorin ohjaamiseksi, t u n- 5. e t t u siitä, että - määritetään moottorin staattorivuon ja roottori-vuon välisen kulman ohje- ja oloarvojen välistä eroa kuvaava arvo (Δγ) moottorin momentin muutostarvetta kuvaavan * arvon, esimerkiksi momentin ohje (T )- ja oloarvojen (T) 10 erotuksen (ΔΤ), ja moottorin magneettista tilaa kuvaavan suureen, kuten staattorivuon oloarvon (Ψ ), sitä vastaavan S tai siihen verrannollisen suureen, kuten staattorivuon ohjearvon, ilmavälivuon olo- tai ohjearvon, magnetointi-virran olo- tai ohjearvon tai muun vastaavan suureen, joka 15 on riippuvuussuhteessa staattorivuon oloarvon (Ψ ) kanssa, perusteella, - siirretään invertterin seuraavaa kytkimien kään-töhetkeä eli niin sanottua vuosektorin välistä rajaa (Δγ) ensimmäisellä määritettyyn eroarvoon verrannollisella mää- 20 rällä (k^jAy ) staattori- ja roottorivoiden välisen kulman (γ) eli moottorin momentin muuttamiseksi hyppäyksenomai-sesti halutuksi ja - siirretään invertterin seuraavaksi vuoroon tulevaa kytkimien kääntöhetkeä toisella määritettyyn eroarvoon 25 verrannollisella ja ensimmäiseen määrään (k^y) nähden vastakkaissuuntaisella määrällä (]^2^y) staattorivuon pyörimisnopeuden muuttamiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että staattorivuon ja roottorivuon 30 välisen kulman ohje- ja oloarvojen erotus (Δγ) määritetään moottorin momentin muutostarpeen (ΔΤ), staattorivuon olo-arvon (ψ3), sen suodatetun arvon (Vs, SUOd)' staattorin kokonaisinduktanssin (Ls) ja hajakertoimen (σ) avulla yhtiöstä aL Δ τ 35 Δγ = -- - l-σ Vs, SUOD 18 79002

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimittaessa invertterin maksimi lähtö jännitteellä lähtöjännitteellä ensimmäinen määritettyyn eroarvoon verrannollinen määrä määritetään kerto- 5 maila eroarvo (Δγ ) ensimmäisellä moottorikohtaisella vakiolla (k1).

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimittaessa invertterin mak-similähtöjännitteellä toinen määritettyyn eroarvoon ver- 10 rannollinen määrä määritetään kertomalla eroarvo (Δγ) toisella moottorikohtaisella vakiolla (k2>. 19 79002