FI97654B

FI97654B - Menetelmä epätahtikoneen käynnistämiseksi

Info

Publication number: FI97654B
Application number: FI944179A
Authority: FI
Inventors: Petri Schroderus
Original assignee: Abb Industry Oy
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1994-09-09
Publication date: 1996-10-15
Also published as: FI944179A0; DE19532477A1; FI944179A; ITTO950719A1; JPH08103091A; IT1281342B1; DE19532477B4; US5654624A; GB2293061B; JP3263287B2; FR2724508B1; FR2724508A1; ITTO950719A0; GB2293061A; GB9517954D0; FI97654C

Description

97654

Menetelmä epätahtlkoneen käynnistämiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä epätahtiko-neen käynnistämiseksi riippumatta siitä pyöriikö koneen 5 roottori vai ei, kun konetta syötetään invertterillä, jossa on epätahtikoneen aikavakioita nopeampi erillinen momentin ja vuon tai momentti- ja magnetointivirran säätö.

Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa siis roottorin pyörimisnopeudesta ei tarvita edes karkeaa arviota.

10 Menetelmä soveltuu siten käytettäväksi tilanteissa, joissa käynnistyskomentoa annettaessa roottori on valmiiksi pyörimässä tai roottorin pyörimisliikkeestä ei ole varmaa tietoa. Menetelmän eräänä lähtökohtana on lisäksi, ettei koneessa ole merkittävää jäännösvuota.

15 Menetelmiä oikosulkukoneen käynnistämiseksi tilan teessa, jossa jäännösvuoton roottori pyörii, tunnetaan esimerkiksi DE-patenttijulkaisusta 32 02 906 ja DE-hake-musjulkaisusta 35 43 983. Näissä menetelmissä käytetään taajuusramppia, jonka avulla skannataan roottorin taajuut-20 ta. Menetelmät vievät aikaa tyypillisesti satoja millisekunteja eivätkä ne ole luotettavia pienillä taajuuksilla. Lisäksi tunnetaan EP-hakemusjulkaisusta 04 69 177 menetelmä, jossa roottorissa oletetaan olevan havaittava remanenssivuo, jonka avulla roottoritaajuus löydetään.

25 Kyseisessä menetelmässä laskenta-aika on vähintään kaksi kertaa jäännösvuon perusjakson aika eikä se toimi pienillä, esimerkiksi alle 1 Hz, taajuuksilla.

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä epätahtikoneen käynnistämiseksi, jossa menetel-30 mässä jäännösvuota ei tarvita ja jossa roottorin taajuuden löytyminen kestää muutamasta millisekunnista muutamaan kymmeneen millisekuntiin eli se on huomattavasti vanhoja menetelmiä nopeampi. Lisäksi menetelmän tulee soveltua myös tilanteisiin, joissa roottori pyörii hitaasti.

35 Edellä mainitut tavoitteet voidaan aikaansaada kek- 97654 2 sinnon mukaisen menetelmän avulla, jolle on tunnusomaista, että se käsittää vaiheet, joissa asetetaan säädölle tavoitteeksi nollamomentti, syötetään invertterillä koneen staattorille jännitettä, määritetään jännitteen synnyttämä 5 staattorivirtavektori, määritetään jännitteen synnyttämä staattorivuovektori, sen estimaatti tai jokin muu staatto-rivuohon verrannollinen suure, määritetään staattori-vuovektorin ja staattorivirtavektorin aiheuttama momentti ja syötetään momenttitieto säädölle, joka pyrkii nollaa-10 maan syntyneen momentin saattamalla staattorivuon ja sen synnyttämän roottorivuon samanvaiheisiksi tahdistaen täten invertterin syöttötaajuuden koneen roottorin mahdollisen pyörimisen kanssa. Keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään täten hyväksi invertterin säätöjärjestelmää, joka 15 tavanomaisessa käytössään säätää epätahtikoneen momenttia ja vuota tai momentti- ja magnetointivirtaa. Keksinnön mukaisessa menetelmässä tällainen säätöjärjestelmä herätetään syöttämällä koneelle virtapulssi, jonka seurauksena koneen mahdollisesti pyöriessä syntyy momentti, jota sää-20 töjärjestelmä kykenee säätämään halutuksi eli esillä ole van menetelmän tapauksessa kohti nollamomenttia eli tilaa, jossa staattorivuo ja roottorivuo ovat samanvaiheiset ja jossa siis invertterin syöttötaajuus on tahdistettu roottorin mahdollisen pyörimisen kanssa.

25 Edullisesti staattorille syötettävä jännite asete taan siten, että sen aikaansaama staattorivirta on lähellä staattorivirran nimellisarvoa, jotta syntyvät staattorivuo ja roottorivuo olisivat kyllin suuria.

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää ja sen 30 teoreettista taustaa kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten samalla oheiseen piirustukseen, jossa kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuvan laitteiston esimerkinomaisen rakenteen ja 35 kuvio 2 esittää osoitinpiirroksena keksinnön mu- 97654 3 kaista menetelmää sovellettaessa syntyviä vektorisuureita.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitaan tieto oikosulkukoneeseen syntyvästä momentista. Se voidaan laskea seuraavasti

Tm = c · (ijre x ls) (1) 5 missä T = sähköinen momentti n c = vakiokerroin Ψβ = staattorivuo iB = staattorivirta 10 Jotta syntyvä momentti saadaan laskettua, täytyy siis mitatun staattorivirran lisäksi tuntea staattorivuo tai jokin siihen verrannollinen suure. Staattorivuo voidaan laskea seuraavien yleisesti tunnettujen staattorin ja roottorin differentiaali- ja virtayhtälöiden avulla, jotka 15 staattorikoordinaatistossa lausuttuna ovat: u = r J + (2) s 88 dt 0 = R?x * ^ - jajf' (3) = LJ-b * (4)

Tr = + <5> missä u, = staattorijännite R8 = staattoriresistanssi ΨΓ = roottorivuo 20 ir = roottorivirta o>n = mekaaninen pyörintänopeus

Rj. = roottoriresistanssi

Le = staattori-induktanssi

Lr = roottori-induktanssi 25 Lm = pääinduktanssi 97654 4

Edellä mainituista kaavoista voidaan johtaa roottorivuon derivaatalle seuraava kaava (jättämätaajuus = 0): h · w φ d$z = L, Ws (6) dt στΓ missä

Lr . . .

5 τ = -=— = roottonaikavakio ^ Li σ=1- γ-=- = hajakerroin 10

Kuviossa 1 on kuvattu keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseen soveltuvan järjestelmän periaatteellinen lohkokaavio. Siinä kolmivaiheista epätahtikonetta 1 syötetään invertterillä 2, joka on liitetty tasajännitevälipii-15 riin U^. Invertteriä 2 säädetään säätöjärjestelmällä 3, jonka keksinnön mukaisesti edellytetään olevan sellainen, että siinä on koneen aikavakioita nopeampi erillinen momentin ja vuon taikka momentti- ja magnetointivirran säätö. Mittauksina säätöjärjestelmälle 3 otetaan virtamit-20 taustiedot kahdesta koneelle 1 menevästä vaiheesta. Näitä virtamittauksia on merkitty kuviossa 1 viitteillä iea ja ieb. Näiden kahden virtamittauksen perusteella kyetään määrittämään koneelle menevä staattorivirtavektori ie. Lisäksi mitataan tasajännitevälipiirin U,,,, jännite. Tämän tasajän-25 nitevälipiirin jännitteen ja invertterin 2 kytkinasentojen perusteella säätöjärjestelmä 3 kykenee määrittämään koneen staattorissa vaikuttavan staattorijännitteen ja sen perusteella esimerkiksi staattorijännitteen integrointiin perustuen koneessa vaikuttavan staattorivuon. Luonnollisesti 30 kaikki yleisesti tunnetut laskennalliset menetelmät staat-torivuon, sen estimaatin tai jonkin staattorivuohon verrannollisen suureen, kuten roottorivuon tai ilmavälivuon, määrittämiseksi ovat mahdollisia keksinnön mukaisen menetelmän toteutuksessa. Kuviossa 1 viitenumerolla 3 merkit- 97654 5 tyä säätöjärjestelmää ei tämän hakemuksen yhteydessä kuvata lähemmin, koska se on alalla tavanomaisesti käytettyä tyyppiä. Todettakoon kuitenkin, että tällaista säätöjärjestelmää on kuvattu esimerkiksi EP-patenttijulkaisussa 5 01 79 356.

Kun epätahtikonetta lähdetään käynnistämään keksinnön mukaista menetelmää hyväksikäyttäen, asetetaan ensivaiheessa säätöjärjestelmälle 3 tavoitteeksi nollamoment-ti. Tämän jälkeen invertterillä 2 syötetään koneen 1 10 staattorille jännitettä. Tätä jännitettä syötetään sen tasoisena, että se synnyttää staattorivirran, joka on lähellä moottorin 1 nimellistä staattorivirtaa. Tätä staat-torivirtaa ja sen syntymistä seurataan ainakin kahdesta vaiheesta suoritettavilla virtamittauksilla, kuten kuvios-15 sa 1 on esitetty. Näiden mittavirtausten avulla kyetään määrittämään staattorivirtavektori iB, jota tarvitaan yhtälön 1 mukaisessa momentin laskennassa. Samanaikaisesti staattorijännitteen syötön kanssa määritetään koneen staattorivuo, esimerkiksi edellä mainitun menettelyn avul-20 la, ja näin päästään laskemaan yhtälöllä 1 koneessa syntyvää momenttia. Todettakoon vielä säätöjärjestelmästä 3, että jos siinä nopein säätösilmukka ohjaa magnetointivir-taa, voidaan haluttu staattorivirta antaa suoraan magne-tointivirtaohjeeksi. Jos taas ohjataan staattorivuota, 25 voidaan halutun staattorivirran avulla laskea sopiva staattorivuo-ohje s (7) missä ΨΓβί = staattorivuo-ohje iref = haluttu staattorivirta

Kuten edellä todettiin, käynnistystä aloitettaessa aloitetaan myös syntyvän momentin laskenta kaavan 1 avulla. Mikäli roottori ei pyöri, momenttia ei synny, koska 30 97654 6 staattorivuon ja staattorivirran välillä ei tällöin ole vaihe-eroa ja niiden ristitulo siten on nolla. Tässä tilanteessa virran syöttöä staattoriin voidaan jatkaa ja staattorivuota kasvattaa, kunnes moottori on riittävästi 5 magnetoitunut ja kykenevä toteuttamaan annetut momenttioh-jeet. Tällöin siis koneelle voidaan antaa haluttu moment-tiohje ja siirtyä pois keksinnön mukaista käynnistys-menetelmää toteutettaessa tarvittavasta nollamomenttioh-jeesta.

10 Jos taas moottoria keksinnön mukaisesti käynnistet täessä roottori pyörii, syntyy myös momenttia. Tämä perustuu siihen, että roottorin pyöriessä staattorivirran ja staattorivuon välille syntyy kulmaero, jonka seurauksena niiden kaava 1 mukainen ristitulo ei ole enää nolla. Ku-15 viossa 2 on kuvattu tätä tilannetta, jossa staattorivuo on aiheuttanut kaavan 6 mukaisesti pienen roottorivuon, joka roottorin pyöriessä kääntyy aiheuttaen kulmaeron staattori- ja roottorivoitten välille. Koska kuitenkin säätöjärjestelmälle on annettu ohjeeksi nollamomentti, 20 pyrkii säätö kompensoimaan syntyneen momentin ohjaamalla staattorivuota roottorivuon päälle. Näin staattorivuo am-pautuu roottorivuon pyörimisnopeudelle. Staattorivuo pääsee mukaan suuriinkin taajuuksiin ilman viiveitä, koska sillä ei ole inertiaa.

25 Havaittava momentti syntyy sitä nopeammin, miten nopeammin roottori pyörii ja mitä pienempi roottori aikavakio on. Kaavasta 6 nähdään, että tyypillisillä roottori-aikavakioilla roottorivuo ehtii kasvamaan niin suureksi, että syntyvä momentti ehditään havaitsemaan niin nopeasti, 30 ettei kone kippaa edes suurilla taajuuksilla. Momenttira-ja, jonka jälkeen staattorivuota lähdetään liikuttamaan ei voi kuitenkaan olla nolla, koska virranmittauksessa syntyy aina virheitä, jotka taas tulevat esiin kaavan 1 mukaisessa momenttiestimaatissa. Tämän vuoksi on tärkeää, että to-35 dellisen pyörivän roottorivuon aiheuttama momentti erottuu

II

97654 7 virranmittausvirheiden aiheuttamasta momenttikohinasta. Tähän päästään nimenomaisesti sillä, että staattorille menetelmää aloitettaessa syötettävä virta on kyllin suuri ja näin syntyvät staattori- ja roottorivuot ovat myös niin 5 suuria, että mittausvirheet kyetään luotettavasti välttämään.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että oikosulkukone on täysin säädettävissä heti staattori-virran ja staattorivuon synnyttyä. Käytettävää momenttia 10 on kuitenkin rajoitettava kippaamisvaaran vuoksi eikä nimellistä momenttia voida käyttää ennenkuin staattorivuo on nostettu nimelliseksi.

Claims

97654 1. Menetelmä epätahtikoneen käynnistämiseksi riippumatta siitä pyöriikö koneen (1) roottori vai ei, kun 5 konetta syötetään invertterillä (2), jossa on epätahtikoneen aikavakioita nopeampi erillinen momentin ja vuon tai momentti- ja magnetointivirran säätö (3), tunnet-t u siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa asetetaan säädölle (3) tavoitteeksi nollamomentti, 10 syötetään invertterillä (2) koneen staattorille jännitettä, määritetään jännitteen synnyttämä staattorivirta-vektori (i.), määritetään jännitteen synnyttämä staattorivuovek-15 tori (Ψβ), sen estimaatti tai jokin muu staattorivuohon verrannollinen suure, määritetään staattorivuovektorin (Ψ.) ja staattori-virtavektorin (i.) aiheuttama momentti (TB) ja syötetään momenttitieto (T^) säädölle, joka pyrkii 20 nollaamaan syntyneen momentin saattamalla staattorivuon (ΨΒ) ja sen synnyttämän roottorivuon (ΨΓ) samanvaiheisiksi tahdistaen täten invertterin syöttötaajuuden koneen roottorin mahdollisen pyörimisen kanssa. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että staattorille syötettävä jännite asetetaan siten, että sen aikaansaama staattorivirta (i8) on lähellä nime11isarvoaan. Il 57654

1. Förfarande för igängsättning av en asynkronmas-kin oberoende av om maskinens (1) rotor roterar eller ej, 5 di maskinen mätäs med en inverter (2) som uppvisar en se-parat regiering (3) för moment och flöde eller moment- och magnetiseringsström, snabbare än asynkronmaskinens tids-konstanter, kännetecknat av att förfarandet omfattar steg väri 10 ett nollmoment stalls som mäl för regleringen (3), spanning mätäs tili maskinens stator med invertern (2), en av spänningen genererad statorströmvektor bes-täms (I„), 15 en av spänningen genererad statorflödesvektor (f„), dess estimat eller nägon annan mot statorflödet proportio-neli storhet bestäms, ett av statorflödesvektorn (f.) och statorströmvek-torn (I.) ästadkommet moment (Tm) bestäms och 20 momentinformation (Tn) mätäs tili regleringen som tenderar att nollställa det genererade momentet genom att göra statorflödet (?„) och ett av detta genererat rotorflö-de (?r) likfasiga, varvid den synkroniserar inverterns in-matningsfrekvens med maskinrotorns eventuella rotation. 25

2. Förfarande enligt patentkrav 1, känne tecknat av att den tili statorn matade spänningen ställs sä att den av densamma ätstadkomna statorströmmen (ie) är i närheten av sitt nominella värde.