ITMI941321A1

ITMI941321A1 - ASYNCHRONOUS MOTOR SPEED REGULATION SYSTEM WITH TEMPERATURE COMPENSATION

Info

Publication number: ITMI941321A1
Application number: IT001321A
Authority: IT
Inventors: Attilio Bobbio
Original assignee: Finmeccanica Spa
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1995-12-24
Also published as: IT1271194B; ES2111452A1; ES2111452B1; GB9505674D0; GB2290634A; ITMI941321A0

Description

La presente invenzione riguarda un sistema di regolazione di velocità di motore asincrono con compensazione di temperatura. The present invention relates to an asynchronous motor speed regulation system with temperature compensation.

E' noto che i motori asincroni, in particolare trifasi, grazie all'avvento di sistemi di controllo ad inverter, trovano una sempre più ampia diffusione in applicazioni industriali, per la loro semplicità costruttiva ed elevate affidabilità, anche nei casi in cui il motore deve operare a velocità variabile entro ampi limiti e deve erogare coppie variabili, come nei sistemi di trazione elettrica, su rotaia o su strada. It is known that asynchronous motors, in particular three-phase, thanks to the advent of inverter control systems, find an ever wider diffusion in industrial applications, due to their constructive simplicity and high reliability, even in cases where the motor must operate at variable speeds within wide limits and must deliver variable torques, as in electric traction systems, rail or road.

Il motore è controllato elettronicamente da un convertitore, più propriamente un in verter, che alimentato da una tensione continua, applica alle fasi di avvolgimento statorico degli impulsi periodici di tensione/corrente. The motor is electronically controlled by a converter, more properly an in verter, which, powered by a direct voltage, applies periodic voltage / current pulses to the stator winding phases.

Questi generano un campo magnetico rotante avente una velocità angolare 20 correlate alla frequenza degli impulsi di alimentazione delle diverse fasi. These generate a rotating magnetic field having an angular velocity 20 correlated to the frequency of the supply pulses of the different phases.

Questa frequenza è imposta da circuiti elettronici di controllo e può essere variate entro ampi limiti. This frequency is imposed by electronic control circuits and can be varied within wide limits.

Come è noto nei motori asincroni la coppia sviluppata dipende dallo scorrimento S di rotore rispetto alla velocità angolare Ω0 del campo rotante ed il rotore ruota con una velocità angolare 2 data dalla relazione Ω = 20 (1-S). As is known, in asynchronous motors the developed torque depends on the slip S of the rotor with respect to the angular speed Ω0 of the rotating field and the rotor rotates with an angular speed 2 given by the relation Ω = 20 (1-S).

Per piccoli valori di scorrimento S la coppia motrice MT sviluppata è proporzionale allo scorrimento ossia For small slip values S, the developed driving torque MT is proportional to the slip, that is

(1) MT = KS (1) MT = KS

dove K è un coefficiente di proporzionalità. where K is a proportionality coefficient.

Questa relazione consente di regolare in modo stabile la velocità di rotazione del motore con un segnale di errore, ottenuto per confronto tra la velocità misurata e quella desiderata, che è un segnale di scorrimento imposto e per la relazione indicata è anche un segnale di coppia. This relationship allows to regulate in a stable way the rotation speed of the motor with an error signal, obtained by comparison between the measured speed and the desired one, which is an imposed slip signal and for the indicated relationship is also a torque signal.

Questo segnale, sommato alla velocità di rotazione, modifica la velocità angolare Ω0 di campo provocando variazioni di scorrimento e di coppia che impongono al rotore una velocità eguale o molto prossima a quella desiderata. This signal, added to the rotation speed, modifies the angular velocity Ω0 of the field causing slip and torque variations that impose on the rotor a speed equal to or very close to the desired one.

La relazione MT = K -S è però verificata solo per bassi valori di scorrimento e man mano che lo scorrimento cresce, la coppia motrice tende a crescere in misura meno che proporzionale e superato un certo valore di scorrimento decresce, mentre la corrente statorica continua ad aumentare. However, the relationship MT = K -S is verified only for low slip values and as the slip increases, the drive torque tends to increase in a less than proportional measure and after a certain slip value decreases, while the stator current continues to increase.

Pertanto superato un certo valore di scorrimento il sistema di regolazione risulta instabile perché un segnale di comando di un maggiore scorrimento, anziché comportare un incremento di coppia motrice, provoca un decremento, con effetto contrario a quello desiderato. Therefore, once a certain slip value has been exceeded, the adjustment system is unstable because a command signal for a greater slip, instead of causing an increase in driving torque, causes a decrease, with the opposite effect to the desired one.

E* quindi necessario, per un corretto funzionamento del sistema di regolazione, prevedere dei limiti di coppia di scorrimento che assicurino il funzionamento del motore nei limiti di stabilità in cui coppia motrice e scorrimento sono proporzionali. It is therefore necessary, for correct operation of the adjustment system, to provide for slip torque limits which ensure motor operation within the stability limits in which drive torque and slip are proportional.

Questo è tanto più importante per evitare eccessive correnti di alimentazione del motore, superiori ad un limite prefissato, imposto dalle caratteristiche dell'inverter, prima ancora che dal rischio di surriscaldamento del motore. This is all the more important to avoid excessive motor power supply currents, higher than a predetermined limit, imposed by the characteristics of the inverter, even before the risk of motor overheating.

Sono quindi noti sistemi di regolazione in cui un segnale di errore di velocità, corrispondente ad uno scorrimento/coppia da imporre al motore è limitato da dispositivi limitatori per evitare che il sistema di regolazione venga spinto ad operare fuori dal campo di funzionamento stabile del sistema e comunque con assorbimento di corrente superiore a quello consentito dall'inverter. Adjustment systems are therefore known in which a speed error signal, corresponding to a slip / torque to be imposed on the motor, is limited by limiting devices to prevent the adjustment system from being forced to operate outside the stable operating range of the system and in any case with current absorption higher than that allowed by the inverter.

L'equivalenza del segnale di errore o scorrimento con un segnale di coppia deve essere qui precisata. The equivalence of the error or slip signal with a torque signal must be specified here.

Nella relazione MT = K*S, il coefficiente K non è costante ma varia con la temperatura. In the relation MT = K * S, the coefficient K is not constant but varies with the temperature.

Si può infatti verificare, considerando il circuito equivalente di un motore a induzione e trascurando le perdite di magnetizzazione e nel ferro, che per valori di scorrimento S relativamente bassi, quali si hanno nel campo di lavoro, vale la relazione It can in fact be verified, considering the equivalent circuit of an induction motor and neglecting the magnetization losses and in the iron, that for relatively low slip values S, such as we have in the working range, the relationship

(2) (2)

dove V è la tensione di alimentazione delle fasi del motore e R12(t) è la resistenza equivalente della gabbia di rotore riportata al primario e variabile in funzione della temperatura con un coefficiente dell'ordine di 0,004/ °C, where V is the power supply voltage of the motor phases and R12 (t) is the equivalent resistance of the rotor cage brought back to the primary and variable according to the temperature with a coefficient of the order of 0.004 / ° C,

E' quindi evidente che a parità di scorrimento S, la coppia motrice MT diminuisce con la temperatura perché R12(t) aumenta. It is therefore evident that with the same slip S, the drive torque MT decreases with the temperature because R12 (t) increases.

L'influenza della temperatura non è trascurabile: per un aumento della temperatura rotorica di 120 °C, la resistenza R12 aumenta del 50% circa ed a parità di scorrimento la coppia motrice si riduce del 33%. The influence of temperature is not negligible: for an increase in rotor temperature of 120 ° C, the resistance R12 increases by approximately 50% and with the same slip the drive torque is reduced by 33%.

Il segnale di errore del sistema di regolazione è univocamente correlato allo scorrimento e la limitazione di coppia è ottenuta indirettamente con la limitazione del segnale di errore/ scorrimento. The error signal of the regulation system is uniquely correlated to the slip and the torque limitation is obtained indirectly with the limitation of the error / slip signal.

Pertanto al variare delle condizioni operative del motore, la limitazione dello scorrimento a un valore fisso predeterminato risulta in una limitazione della coppia erogata variabile in modo rilevante con la temperatura. Therefore, as the operating conditions of the motor vary, the limitation of the slip to a fixed predetermined value results in a limitation of the torque delivered which varies significantly with the temperature.

Così se il sistema è predisposto per erogare una coppia massima predeterminata a motore freddo, a motore caldo la coppia erogabile sarà sostanzialmente più bassa ed al limite insufficiente per l'impiego desiderato. Thus, if the system is designed to deliver a predetermined maximum torque with a cold engine, with a warm engine the deliverable torque will be substantially lower and at the limit insufficient for the desired use.

Se invece il sistema è tarato per fornire una coppia massima adeguata a motore caldo, la coppia massima erogabile a motore freddo risulterà molto maggiore e comportando un maggior assorbimento di corrente dell'inverter richiederà un sovradimensionamento dello stesso. If, on the other hand, the system is calibrated to provide an adequate maximum torque with a hot motor, the maximum torque that can be delivered with a cold motor will be much greater and, involving a greater current absorption of the inverter, it will require an oversizing of the same.

E' quindi desiderabile un sistema di regolazione di velocità per motore asincrono con compensazione di temperatura che assicuri l'invariabilità del limite di coppia, quindi della massima corrente assorbita al variare della temperatura. It is therefore desirable to have a speed regulation system for asynchronous motor with temperature compensation which ensures the invariability of the torque limit, therefore of the maximum absorbed current as the temperature varies.

Poiché la misura diretta della temperatura di rotore è impraticabile, per motivi meccanici ed elettrici, una soluzione nota al problema consiste nell'adozione di sistemi di regolazione basati su una variabile di controllo diversa dallo scorrimento, tipicamente la corrente di alimentazióne- delle fasi di statore, che è correlata alla coppia in modo sostanzialmente indipendente dalla temperatura e che comunque costituisce la variabile determinante per il dimensionamento dell'inverter, variabile che può essere direttamente limitata. Since the direct measurement of the rotor temperature is impractical, for mechanical and electrical reasons, a known solution to the problem consists in the adoption of regulation systems based on a control variable other than slip, typically the supply current of the stator phases. , which is correlated to the torque in a substantially independent way from the temperature and which in any case constitutes the determining variable for the sizing of the inverter, which can be directly limited.

Per esempio i sistemi di controllo a flusso orientato si basano sul controllo diretto delle correnti di linea del motore e risolvono intrinsecamente il problema. For example, flux-oriented control systems are based on direct control of the motor line currents and inherently solve the problem.

Tuttavia questi sistemi di controllo risultano particolarmente complessi e costosi e comportano l'impiego di sensori di corrente su ciascuna delle fasi di statore, che fanno aumentare ulteriormente il costo. However, these control systems are particularly complex and expensive and involve the use of current sensors on each of the stator phases, which further increase the cost.

Essi sono impiegati quando il costo aggiuntivo è giustificato da una risposta dinamica particolarmente pronta e precisa che sistemi di controllo più semplici, basati sullo scorrimento, non sono in grado di fornire, pur essendo idonei a soddisfare le esigenze di una pluralità di applicazioni, ad esempio per trazione elettrica. They are used when the additional cost is justified by a particularly quick and precise dynamic response that simpler control systems, based on sliding, are not able to provide, even if they are suitable to satisfy the needs of a plurality of applications, for example for electric traction.

Ovvia a queste limitazioni il sistema di regolazione di velocità di motore asincrono con compensazione di temperatura oggetto della presente invenzione in cui il segnale di errore o di scorrimento è limitato in modo convenzionale e controlla un inverter, quindi la velocità del motore, attraverso un dispositivo trasduttore di segnale a guadagno regolabile il cui guadagno A è regolato da un segnale correlato alla temperatura di rotore. The asynchronous motor speed regulation system with temperature compensation object of the present invention obviates these limitations in which the error or slip signal is limited in a conventional way and controls an inverter, therefore the motor speed, through a transducer device of signal with adjustable gain whose gain A is regulated by a signal correlated to the rotor temperature.

Variando il guadagno del trasduttore nella stessa proporzione con cui varia il coefficiente K(t) nella relazione MT = K(t) *S, si ottiene un segnale di errore o scorrimento S1 =<" >A(t) *S tale che MT = K(t)/A(t) *S1 ossia proporzionale alla coppia motrice in modo indipendente dalla temperatura conseguendo la compensazione in temperatura desiderata. Il segnale S1 rappresenta quindi la coppia motrice effettivamente desiderata e a meno del fattore Ω anche la potenza meccanica richiesta al motore. By varying the gain of the transducer in the same proportion with which the coefficient K (t) varies in the relation MT = K (t) * S, an error or slip signal S1 = <"> A (t) * S is obtained such that MT = K (t) / A (t) * S1 that is proportional to the drive torque independently of the temperature, achieving the desired temperature compensation. The S1 signal therefore represents the drive torque actually desired and, less than the Ω factor, also the mechanical power required at the motor.

Invece il segnale S può essere considerato come indicatore della coppia motrice richiesta per una predeterminata temperatura di rotore presa come temperatura di riferimento per esempio 0"C. Instead the signal S can be considered as an indicator of the driving torque required for a predetermined rotor temperature taken as a reference temperature for example 0 ° C.

Il segnale di regolazione di guadagno è ottenuto, senza impiego di sensori di temperatura, da circuiti che, basandosi sulla potenza assorbita dall 'in verter, rilevata mediante sensori di corrente e tensione già presenti per altre funzioni di protezione e sulla velocità angolare Ω0 di campo, calcolano la coppia motrice effettivamente sviluppata dal motore tenendo conto del rendimento di conversione dell’inverter alla corrente/frequenza di commutazione e delle perdite nel rame e nel ferro alle condizioni operative specificate da 20 e dalla corrente assorbita e generano un segnale proporzionale alla coppia motrice sviluppata normalizzato in ampiezza con il segnale di scorrimento o di errore. The gain adjustment signal is obtained, without the use of temperature sensors, by circuits which, based on the power absorbed by the inverter, detected by current and voltage sensors already present for other protection functions and on the angular velocity Ω0 of the field , calculate the driving torque actually developed by the motor taking into account the conversion efficiency of the inverter to the switching current / frequency and the losses in copper and iron at the operating conditions specified by 20 and the absorbed current and generate a signal proportional to the driving torque developed normalized in amplitude with the slip or error signal.

Questo segnale, confrontato con il segnale di scorrimento o di errore produce un secondo segnale di errore rappresentativo dello scarto tra scorrimento desiderato e scorrimento corrente. This signal, compared with the slip or error signal produces a second error signal representative of the difference between the desired slip and the current slip.

In condizioni statiche o quasi statiche di regolazione questo scarto è dovuto prevalentemente alle variazioni della temperatura di rotore che sono relativamente lente. In static or quasi-static conditions of regulation this difference is mainly due to the variations of the rotor temperature which are relatively slow.

Pertanto il secondo segnale di errore, integrato nel tempo per ottenere una indicazione insensibile alle variazioni transitorie del segnale di errore, dovute essenzialmente al tempo di risposta del sistema alla dinamica di regolazione, fornisce un segnale di modulazione di guadagno proporzionale alla variazione di temperatura rotorica che controlla il guadagno del trasduttore. Therefore the second error signal, integrated in time to obtain an indication insensitive to the transient variations of the error signal, essentially due to the response time of the system to the regulation dynamics, provides a gain modulation signal proportional to the rotor temperature variation which controls the gain of the transducer.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, Poiché la misura della coppia motrice effettivamente sviluppata è ottenuta come differenza tra potenza assorbita e perdite, comprensive di perdite resistive variabili con la temperatura, il segnale di modulazione di guadagno e di correzione in temperatura è inviato anche ai circuiti di elaborazione e calcolo della coppia motrice resa. According to a further aspect of the present invention, since the measurement of the motor torque actually developed is obtained as the difference between absorbed power and losses, including resistive losses which vary with temperature, the gain modulation and temperature correction signal is also sent to the circuits for processing and calculating the torque output.

Queste ed altre caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno più chiari dalla descrizione che segue fatta con riferimento ai disegni allegati in cui: These and other characteristics and the advantages of the present invention will become clearer from the following description made with reference to the attached drawings in which:

la figura 1 rappresenta in schema a blocchi un sistema di regolazione con compensazione in temperatura realizzato in accordo con la presente invenzione. Figure 1 is a block diagram of a regulation system with temperature compensation made in accordance with the present invention.

La figura 2 rappresenta in schema a blocchi con maggiore dettaglio, una forma preferita di realizzazione di sistema di regolazione con compensazione in temperatura in accordo con la presente invenzione. Figure 2 represents a block diagram in greater detail, a preferred embodiment of a regulation system with temperature compensation in accordance with the present invention.

Con riferimento alla figura 1, il sistema di regolazione secondo l'invenzione comprende un inverter 1, alimentato da una linea 2 a tensione continua V, con una corrente I variabile a seconda del carico. With reference to Figure 1, the regulation system according to the invention comprises an inverter 1, powered by a line 2 at direct voltage V, with a current I which varies according to the load.

L’inverter 1 alimenta le fasi statoriche 3 di un motore asincrono, il cui rotore 5 è accoppiato ad un rivelatore 4 di velocità angolare Ω per esempio una dinamo tachimetrica o un encoder. Inverter 1 powers the stator phases 3 of an asynchronous motor, whose rotor 5 is coupled to an angular speed Ω detector 4, for example a tachometer dynamo or an encoder.

L'uscita del rivelatore 4 è connessa ad un ingresso di un nodo comparatore 7 che riceve a un secondo ingresso un segnale di punto di lavoro SP o velocità richiesta, per esempio una tensione presente al cursore di un potenziometro 6 azionato da una manopola o un pedale di comando, (come un pedale di acceleratore di veicolo elettrico) o qualunque altro segnale ottenuto da dispositivi di programmazione, anche automatici. The output of the detector 4 is connected to an input of a comparator node 7 which receives at a second input a signal of the working point SP or required speed, for example a voltage present at the cursor of a potentiometer 6 operated by a knob or a control pedal, (such as an electric vehicle accelerator pedal) or any other signal obtained from programming devices, including automatic ones.

All'uscita del nodo comparatore 7 è presente un segnale di errore E tra la velocità Ω misurata e quella desiderata, rappresentata da SP. At the output of the comparator node 7 there is an error signal E between the measured and desired speed Ω, represented by SP.

Il segnale E è limitato in ampiezza da dispositivi limitatori 18 rappresentati come un diodo zener, nell'ipotesi che il segnale E sia un segnale di tensione. The signal E is limited in amplitude by limiting devices 18 represented as a zener diode, assuming that the signal E is a voltage signal.

Se il segnale E può assumere valori algebrici, come nel presente caso, il dispositivo limitatore può imporre limiti asimmetrici diversi per i valori positivi e negativi di segnale. If the signal E can assume algebraic values, as in the present case, the limiting device can impose different asymmetric limits for the positive and negative values of the signal.

Il segnale E, così limitato, nei sistemi di regolazione convenzionali è applicato in ingresso, attraverso una linea 19, ad un elemento sommatone algebrico 8 che riceve un secondo ingresso il segnale Ω in uscita dal rivelatore di velocità 4. The signal E, thus limited, in conventional control systems is applied in input, through a line 19, to an algebraic summation element 8 which receives a second input the signal Ω in output from the speed detector 4.

Il segnale E rappresenta uno scorrimento S di rotore ed una corrispondente coppia richiesta al motore ad una temperatura predeterminata di rotore. The signal E represents a rotor slip S and a corresponding torque required by the motor at a predetermined rotor temperature.

Il sommatore algebrico 8 produce in uscita un segnale Ω0 rappresentativo della velocità angolare di campo del motore. The algebraic adder 8 outputs a signal Ω0 representative of the angular field velocity of the motor.

Questo segnale comanda l'inverter 1 in modo che le fasi statoriche vengano alimentate periodicamente e venga generato il campo statorico con la velocità angolare desiderata. This signal controls the inverter 1 so that the stator phases are periodically supplied and the stator field is generated with the desired angular speed.

Questi aspetti del sistema di regolazione sono convenzionali e ben noti ed il sistema costituisce un classico esempio di regolazione di tipo proporzionale: in condizioni statiche di regolazione il segnale E corrisponde allo scorrimento richiesto perché il motore sviluppi una coppia eguale a quella resistente. These aspects of the regulation system are conventional and well known and the system constitutes a classic example of proportional regulation: in static regulation conditions the signal E corresponds to the slip required for the motor to develop a torque equal to the resistant one.

La velocità del motore è uguale a quella impostata SP a meno dello scorrimento S. The motor speed is equal to the set speed SP minus the slip S.

Questo "offset" di regolazione varia con la coppia resistente e si annulla se la coppia resistente è trascurabile. This adjustment "offset" varies with the resisting torque and is canceled out if the resisting torque is negligible.

La potenza assorbita dall'inverter 1, quindi la corrente media di alimentazione dell'inverter è uguale alla potenza meccanica sviluppata dal motore (coppia motrice per velocità angolare) più le perdite di commutazione dell'inverter e le perdite resistive, per isteresi e di magnetizzazione nel motore. The power absorbed by the inverter 1, therefore the average power supply current of the inverter is equal to the mechanical power developed by the motor (driving torque for angular speed) plus the inverter switching losses and the resistive, hysteresis and magnetization losses in the engine.

Tutte queste perdite possono essere precalcolate con sufficiente precisione nelle diverse condizioni operative di carico velocità e temperatura rotorica o anche misurate sperimentalmente con prove di laboratorio. All these losses can be pre-calculated with sufficient precision in the different operating conditions of load speed and rotor temperature or even experimentally measured with laboratory tests.

Se il punto di lavoro SP viene bruscamente spostato per ottenere una velocità più elevata, il segnale E aumenta bruscamente e per esempio assume il valore limite superiore corrispondente ad uno scorrimento massimo di progetto SMAX. If the working point SP is abruptly moved to obtain a higher speed, the signal E increases abruptly and for example assumes the upper limit value corresponding to a maximum slip of the SMAX project.

Il segnale Ω0 assume quindi il valore Ω SMAX e la corrente assorbita dal motore, quindi dall'inverter, aumenta in modo da erogare una coppia motrice MT = K(t) · SMAX. The Ω0 signal therefore assumes the Ω SMAX value and the current absorbed by the motor, and therefore by the inverter, increases so as to deliver a motor torque MT = K (t) · SMAX.

Poiché K(t) varia con la temperatura di rotore, la coppia motrice erogata è diversa secondo la temperatura del rotore. Since K (t) varies with the rotor temperature, the torque delivered differs according to the rotor temperature.

Per evitare questo inconveniente al sistema di regolazione già descritto vengono aggiunti mezzi circuitali di elaborazione di segnali 10, che ricevono da un sensore di corrente 9, connesso alla linea di alimentazione 2, un segnale IS (I SENSED) rappresentativo della corrente assorbita dall'inverter 1 e da un sensore di tensione 17, connesso alla linea di alimentazione 2, un segnale VS (V SENSED) rappresentativo della tensione di alimentazione V. To avoid this drawback, signal processing circuit means 10 are added to the regulation system already described, which receive from a current sensor 9, connected to the power supply line 2, a signal IS (I SENSED) representative of the current absorbed by the inverter 1 and from a voltage sensor 17, connected to the supply line 2, a signal VS (V SENSED) representative of the supply voltage V.

Se la tensione V non è soggetta a variazioni o varia in modo trascurabile, il segnale VS è superfluo. If the voltage V is not subject to variations or varies negligibly, the signal VS is superfluous.

I circuiti di elaborazione 10 ricevono inoltre dal seminatore 8 il segnale CO di comando dell'inverter. The processing circuits 10 also receive the inverter command signal CO from the sower 8.

Sono quindi in grado di rilevare ad ogni istante la potenza assorbita, le condizioni operative del sistema e di calcolare in funzione di questi la potenza resa e conoscendo £30 quindi £2 (che in condizioni normali differisce in modo trascurabile da £30), anche la coppia motrice sviluppata. They are therefore able to detect at any instant the power absorbed, the operating conditions of the system and to calculate the power delivered as a function of these and knowing £ 30 therefore £ 2 (which in normal conditions differs negligibly from £ 30), even the engine torque developed.

Per una misura più precisa della coppia motrice sviluppata, è possibile fornire ai circuiti di elaborazione 10 attraverso una linea 20 anche il segnale £3 in uscita dal rivelatore 4 o in alternativa, attraverso una linea 21 il segnale E rappresentativo dello scorrimento imposto in uscita dal nodo 7. For a more precise measurement of the developed motor torque, it is possible to supply to the processing circuits 10 through a line 20 also the signal £ 3 in output from the detector 4 or alternatively, through a line 21 the signal E representing the slip imposed in output by the node 7.

I circuiti di elaborazione 10 producono in uscita un segnale MT proporzionale alla coppia motrice erogata e normalizzati in scala con il segnale di errore E. The processing circuits 10 output an MT signal proportional to the delivered motor torque and normalized to scale with the error signal E.

In questo modo MT rappresenta anche lo scorrimento S corrispondente a MT per una predeterminata temperatura di rotore secondo la relazione MT = K(t0) * S. Il segnale MT è applicato in ingresso ad un nodo comparatore 11 che riceve a un secondo ingresso il segnale di errore e in uscita dal nodo 7. In this way MT also represents the slip S corresponding to MT for a predetermined rotor temperature according to the relationship MT = K (t0) * S. The MT signal is applied at the input to a comparator node 11 which receives the signal at a second input error and output from node 7.

All'uscita del nodo 11 è quindi disponibile un secondo segnale di errore E2 rappresentativo dello scarto tra E e MT ossia tra lo scorrimento richiesto allineilo di regolazione per una temperatura predeterminata e quello effettivo rapportato alla stessa temperatura predeterminata. A second error signal E2 is therefore available at the output of node 11, representative of the difference between E and MT, that is, between the sliding required in the adjustment line for a predetermined temperature and the actual one compared to the same predetermined temperature.

Mentre in condizioni di forte dinamica del sistema di regolazione, a causa del tempo di risposta del sistema di regolazione si possono avere scarti anche notevoli tra MT ed E, in condizioni statiche o quasi statiche lo scarto tra i due segnali è essenzialmente dovuto agli effetti della temperatura sulla relazione MT = K(t) · S quindi E2 è indicativo e proporzionale alla differenza tra la temperatura di rotore e la temperatura prefissata su cui è impostato l'anello di regolazione. While in conditions of strong dynamics of the regulation system, due to the response time of the regulation system there can be even considerable differences between MT and E, in static or quasi-static conditions the difference between the two signals is essentially due to the effects of the temperature on the relation MT = K (t) · S therefore E2 is indicative and proportional to the difference between the rotor temperature and the preset temperature on which the regulation loop is set.

Il segnale E2 è quindi applicato in ingresso a dispositivi di taglio 12, essenzialmente una rete integratrice passa basso che filtra le variazioni di E2 dovute alla dinamica di regolazione, di gran lunga superiore alla dinamica di variazione della temperatura di rotore e produce in uscita un segnale TMP proporzionale alla temperatura di rotore relativa alla temperatura predeterminata {per esempio 0°C). The signal E2 is then applied at the input to the cutting devices 12, essentially a low-pass integrating network that filters the variations of E2 due to the regulation dynamics, far superior to the dynamics of the rotor temperature variation and produces a signal at the output TMP proportional to the rotor temperature relative to the predetermined temperature (for example 0 ° C).

Completa il sistema di regolazione oggetto della presente invenzione un trasduttore di segnale 13 a guadagno variabile, connesso tra l'uscita del nodo 7 ed un ingresso del sommatore 8. The regulation system object of the present invention is completed by a variable gain signal transducer 13, connected between the output of the node 7 and an input of the adder 8.

Il trasduttore riceve a un ingresso di regolazione il segnale TMT ed è previsto in modo che il suo guadagno A vari, in funzione della temperatura espressa da TMT nella stessa proporzione con cui varia il coefficiente K(t) nella relazione MT = K(t) · S. The transducer receives the TMT signal at a control input and is designed so that its gain A varies, as a function of the temperature expressed by TMT, in the same proportion with which the coefficient K (t) varies in the relation MT = K (t) S.

E allora evidente che all'uscita del trasduttore 13 è disponibile un segnale di scorrimento S1 = A(t) * S che rappresenta lo scorrimento da imporre, compensato in temperatura, per ottenere, alla temperatura di lavoro corrente, una coppia predeterminata MT. It is therefore evident that at the output of the transducer 13 a slip signal S1 = A (t) * S is available which represents the slip to be imposed, compensated in temperature, in order to obtain, at the current working temperature, a predetermined torque MT.

In altre parole S1 e MT sono correlati univocamente indipendentemente dalla temperatura. In other words, S1 and MT are uniquely correlated regardless of temperature.

Si realizza così la compensazione desiderata ed il limite di scorrimento imposto al segnale E oliera come limite di coppia. In this way, the desired compensation is achieved and the slip limit imposed on the E oiler signal as the torque limit.

Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, per rendere più precisa l'elaborazione di segnale compiuto dai circuiti 10, il segnale TMP è applicato all'ingresso, oltre che al trasduttore 13, anche ai circuiti 10. According to a further aspect of the present invention, in order to make the signal processing performed by the circuits 10 more precise, the signal TMP is applied to the input, as well as to the transducer 13, also to the circuits 10.

Poiché TMP è essenzialmente un segnale di temperatura rotorica, misurata indirettamente, la disponibilità di questa informazione nei circuiti 10 consente un calcolo rigoroso e non approssimato delle perdite resistive di rotore (che sono più rilevanti rispetto a quelle di statore anche se molto piccole in rapporto alla potenza meccanica resa) e quindi una misura estremamente precisa della coppia motrice. Since TMP is essentially a rotor temperature signal, measured indirectly, the availability of this information in the circuits 10 allows a rigorous and not approximate calculation of the resistive losses of the rotor (which are more relevant than those of the stator even if very small in relation to the mechanical power output) and therefore an extremely precise measurement of the drive torque.

Lo schema a blocchi di figura 1 rappresenta il sistema di regolazione oggetto della presente invenzione nella sua generalità ed è chiaro che i diversi componenti possono essere realizzati utilizzando le tecnologie elettroniche più disparate, analogiche, digitali o miste. The block diagram of figure 1 represents the regulation system object of the present invention in its generality and it is clear that the various components can be made using the most disparate electronic technologies, analog, digital or mixed.

La figura 2 rappresenta una realizzazione preferita di sistema che impiega in larga misura dispositivi analogici, alimentati con tensioni dell'ordine di 12+15 V, (le stesse comunemente usate nelle logiche di controllo degli inverter) di operabilità consolidata in ambienti con disturbi elettrici di notevole intensità come quelli prodotti dagli inverter. Figure 2 represents a preferred embodiment of a system that largely employs analog devices, powered with voltages of the order of 12 + 15 V, (the same commonly used in inverter control logics) of consolidated operability in environments with electrical disturbances of considerable intensity such as those produced by inverters.

In figura 2 gli elementi funzionalmente corrispondenti a quelli illustrati in figura 1 sono individuati dagli stessi numeri di riferimento. In figure 2 the elements functionally corresponding to those illustrated in figure 1 are identified by the same reference numbers.

Il rivelatore di velocità angolare 4 consiste in un encoder 41 a quattro quadranti di tipo noto che fornisce in uscita un codice binario a due bit. The angular velocity detector 4 consists of a known four-quadrant encoder 41 which outputs a two-bit binary code.

La frequenza di evoluzione del codice e l'ordine con cui passa da uno stato all'altro definiscono la velocità di rotazione del rotore e il suo verso. The frequency of evolution of the code and the order in which it passes from one state to another define the speed of rotation of the rotor and its direction.

Le uscite dell'encoder 41 sono applicate in ingresso a una logica antitremolio 42 che filtra le variazioni di codice al di sotto di una frequenza prossima a 0. The outputs of the encoder 41 are applied in input to an anti-tremor logic 42 which filters the code variations below a frequency close to 0.

Il codice a due bit in uscita dalla logica 42 è applicato in ingresso ad un convertitore frequenza/tensione che produce in uscita un segnale analogico di tensione Vii proporzionale alla velocità angolare e due segnali binari, indicativi rispettivamente del senso di rotazione /- e di velocità 0, utilizzabili per scopi che esulano dalla presente invenzione. The two-bit code output from logic 42 is applied in input to a frequency / voltage converter which produces an analog voltage signal Vii proportional to the angular speed and two binary signals, respectively indicative of the direction of rotation / - and of speed. 0, usable for purposes beyond the scope of the present invention.

Il segnale analogico di velocità Vii è applicato ad un ingresso del nodo comparatore 7, costituito da un amplificatore operazionale 71 con resistori di ingresso 72,73, di retroazione 74, e di polarizzazione 75, interconnessi in modo noto per far operare l'amplificatore come sottrattore algebrico. The analog speed signal Vii is applied to an input of the comparator node 7, consisting of an operational amplifier 71 with input resistors 72,73, feedback 74, and bias 75, interconnected in a known way to make the amplifier operate as algebraic subtractor.

Il segnale VQ è applicato all’ingresso invertente dell'amplificatore 71 attraverso il resistore 72. The VQ signal is applied to the inverting input of the amplifier 71 through the resistor 72.

Il segnale di velocità desiderata SP è applicato all’ingresso non invertente attraverso il resistore 73. The desired speed signal SP is applied to the non-inverting input through resistor 73.

L'uscita 76 dell'amplificatore 72 è connessa all'ingresso di un secondo amplificatore 77 a guadagno predeterminato che ha essenzialmente la funzione di disaccoppiatore e di normalizzatore di scal3⁄4 The output 76 of the amplifier 72 is connected to the input of a second amplifier 77 with predetermined gain which essentially has the function of decoupler and scaling normalizer.

L'uscita dell'amplificatore 77 è connessa ad un circuito limitatore di segnale, costituito da un diodo zener 18. The output of the amplifier 77 is connected to a signal limiting circuit, consisting of a zener diode 18.

Il segnale analogico in uscita dall'amplificatore 77 costituisce il segnale di errore E. The analog output signal from amplifier 77 constitutes the error signal E.

Questo segnale è applicato in valore assoluto, previo passaggio in un ponte di raddrizzamento 131, a un ingresso di un circuito oscillatore controllato in tensione VCO 130 provvisto di ingresso digitale 150 a sei bit di regolazione del guadagno o fattore di conversione tensione/frequenza. This signal is applied in absolute value, after passing through a rectification bridge 131, to an input of a voltage controlled oscillator circuit VCO 130 provided with a six-bit digital input 150 for adjusting the gain or voltage / frequency conversion factor.

Il dispositivo VCO produce in uscita un segnale periodico a onda quadra di frequenza proporzionale al segnale analogico e in ingresso. The VCO device outputs a periodic square wave signal of frequency proportional to the analog and input signal.

Il segnale periodico in uscita dal VCO, corrispondente al segnale S1 di figura 1, è applicato in ingresso a un divisore binario di frequenza, essenzialmente un contatore a due bit 132, le cui uscite sono connesse a corrispondenti ingressi di un circuito sommatore digitale 8 a due bit. The periodic output signal from the VCO, corresponding to the signal S1 of Figure 1, is applied at the input to a binary frequency divider, essentially a two-bit counter 132, whose outputs are connected to corresponding inputs of a digital summing circuit 8 a two bits.

Il contatore 132 è controllato in incrementazione/decrementazione da una logica di inversione non illustrata e da un segnale in uscita dal ponte 131 indicativo del segno /- del segnale in ingresso. Counter 132 is incremented / decremented by an inversion logic not illustrated and by an output signal from bridge 131 indicative of the / - sign of the input signal.

Questi aspetti esulano dallo scopo della presente invenzione. Il sommatore 8 riceve ad una seconda coppia di ingressi il codice binario in uscita dalla logica antitremolio 42 e produce in uscita un codice binario C£20 che evolve con una frequenza pari alla somma algebrica delle frequenze dei codici di ingresso e rappresentativa della velocità angolare di campo £20 e del suo verso. These aspects are beyond the scope of the present invention. The adder 8 receives at a second pair of inputs the binary code at the output of the antitremolier logic 42 and produces at the output a binary code C £ 20 which evolves with a frequency equal to the algebraic sum of the frequencies of the input codes and representative of the angular velocity of field £ 20 and its reverse.

Questo codice binario è applicato in ingresso ad un inverter 1 e ne controlla la commutazione. This binary code is applied in input to an inverter 1 and controls its switching.

Inoltre è applicato in ingresso ai circuiti di elaborazione 10. Questi comprendono un convertitore frequenza/tensione 101 che converte il codice CÌ20 in un segnale analogico di tensione VfìO. It is also applied at the input to the processing circuits 10. These comprise a frequency / voltage converter 101 which converts the code C120 into an analog voltage signal VfiO.

L'uscita del convertitore 101 è connessa ad un ingresso di una rete ibrida analogico/digitale 102 che riceve ad un secondo ingresso il segnale analogico E di scorrimento imposto in uscita dall'amplificatore 77 (eventualmente limitato). The output of the converter 101 is connected to an input of an analog / digital hybrid network 102 which receives at a second input the analogue shift signal E imposed at the output by the amplifier 77 (possibly limited).

La rete 102 riceve anche un codice binario a sei bit in uscita da un dispositivo di filtro 12 e rappresentativo come già detto della temperatura di rotore. The network 102 also receives a six-bit binary code at the output from a filter device 12 and representative as already mentioned of the rotor temperature.

Tutti questi segnali, determinano la generazione di un segnale analogico RM in uscita dalla rete 102, secondo una legge di conversione cablata e nota a priori e rappresentativo di una grandezza che può essere definita profondità di modulazione o fattore di rendimento elettromeccanico del gruppo inverter/motore rapportato alla velocità Ω. All these signals determine the generation of an analog RM output signal from the network 102, according to a wired conversion law known a priori and representative of a quantity that can be defined as modulation depth or electromechanical efficiency factor of the inverter / motor group. compared to the speed Ω.

Il segnale RM in uscita dalla rete 102 è applicato in ingresso ad un divisore analogico 103 (amplificatore operazionale) che riceve ad un secondo ingresso il segnale analogico VS proporzionale alla tensione di alimentazione dell'inverter rilevata da un sensore 17. The RM output signal from the network 102 is applied at the input to an analog divider 103 (operational amplifier) which receives at a second input the analog signal VS proportional to the power supply voltage of the inverter detected by a sensor 17.

Il divisore analogico corregge il segnale RM in funzione delle variazioni di tensione e produce in uscita un segnale PM o fattore di modulazione di corrente. The analog divider corrects the RM signal as a function of voltage variations and outputs a PM signal or current modulation factor.

I circuiti di elaborazione 10 comprendono anche un filtro passa basso che riceve in ingresso un segnale di corrente IS proporzionale alla corrente I assorbita dall'inverter 1 e rilevata da un sensore di corrente 9 (preferibilmente del tipo a effetto Hall per evitare dissipazioni resistive). The processing circuits 10 also comprise a low pass filter which receives at its input a current signal IS proportional to the current I absorbed by the inverter 1 and detected by a current sensor 9 (preferably of the Hall effect type to avoid resistive dissipations).

II segnale di corrente in uscita dal filtro 104 è applicato in ingresso a un divisore analogico 105 che riceve in ingresso, come fattore di divisione, il segnale PM in uscita dal divisore 103. The current signal at the output of the filter 104 is applied at the input to an analog divider 105 which receives, as a division factor, the PM signal at the output of the divider 103.

Con una opportuna predisposizione dei guadagni degli amplificatori operazionali 103,105, il segnale MT in uscita dal divisore 105 proporzionale alla coppia meccanica sviluppata dal motore, rappresenta, in scala normalizzata con il segnale di scorrimento in uscita dall'amplificatore 77, lo scorrimento corrente del motore (rapportato alla temperatura di riferimento). With a suitable setting of the gains of the operational amplifiers 103,105, the signal MT output from the divider 105 proportional to the mechanical torque developed by the motor, represents, on a normalized scale with the slip signal output from the amplifier 77, the current slip of the motor ( compared to the reference temperature).

Il segnale MT è applicato in ingresso al nodo comparatore 11, del tutto simile al nodo 7 (amplificatore operazionale con resistor! interconnessi per operare come sottrattore algebrico) alla cui uscita è disponibile il segnale analogico E2. The MT signal is applied at the input to the comparator node 11, which is quite similar to the node 7 (operational amplifier with interconnected resistors to operate as an algebraic subtractor) at whose output the analog signal E2 is available.

Il filtro 12 è nella realizzazione preferita e costituito da un'oscillatore bidirezionale controllato in tensione (VCO) 121 di tipo noto che produce in uscita un segnale a onda quadra di frequenza proporzionale alla tensione di ingresso ed un segnale di segno. The filter 12 is in the preferred embodiment and consists of a bidirectional voltage controlled oscillator (VCO) 121 of a known type which produces at its output a square wave signal of frequency proportional to the input voltage and a sign signal.

Le uscite dell'oscillatore 121 controllano un contatore a 6 bit 122 che incrementa o decrementa in funzione del segnale di segno prodotto dall'oscillatore 121. The outputs of the oscillator 121 control a 6-bit counter 122 which increments or decrements according to the sign signal produced by the oscillator 121.

Il codice in uscita del contatore 122 è applicato in ingresso al VCO 13 e ne controlla il guadagno. The output code of the counter 122 is applied to the input of the VCO 13 and controls its gain.

Inoltre, come già detto, è applicato in ingresso alla rete circuitale 122. Furthermore, as already said, it is applied at the input to the circuit network 122.

La descrizione che precede riguarda una forma preferita di realizzazione ed è chiaro che molte varianti possono essere apportate. The above description relates to a preferred embodiment and it is clear that many variations can be made.

Ad esempio per aumentare l'immunità del filtro integratore 12 ai transitori di regolazione si può prevedere una rete logica 123 che abilita l'oscillatore 121 solo quando lo scorrimento imposto ha un segno prestabilito e differisce da quello corrispondente alla coppia effettiva resa per valori al di sotto di una soglia prestabilita, in modo da mascherare l’effetto dei transitori rilevati al nodo 11, sull'oscillatore. For example, in order to increase the immunity of the integrator filter 12 to the regulation transients, a logic network 123 can be provided which enables the oscillator 121 only when the imposed slip has a predetermined sign and differs from that corresponding to the effective torque rendered for values beyond below a predetermined threshold, so as to mask the effect of the transients detected at node 11, on the oscillator.

Il segnale di ingresso alla rete 123 può consistere nello stesso segnale E2 in uscita dal nodo 11 o anche nel segnale E in uscita dall'amplificatore 77 opportunamente associato al segnale PM in uscita dal divisore 103. The input signal to the network 123 can consist of the same signal E2 at the output of the node 11 or also in the signal E at the output of the amplifier 77 suitably associated with the signal PM at the output of the divider 103.

E' anche chiaro che la potenza assorbita dal motore può essere direttamente misurata con sensori di tensione e corrente, ai terminali di alimentazione del motore, e da questa, per confronto con la potenza resa, si può ricavare una indicazione della temperatura retorica ed eseguire in funzione di questa la compensazione in temperatura del sistema di regolazione. It is also clear that the power absorbed by the motor can be directly measured with voltage and current sensors, at the motor power supply terminals, and from this, by comparison with the power output, an indication of the rhetorical temperature can be obtained and performed in function of this is the temperature compensation of the regulation system.

Questa soluzione è tuttavia meno conveniente, dal punto di vista economico, perché richiede l'impiego di almeno un sensore di corrente statorica, aggiuntivo a quello di corrente di inverter, che normalmente deve già essere presente per altri scopi di sicurezza. However, this solution is less convenient, from an economic point of view, because it requires the use of at least one stator current sensor, in addition to the inverter current sensor, which normally must already be present for other safety purposes.

Claims

CLAIMS 1. Asynchronous motor speed regulation system with temperature compensation, comprising an inverter (1) powered by a direct voltage source (2) to supply the stator winding (3) of an asynchronous motor with current pulses generating a rotating magnetic field, a detector (4) of the effective angular speed of the rotor (5) of said asynchronous motor, a control device (6) for generating a reference signal SP representative of a desired speed, a comparison circuit (7 ) to generate an error signal (E) between said desired speed SP and said effective speed, proportional to a torque imposed on said motor and to the slip associated with said torque for a predetermined rotor temperature, an algebraic summing circuit (8) for adding said rotor speed signal to said error signal and generating a control signal Ω0 of said inverter (1) representative of the angular velocity of said rotating magnetic field, said system being characterized by what it includes: - first means (9,17,10) for measuring the torque delivered by said motor and generating a signal of the delivered torque MT and associated slip of the torque delivered at said predetermined temperature, - second means (11,12) for generating from the comparison of said engine torque signal MT with said error signal (E) a signal TMP indicative of rotor temperature, and - compensation means (13) controlled by said rotor temperature signal, having a signal input (14) for receiving said error signal E and a signal output (16) connected to an input of said adder circuit for applying to said summing circuit a temperature compensated error signal.

2. System as in claim 1, wherein said first means comprise: - a current sensor (9) connected to the input of said inverter, to generate a current signal (15) proportional to the supply current of said inverter, and - circuit means (10), receiving in input said current signal IS and said control signal (20) for generating a torque signal delivered by said motor.

3) System as in claim 2 wherein said second means (11,12) comprise: - comparing means (11) of said output torque signal MT with said error signal (E) for generating a second error signal (E2) representative of the difference between said output torque MT and said imposed torque (E), and - filtering means (12) of said second error signal (E2) and generation of said rotor temperature signal.

4. System as in claims 1,2,3 in which said first means (10) receive said rotor temperature signal TMP as an input to generate a developed motor torque signal MT corrected in temperature.

5. System as in claims 2,3,4 in which said first means comprise a voltage sensor (17) for generating a voltage signal TS for supplying said inverter (1) applied at the input to said circuit means (10).

6. System as in claims 1,2, 3, 4 wherein said compensation means (13) comprise in cascade a signal rectifier (131), a voltage controlled oscillator (13) with adjustable scale factor and a counter ( 132) with increment / decrementation controlled by an output signal from said rectifier (131).

7. System as in claim 6, wherein said filtering means (12) comprise a bidirectional oscillator (121) receiving said second error signal (E2) at the input and an incrementing / decrementing counter (122) connected to the said oscillator, the outputs of said counter being connected to scale factor adjustment inputs of said voltage controlled oscillator (130).