ITTO950719A1

ITTO950719A1 - Procedimento per l'avviamento di una macchina asincrona.

Info

Publication number: ITTO950719A1
Application number: IT95TO000719A
Authority: IT
Inventors: Petri Schroderus
Original assignee: Abb Industry Oy
Priority date: 1994-09-09
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1997-03-08
Also published as: DE19532477A1; FI97654C; JPH08103091A; JP3263287B2; IT1281342B1; GB2293061B; US5654624A; FI97654B; FI944179A0; GB9517954D0; FR2724508B1; ITTO950719A0; DE19532477B4; FR2724508A1; GB2293061A; FI944179A

Abstract

L'invenzione si riferisce a un procedimento per l'avviamento di una macchina asincrona indipendentemente dal fatto che il rotore della macchina stia ruotando o no quando si alimenta la macchina per mezzo di un invertitore fornito di un controllo separato del momento e del flusso o del momento e della corrente di magnetizzazione che è più rapido delle costanti di tempo della macchina asincrona. Secondo l'invenzione, si sceglie un momento nullo come obiettivo per il controllo, si alimenta una tensione allo statore della macchina per mezzo dell'invertitore (2), si determina un vettore di corrente dello statore generato dalla tensione, si determina una stima di quel vettore o di qualche quantità comparabile con il flusso del vettore, si determina un momento generato da un vettore del flusso dello statore e il vettore di corrente dello statore e si alimenta informazione relativa al- momento al controllo, che cerca di azzerare il momento generato rendendo il flusso dello statore e un flusso del rotore generato in questo modo in accordo di fase, così sincronizzando la frequenza di alimentazione dell'invertitore con una possibile rotazione del rotore della macchina.

Description

DESCRIZIONE dell’ invenzione industrale dal titolo: “Procedimento per ravviamento di una macchina asincrona”.

La presente invenzione si riferisce a un procedimento per ravviamento di una macchina asincrona indipendentemente dal fatto che il rotore della macchina stia ruotando o no quando si alimenta la macchina per mezzo di un invertitore fornito di un controllo separato del momento e del flusso o del momento e della corrente di magnetizzazione, che è più rapido delle costanti di tempo della macchina asincrona. Di . conseguenza, per l’applicazione 'del procedimento, non si richiede neppure una stima approssimata della velocità di rotazione del rotore. Il procedimento è così adatto all’uso in situazioni in cui il rotore stia già ruotando nel momento del comando di avviamento o quando non esiste una conoscenza definita del moto di rotazione del rotore. Un punto di partenza addizionale di procedimento è il fatto che non rimane alcun flusso residuo significativo nella macchina.

Sono noti procedimenti di avviamento di una macchina a gabbia di scoiattolo in cui il rotore senza flusso residuo sta ruotando per esempio dal brevetto tedesco 32 02 906 e German Offenlegungschrift 35 43 983. In questi procedimenti, si utilizza una rampa di frequenza, per mezzo della quale si scandisce la frequenza del rotore. I procedimenti richiedono tipicamente centinaia di millisecondi di tempo e non sono affidabili a basse frequenze. Inoltre, è noto un procedimento dalla richiesta pubblicata europea 04 69 177, in cui si suppone che il rotore abbia un flusso rimanente osservabile, per mezzo del quale si trova la frequenza del rotore. In questo procedimento, il tempo di calcolo è almeno pari al doppio di un periodo del flusso residuo e il procedimento non funziona a basse frequenze inferiori a 1 Hz, per esempio.

Lo scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento per ravviamento di una macchina asincrona, nel quale procedimento non si richiede un flusso residuo e in cui si richiedano pochi-millisecondi a circa venti o trenta millisecondi per trovare la frequenza del rotore, la quale cosa significa che questo procedimento è considerevolmente più rapido dei vecchi procedimenti, inoltre, il procedimento sarà anche adatto a situazioni in cui il rotore sta ruotando lentamente.

È possibile raggiungere gli scopi citati in precedenza per mezzo del procedimento secondo l invenzione, il quale procedimento è caratterizzato dal fatto che comprende i passi di portare a zero il momento come obbiettivo per il controllo, alimentare una tensione allo statore della macchina per mezzo del l invertitore, determinare un vettore della corrente dello statore generata dalla tensione, determinare un vettore del flusso dello statore generato dalla tensione, una stima di quel vettore o una qualche altra quantità comparabile con il flusso dello statore, determinare un momento generato dal vettore del flusso dello statore e il vettore della corrente dello statore e alimentare informazioni riguardanti il momento al controllo, che cerca di azzerare il momento generato rendendo il flusso dello statore e un flusso del rotore generati in questo moto in accordo di fase, così sincronizzando la frequenza di alimentazione dell’ invertitore con una possibile rotazione del rotore della macchina. Nel procedimento secondo l invenzione, il sistema di controllo della macchina viene utilizzato così, il quale sistema nel suo uso convenzionale controlla il momento e il flusso o il momento e la corrente di magnetizzazione della macchina asincrona. Nel procedimento secondo l’invenzione, tale sistema di controllo viene eccitato dal'alimentazione di un impulso di corrente alla macchina, come conseguenza del quale impulso, con la macchina possibilmente in rotazione, si genera un momento che può essere controllato dal sistema di controllo come desiderato, cioè nel caso del presente procedimento verso un momento nullo, trovandosi in uno stato in cui il flusso dello statore il flusso del rotore sono in accordo di fase e in cui la frequenza di alimentazione dell’ invertitore si trova cosi sincronizzata con la possibile rotazione del rotore. La tensione da alimentare allo statore viene preferibilmente scelta in modo tale che la corrente dello statore generata in questo modo è prossima al valore nominale della corrente dello statore in modo tale che il flusso dello statore e il flusso del rotore da generare saranno sufficientemente intensi.

Ne! seguito, si descriveranno il procedimento secondo P invenzione e il suo sfondo teorico in maggiori dettagli con riferimento simultaneo alle illustrazioni allegate, in cui la figura 1 mostra schematicamente a titolo di esempio una struttura di un’apparecchiatura adatta alla realizzazione del procedimento secondo l’invenzione e

la figura 2 mostra un grafico indicativo di quantità vettoriali prodotte in corrispondenza dell’ applicazione del procedimento dell’invenzione.

Nel procedimento secondo l’invenzione, si richiedono informazioni relative af·. momento generato in una macchina a gabbia di scoiattolo. Si può calcolare come segue

(I)

in cui

=» momento elettrico

- coefficiente costante

= flusso dello statore

= corrente dello statore

Di conseguenza, per poter calcolare il momento da generare, è necessario sapere, oltre alla corrente dello statore misurata, anche il flusso dello statore o qualche altra quantità con esso comparabile. 11 flusso dello statore può essere calcolato per mezzo delle seguenti equazioni differenziali e della corrente generalmente note dello statore e del rotore, le quali equazioni espresse nel sistema di coordinate dello statore sono:

(3)

(5)

in cui

= tensione dello statore

= resistenza dello statore

= flusso del rotore

ψ corrente del rotore

= velocità meccanica di rotazione = resistenza del rotore

= induttanza dello statore

= induttanza del rotore

Lm induttanza principale

Dalle formule citate in precedenza, si può derivare la seguente formula relativa alla derivata del flusso del rotore (frequenza di scorrimento = 0).

(6)

m cui

costante di tempo del rotore

coefficiente di dispersione

La figura l mostra un diagramma a blocchi principale di un sistema adatto ’ alla realizzazione del procedimento secondo l’invenzione. Qui, si alimenta una macchina sincrona trifase 1 per mezzo di un invertitore 2, che viene connesso a un circuito intermedio a tensione continua UDC-L’invertitore 2 è controllato da un sistema di controllo 3, che si suppone, secondo l’invenzione, comprendente un controllo separato di momento e; flusso o momento e corrente di magnetizzazione, che è più rapido delle costanti di tempo della macchina. Come valori misurati dal sistema di controllo 3, si misura la corrente da due fasi che entrano nella macchina 1. Queste correnti sono indicate dai simboli di riferimento i^ e iSf> in in figura 1. Sulla base di questi due valori di corrente, è possibile determinare un vettore di corrente dello statore is che entra nella macchina. Inoltre, si misura la tensione del circuito intermedio in tensione continua Uoc. Sulla base della tensione di questo circuito intermedio in tensione continua e posizioni di commutazione dell’ invertitore 2, il sistema di controllo 3 può determinare la tensione dello statore che agisce sullo statore della macchina e da quello, in base a un’integrazione della tensione dello statore, il flusso dello statore che agisce sulla macchina. Naturalmente, sono possibili tutti i procedimenti di calcolo generalmente noti per determinare il flusso dello statore, una relativa stima o di qualche quantità comparabile con il flusso dello statore, quale il flusso del rotore o il flusso nel traferro, al momento della realizzazione del procedimento secondo Pinvenzione. Il sistema '.di’ controllo indicato dal numero di riferimento 3 in figura 1 non verrà descritto in maggiori dettagli insieme a questa richiesta, poiché è di un tipo che viene convenzionalmente utilizzato nel campo. Tuttavia, si può dire che un tale sistema di controllo viene descritto nel brevetto europeo 01 79 356, per esempio.

Quando una / -macchina asincrona dovrà essere avviata utilizzando il procedimento secondo la presente invenzione, il momento nullo viene inizialmente scelto come obbiettivo del sistema di controllo 3. Poi, si alimenta una tensione per mezzo dell’invertitore 2 allo statore della macchina l. Questa tensione viene alimentata a un livello tale da generare una corrente di statore che è prossima alla corrente di statore nominativa del motore 1. Questa corrente di statore e la relativa generazione sono seguite per mezzo di misurazioni di corrente da compiere almeno su due fasi, come appare chiaro dalla figura 1 . Per mezzo di questi valori di corrente, è possibile determinare il vettore di corrente dello statore is, che è necessario per il calcolo del momento secondo l’equazione 1. Simultaneamente all’alimentazione della tensione dello statore, si determina il flusso dello statore della macchina per esempio per mezzo del processo citato in precedenza, e in questo modo, è possibile calcolare per mezzo dell’equazione l il momento da generare nella macchina. Si può ancora dire del sistema di controllo 3 che se la maglia di controllo più veloce al suo interno controlla la corrente di magnetizzazione, si piiò fornire direttamente una corrente di statore desiderata come valore di riferimento della corrente di magnetizzazione. D’altra parte, se si controlla il flusso dello statore, si può calcolare un valore di riferimento adatto per mezzo della corrente di statore desiderata:

(7)

in cui

= valore di riferimento del flusso dello statore = corrente dello statore desiderata

Come descritto in precedenza, al momento dell’ avviamento della macchina, si avvia anche per mezzo della formula 1 un calcolo del momento da generare. Se il rotore non sta ruotando, non si genererà alcun momento, poiché non vi è differenza di fase tra il flusso dello statore e la corrente dello statore, e di conseguenza, il loro prodotto esterno è nullo. In questa situazione, può continuare Γ alimentazione di corrente allo statore, e può aumentare il flusso dello statore, fino a quando il motore è sufficientemente magnetizzato e può produrre il riferimento di momento dato. È quindi possibile fornire alla macchina il riferimento di momento desiderato e spostarsi dal riferimento di momento nullo richièsto per la realizzazione del procedimento di avviamento secondo l’invenzione.

D’altra parte, se il rotore sta ruotando al momento dciravviamcnto del motore secondo il procedimento dell’invenzione, si genera anche un momento. Questo in base al fatto che in corrispondenza della rotazione del motore si produce un angolo tra il vettore di corrente dello statore e il vettore di flusso dello statore, in base al quale angolo il prodotto esterno secondo la formula 1 non è più nullo. La figura 2 mostra questa situazione quando il flusso dello statore ha generato un piccolo piccolo flusso del rotore secondo la formula 6, il quale flusso ruota in corrispondenza della rotazione del rotore e genera una differenza nell’angolo tra il flusso dello statore e il flusso del rotore. Tuttavia, poiché il sistema di controllo ha fornito un momento nullo come riferimento, il controllo cerca di compensare il momento generato controllando il flusso dello statore sul flusso del rotore. In questo modo il flusso dello statore si adegua alla velocità di rotazione del flusso del rotore. Il flusso del rotore raggiunge anche alte frequenze senza ritardi, poiché non ha inerzia.

Più è rapida la generazione del momento, più rapidamente ruota il motore e più è breve la costante di tempo del rotore. Dalla formula 6 si vede che, con tipiche costanti di tempo del rotore, il flusso del rotore ha il tempo di crescerefinché si può osservare la generazion di un momento così rapidamente che la macchina non passa il punto di superamento, neanche ad alle frequenze. Il valore del momento dopo il quale si sposterà il flusso dello statore non può essere zero, tuttavia, poiché si verificano sempre errori nella misurazione della corrente, i quali errori ricompaiono in corrispondenza della stima del momento secondo la fonnula 1. È perciò importante poter distinguere il momento generato da un reale flusso del rotore in rotazione dal rumore di momento generato da errori nella misurazione della corrente. Si ottiene espressamente questo in modo tale che la corrente da alimentare allo statore all’inizio del procedimento sia sufficientemente alta e che anche i flussi dello statore e del rotore generati in questo modo siano sufficientemente intensi da poter evitare in modo affidabile errori di misurazione.

Il procedimento secondo l’invenzione è caratterizzato dal fatto che la macchina a gabbia di scoiattolo è completamente controllabile immediatamente dopo la generazione della corrente di statore e del flusso di statore. Tuttavia, si deve limitare il momento da utilizzare a causa del rischio di superamento del punto di superamento, e non si può utilizzare il momento nominale finché il flusso dello statore non è stato accresciuto fino a quello nominale.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un procedimento per ravviamento di lina macchina asincrona indipendentemente dal fatto che il rotore della macchina (l) stia ruotando o no quando si alimenta la macchina per mezzo di un invertitore (2) fornito di un controllo (3) separato del momento e dei flusso o del momento e della corrente di magnetizzazione, che è più rapido delle costanti di tempo della macchina asincrona, caratterizzato dal fatto che comprende i passi di portare a zero il momento come obbiettivo del controllo (3), alimentare una tensione allo statore della macchina per mezzo dell’ invertitore (2), determinare un vettore della corrente dello statore generata dalla tensione, detenninare un vettore del flusso dello statore generato dalla tensione, una stima di quel vettore o una quale ie altra quantità comparabile con il flusso dello statore, determinare un momento (Tm) generato dal vettore del flusso dello statore e il vettore della corrente dello statore e alimentare informazioni riguardanti il momento (Tm) al controllo, che cerca di azzerare il momento generato rendendo il flusso dello statore e un flusso del rotore generati in questo moto in accordo di fase, cosi sincronizzando la frequenza di alimentazione dell’invertitore con una possibile rotazione del rotore della macchina.
2. Un procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che si sceglie la tensione da alimentare allo statore in modo tale che la corrente dello statore (is) generata in questo modo sia prossima al suo valore nominale.