NL1013189C2

NL1013189C2 - Apparaat en werkwijze voor het genereren van remkoppel in een wisselstroomaandrijving.

Info

Publication number: NL1013189C2
Application number: NL1013189A
Authority: NL
Inventors: Peter W Hammond; Mukul Rastogi
Original assignee: Robicon Corp
Priority date: 1998-10-02
Filing date: 1999-10-01
Publication date: 2002-06-21
Also published as: US6262555B1; CA2282802A1; DE19946428B4; ITRM990603A1; CN1259774C; ITRM990603A0; JP2000116166A; NL1013189A1; AU5012699A; AU754287B2; IT1308237B1; JP3435104B2; GB2343306B; CA2282802C; GB9922582D0; CN1250245A; BR9904417A; US20010019253A1; US6417644B2; DE19946428A1

Description

APPARAAT EN WERKWIJZE VOOR HET GENEREREN VAN REMKOPPEL IN EEN WISSELSTROOMAANDRIJVING

Achtergrond van de uitvinding 5

Samenhangende aanvrage

De onderhavige aanvrage is gebaseerd op voorlopige aanvrage serienummer 60/102.977, ingediend op 2 oktober 1998.

10 Deze uitvinding heeft betrekking op het remmen van een motor en zijn bijbeho rende belasting in een wisselstroom-motoraandrijving. De motoraandrijving maakt gebruik van een instelbare frequentiebesturing voor tenminste een deel van de besturing van een wisselstroommotor. Deze kan in het bijzonder worden aangepast aan niet-rege-neratieve typen aandrijvingen.

15 Variabele frequentie-aandrijvingen zijn vaak gebruikt om de snelheid van een wisselstroom-inductiemotor te variëren. Dergelijke aandrijvingen kunnen werken vanuit een wisselstroomvermogen met vaste frequentie dat beschikbaar is uit een elektrische voorziening om een uitgangsvermogen met variabele frequentie naar de motor tot stand te brengen. Dergelijke aandrijvingen kunnen vermogenshalfgeleiders benutten die 20 worden bestuurd als AAN- of UIT-schakelaars voor het verschaffen van een instelbare snelheidsbesturing. Veel van deze aandrijvingen kunnen alleen een vermogensflux in de motor verschaffen. Als gevolg daarvan kunnen ze geen regeneratieve remming verschaffen. Van de niet-regeneratieve aandrijvingen benutten vele een tweetraps-vermo-gensconversie. De eerste trap converteert wisselstroom-ingangsvermogen in een tus-25 senliggende gelijkstroombron. De tweede trap maakt gebruik van halfgeleiderschake-laars om te fungeren als een inverter die het gelijkstroomvermogen converteert in een instelbare-frequentie-wisselstroomuitgangssignaal. Het is gebruikelijk dat de tweede trap of uitgangs-gelijkstroom-wisselstroom-conversietrap in staat is om nominaal vermogen in beide richtingen door te laten. Heel vaak zijn echter de schakelingen die in de 30 eerste trap of ingangs-wisselstroom-gelijkstroom-conversietrap worden gebruikt alleen in staat om vermogen in één richting door te laten, namelijk van de inkomende wissel-stroomlijn naar de gelijkstroomkoppelingsuitgang.

In veel gevallen vereist de toepassing van de motoraandrijving een incidentele 1013189 2 vermogensflux in de tegengestelde richting, bijvoorbeeld om te remmen of om een belasting met grote traagheid af te remmen. In dergelijke gevallen is het gebruikelijk om een vermogensweerstand en een andere halfgeleiderschakelaar in een dynamische reminrichting toe te voegen. In die inrichting kan de schakelaar de weerstand over de 5 gelijkstroomkoppelingsspanning verbinden om de terugkerende energie van de gelijkstroom-wisselstroom-conversie te absorberen. Dynamisch remmen benut een weerstand die de energie absorbeert die is opgeslagen in de motor en belastingtraagheid. De energie van de belasting wordt in de weerstand geconverteerd in warmte. Regeneratief remmen, met gebruik van weerstanden, vereist een sterkstroom-schakelaar die kan be-10 staan uit halfgeleiders en een weerstand van voldoende grootte om de gegenereerde warmte te absorberen.

In andere benaderingen waarbij motorremmen is vereist, kan de besturing zijn ontworpen om remvermogen te regenereren, door het vermogen terug in de inkomende wisselstroomlijn te koppelen. In dergelijke gevallen waar er een ingangs-wisselstroom-15 gelijkstroom-converter is, kan de wisselstroom-gelijkstroom-converter worden ontworpen met gebruikmaking van aanvullende halfgeleiderschakelaars om de converter in staat te stellen vermogen in beide richtingen door te laten. Deze werkwijze is echter ook kostbaarder, aangezien deze aanvullende schakelinrichtingen vereist om de hoge stroom te verwerken. Omdat met een hoger vermogen aangedreven aandrijvingen in het 20 algemeen driefasestroom benutten, kunnen de bovenstaande werkwijzen voor het verschaffen van remmen een groter aantal schakelaars vereisen, aangezien het gewenst is ' om alle drie de fasen te balanceren. Dergelijk dynamisch remmen of regeneratief remmen kan kostbaar zijn vanwege de noodzaak van aanvullende vermogensschakelings-elementen.

25 Wanneer de eis van tegengestelde vermogensflux niet vaak voorkomt of beschei den is, hebben een aantal aandrijvingen deze kosten vermeden door de voedingsuit-gangsstroom bij een nulffequentie te benutten, in wezen gelijkstroomvermogen naar de motorwikkelingen. Dit creëert een stationair magnetisch veld in de motorluchtspleet.

Wanneer de draaiende rotorwikkelingen met dit veld in wisselwerking staan, wordt 30 spanning geïnduceerd in de wikkelingen, wat ertoe leidt dat rotorstroom gaat vloeien.

De rotorstromen op hun beurt staan in wisselwerking met het magnetische veld om een negatief remkoppel te produceren. Een dergelijke benadering wordt soms "gelijk-stroom-injectie-remmen" genoemd. In aandrijvingen waar de besturingsfuncties wor- 1013189 3 den uitgevoerd in een microprocessor die wordt bestuurd door software, voegt gelijk-stroominjectie geen aanvullende componenten toe en verhoogt dit de kosten van de basisaandrijving maar weinig. Er zijn echter twee specifieke nadelen aan gelijkstroom-injectie-remmen. Het eerste nadeel is dat het beschikbare koppel bij hoge snelheden 5 tamelijk laag is. Dit is het gevolg van de hoge slip in de motor en het resulterende slechte koppel dat per ampère beschikbaar is. Als bijvoorbeeld de geïnjecteerde gelijkstroom beperkt is tot 100% van de nominale motorstroom (voor het beschermen van de aandrijving), kan het koppel dat wordt geproduceerd bij nominale snelheid zo laag als 3% van het nominale motorkoppel zijn. Het tweede nadeel is dat de besturing de snel-10 heid van de motor niet kan schatten terwijl gelijkstroominjectie plaatsvindt; zodat, als een plotselinge terugkeer naar een voorwaarts koppel wordt gewenst terwijl de motor draait, een vertraging noodzakelijk is om de motorsnelheid opnieuw te bepalen voordat een versnellende instelbare-frequentie-wisselstroomspanning opnieuw kan worden toegevoerd aan de motoraansluitklemmen. Gelijkstroom-injectie-remmen is daarom niet 15 gewenst wanneer hoge remkoppelniveaus vereist zijn bij of nabij normale bedrijfssnel-heid, noch wanneer het gewenst is om alleen de motor af te remmen tot een lagere be-drijfssnelheid die niet gelijk aan nul is.

De onderhavige uitvinding voor het remmen van een elektrische wisselstroom-motor heeft betrekking op elektrische middelen voor het verschaffen van het remkoppel 20 in tegenstelling tot mechanisch remmen of frictieremmen. Een doelstelling van de uitvinding kan het verschaffen zijn van een elektrisch remschema dat kan dienen voor het verschaffen van hoge remkoppelniveaus bij nominale snelheid. Een andere doelstelling van de uitvinding kan het verschaffen zijn van remkoppel in niet-regeneratieve converters, zonder de noodzaak van het gebruik van aanvullende dure halfgeleiderinrich-25 tingen. Een andere doelstelling van de uitvinding kan het verschaffen zijn van middelen voor het dissiperen van de remenergie als warmte, zonder de noodzaak van dynamische remweerstanden. Het onderwerp van de uitvinding is het verschaffen van een elektrische rem werkwijze met een hoog remkoppel die occasioneel kan worden benut als een middel voor het reduceren van de snelheid van de motor.

30 Zekere voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding benutten tenminste één vermogensconversie-eenheid die een ingangs-wisselstroom-gelijkstroom-converter, en een gelijkstroom-instelbare-frequentie-wisselstroom-uitgangsconverter heeft. Eén dergelijk type aandrijving is beschreven in U.S.-octrooi 5.625.545; en dit octrooi wordt 4 hierbij als verwijzing opgenomen.

In een aantal testapparaten uit de stand van de techniek (bijvoorbeeld Grantham et al.; "Dynamic Braking of Induction Motors", Journal of Electrical and Electronics Engineering Australia, vol. 6, nr. 3, september 1986) worden meervoudige frequenties 5 toegevoerd aan een wisselstroommotor om de belasting tijdens het testen te simuleren. Dergelijke testapparaten maken geen gebruik van de meervoudige frequenties die worden geïnjecteerd om de snelheid van een motor te besturen zoals het remmen van de snelheid van een roterende rotor tot een lagere snelheid of een stop.

Anderen, in het bijzonder Jansen et al in U.S.-octrooi 5.729.113, benutten twee 10 frequenties in een pulsbreedtemodulatie-besturing voor snelheidsdetectie en -berekening.

Samenvatting van de uitvinding 15 Wanneer het gewenst is om de snelheid van een wisselstroommotor te reduceren door een remkoppel toe te voeren uit een aandrijving met variabele frequentie, benutten de gebruikelijke werkwijzen dynamisch remmen met een weerstand, of een regeneratieve vermogensschakeling. De uitvinding omvat het verschaffen van een remkoppel aan een wisselstroommotor door het gelijktijdig toevoeren van twee verschillende ffe-20 quenties aan de motor wanneer remmen wordt gewenst. Het resultaat is dat de energie die wordt gebruikt om de motor/belastingtraagheid te remmen wordt gedissipeerd in de motor zelf. Er is geen externe remweerstand vereist, noch is een volledige regeneratieve vermogensschakeling vereist. Het is bijzonder gewenst wanneer de uitvinding wordt gebruikt met een niet-regeneratieve vermogensschakeling. Koppelpulsaties wor-25 den geproduceerd bij het verschil tussen de normale frequentie en de verlies-induce-rende remfrequentie, maar met geschikte besturing kan dit op een algemeen constante pulsatiefrequentie worden gehouden. De pulsatiefrequentie kan zodanig worden gekozen dat deze niet-kritisch is, en kan instelbaar zijn om de rembesturing op specifieke apparaten "af te stemmen". In aandrijvingen die een bestuurbaar uitgangssignaal heb-30 ben kan de grootte van de remming eveneens worden bestuurd. De uitvinding maakt het mogelijk dat de motorsnelheid zelfs tijdens rembedrijf kan worden geschat.

1van te^e™n®en 5

Figuur la toont een modulaire wisselstroom-aandrijfschakeling met instelbare frequentie voor hogere vermogensniveaus, soortgelijk aan de schakeling die is getoond in U.S.-octrooi 5.625.545. Figuur la omvat echter besturingen om elektrisch remmen 5 aan de inductiemotor te verschaffen. Figuur lb toont details van de vermogenscellen van figuur la.

Figuur 2 toont een kenmerkende niet-modulaire wisselstroom-aandrijving met instelbare frequentie die gewoonlijk wordt gebruikt bij lagere vermogensniveaus, maar die een elektrische rembesturing heeft.

10 Figuur 3 is een diagram dat een schakeling toont die gelijksoortig is aan de belas- tingzijde van een wisselstroomaandrijving die eenvoudige sinusoïden produceert.

Figuur 4 toont een schakeling die equivalent is aan de belastingzijde van een wisselstroom-aandrijving die twee gelijktijdige sinusoïden produceert.

Figuur 5 is een grafiek die verliezen ten opzichte van frequentie van de verlies-15 inducerende spanning in een wisselstroom-inductiemotor van 1000 paardenkracht toont.

Figuur 6 toont de toewijzing van de normale en verlies-inducerende spanningen ten opzichte van de snelheid, die een optimale remprestatie geeft.

Figuur 7 toont de normale en verlies-inducerende stromen ten opzichte van de 20 snelheid die voortvloeien uit de spanningstoewijzing van figuur 6.

Figuur 8 toont de normale, verlies-inducerende, en totale koppels ten opzichte van de snelheid, die voortvloeien uit de spanningstoewijzing van figuur 6.

Figuur 9 vergelijkt het remkoppel dat beschikbaar is met de onderhavige uitvinding ten opzichte van gelijkstroom-injectie.

25 Figuur 10 is een schematische weergave van een de voorkeur verdienende bestu- ringsuitvoeringsvorm met gebruikmaking van het elektrische remschema van de onderhavige uitvinding.

Figuur 11 is een schematische weergave van één alternatieve besturingsuitvoe-ringsvorm met gebruikmaking van het elektrische remschema van de onderhavige uit-30 vinding.

Figuur 12 toont een andere uitvoeringsvorm van een tweede alternatieve bestu-ringsuitvoeringsvorm met gebruikmaking van het elektrische remschema van de onderhavige uitvinding.

1013159 6

Figuur 13 toont een andere uitvoeringsvorm van een derde alternatieve bestu-ringsuitvoeringsvorm met gebruikmaking van het elektrische remschema van de onderhavige uitvinding met ruimtevector-modulatie.

Figuur 14 is een experimentele grafische weergave van opdrachtsignalen, motor-5 snelheid, en stroom.

Figuur 15 toont een uitgebreide grafische weergave van de signalen in figuur 14.

Figuur 16 toont een diagram van een uitvoeringsvorm van één type besturings-schema.

10 Beschrijving van uitvoeringsvormen

Terwijl de uitvinding zal worden beschreven zoals deze kan worden toegepast op een specifieke aandrijvingstopologie, zoals getoond in de figuren 1 of 2, zal het duidelijk zijn dat het apparaat en de werkwijze van de onderhavige uitvinding in andere wis-15 selstroomaandrijving-configuraties toegepast kunnen worden. De aandrijvingen die in de figuren 1 en 2 zijn getoond zijn niet-regeneratief en hebben daarom zekere voordelige eisen voor benutting van de uitvinding. Het is duidelijk dat de uitvinding kan worden benut voor andere aandrijvingstopografieën en -configuraties.

Figuur 1 toont een modulaire wisselstroom-aandrijving die een inkomende trans-20 formator 2 heeft. Primaire wikkelingen 1 exciteren een aantal secundaire wikkelingen 3-11. Het uitgangssignaal van elke secundaire wikkeling wordt toegevoerd aan een afzonderlijke vermogenscel 12-20. Deze vermogenscellen zijn in elk been in serie-con-figuratie verbonden, die op haar beurt een driefasige wisselstroom-inductiemotor 21 voedt. Een centraal besturingssysteem 22 zendt via vezeloptica 95 opdrachtsignalen 25 naar locale besturingen 23 in elke cel. De topografie lijkt soortgelijk aan de topografie die in het Amerikaanse octrooi nr. 5.625.545 is getoond, maar een rembesturingssys-teem 24 voor het verschaffen van elektrisch remmen zoals hier beschreven is toegevoegd aan de standaardbesturing 22. Het bedrijf van de vermogensschakelingen in figuur 1 is beschreven in het Amerikaanse octrooi nr. 5.625.545. De ingangsconverter in 30 elke cel zoals getoond in figuur 1 heeft een gelijkstroomkoppeling (diode-gelijkrichter-brug) die niet toestaat dat energie terugstroomt in de vermogenslijn.

Figuur 2 toont een kenmerkende niet-modulaire wisselstroom-aandrijving die een driefasige inkomende lijn heeft die wordt gelijkgericht door de diodebrug 51a-51c, 52a- 1013^0^ 7 52c. Condensatoren 53a en 53b op de uitgang van de gelijkrichtende brug verschaffen afvlakking en slaan energie op om zo een gelijkstroomvermogensbron aan een inverter 49 te verschaffen. De inverter maakt gebruik van halfgeleiderschakelaarelementen Ql-Q6. Elk schakelaarelement wordt geshunt door een diode D1-D6. Deze instelbare fre-5 quentiebesturing heeft een driefasige uitgang 54-56. Figuur 2 toont een driefasige uitgang, maar andere uitvoeringsvormen van de aandrijving zouden uitgangen met andere aantallen fasen kunnen benutten. Zoals getoond voedt de driefasige uitgang van figuur 2 een inductiemotor 60. In figuur 2 is een rembesturing 66 toegevoegd aan de standaardbesturingseenheid 65. De ingangsconverter die in figuur 2 is getoond heeft een 10 gelijkstroomkoppeling (diode-gelijkrichterbrug) die niet toestaat dat energie terugvloeit in de vermogenslijn.

Figuur 3 toont de equivalente schakeling voor de belastingzijde van een wissel-stroom-aandrijving zoals ofwel in figuur 1 ofwel in figuur 2. Het effect van de aandrijving op de motor is equivalent aan een stel van driefase-spanningsbronnen VA1, VB1 15 en VC1. De motor trekt driefasige stromen IA1, IB1 en IC1 als reactie op deze spanningen. Voor normaal motorbedrijf zouden deze stromen gebalanceeerde driefasige sinusoïden moeten zijn. Elk van de vermogensschakelingen in de figuren 1 of 2 is echter in staat om andere golfvormen te produceren.

Figuur 4 toont één mogelijke reeks alternatieve golfvormen. De aandrijving kan 20 spanningen aan te motor toevoeren die gelijk zijn aan de som van twee afzonderlijke sinusoïden bij verschillende frequenties. Het effect op de motor is gelijk aan het hebben van één reeks driefasige spanningsbronnen VA1, VB1 en VC1 in serie met een andere reeks driefasige spanningsbronnen VA2, VB2 en VC2. De piekwaarde van de gesommeerde spanningen moet het aandrijfspanningsvermogen niet overschrijden. De motor 25 zal stromen trekken die de som van componenten zijn die toe te schrijven zijn aan elk van de bronnen; namelijk IA1+IA2, IB1+IB2, en IC1+IC2. De piekwaarde van de gesommeerde stromen moet eveneens het aandrijfstroomvermogen niet overschrijden.

De onderhavige uitvinding gebmikt deze mogelijkheid van de aandrijving om twee gelijktijdige spanningen toe te voeren om te bewerkstelligen dat de remenergie in 30 de motor zelf wordt gedissipeerd. Extra verliezen worden geïnduceerd in de motor door een tweede reeks van driefasige verlies-inducerende spanningen aan de motor toe te voeren, in aanvulling op de normale spanningen die worden gebruikt voor de snelheids-regeling. De energie die wordt teruggeleid naar de gelijkstroomkoppeling (bijvoorbeeld 1013189 8 aan condensatoren 53a-b in figuur 2) door de normale spanningsreeks wordt gebruikt voor het tot stand brengen van de tweede reeks verlies-inducerende spanningen, zodat de energie dan in de motor als warmte wordt gedissipeerd. Veel moderne aandrijvingen gebruiken een pulsbreedtemodulatie-(pulse width modulation = PWM)-uitgang in de 5 invertertrap om gelijkstroom naar wisselstroom te converteren. Deze PWM-besturingen zijn in staat complexe spanningsopdrachten te volgen waardoor de uitvinding kan worden benut zonder de complexiteit van het toevoegen van aanvullende vermogenscom-ponenten. Veel aandrijvingen zullen in staat zijn de uitvinding te benutten met alleen software-modificaties. Aan de pulsbreedtemodulator worden voor elke fase opdracht-10 golfvormen gegeven die de som zijn van de gewenste normale spanningsreeks en de verlies-inducerende spanningsreeks. De som van deze golfvormen moet in het algemeen de piekspanningscapaciteit van de uitgangsconverter niet overschrijden.

De tweede reeks verlies-inducerende spanningen moet worden gekozen om de koppelpulsaties te minimaliseren die het gevolg zijn van interactie van de tweede reeks 15 motorstromen met de normale of eerste reeks motorstromen, en om de verstoring van het bedrijf van de bestaande besturing te minimaliseren. In veel toepassingen zal het gewenst zijn om de tweede reeks verlies-inducerende spanningen te kiezen om de verliezen te maximaliseren die in de motor zijn geproduceerd, zonder het stroomvermogen van de aandrijving te overschrijden. Een voorkeurs werkwijze voor het toepassen van de 20 uitvinding is het benutten van één enkele reeks van gebalanceerde driefasige spanningen van hogere frequentie voor het induceren van verliezen, waarbij de fasesequentie tegengesteld is aan de rotatierichting. Figuur 5 toont een grafiek van het effect van een dergelijke tegengesteld roterende spanningsreeks op een 4-pool-motor van 1.000 paardenkracht, 4000 volt, 60 Hz, die voorwaarts draait met 1.800 omwentelingen per mi-25 nuut. Deze verliezen vertegenwoordigen een potentiële remming van de mechanische belasting die aan de motor is opgelegd. De grafiek vertegenwoordigt het stationaire-toestand-gedrag van de motor met inbegrip van de hoogfrequentie-effecten, en werd afgeleid van een empirisch stationaire-toestand-model voor een inductiemotor, die niet-lineaire "deep-bar"-effecten omvat. De grafiek die is getoond in figuur 5 vertegenwoor-30 digt één enkele tegengesteld roterende spanningsreeks die werd gesimuleerd bij 0,1, 1, 2, 10, 30, 60, 120, 180 en 240 Hz. In elk geval werd de amplitude aangepast om nominale kwadratisch gemiddelde ampères te verkrijgen (circa 127 ampères). Figuur 5 toont de spanningsamplitude die vereist is om nominale stroom te bereiken, en de verliezen lOloiSÖ 9 die derhalve werden verkregen. Het is duidelijk dat de verliezen consequent toenemen als de frequentie wordt verhoogd van circa 17,5 kilowatt bij 0,1 Hz tot boven 100 kilowatt bij 240 Hz. Honderd kilowatt is meer dan 13% nominaal vermogen. Dit zal een remkoppel van 13% bij nominale snelheid toestaan, of een remkoppel van 100% bij een 5 snelheid van 13%. De reden voor deze verhoging van verliezen per ampère ten opzichte van de frequentie is het "skin-effect" van de rotorgeleiders. Bij hogere frequentie dringt stroom niet uniform door een geleider heen, en beschouwd kan worden dat deze zich bij of nabij het oppervlak of huid van de geleider concentreert. Dit verlaagt het effectieve doorsnedeoppervlak van de geleider, en verhoogt daarom de schijnbare weerstand 10 van de geleider. De rotor van een inductiemotor is gewikkeld voor laagspanning en hoge stroom, zodat de rotorgeleiders een groter doorsnedeoppervlak hebben dan de statorgeleiders. Daarom is het skin-effect in de rotorgeleiders van een inductiemotor belangrijker dan in de statorgeleiders. Een hogere weerstand leidt tot hogere verliezen (beter remmen) op hetzelfde stroomniveau. Door gebruik te maken van een tegenge-15 steld roterende reeks spanningen voor het induceren van verliezen wordt de frequentie van de rotorstroom nog verder verhoogd tot de som van de toegevoerde frequentie en de effectieve snelheidsfrequentie (omwentelingen per minuut maal het aantal polen gedeeld door 120).

In figuur 5 is de spanning die vereist is om een nominale stroom bij 240 Hz te 20 bereiken circa 2.080 volt. Dit is gelijk aan ongeveer 8,7 volt per Hz, zoals vergeleken met 67 volt per Hz voor nominale toestanden (4.000 volt bij 60 Hz). Dit betekent dat de magnetische flux die in de motor is geproduceerd door de verlies-inducerende span-ningsreeks slechts 13% van de nominale flux zal zijn, en de doelen zal ondersteunen van het minimaliseren van storing van de normale besturing en van het minimaliseren 25 van koppelpulsaties. Het betekent tevens dat extra spanningscapaciteit in de aandrijving blijft voor het produceren van de normale spanningen.

De aanwezigheid van twee reeksen stromen in de motor bij twee verschillende frequenties zal een interactie tussen hen bewerkstelligen, waardoor koppelpulsaties worden geproduceerd. De pulsatiefrequentie is het verschil tussen de twee toegevoerde 30 frequenties. Aangezien de ene frequentie positief is en de andere negatief is, zal het verschil gelijk zijn aan de som van de absolute waarden. Bijvoorbeeld, met 60 Hz voorwaartse sequentie (normaal) en 240 Hz achterwaartse sequentie (verlies-induce-rend), zal de pulsatiefrequentie 300 Hz zijn. Als de snelheid van de motor afneemt als 10131S9 10 gevolg van het remmen, zal de pulsatiefrequentie ook afnemen als de verlies-induce-rende frequentie constant blijft terwijl de normale frequentie afneemt. Een hoge pulsatiefrequentie zal de neiging hebben de waarschijnlijkheid te reduceren van het exciteren van een torsieresonantie in de aangedreven belasting, hoewel een dergelijke mechani-5 sche resonantie onder sommige configuraties geen probleem hoeft te zijn. Om de resonantie te beperken verdient het echter de voorkeur dat de negatieve verlies-inducerende frequentie toeneemt als de snelheid (en de normale frequentie) afneemt, waardoor een constante pulsatiefrequentie wordt gehandhaafd. In uitvoeringsvormen die een algemeen vaste pulsatiefrequentie benutten kan het gewenst zijn dat individuele aandrijvin-10 gen de mogelijkheid hebben om de constante pulsatiefrequentie in te stellen (over een smal gebied), om zo een instelling van de specifieke aandrijving toe te staan zodat een willekeurige torsieresonantie vermeden kan worden door de aandrijving op een niet-resonerende frequentie af te stemmen.

De data in figuur 5 zijn optimistisch omdat hierbij wordt aangenomen dat de 15 volledige nominale stroom kan worden gewijd aan het induceren van verliezen. In de praktijk moet een deel van het aandrijfstroomvermogen worden toegewezen aan de normale stroom. De prestatiebeperkingen van de werkwijze van de onderhavige uitvinding werden daarom onderzocht door middel van hetzelfde stationaire-toestand-induc-tiemotormodel als werd gebruikt voor figuur 5. De modelparameters die werden ge-20 bruikt vertegenwoordigen dezelfde motor als in figuur 5, gemeten bij 1000 paardenkracht, 4000 volt, 60 hertz, en 1780 omwentelingen per minuut. De koppelpulsatiefre-quentie werd gesteld op 300 Hertz. De verlies-inducerende frequentie was daarom gelijk aan de pulsatiefrequentie minus de normale frequentie; bijvoorbeeld 300 Hertz bij stilstand, 240 Hertz bij nominale snelheid, en 180 Hertz bij tweemaal nominale snel-25 heid. Voor elke snelheid werden de amplituden van de normale en de verlies-inducerende spanningen ingesteld voor maximum remkoppel, terwijl de geïnduceerde verliezen werden afgestemd op het geabsorbeerde remvermogen, en terwijl werd verhinderd dat de totale spanning en totale stroom 100% van het nominale vermogen (400 volt, 127 ampère) overschreden. De resultaten van deze begrenzingsstudie zijn getoond in de 30 figuren 6, 7 en 8 voor een maximale totale stroom van 100% van de nominale waarde.

Figuur 6 toont de twee spanningsamplituden ten opzichte van de snelheid. Voor elke willekeurige snelheid boven 60% van de nominale waarde, is het duidelijk dat de totale spanning altijd 100% is. Onder 60% van de nominale snelheid volgt de normale 1013159 11 spanning de snelheid om de nominale verhouding van volts per Hertz te handhaven. Figuur 7 toont de twee stromen die resulteren uit de spanning van figuur 6 ten opzichte van de snelheid. Voor alle snelheden is het duidelijk dat de totale stroom altijd 100% is. Bij hoge snelheid wordt het grootste deel van de beschikbare stroom toegewezen aan de 5 verlies-inducerende frequentie, aangezien zelfs een klein remkoppel grote verliezen vereist. Als de snelheid afneemt, wordt de verlies-inducerende stroom progressief gereduceerd en de normale stroom wordt verhoogd. Wanneer eenmaal een nominale flux in de motor wordt bereikt, gaat het proces verder maar met een verschillende snelheid. Figuur 8 toont de twee koppels, plus het totale koppel, ten opzichte van de snelheid. Bij 10 alle snelheden is het grootste deel van het koppel geproduceerd door de normale frequentie, hoewel het koppel van de verlies-inducerende frequentie bij hoge snelheid significant wordt. Het totale remkoppel dat beschikbaar is, is circa 6% bij een snelheid van 200%, 11% bij een snelheid van 100%, en 30% bij een snelheid van 20%.

De motorimpedantie bij de verlies-inducerende frequentie wordt gedomineerd 15 door de lekreactantie. Bij hoge snelheid wordt de verlies-inducerende frequentie en derhalve de impedantie gereduceerd, waardoor de spanning wordt verlaagd die nodig is om de grote verlies-inducerende stroom aan te drijven. Als de snelheid afneemt neemt de verlies-inducerende frequentie toe, maar de vereiste stroom neemt af. Deze effecten hebben de neiging om te worden opgeheven en produceren een bijna constante verlies-20 inducerende spanning over het grootste deel van het snelheidsbereik.

Hetzelfde model kan ook worden gebruikt om het remkoppel te voorspellen dat wordt geproduceerd door een gelijkstroom aan de motor toe te voeren. Figuur 9 vergelijkt het koppel van gelijkstroom-injectie ten opzichte van duale-frequentie- wissel-stroominjectie overeenkomstig de onderhavige uitvinding, wanneer beide werkwijzen 25 zijn begrensd tot een piekstroom van 100% van de nominale waarde. Over het grootste deel van het snelheidsbereik is het remkoppel van duale-frequentie- wisselstroominjec-tie vier tot vijf maal de waarde van gelijkstroominjectie.

Figuur 10 toont een voorkeursuitvoeringsvorm voor het toevoegen van de verlies-inducerende opdrachten aan de aandrijfbesturing. Deze zou toegepast kunnen worden 30 op een aandrijving zoals de aandrijving die is getoond in de figuren 1 of 2. De uitvinding kan in ofwel hardware ofwel software worden geïmplementeerd, maar de meeste moderne ontwerpen zullen software gebruiken om de opdrachtsignalen te produceren. Bovendien omvatten de meeste aandrijvingen ook een stroomregelaar of andere appa- 1013153 12 ratuur die de functie verschaft om de spanning die aan de motor is toegevoerd zodanig te besturen, dat de motorstromen worden gedwongen om een reeks stroomopdrachten te volgen. Figuur 10 toont een driefasige inkomende wisselstroomlijn 25, die in een wisselstroom-gelijkstroom-converter 26 wordt geleid. Afvlakking en energie-opslag 5 wordt verkregen door de benutting van een condensator of condensatoren 27. De converter omvat tevens een uitgangsdeel, dat een inverter is om gelijkstroom naar wisselstroom om te zetten, 28. De bestuurbare wisselstroom wordt toegevoerd aan inductie-motor 29. Stroomsensoren 30a, 30b, 30c voeden een driefase-tweefase-converter 34 die op zijn beurt een uitgangssignaal heeft dat tweefasig is. Dit uitgangssignaal wordt toe-10 gevoerd aan een stationair-roterend-converter 35. Tijdens normaal bedrijf wordt een eerste reeks of normale reeks besturingsstroomopdrachten 37 vergeleken met het mo-torstroomsignaal van 35, en de fouten worden toegevoerd aan een stroomregelaar 36. In figuur 10 worden de tweede reeks of verlies-inducerende reeks van spanningsopdrach-ten 38 opgeteld bij het uitgangssignaal van de stroomregelaar 36. De gecombineerde 15 spanningsopdrachten worden dan toegevoerd aan een roterend-stationair-converter 33 en worden dan door de converter 32 geconverteerd van tweefasige naar driefasige signalen. De driefasige signalen voeden een pulsbreedtemodulatie-besturing 31 die op een bekende wijze wordt bedreven om schakelaars zoals Q1-Q6 in figuur 2 te besturen.

De stroomregelaar 36 wordt, zoals getoond, gewoonlijk geconfigureerd om op 20 tweefasige hoeveelheden in een coördinatensysteem te werken dat roteert met de snelheid van de motorvariabelen. Deze werkwijze wordt vectorbesturing genoemd, en maakt het mogelijk dat de stroom wordt gescheiden in koppel-producerende en flux-producerende componenten. De werkwijze maakt het tevens mogelijk dat de stroomregelaar omgaat met nul-frequentie-variabelen, waardoor een goede nauwkeurigheid met 25 redelijke opbrengsten mogelijk worden gemaakt. De uitvoeringsvorm die in figuur 10 is getoond telt de verlies-inducerende opdrachten op bij de spanningsopdrachtenuitvoer van de stroomregelaars 36. Dit wordt gedaan juist voordat de signalen terug worden getransformeerd naar stationaire coördinaten, en zij worden geconverteerd in een drie-fase-vorm. Deze uitvoeringsvorm vermijdt dat de stroomregelaars moeten reageren op 30 de hogere frequentie van de verlies-inducerende opdrachten. Deze uitvoeringsvorm maakt het tevens mogelijk dat de verlies-inducerende opdrachten worden toegevoerd aan de vaste frequentie die is geselecteerd voor de koppelpulsaties, omdat de roterende-stationaire-omzetting automatisch de effectieve snelheidsfrequentie zal optellen bij de 1013189 13 verlies-inducerende frequentie. Wanneer deze effectieve snelheidsfrequentie dan wordt afgetrokken binnen de motor zoals hierboven beschreven, zal het resultaat een algemeen vaste pulsatiefrequentie zijn met de geselecteerde waarde. De besturing kan bijvoorbeeld in de hoofdbesturingseenheid 22 of 65 zijn aangebracht.

5 Figuur 10 toont niet verscheidene besturingsfuncties van hoger niveau die aanwe zig kunnen zijn. Er zal algemeen een detector zijn om aan te geven wanneer de verlies-inducerende opdrachten vereist zijn. Deze verlies-inducerende opdrachtbesturing zal de amplitude van de verlies-inducerende opdrachten instellen zoals vereist is door de specifieke remtoepassing. Er zullen ook schakelingen of software aanwezig zijn om de 10 normale opdrachten te beperken zodat de totale piekspanning of -stroom die wordt toegevoerd aan de motor niet de capaciteiten van de vermogensomzetters overschrijdt. Aanvullende besturingsfuncties kunnen gemakkelijk worden bereikt in op software gebaseerde systemen door aanvullende codering toe te voegen om deze functies te verschaffen. In andere niet op software gebaseerde systemen kunnen bekende besturings-15 elementen worden benut als hardware om deze gewenste bewerkingen uit te voeren.

Figuur 11 toont hoe de verlies-inducerende opdrachten kunnen worden toegevoegd aan een verschillende besturingsconfïguratie. De besturingsconfiguratie van figuur 11 benut niet de transformaties van driefase naar tweefase noch van stationaire naar roterende coördinaten.

20 De configuratie van figuur 11 benut de stroomregelaars 39 om op driefasige wis- selstroomhoeveelheden te werken. Daarom worden de verlies-inducerende stroomop-drachten 40 eenvoudigweg direct toegevoegd aan de normale reeks van driefase-stroom-opdrachten 37. Zoals hierboven is besproken zijn de besturingsfuncties van hoger niveau, zoals pulsatiebesturing, de besturing van de verlies-inducerende op-25 drachten, de amplitude-instelling van het motorsignaal, en de piekspanningsfuncties duidelijkheidshalve weggelaten uit het blokschema dat in figuur 11 is getoond.

Figuur 12 toont een uitvoeringsvorm waarin de verlies-inducerende opdrachten kunnen worden toegevoegd aan een derde besturingsconfiguratie. Deze besturingsconfiguratie benut geen stroomregelaars noch de transformatie van driefase naar tweefase 30 noch de transformatie van stationaire naar roterende coördinaten. In deze configuratie wordt de spanning op de motor 29 bestuurd in plaats van de stroom, op de wijze van een open lus. De verlies-inducerende spanning-opdrachtreeks 38 wordt eenvoudigweg direct opgeteld bij de normale reeks van spanningsopdrachten 41, en de som wordt toe- 1013189 14 gevoerd aan PWM-besturing 31. Dezelfde besturingsfuncties van een hoger niveau die hierboven zijn beschreven zouden eveneens zijn opgenomen in uitvoeringsvormen van figuur 12.

Figuur 13 toont een andere uitvoeringsvorm van de benutting van de verlies-in-5 ducerende opdrachten. In deze besturingsconfiguratie wordt een ruimte-vector-werk-wijze benut. In de configuratie van figuur 13 worden de volt-seconden op de motor bestuurd. De verlies-inducerende volt-seconde-opdrachten 43 worden eenvoudigweg direct opgeteld bij de normale reeks van spannings-seconde-opdrachten 42. De sommen van de twee reeksen opdrachten worden dan toegevoerd aan de vectormodulator 44 die 10 de uitvoer van de gelijkstroom-wisselstroom-convertersectie 28 bestuurt. Functies die hierboven zijn beschreven met betrekking tot de besturingen van een hoger niveau kunnen ook worden toegevoegd aan de configuratie van figuur 13.

Het besturingsdiagram in figuur 16 toont een voorkeursuitvoeringsvorm van de rembesturing (blok 98), soortgelijk aan figuur 10, maar in meer detail inclusief functies 15 van een hoger niveau en de besturing voor normaal motorbedrijf (blok 99). De terug- koppelingssignalen bestaan uit motorspanningen en motorstromen in het stationaire-referentie-frame. De gemeten terugkoppelingssignalen zijn omgezet van driefase-hoe-veelheden naar tweefase-hoeveelheden (aangeduid met indexen α en β in figuur 16) door middelen die zijn getoond in figuur 10. De motorspanningsseconden worden af-20 geleid van de motorspanningen en -stromen (blok 122) overeenkomstig de vergelijkingen: fc-RMdt \<yc-Rsi,)dt 25 waarbij Rs de statorweerstand van de motor is. Naar de motorvoltseconden wordt ook verwezen als statorflux. Een faseregellus of PLL (blok 100) wordt gebruikt voor het schatten van de grootheid, XdS, frequentie cos, en hoek, Os, van de statorflux. Dit is beschreven in verscheidene pulblicaties [Rl]. De motorstroomsignalen in het stationaire 30 referentieframe worden geconverteerd in een referentieframe (blok 101) dat synchroon roteert met de statorflux. Deze transformatie wordt beschreven door de volgende vergelijkingen: 1013189 15 /.1 = r -Λ|Γ7αΊ /. = K CO80, - lp sin6», _/?SJ ^ ^ /. = Ja Sin ^ + h C0S&s

Uitgangssignalen van blok 101 vertegenwoordigen de motormagnetiserings-5 stroom Ids en de motorkoppelstroom Iqs. Deze stroomcomponenten worden onafhankelijk bestuurd door regelaars 102 en 103. Het ingangssignaal naar de regelaar 102 bestaat uit het verschil tussen de opdracht Ids.rer en de gemeten waarde van magnetise-ringsstroom. De magnetiseringsstroomopdracht wordt berekend (in blok 104) uit de gewenste statorflux op een open-lus-wijze of kan worden bepaald met een regelaar die 10 de gemeten statorflux op een gewenst niveau stuurt. Regelaar 103 werkt op het verschil tussen de opgedragen (Iqs,ref) en gemeten (Iqs) koppelstroomcomponenten. De koppel-stroomopdracht wordt gegenereerd door een snelheidsregelaar (blok 105), die een gestelde snelheidsopdracht cür>ref vergelijkt met de geschatte snelheid cor. Een eenvoudige werkwijze voor het schatten van statorsnelheid, door middelen die niet zijn getoond in 15 figuur 16, kan worden beschreven als COr ©s - ©slip» ©slip kt Iqs waarbij ω8πρ de slipsnelheid van de motor is en kt een constante is. Andere werkwijzen 20 voor het schatten van de motorsnelheid zijn gepubliceerd waarbij kt geen constante is maar een variabele, die wordt gemodificeerd afhankelijk van bedrijfsvoorwaarden [R2].

In een motoraandrijving met gemiddeld prestatievermogen vormen de uitgangssignalen van de stroomregelaars (blokken 102 en 103) de spanningsopdrachten in het synchroon roterende frame. Deze worden getransformeerd naar de stationaire referentie 25 met gebruikmaking van een achterwaartse transformatie (blok 107) zoals hieronder aangegeven.

'K.ref Ί = r.M ΐΓ I K.ref = Vös,ref C0S^ + Sin ö,

Vfirt J _ ^ \V«s.rcf\ " VPM = “ V*.r4 + COS0* 30 Voor aandrijvingen met hoog prestatievermogen kunnen vooruitkoppelingster- men worden opgeteld bij de uitgangssignalen van de stroomregelaars om het transiënte 10131S9 16 prestatievermogen van de aandrijving te verbeteren. In figuur 16 is een vooruitkoppe-lingsterm alleen getoond aan de uitgang van de koppelstroomregelaar (Vn) en wordt gesommeerd bij het uitgangssignaal van de koppelstroomregelaar met gebruikmaking van blok 106.

5 De besturing (blok 98) voor dynamisch remmen maakt gebruik van dezelfde te- rugkoppelingssignalen als in normale besturing, maar verwerkt deze signalen verder om informatie over de motor bij de verlies-inducerende frequentie te extraheren. Tijdens duale-frequentie-remmen omvatten de gemeten signalen twee relevante frequenties, namelijk de normale bedrijfsfrequentie ros en de verlies-inducerende frequentie 10 cöinj. Transformatie van deze terugkoppelingssignalen naar het synchroon roterende (statorflux) flux-frame verschuift de normale frequenties naar gelijkstroom en de verlies-inducerende frequentie naar de pulsatiefrequentie, rop (= ros - rojnj). Dit betekent dat tijdens het remmen de signalen λ^, ros, Ids en Iqs een gelijkstroomcomponent omvatten die overeenkomt met de normale bedrijfsfrequentie en een component bij de pulsatie-15 frequentie die overeenkomt met de verlies-inducerende frequentie. Een verdere rotatie door de pulsatiefrequentiehoek θρ transformeert de pulsatiefrequentiecomponenten naar gelijkstroomhoeveelheden. Dit wordt gedaan met gebruikmaking van blokken 108 en 109, die soortgelijk zijn aan 101. De pulsatiefrequentiehoek θρ wordt bepaald aan de hand van de pulsatiefrequentie rop met gebruikmaking van een eenvoudige integrator 20 115. Merk op dat rop een getal is dat door de gebruiker is geselecteerd.

Eén van de ingangssignalen naar blok 108, λς5, is in wezen nul omdat de PLL (blok 100) de statorflux geheel langs de d-as uitricht. Filters 110 tot en met 113 verwijderen de wisselstroomhoeveelheden in de ingangssignalen, wat leidt tot uitgangssignalen die verlies-inducerende frequentiecomponenten vertegenwoordigen (aangeduid met 25 de index fil). Aan de andere kant verwijderen filters 118 en 119 de verlies-inducerende frequentie-(wisselstroom)-componenten en stellen uitgangssignalen voor die de normale bedrijfsfrequentiecomponenten vertegenwoordigen. Deze filters kunnen laag-doorlaatfilters of synchrone filters zijn die data over één cyclus van de pulsatiefrequentie middelen.

30 De verlies-inducerende frequentie cüinj wordt berekend met gebruikmaking van het sommatieblok 123 waarbij de ingangen de gefilterde waarde van de normale bedrijfsfrequentie en de pulsatiefrequentie rop zijn. Het vermogen dat in de motor wordt gedissipeerd bij de verlies-inducerende frequentie Pjnj en de motor-equivalente weer- ιοίsi; a 17 stand Rinj en reactantie Xinj bij de frequentie worden berekend met gebruikmaking van de gemiddelde waarden van de flux en stroom, en de verlies-inducerende frequentie (blok 114). Op basis van het vermogen dat wordt geabsorbeerd bij de normale bedrijfs-frequentie en de motor-equivalente schakeling bij de verlies-inducerende frequentie, 5 worden de verlies-inducerende spanningsopdrachten (Vdp,ref en Vqp>ref) berekend (blok 116). Zonder verlies van algemeenheid (en voor het gemak van de berekening) kan de q-as-component, Vqp>ref, nul worden gemaakt, en de gehele berekende verlies-inducerende spanning kan worden toegewezen aan de d-as-component. De verlies-inducerende spanningsopdracht wordt zodanig begrensd (in blok 116) dat deze niet meer dan 10 een vooraf ingestelde waarde is, zoals 50% van de nominale inverterspanning. Deze opdrachten worden getransformeerd naar het synchroon roterende (stator fïux)-referen-tieframe zoals getoond in blok 117 en worden gesommeerd met de bedrijfsfrequentie-opdrachten, soortgelijk aan figuur 10, om de spanningsopdrachten te vormen. Deze worden dan verder getransformeerd in blok 107 naar het stationaire referentieffame, en 15 worden naar de PWM-modulator gezonden.

Het vermogen dat in de motor wordt gedissipeerd wordt in blok 120 gebruikt om een eerste minimum-remstroom-begrenzingsopdracht 121 tot stand te brengen die wordt toegevoerd aan de uitgang van de snelheidsregelaar (blok 105). Wanneer remmen wordt geïnitieerd en de grootte van de verlies-inducerende spanning klein is, wordt 20 de eerste grens berekend door een waarde voor Pj„j te gebruiken die hoger is dan zijn berekende waarde door P delta- Hierdoor kan de besturing met de injectie beginnen en de maximale remming verkrijgen die nodig is. Een tweede remstroomgrens wordt afgeleid van de inverterstroomcapaciteit die beschikbaar is voor koppelstroom. Deze tweede grens wordt bepaald aan de hand van de nominale inverterstroom en de stroom die is 25 geschat bij de verlies-inducerende frequentie. De minimum koppelstroomgrens (121) die leidt tot de laagste inverterstroom wordt gekozen uit deze twee grenzen.

Wanneer remmen wordt vereist bij hogere snelheden, kan het zijn dat de motor-flux moet worden gereduceerd om ruimte te maken voor de verlies-inducerende spanning. Dit wordt gedaan door de magnetiseringsstroom voorafgaand aan het remmen tot 30 een geschikte waarde te reduceren die een functie is van de bedrijfssnelheid. Wanneer dit eenmaal is voltooid, worden de stroomregelaar-versterkingsfactoren in blokken 102 en 103 gereduceerd om de regelaars immuun te maken voor de wisselstroomcompo-nenten in de terugkoppelingssignalen. Naarmate de snelheid afneemt, is er toenemende 1013159 18 ruimte voor de normale bedrijfsspanningen en daarom wordt de magnetiseringsstroom-opdracht verhoogd om de converter optimaal te benutten (blok 104).

Figuur 14 toont motorvariabelen tijdens het experimenteel testen van meervou-dige-frequentie-rembedrijf. De aandrijving en motor werden gemeten als 10 paarden-5 kracht op 460 volt, 60 Hz. De besturingsstructuur volgde figuur 10. De grafiek omvat een eerste kanaal dat een spanningsopdracht naar de modulator toont. Het tweede kanaal toont de motorsnelheidsschatting. Het derde kanaal toont de motorstroom. De motor zoals afgebeeld in figuur 14 werkte onbelast op 45 Hz toen het remmen werd geïnitieerd. Deze figuur toont de gehele afremming van circa 1350 omwentelingen per 10 minuut (vierpool-motor op 45 Hz) tot stilstand. De motor werd gekoppeld met een algemeen van gelijke grootte zijnde gelijkstroommachine, zodat de totale traagheid tenminste 200% van de traagheid van de motor was. De afremming, kanaal 2, begint ongeveer 1/2 schaalstreepje (100 milliseconden) van de linker rand van de grafische voorstelling en bezet negen schaalstreepjes die 1,8 seconden vertegenwoordigen.

15 Figuur 15 toont de eerste tweehonderd milliseconden van dezelfde gebeurtenis, die zodanig is uitgebreid dat deze de gehele grafische weergave vult. Het diagram in figuur 15 toont dat zelfs voor het remmen de normale spanningsopdracht (kanaal 1) niet sinusvormig is omdat deze een nul-sequentie-(common-mode)-component omvat van de piekreductiefunctie. De motor reageert niet op de nul-sequentie-component als ge-20 volg van de driedraads-verbinding, zodat de motorstroom voorafgaand aan het remmen sinusvormig is (kanaal 3). Op het moment dat het remmen begint, wordt de verlies-in-ducerende spanning (circa 150 volt bij 240 Hz) gesuperponeerd op de normale spanning (circa 345 volt bij 45 Hz). Dit is getoond op kanaal 1 van figuur 15. Deze superpositie bewerkstelligt dat de motorstroom ook beide frequenties op kanaal 3 toont. De 25 motorsnelheidsschatting op kanaal 2 is afgeleid van de motorspanning.Wanneer de verlies-inducerende spanning wordt gesuperponeerd op de normale aandrijfspanning verstoort dit de snelheidsschatting, waardoor wordt bewerkstelligd dat op circa 240 Hz rimpelspanning verschijnt. De gemiddelde waarde van de snelheidsschatting is nog steeds correct in dit type inrichting.

30 Zoals hierboven is beschreven, omvat de uitvinding een werkwijze waarin een tweede reeks spanningswaarden aan een werkende motor wordt opgelegd in aanvulling op de normale spanningen, om een effectief remkoppel te produceren waarin de energie binnen de motor zelf wordt gedissipeerd. De uitvinding is beschreven in verbinding met 1013189 19 zekere uitvoeringsvormen en gegeven topografïeën. Het zal duidelijk zijn dat de onderhavige uitvinding kan worden uitgevoerd met gebruikmaking van andere aandrij-vingstopografieën, die de meervoudige-frequentie-remmotorbesturing benutten. Zekere uitvoeringsvormen zijn getoond met dien verstande dat de vakman snel zal herkennen 5 dat de uitvinding in andere aandrijvingstopografieën of met andere besturingsstructuren kan worden benut dan die, die hier zijn beschreven. Het zal verder duidelijk zijn dat de hierboven beschreven stroom- en spanningsbegrenzingen voorbeelden zijn, en dat de aandrijfcapaciteiten niet gelijk hoeven te zijn aan het toelaatbare motorvermogen om de onderhavige uitvinding toe te passen.

1013159

Claims

1. Aandrijving-rembesturing voor het produceren van een tegengesteld roterend koppel in een wisselstroommotor, omvattende: 5 een converter die meervoudige-frequentie-wisselstroomvermogen aan de motor toevoert; waarbij de besturing een normale-frequentie-uitgangssignaal aan de motor bij een eerste frequentie verschaft; waarbij de besturing gelijktijdig een tweede verlies-inducerend frequentie- 10 uitgangssignaal aan de motor verschaft om een gewenst remniveau op de motorsnelheid te produceren; en waarbij de tweede frequentie verschillend is van de eerste frequentie.

2. Besturing volgens conclusie 1, waarbij de tweede frequentie hoger is dan de 15 eerste frequentie.

3. Besturing volgens conclusie 2, waarbij de tweede frequentie tegengesteld draait ten opzichte van de eerste frequentie.

4. Besturing volgens conclusie 1, waarbij het verschil tussen de eerste frequentie en de tweede frequentie wordt bestuurd bij een voorafbepaalde waarde.

5. Besturing volgens conclusie 1, waarbij gecombineerde uitgangsspanningen en -stromen van de eerste en tweede frequenties onder vooraf ingestelde grenzen 25 worden gehouden.

6. Besturing volgens conclusie 1, waarbij de amplitude van de tweede frequentie wordt bestuurd om algemeen de energie te verbruiken die tijdens het remmen wordt geabsorbeerd. 30

7. Besturing volgens conclusie 1, waarbij twee of meer verlies-inducerende frequenties gelijktijdig worden benut. 1013189·

8. Besturing volgens conclusie 1, waarbij een continue schatting van de motorsnelheid wordt gehandhaafd tijdens het remmen om een prompte terugkeer naar positieve koppelproductie toe te staan.

9. Besturing volgens conclusie 3, waarbij de amplituden van spanningen van zowel de eerste als tweede frequentie worden bestuurd om het tegengesteld roterende koppel te maximaliseren, terwijl geïnduceerde verliezen aan geabsorbeerde energie worden aangepast.

10. Besturing volgens conclusie 1, waarbij verlies-inducerende opdrachten worden geïntroduceerd in een roterend coördinatensysteem, met gebruikmaking van een gewenste koppelpulsatiefrequentie die algemeen overeenkomt met een gegeven koppelpulsatie, zodat de verlies-inducerende frequentie die daadwerkelijk is toegevoegd aan de motor automatisch varieert met de snelheid van de motor om het 15 verschil tussen de normale en verlies-inducerende frequenties algemeen gelijk te houden aan de gewenste koppelpulsatiefrequentie.

11. Besturing volgens conclusie 3, waarbij het verschil tussen de eerste frequentie en de tweede frequentie wordt bestuurd bij een voorafbepaalde waarde. 20

12. Besturing volgens conclusie 3, waarbij de gecombineerde uitgangsspanningen en -stromen van de eerste en tweede frequenties onder vooraf ingestelde grenzen worden gehouden.

13. Besturing volgens conclusie 3, waarbij de amplitude bij de tweede frequentie wordt bestuurd om algemeen energie te verbruiken die tijdens het remmen is geabsorbeerd.

14. Besturing volgens conclusie 3, waarbij een continue schatting van de 30 motorsnelheid wordt gehandhaafd tijdens het remmen om een prompte terugkeer naar positieve koppelproductie toe te staan. 1013189·

15. Besturing volgens conclusie 4, waarbij de amplitudes van de spanningen van zowel de eerste als tweede frequenties worden bestuurd om het tegengesteld roterende koppel te maximaliseren, terwijl geïnduceerde verliezen op geabsorbeerde energie worden afgestemd, en terwijl algemeen de stroom- en spanningsmogelijkheden 5 van de besturing niet worden overschreden.

16. Besturing volgens conclusie 3, waarin de verlies-inducerende opdrachten worden geïntroduceerd in een roterend coördinatensysteem, met gebruikmaking van een gewenste koppel-pulsatiefrequentie die algemeen overeenkomt met een gegeven 10 koppelpulsatie, zodat de verlies-inducerende frequentie die daadwerkelijk is toegevoerd aan de motor automatisch varieert met de snelheid van de motor om het verschil tussen de normale en verlies-inducerende frequenties gelijk te houden aan de gewenste koppel-pulsatiefrequentie.

17. Besturing volgens conclusie 4, waarbij gecombineerde uitgangsspanningen en -stromen van de eerste en tweede frequenties onder vooraf ingestelde grenzen worden gehouden.

18. Besturing volgens conclusie 17, waarbij de amplitude op de tweede 20 frequentie wordt bestuurd om algemeen de energie te verbruiken die geabsorbeerd is tijdens het remmen.

19. Besturing volgens conclusie 6, waarin een continue schatting van de motorsnelheid tijdens het remmen wordt gehandhaafd om een prompte terugkeer naar 25 positieve koppelproductie toe te staan.

20. Besturing volgens conclusie 19, waarbij de amplitudes van de spanningen van zowel de eerste en tweede frequenties worden bestuurd om het tegengesteld roterend koppel te maximaliseren, terwijl geïnduceerde verliezen algemeen worden 30 afgestemd op geabsorbeerde energie, en terwijl algemeen de stroom- en spanningsmogelijkheden van de besturing niet worden overschreden. 1013189l

21. Besturing volgens conclusie 19, waarbij de verlies-inducerende opdrachten worden geïntroduceerd in een roterend coördinatensysteem, met gebruikmaking van een gewenste koppel-pulsatiefrequentie die algemeen overeenkomt met een gegeven koppel-pulsatie, zodat de verlies-inducerende frequentie die daadwerkelijk is 5 toegevoerd aan de motor automatisch varieert met de snelheid van de motor om het verschil tussen de normale en verlies-inducerende frequenties algemeen gelijk te houden aan de gewenste koppel-pulsatiefrequentie.

22. Werkwijze voor het remmen om een tegengesteld roterend koppel in een 10 wisselstroommotor te produceren, omvattende: verschaffen van een normaal frequentie-uitgangssignaal aan de motor op een eerste frequentie; gelijktijdig verschaffen van een tweede verlies-inducerende frequentie-uitgangssignaal aan de motor om een remkoppel aan de motor te produceren; en 15 waarbij de tweede frequentie wordt verschaft op een frequentie die verschillend is van de eerste frequentie.

23. Werkwijze volgens conclusie 22, waarbij de tweede frequentie hoger is dan de eerste frequentie. 20

24. Werkwijze volgens conclusie 23, waarbij de tweede frequentie tegengesteld roteert ten opzichte van de eerste frequentie.

25. Werkwijze volgens conclusie 22, verder omvattend het besturen van het 25 verschil tussen de eerste frequentie en de tweede frequentie op een voorafbepaalde waarde.

26. Werkwijze volgens conclusie 22, verder omvattend het handhaven van gecombineerde uitgangsspanningen en -stromen van de eerste en tweede frequenties 30 onder vooraf ingestelde grenzen. 10131 89«

27. Werkwijze volgens conclusie 22, verder omvattend het besturen van de amplitude van de tweede frequentie om algemeen de energie te verbruiken die geabsorbeerd is tijdens het remmen.

28. Werkwijze volgens conclusie 22, verder omvattend het gelijktijdig benutten van twee of meer verlies-inducerende frequenties.

29. Werkwijze volgens conclusie 22, verder omvattend een continu schatten van de motorsnelheid tijdens het remmen om een prompte terugkeer naar positieve 10 koppelproductie toe te staan.

30. Werkwijze volgens conclusie 25, verder omvattend: het verschaffen van een converter om de normale en de verlies-inducerende frequenties te leveren; en 15 het verschaffen van een besturing om de amplitudes van de spanningen van de normale en de verlies-inducerende frequenties te besturen teneinde het tegengesteld roterend koppel te maximaliseren, terwijl geïnduceerde verliezen worden afgestemd op geabsorbeerde energie bij een waarde waarbij de stroom- en spanningsmogelijkheden van de converter in het algemeen niet worden overschreden. 20

31. Werkwijze volgens conclusie 22, verder omvattend het introduceren van verlies-inducerende opdrachten in een roterend coördinatensysteem, met gebruikmaking van een gewenste koppel-pulsatiefrequentie die in het algemeen overeenkomt met een gegeven koppel-pulsatie, zodat de verlies-inducerende frequentie 25 die daadwerkelijk is toegevoerd aan de motor automatisch varieert met de snelheid van de motor om het verschil tussen de normale en verlies-inducerende frequenties algemeen gelijk te houden aan de gewenste koppel-pulsatiefrequentie.

32. Werkwijze volgens conclusie 24, verder omvattend het besturen van het 30 verschil tussen de eerste frequentie en de tweede frequentie op een voorafbepaalde waarde. 1013189«

33. Werkwijze volgens conclusie 24, waarbij de gecombineerde uitgangsspanningen en -stromen van de eerste en tweede frequenties onder vooraf ingestelde grenzen worden gehouden.

34. Werkwijze volgens conclusie 24, verder omvattend het besturen van de amplitude van de tweede frequentie om algemeen energie te verbruiken die geabsorbeerd is tijdens het remmen.

35. Werkwijze volgens conclusie 24, verder omvattend een continue schatting 10 van de motorsnelheid tijdens het remmen om een prompte terugkeer naar positieve koppelproductie toe te staan.

36. Werkwijze volgens conclusie 25, verder omvattend: het verschaffen van een converter om de normale en de verlies-inducerende 15 frequenties te leveren; en het verschaffen van een besturing om de amplitudes van de spanningen van de normale en de verlies-inducerende frequenties te besturen teneinde het tegengesteld roterend koppel te maximaliseren, terwijl in het algemeen geïnduceerde verliezen worden afgestemd op geabsorbeerde energie, en terwijl de stroom- en 20 spanningsmogelijkheden van de converter algemeen niet worden overschreden.

37. Werkwijze volgens conclusie 24, verder omvattend het introduceren van de verlies-inducerende opdrachten in een roterend coördinatensysteem, met gebruikmaking van een gewenste koppel-pulsatiefrequentie die algemeen overeenkomt 25 met een gegeven koppelpulsatie, zodat de verlies-inducerende frequentie die daadwerkelijk toegevoerd is aan de motor automatisch varieert met de snelheid van de motor om het verschil tussen de normale en verlies-inducerende frequenties gelijk te houden aan de gewenste koppel-pulsatiefrequentie.

38. Werkwijze volgens conclusie 25, verder omvattend het houden van de gecombineerde uitgangsspanningen en -stromen van de eerste en tweede frequenties onder vooraf ingesteld grenzen. 1013189· .

39. Werkwijze volgens conclusie 38, verder omvattend het besturen van de amplitude van de tweede frequentie om algemeen de energie te verbruiken die geabsorbeerd is tijdens het remmen.

40. Werkwijze volgens conclusie 27, verder omvattend het handhaven van een continue schatting van de motorsnelheid tijdens het remmen om een prompte terugkeer naar positieve koppelproductie toe te staan.

41. Werkwijze volgens conclusie 40, verder omvattend: 10 het verschaffen van een converter om de normale en de verlies-inducerende frequenties te leveren; en het verschaffen van een besturing om de amplitudes van de spanningen van de normale en de verlies-inducerende frequenties te besturen teneinde het tegengesteld roterend koppel te maximaliseren, terwijl algemeen geïnduceerde verliezen afgestemd 15 worden op geabsorbeerde energie, en terwijl algemeen de stroom- en spanningsmogelijkheden van de converter niet worden overschreden.

42. Werkwijze volgens conclusie 40, verder omvattend het introduceren van de verlies-inducerende opdrachten in een roterend coördinatensysteem, met 20 gebruikmaking van een gewenste koppel-pulsatiefrequentie die in het algemeen overeenkomt met een gegeven koppel-pulsatie, zodat de verlies-inducerende frequentie die daadwerkelijk is toegevoerd aan de motor automtisch varieert met de snelheid van de motor om algemeen het verschil tussen de normale en verlies-inducerende frequenties algemeen gelijk te houden aan de gewenste koppel-pulsatiefrequentie. 1013189·