SE431276B - Anordning for reglering av leget av en statorstromvektor hos en flerfasmaskin - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 #0 lmaskinen kan därför endast drivas i en rotationsriktning. 7snosse-5 2 av styrsignaler för de styrbara ventilerna och dessas styrelektroder i och för ändring av läget av statorströmvektorn, varvid styrdonet är uppbyggt med två n-stegs ringräknare, vilka är påverkade av utgångs- signalen från en spännings-frekvensomvandlare.

I fig. 4 i patentansökningen 7601371 visas ett styrdon, som inne- håller en spännings-frekvensomvandlare och två ringräknare. Spän- nings-frekvensomvandlaren styrs med en styrlikspänning, som bestämmer statorströmfrekvensen. Den har antingen endast positiv eller negativ polaritet. Styrlikspänningen tillförs med hjälp av en omkopplare an- tingen direkt eller via en inverteringsförstärkare till en integrator.

Efter integratorn ligger två gränsvärdesgivare, vilkas utgångar är an- slutna till var sin ingång på en bistabil vippa. Med hjälp av utgångs- signalen från denna bistabila vippa framstegas de båda ringräknarna och manövreras den nämnda omkopplaren. Integratorn fungerar samtidigt som den första sågtandgeneratorn, vilken avger en utgångssignal som är synkroniserad med statorströmfrekvensen. För det ändamålet ligger in- tegratorns utgångssignal med hjälp av en ytterligare omkopplare, som är styrd av den bistabila vippan, antingen direkt eller under polari- tetsinvertering ansluten till utgångsklämman.

Med detta styrdon uppnås, att statorströmvektorn under någon tid successivt pendlar fram och tillbaka mellan två närbelägna lägen. Den 7 rör sig dock, sett över en längre tid, endast i en rotationsriktning.

De med hjälp av ringräknarna bildade tändpulserna avges alltså i'en bestämd ordningsföljd, vilken inte kan omkastas. Den anslutna trefas- Vid drivan- ordningar med varvtalsomkastning och drivning i.ettområde omkring varv- talet noll kommer sålunda denna kända styranordning inte att vara an- vändbar.

Hittills var det vid applikationer som kräver omkastning av rota- tionsriktningen vanligt att använda förhållandevis komplicerade kom- ponentgrupper i styrdonet. Det är dock önskvärt, att även för sådana drivanordningar som kräver omkastning av rotationsriktningen kunna an- vända ett styrdon, som innehåller en spännings-frekvensomvandlare och därtill anslutna ringräknare, eftersom komplikationsgraden med dylika är väsentligt mindre. Ändamålet med uppfinningen är att utforma den nämnda anordningen på sådant sätt, att omkastning av rotationsriktningen blir möjlig.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen genom de åtgärder som är angivna i den kännetecknande delen av bifogade patentkrav 1.

Enligt uppfinningen är en utvärderingskrets anordnad"för bestäm- 10 15 20 25 30 35 #0 780G558-5 ning av polariteten hos frekvensstyrspänningen, som matas till spän- nings-frekvensomvandlaren, varvid utvärderingskretsens utgangssignal är ansluten till fram-backingangen pa ringräknarna.

I enklaste fall räcker det alltsa med likriktning av frekvens- styrspänningen och utvärdering av dess polaritet med hjälp av utvär- deringskretsen.

För överordnade regleranordningar erfordras en med statorström- frekvensen synkroniserad första sagtandgenerator, som avger tva ana- loga sàgtandsignaler som utgangssignaler, av vilka den ena hör till den ena ringräknaren och den andra till den andra ringräknaren. Vid ständig rotationsriktningsväxling maste även dessa bada sagtandsigna- ler ständigt växla. En under beaktande av dessa omständigheter före- tagen vidareutveckling utgår från att spännings-frekvensomvandlaren innehåller en integrator, som är påverkad av den via en omkopplare periodiskt ompolariserbara frekvensstyrspänningen, varvid denna inte- grator samtidigt tjänar som första sagtandgenerator, vilken avger en med statorströmfrekvensen synkroniserad utgàngssignal. Denna vidare- utvecklade utföringsform utmärker sig av att tva gränsvärdesgivare är anslutna till integratorns utgangssida och har skilda funktionströsk- lar. Gränsvärdesgivarnas utgångar är via två ytterligare, av utvär- deringskretsen styrda omkopplare förbundna med ingangar på en bistabil vippa, vars utgàngssignal är tillförd till ringräknarna och samtidigt styr omkopplaren vid ingången pa integratorn.

För den överordnade regleringen kan därvid särskilt den åtgärden vara vidtagen, att den första sagtandgeneratorn avger tva med stator- strömfrekvensen synkroniserade utgangssignaler, vilka båda är härledda ur lntegratorns utgangssignal. För härledningen av de synkroniserade utgangssignalerna kan därvid omkopplare vara anordnade, vilka vardera är styrda av utgangssignalen från den bistabila vippan och samarbetar med en inverteringsförstärkare.

Styrdonet enligt uppfinningen lämpar sig för så kallad fyrkvad- rantdrift med ständig omkastning av varvtalet. Med fyrkvadrantdrift avses därvid en driftart, vilken utnyttjar samtliga kvadranter i ett koordinatsystem, som omspännes av matningsspänningen för en trefas- maskin. Den till spännings-frekvensomvandlaren tlllförda ingångs- likspänningen har därvid båda polariteterna, varvid den ena polarite- ten tillhör framátdrift och den andra bakatdrift. Som särskild för- del med denna anordning anses vara, att nollpunkts- och linearitets- fel vid varvtal nära'värdet noll, det vill säga vid mycket sma frek- vensstyrspänningar, kan hållas mycket sma. Den tekniska komplika- 10 15 20 25 30 35 40 vanessa-s tionsgraden och kostanderna för styrdonet är endast ringa.

Ett föredraget utföringsexempel pa uppfinningen kommer i det föl- jande att beskrivas i anslutning till figurerna på bifogade ritning.

Denna visar i fig. 1 en spännings-frekvensomvandlare med efter denna kopplade ringräknare för framåt- och bakatrotation av en trefasmaskin, och i fig. 2 fem tidsdiagram, i vilka tidsförloppen för nagra spän- ningar_i spännings-frekvensomvandlaren enligt fig. 1 visas.

Fig. 1 visar ett stwrdon, som kan avge tva styrspänningsgrupper A1 - A6 och B1 - B6 och två frekvenssynkroniserade ságtandgenerator- utgångssignaler SZf1 och SZf2. Detta styrdon är avsett för en växel- riktare (icke visad), via vilken trefasmaskinen matas. Det lämpar sig exempelvis för användning vid valsverk, för bandrift eller rulltrans- portanordningar. 1gStyrdonet_bestar i huvudsak av en spännings-frekvensomvandlare 9, vars utgångssignal UB påverkar ingangarna pà tva sexstegiga ringräkna- re 10 och 11. Til ingången på spännings-frekvensomvandlaren 9 tillfö- res en frekvensstyrspänning Un. Denna bestämmer statorströmfrekvensen för trefasmaskinen. Frekvensstyrspänningen Un kan vara antingen posi- tiv eller negativ. Den positiva polariteten hör till framåtrotation och den negativa polariteten hör till bakatrotation hos trefasmaskinen.

Frekvensstyrspänningen Un tillföres nu dels direkt och dels via en inverteringsförstärkare 12 indirekt till en omkopplare 13. Denna omkopplare 13 styrs från utgangssignalen UB fran en bistabil vippa 14.

Den bistabila vippan 14 har tva ingångar, vilka via tva ytterligare omkopplare 102 och 103 växelvis förbinds med utgángarna på tva gräns- värdesgivare 15 och 16. Gränsvärdesgivaren 15 har en tröskelnivå h och gränsvärdesgivaren har den laga tröskelnivan 0. Detta är symbo- liskt visat i blocken i figuren. Till bada gränsvärdesgivarna 15 och 16 tillförs vid ingångar samma utgangssignal UI från en integra- tor 17. Denna utgangssignal UI har i tiden ett sàgtandsförlopp. Allt efter ställningen av omkopplaren 13 tilltar den linjärt med tiden fran värdet 0 till det konstanta, av funktionströskelvärdet h hos gränsvärdesgivaren 15 bestämda värdet, eller avtar den med tiden från värdet h i riktning mot värdet 0. Varje gang, när utgangssignalen UI .från integratorn 17 uppnår ett av dessa värden h eller 0, sker en manövrering av omkopplaren 13 genom utgangssignalen UB från den bistabila vippan 14. Denna utgàngssignal UB består av rektangelpul- ser, vilka för varje rotationsriktning har puls-pausförhallandet 1. gFrekvensstyrspänningen Un tillföres dessutom till en utvärderinga- 'krets 101, som fastställer dess polaritet. Utgangssignalen b fran 10 15 20 25 30 35 40 78005 58-5 denna utvärderingskrets 101 används för triggning av de bada omkopp- larna 102 och 103. Samtidigt är den även kopplad till fram-backin- gången på de båda ringräknarna 10 och 11. Den bestämmer alltsa, om ringräknarna 10, 11 skall räkna framat eller bakat. _ Ringräknaren 10 framstegas av de uppatgáende kanterna på de en- skilda rektangelpulserna i utgangsspänningen UB. Pa motsvarande sätt framstegas ringräknaren 11 av de nedåtgående kanterna på rektangelp- Bingräknarna 10, 11 är så anordnade, attde - allt efter Vid ut- gången på ringräknaren 10 kan styrspänningarna A1 - A6 och vid ut- gången pa ringräknaren 11 kan styrspänningarna B1 - B6 uttagas.

Utgångssignalen UI är dels direkt och dels via en teckenomkas- tande förstärkare 19 ansluten till var sin ingangskontaktpart pa en ytterligare omkopplare 18. Denna omkopplare 18 är även styrd av ut- gangssignalen UB fran den bistabila vippan 14. Vid den rörliga kon- taktparten i omkopplaren 18 kan den med statorströmfrekvensen synk- roniserade utgangssignalen SZf1 från sagtandsgeneratorn för framåt- gång uttagas. _ Utgàngssignalen UB kopplas via ett nej-element 104 till styrin- gången på en ytterligare omkopplare 18a. Med denna omkopplare 18a framsläppes valfritt en positiv eller en negativ spänning P resp. N till en ytterligare inverteringsförstärkare 19a. Till denna tillfö- res genom överlagring även utgangssignalen SZf1. Vid utgången på in- verteringsförstärkaren 19a uttages den frekvenssynkroniserade utgångs- signalen SZf2 för bakàtgáng av trefasmaskinen.

Det visade styrdonet arbetar i beroende av polariteten hos den Denna polaritet bestäms, såsom Som utvärderingskrets I beroende av den så pulserna. värde på utgångssignalen b - kan räkna framåt eller bakat. inmatade styrfrekvensspänningen Un{ redan nämnts, genom utvärderingskretsen 101. 101 kan därvid en gränsvärdesgivare användas. fastställda polariteten kommer med hjälp av utgàngssignalen b löp- ríktningen för de bada ringräknarna 10, 11 att inställas. Samtidigt omkastas med~hJälp av de bada omkopplarna 102, 103 ingangssignalen för de bada ingangarna pa den bistabila vippan 14, vilken arbetar som minnessteg. Med hjälp av de bada inverteringsförstärkarna 19, 19a, som verkar som adderare, och omkopplarna 18, 18a utvinnes i det vi- sade styrdonet dessutom de bada ságtandformiga utgángssignalerna SZf,, SZf2 ur utgangsspänningen UI.

För varje polaritet hos frekvensstyrspänningen Un arbetar styr- donet sa, som redan förklarats i patentansökningen 7601371. Integra- torn 1? ändrar därvid efter varje tolftedelsperiod (T/12) sin gang- riktning. 10 15 20 25 30 35 40 781210558-5 a Vid en ändring av polariteten hos frekvensstyrspänningen Un, en- ligt vad som framgår av det första diagrammet i fig. 2 vid tidpunkter- na t1f och t2, fortsätter integratorn 1? på grund av manövreringen av omkopplaren 13 i omkastad riktning med omkastad stigning. Därvid är det godtyckligt i vilket läge den dittills-befunnit sig. Detta framgår av det andra diagrammet i fig. 2. Utgångsspänningen UI väx- lar enligt detta andra diagram vid tidpunkterna t1 och t2 sin rö- relseriktning. Samtidigt vippar utgångssignalen b_ från utvärderinge- kretsen 101 om till sitt andra värde. Därvid kopplas med hjälp av de båda omkopplarna 102 och 103 ingångarna på den bistabila vippan 14 på sådant sätt, att den bistabila vippan 14 kan triggas från utgång- arna på gränsvärdesgivarna 15 och 16 för båda polariteterna.

Utgångssignalen UB från den bistabila vippan 1ü visas i det tred- je diagrammet i fig. 2 Denna signal består som synes av enskilda rek- tangelpulser. Vid positiv polaritet tillhör ett värde h _hos utgångs- spänningen UI en uppåtgående kant och ett värde 0 en nedåtgående kant i en rektangelpuls. Vid negativ polaritet, alltså mellan tidpunkterna t1 och t2, omkastas förhållandena. Då tillhör ett värde 0 hos ut- gångsspänningen UI en uppåtgående kant och värdet h en nedåtgående kant i en rektangelpuls. ' e Av det fjärde och det femte diagrammetü_fig. 2 framgår förloppet av de båda utgångssignalerna SZf, och SZf2. Av denna framställning är det tydligt, att en kontinuerlig, icke språngvis övergång äger rum vid tidpunkterna t1 och t2.

Genom användning av den i fig. 1 visade spännings-frekvensomvand- laren och en frekvensstyrspänning Un, som kan antaga båda polariteter- -na, blir det möjligt att låta börvärdesvektorn för statorströmmen i en trefasmaskin från ett godtyckligt läge löpa framåt eller bakåt. Det är även möjligt att vid pulsdrift låta anordningen blikvar i varje god- tyokligt läge i rummet, varvid man erhåller varvtalet O. Den speciel- la fördelen med den beskrivna anordningen är, att statorströmvektorn blir noggrant fixerad i sitt rumsläge: med de digitala utgångssignaler- na A1 - A6 eller B1 - B6 från någon av ringräknarna 10, 11 kan totalt sex 60°-sektorer bestämmas, varvid den tillhörande utgångssignalen SZf, eller SZf2 avger extra information beträffande exakt var inom denna 60°-sektor, som visaren eller vektorn befinner sig. Denna vektor kan sålunda antaga varje godtyckligt läge i rummet och kan kontinuerligt löpa framåt eller bakåt, varigenom båda rotationsriktningarna blir möj- liga.

Det innebär alltså en fördel, att rotationsriktningen hos stator- 10 15 20 7800558-5 strömvektorn växlar med polariteten hos den inmatade frekvensstyrspän- ningen Un. Det visade styrdonet har vidare den fördelen, att utgångs- frekvensen och ingàngsspänningen blir noggrant proportionella. kastning av rotationsriktningen sker - vilket innebär en ytterligare fördel - kontinuerligt utan fas- eller vinkelsprang.

Det visade styrdonet kan med särskilt stor fördel användas vid en växelriktare, som frán en likriktare matas med belastningsoberoende En om- ström i en mellankrets.

Slutligen skall även framhållas: över den egentliga pulsdriften bildar den vid varje 60°el hoppande statorströmvektorn en även hop- pande vinkel med den kontinuerligt roterande flödesvektorn. Detta in- nebär att en sexpulsig sagtand överlagras på vinkelns analoga likspän- ningsvärde. I en överordnad regleranordning kan börvärdet för denna vinkel inmatas. Eftersom ärvärdet för vinkeln hoppar, skulle 1 och för sig en glättning vara nödvändig, vilken dock starkt skulle försto- ra den möjliga utregleringstiden för vinkelregulatorn.

Med hjälp av det visade styrdonet bildas av utgángssignalen UI fran integratorn 17 en mot den hoppande vinkeln analog ságtandsignal, Denna är 30°el förskjuten i förhållan- de till utgångssignalen SZf1. Den kopplas i reglerkretsen inverte- rat till bör-ärvärdesdifferensen för vinkeln. Därigenom kan en glätt- ning 1 ärvärdeskanalen bortfalla och kommer vinkelregulatorn sålunda att bli mycket snabbare. nämligen sågtandsignalen SZf2.

Claims (4)

78-00558-5 Patentkrav

1. Anordning för reglering av läget av en statorströmvektor hos en flerfasmaskin, som är matad med belastningsoberoende mellan- fkretsström via en omriktare med styrbara ventiler, varvid ett bestämt antal diskreta lägen för statorströmvektorn är fastlagda för ett ro- tationsvarv och varvid denna vektor för i huvudsak kontinuerlig reg- lering är omväxlande förd till det ena och det andra av två närbeläg- na, diskreta lägen och dess effektiva mellanläge är förutbestämt med hjälp av förhållandet mellan dess uppehållstider i dessa lägen, var- vid en första sàgtandgenerator är anordnad, vilken är synkroniserad med statorströmfrekvensen och vars utgångssignal är anordnad att Jäm- föras med utgångssignalen från en andra, med högre frekvens arbetan- de sågtandgenerator i ingångskretsen till en gränsvärdesgivare, vars utgångssignal är anordnad att påverka en omkopplingsanordning, vars kontakter är insatta mellan ett styrdon för avgivande av styrsigna- ler för de styrbara ventilerna och dessas styrelektroder i och för ändring av läget av statorströmvektorn, varvid styrdonet innefattar två n-stegs-ringräknare (10, 11), vilka är påverkade av utgàngssig- nalen (UÉ) från en spännings-frekvensomvandlare (9). k ä n n e - t e c k n a d av en utvärderingskrets (101) för bestämning av polariteten hos frekvensstyrspänningen (Un), vilken är matad till spännings-frekvensomvandlaren (9), varvid utvärderingskretsens ut- gångssignal (b) är inmatad till en fram-back-ingång på ringräknarna (10, 11). e

2. Anordning enligt kravet 1, varvid spännings-frekvensom- vandlaren (9) innehåller en integrator (17), som är påverkad av den -via en omkopplare (13) periodiskt ompolariserbara frekvensstyrspän- ningen (Un), varvid denna integrator samtidigt är anordnad att tjäna som den första ságtandgeneratorn, vilken avger en med statorströmfrek- vensen synkroniserad utgångssignal (UI), _k ä n n e t e c k n a d av att två gränsvärdesgivare (15, 16) är anslutna till integratorns '(17) utgångssida och har skilda funktionströskelvärden (h, 0), och att gränsvärdesgivarnas utgångar via två ytterligare, av utvärderings- kretsen (101) styrda omkopplare (102, 103) är förbundna med ingångar på en bistabil vippa (14), vars utgångssignal (UB) är tillförd till «ringräknarna (10, 11) och samtidigt är anordnad att styra omkoppla- ren (13) vid ingången på integratorn (17). _

3. Anordning enligt kravet 2, k ä n n e t e o k n a d av att den första sågtandgeneratorn är anordnad att avge två med statorström- frekvensen (1/T) synkroniserade utgångssignaler (SZf1, SZf2), vilka 78v00558-5 båda är härledda ur integratorns (17) utgáfigssignal (UI).

4. Anordning enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att den synkroniserade utgángssignalerna (SZf1, SZf2) är härledda med hjälp av var sin. av utgángssignalen (UÉ) från den bistabíla víppan (14) styrd omkopplare (18, 18a), vilka är anordnade att samarbeta med var sin ínverteringsförstärkare (19, 19a).