SE433154B - Forfarande for styrning och reglering av en asynkronmaskin - Google Patents

Description

79D0¶ 68-”1 l0 15 20 25 30 35 40 frekvensen fmek medan den vid generatordrift fz subtraheras från fmek. En sådan styrning hindrar att maskinens kommutering bryter samman vid för hög belastning men kräver en givare vid maskinen, medelst vilken rotationsfrekvensen avkännes.

Vidare är ett annat förfarande känt genom IEEE Transactions on Industry Appl., Vol. lA-ll, No. 5, Sept./Oct. 1975, sid. 483 ff) medelst vilket av maskinens elektriska storheter dvs ström, spänning, statorspridning och statormotstånd, maskinens eftersläpning kan räknas ut. Emellertid ger detta förfarande kunskap om maskindata.

Uppfinningen har till uppgift att ange ett förfarande medelst vilket utan kunskap om maskindata och utan givare vid rotorn möjliggöres dynamisk drift av asynkronmaskinen inom ett stort varvtalsområde, varvid kommuteringssammanbrott vid överlast undvikes.

Denna uppgift löses enligt uppfinningen i enlighet med huvudkravets kännetecknande del.

Ett kommuteringssammanbrott av asynkronmaskinen kan således på fördelaktigt sätt kringgås genom att man inte externt bestämmer växelriktarens takt (dvs inte tillämpar styrdrift), utan att man härleder nycklingen från asynkronmaskinen själv (maskinnycklad drift). Såsom synkroniserande storhet för detta användes maskinspänningen. Drivanordningen får således helt andra egenskaper: Maskinens kommutering kan inte längre bryta samman och den kan regleras snabbt. Den beter sig på _ liknande sätt som en likströmsmaskin eller som en via en polhjulslägesgivare nycklad strömriktarmotor i synkront utförande.

Vid låga varvtal, där ännu ingen tillräckligt hög spänning står till förfogande för synkronisering, måste maskinen nycklas externt. För att utföra övergången från externt nycklad drift till maskinnycklad drift så kontinuerligt som möjligt, måste växelriktarimpulserna omkopplas utan fassprång.

Detta uppnås genom att man före omkopplingen synkroniserar de ur maskinspänningcn härledda impulserna med de externt nycklado och först efter synkroniseringen kopplar om. 10 20 30 35 40 (a) Ytterligare fördelaktiga utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen framgår av underkraven och beskrives närmare nedan.

I anslutning till bifogade ritning skall ett utföringsexempel av uppfinningen beskrivas. Därvid visar fig. l fig. 2a~d det idealiserade tidsmässiga förloppet av maskinens ett förenklat cirkeldiagram för en asynkronmaskin statorström vid motorisk drift, i tomgång och i generatorisk drift med tillhörande klämspänning och fig. 3 ett blockschema för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen.

Enligt det i figur l âtergivna, förenklade kretsdiagrammet för en asynkronmaskin uppkommer vid en fast frekvens fl och given statorspänning(1l för en lastpunkt P en motsvarande ström Il och en förskjutningsvinkel'P mellan spänning och ström. Hed indexbeteckningen "mot" markeras förhållandena vid motorisk drift, med "O" i tomgång och med "gen" vid generatorisk drift av asynkronmaskinen.

I fig. 2 har inritats asynkronmaskinens spänningar och ström iï såsom tidsmässiga linjediagram med för en såsom exempel vald sexpulsig strömriktarkoppling karakteristiska, l20°el långa strömblock. Man ser tydligt fasskillnaden 7 mellan maskinens spänning och ström vid övergång från motorisk drift via tomgång till generatorisk drift. Denna fasskillnad inträder automatiskt vid maskinens rent frekvensstyrda drift. Emellertid sker detta med begränsad hastighet, eftersom härvid läget av maskinens flöde med avseende på strömvisaran måste inställa sig på nytt, vilket emellertid bara kan ske med tidskonstanten Lh/R2. (Lh=huvudinduktans, R2=maskinens rotormotstånd). Dessa tidskonstanter ligger mellan ca l00 ms vid smärre maskiner (ca 5 kw) och 0,5-1,5 sek vid större maskiner (200-500 kw). Styr man nu fasläget mellan ström och (rotor-)flöde eller, vilket i första approximation blir detsamma, mellan ström och statorspänning med omriktarcns hjälp, kan dessa tidskonstanter övervinnas. Man behöver bara invänta dödtiden på å ' % Q*60O (vid en frekvens E och en 790m 68-1 iof 15 20 25 30 35 40 |> sexpulsig koppling av strömriktaren) till dess att fasskillnaden inställt sig i motsvarighet till den nya belastningen.

I fig. 3 visas i form av ett blockkopplingsschema, hur det ovan beskrivna förfarandet kan utövas i praktiken. En nät- strömriktare l matar via en mellankretsdrossel 2 och en självstyrd växelriktare 3 en asynkronmaskin 4. Istället för en kan emellertid även flera parallellkopplade dylika maskiner vara anordnade. Vid en börvärdespotentiometer 5 uttages en spänning som både tjänstgör som styrstorhet för en spännings- regulator 6 och i en spännings/frekvens-omvandlare 18 omformas till en approximativt spänningsproportional statorfrekvens f I spännings/frekvensomformaren antages även impulsformningen 1. ingå.

Spänningsregulatorn 6 tillföres den av maskinspänningen här- ledda regleringsstorheten via en isoleringstransformator 13 och en likriktare 3. En strömregulator 9 med en reglerings- storhetsavkänning ll i likströmsmellankretsen är underlagrad spänningsregulatorn 6. I en styrsats 10 bildas impulserna för nätströmriktarens l ventiler och inställes med avseende på fasläget.

Anordningen för växelriktarens 3 nyckling genom maskinen har visats i den undre halvan i fig. 3.

Maskinens spänning uttages via isoleringstransformatorn l3, glättas i ett filter 14 och tillföres ett nollgenomgångsavkän- ningsorgan 15. Glättningen genom filtret 14 är lämplig om maskin- spänningen till följd av växelriktarens 3 kommutering inne- håller övertoner. En stark filtrering av minst andra ordning med en fasskillnad på ca noll grader för grundsvängningen och i det närmaste l800 för övertonerna bör väljas inom hela det maskinnycklade varvtalsområdet för att ifrån början undgå varv- talsbetingade fasfel. Vid nollgenomgângsavkänningsorganets 15 utgång är ansluten en frekvens/spänningsomformare l7 resp. en triangelgenerator l6. Frekvens/spänningsomvandlaren l7 har till uppgift att omvandla statorfrekvensen till en frekvenspropor- tíonell spänning, som användes såsom regleringsstorhet för en efterkopplad frekvensregulator 7. Triangelgeneratorn 16 avger sex av ifrågavarande frekvensamplitud oberoende tríanglar med UI 10 15 20 25 30 35 1800 basbredd. Genom att jämföra frekvensregulatorns 7 utgångsspänning med dessa trienglar med l8O0 el lång bas kan växelriktarimpulsernas fasläge inställas vid skärningspunkterna mellan triangel och utgångsspänning. ï beroende av frekvens~ regulatorns utgångsspänning kan således i den efter frekvens- regulatorn 7 kopplade styrsatsen ll växelriktarimpulsernas fasläge förskjutas. Dessa impulser kan sedan i asynkronmaskinens övre varvtalsomräde via en elektronisk omkopplare 22 påföras växelriktartyristorernas tändanslutningar.

Impulsernas förskjutning, dvs fasvinkelns *P inställning.sker i beroende av både frekvensregulatorns 7 och spänningsregu- latorns 6 utgångsspännlng, varvid vinkeln W bör begränsas inom gränserna 10 märk mot och kpmärk gen' ( KP märk mot och ça märk gen: naturlig märkförskjutningsvinkel för maskinen). Strömregulatorn får också en del av sitt börvärde från varvtalsregulatorn 7.

Direkt efter frekvensregulatorn 7 kan även kopplas en vrid- momentrequlator 25, såsom antytts med streckade linjer, varvid för vridmomentet i första approximation användes produkten av strömärvärde och maskinens cos ?, när den köres med konstant spännings/frekvensförfiållande.

Impulsernas synkronisering före övergången från externt nycklad drift till maskinnycklad drift sker genom en regulator 19, som utreglerar fasfel 5 mellan de båda impulstågen till ett minimum. Detta uppnås genom att regnlatorns l9 utgång återverkar på styrsatsen 12. Har fasfelet reglerats ned under en maximalt tillåten storlek Smax och ligger utgångsspän- ningen samt utgângsfrekvensen över ett inställbart gränsvärde (avkänt med vippsteg 20 och 23), omkopplas från synkroniserings- steget 21 medelst den elektroniska omkopplaren 22 till maskinnycklad drift. Efter fullbordad omkoppling frånkopplas fasregulatorn 19 från styrsatsen 12. Detta sker genom en elektronisk brytare 24, som påverkas av synkroniseringssteget 21.

Claims (7)

79001681 Patentkrav

1. l. Förfarande för styrning och reglering av en asynkronmaskin via en mellankretsomriktare, som består av en nätströmriktare, en mellankrets för att göra strömmen belastningsoberoende och en självkommuterande växelriktare, k ä n n e t e c k n a t därav, att växelriktaren i sitt övre frekvensområde nycklas med avseende på frekvens och tidpunkt med asynkronmaskinens spänning såsom synkroniserande signal samt att en extern nyckling av växelriktaren sker i dess undre frekvensområde, i vilket ingen tillräckligt hög spänning står till förfogande för synkronisering.

2. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att före en omkoppling från en sorts nyckling till den andra, de båda styrkanalernas impulser synkroniseras via en fasregulator.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid maskinnycklad drift fasförskjutningen mellan asynkronmaskinens ström och spänning styres genom växelriktaren.

4. Förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, att fasförskjutningen mellan asynkronmaskinens ström och spänning bestämmes av både en frekvensregulator med eller utan efterkopplad vridmomentregulatcr och en spänningsregulator, varvid märkfasvinklarna vid motor- och generatordrift inställes som regleringsgränser.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att asynkronmaskinen inregleras på ett i det närmaste konstant spännings/frekvensförhållande, varvid spänningsreglerings- kretsen uppvisar en spänningsregulator, som påverkar både en underlagrad mellankretsströmregulator och växelriktarens styrsats och att styrstorheten för mellankretsströmregulatorn bildas av såväl spänningsregulatorns utgångsspänning som frekvensregulatorns eller den efter densamma kopplade vrid- momcntrcgulatorns utgångsspänning. 7900168-1

6. Förfarande enligt något eller några av föregående krav,> k ä n n e t e c k n a t därav, att för synkrcnísering asynkron- maskínens spänning filtrerae i ett filter av andra, fjärde eller högre ordning och att i hela det övre frekvensområdet den genom filtret åstadkomma fasförskjutningen för övertonerna i enlighet med deras ordningstal uppgår till 1800 el eller en multipel därav, för grundsvängning emellertid till OO el.

7. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att fasvinkeln mellan asynkronmaskinens ström och spänning i fall av överström i mellankretsen styres med hjälp av växel- riktarens styrsats pâ sådant sätt att maximalt möjlig växel- riktarmotspänning uppträder.