DE1538672C - Method for two-point current control when an asynchronous machine is fed by a pulse-controlled inverter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zweipunktstromregelung bei der Speisung einer Asynchronmaschine durch einen Pulswechselrichter, der aus zwei Gruppen löschbarer Ventile besteht, von denen jede Gruppe für sich einen Freilaufkreis bilden kann, wobei jeweils höchstens ein löschbares Ventil jeder Gruppe zündbereit ist.The invention relates to a method for two-point current control when feeding a Asynchronous machine by a pulse inverter, which consists of two groups of erasable valves from each group can form a free-wheeling circuit for itself, with at most one erasable valve in each case each group is ready to ignite.

Unter einem Pulswechselrichter wird eine Anordnung verstanden, die aus einer Gleichstromquelle mit konstanter Spannung eine ein- oder mehrphasige Wechselspannung erzeugt, wobei die Amplitude der Wechselspannung dadurch geändert werden kann, daß die einzelnen Zweige des Wechselrichterausganges mehrfach während einer Periode zwischen den beiden Polen der Gleichspannungsquelle hin und her geschaltet werden. Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für einen derartigen, z. B.. aus der französischen Patentschrift 1408 172 bekannten Pulswechselrichter in dreiphasiger Schaltung. Er besteht im wesentlichen aus löschbaren Ventilen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und Dioden 11, 12, 13, 14, 15, 16. Als löschbare Ventile können verschiedene bekannte Kombinationen von steuerbaren Ventilen mit Kommutierungskondensatoren Verwendung finden, die es gestatten, den Stromfluß in einem Zweig zu beliebigen Zeitpunkten durch »Zünden« einzuleiten und durch »Löschen« zu unterbrechen. Zur Charakterisierung dieser Eigenschaft sind derartige löschbare Ventile in der Fig. 1 durch das Symbol für ein Ventil mit zwei Steueranschlüssen (für Zünden und Löschen) dargestellt. In der F i g. 1 übernehmen die löschbaren Ventile 1 bis 6 die Energielieferung aus einer Gleichspannungsquelle CZ₁, in die Ausgänge R, S, T des Pulswechselrichters und die Dioden 11 bis 16 die Energierücklieferung. Als Last des Pulswechselrichters ist ein Drehstrommotor? vorgesehen. A pulse-controlled inverter is understood to mean an arrangement which generates a single-phase or multi-phase alternating voltage from a direct current source with constant voltage, the amplitude of the alternating voltage being able to be changed by the individual branches of the inverter output being switched several times during a period between the two poles of the direct voltage source and switched on. Fig. 1 shows an example of such, for. B .. from the French patent 1408 172 known pulse inverter in three-phase circuit. It consists essentially of erasable valves 1, 2, 3, 4, 5, 6 and diodes 11, 12, 13, 14, 15, 16. Various known combinations of controllable valves with commutation capacitors can be used as erasable valves, which allow it to initiate the current flow in a branch at any point in time by "igniting" and to interrupt it by "extinguishing". To characterize this property, such erasable valves are shown in FIG. 1 by the symbol for a valve with two control connections (for ignition and extinguishing). In FIG. 1, the erasable valves 1 to 6 take over the energy supply from a DC voltage source CZ ₁ , into the outputs R, S, T of the pulse inverter and the diodes 11 to 16 the energy return. Is a three-phase motor as the load of the pulse inverter? intended.

In bekannter Weise kann bei einem solchen Pulswechselrichter die Steuerung dadurch erfolgen, daß man den Strom in den Ausgangsphasen mißt und eine Zweipunktregelung des Stromes vornimmt. Bekannt sind z. B. Verfahren, bei welchen die Stromregelung für jede Phase getrennt über einen eigenen Regelkreis durchgeführt wird (französische Patentschrift 1408 172, Fig. 7). Ein anderes Verfahren besteht darin, daß man die Summe aus dem Betrag der drei Ströme bildet (in F i g. 1 durch ein Summationsglied 8) und einen gemeinsamen Stromregelkreis verwendet (AEG-Mitteilungen, 54, 1964, S. 99, Bild 20, und 55, 1965, S. 120, Bild 4).In such a pulse-controlled inverter, the control can take place in a known manner in that the current in the output phases is measured and a two-point control of the current is carried out. Known are z. B. Method in which the current control for each phase separately via its own control circuit is carried out (French patent specification 1408 172, Fig. 7). Another procedure exists in that one forms the sum of the amount of the three currents (in Fig. 1 by a summation element 8) and a common current control loop is used (AEG-Mitteilungen, 54, 1964, p. 99, Fig. 20, und 55, 1965, p. 120, Fig. 4).

In der F i g. 1 werden die Ströme in den Ausgangsphasen mittels dreier Stromwandler 21, 23, 25 gemessen und dem Summationsglied 8 zugeführt. Der am Ausgang des Summationsgliedes 8 vorhandene Stromistwert /,· wird mit dem Stromsollwert /_s verglichen und die Differenz einer Kippstufe 10 zugeführt. Die Ausgangszustände der Kippstufe 10 geben der Steuereinrichtung 9 für den Pulswechselrichter den Befehl, „. den Ausgangsstrom zu erhöhen oder zu verringern.^ Der Steuereinrichtung 9 wird außerdem die gewünschte Ausgangsfrequenz / des Pulswechselrichters zugeführt. Beim Steuerverfahren mit gemeinsamem Stromregelkreis kann man nun im Takte der Umschaltfrequenz / die löschbaren Ventile 1 bis 6 nacheinander für 120° in Zündbereitschaft halten, so daß je ein löschbares Ventil aus der oberen Gruppe 1,3,5 und aus der unteren Gruppe 2, 4, 6 zündbereit sind. Der Stromregelkreis entscheidet, ob und wann die jeweils zündbereiten Ventile gezündet und gelöscht werden. Bei einer derartigen Stromregelung ergibt sich in den einzelnen Phasen ein Str.omverlauf, wie er in der F i g. 2 dargestellt ist. Der Stromverlauf einer Phase setzt sich zusammen aus positiven und negativen Stromblöcken von 120° Dauer mit einer Strompause zwischen den Blöcken von 60°. Die Schwankungsbreite Δ i wird durch die Hysterese der Kippstufe 10 in der F i g. 1 festgelegt.In FIG. 1, the currents in the output phases are measured by means of three current transformers 21, 23, 25 and fed to the summation element 8. The current actual value /, · present at the output of the summation element 8 is compared with the current setpoint / _s and the difference is fed to a flip-flop 10. The output states of the flip-flop 10 give the control device 9 for the pulse-controlled inverter the command, “. to increase or decrease the output current. ^ The control device 9 is also supplied with the desired output frequency / of the pulse-controlled inverter. In the control process with a common current control loop, you can now keep the erasable valves 1 to 6 in readiness for ignition for 120 ° one after the other at the rate of the switching frequency / so that one erasable valve each from the upper group 1, 3, 5 and from the lower group 2, 4 , 6 are ready to ignite. The current control circuit decides whether and when the respective ignitable valves are ignited and extinguished. With a current regulation of this type, a current curve results in the individual phases, as shown in FIG. 2 is shown. The current flow of a phase is composed of positive and negative current blocks of 120 ° duration with a current break between the blocks of 60 °. The fluctuation range Δ i is determined by the hysteresis of the trigger stage 10 in FIG. 1 set.

Je nachdem, wie viele Ventile gezündet sind, ergeben sich verschiedene Betriebszustände des Pulswechselrichters: Depending on how many valves are ignited, there are different operating states of the pulse-controlled inverter:

Je nachdem, wie viele Ventile gezündet sind, er-5 und der unteren Gruppe 2, 4, 6 sind gezündet. Dann liefert die Gleichspannung U_x Leistung in die Ausgangsphasen R, S, T des Pulswechselrichters (Zustand: Treibende Spannung).Depending on how many valves are ignited, he-5 and the lower group 2, 4, 6 are ignited. The DC voltage U _x then supplies power to the output phases R, S, T of the pulse-controlled inverter (state: driving voltage).

2. Nur ein löschbares Ventil ist gezündet, entweder, in der oberen Gruppe 1, 3, 5 oder in der unteren Gruppe 2, 4, 6. Dann können über die obere Hälfte oder die untere Hälfte des Wechselrichters Kurzschlußströme fließen (Zustand: Freilauf). 2. Only one erasable valve is ignited, either, in the upper group 1, 3, 5 or in the lower group 2, 4, 6. Then you can use the upper Half or the lower half of the inverter short-circuit currents flow (state: free-running).

3. Kein löschbares Ventil ist gezündet, von den Ausgangsphasen R, S, T kann Energie in die Gleichspanungsquelle U₁, zurückgespeist werden (Zustand: Gegenspannung).3. No erasable valve is ignited; energy can be fed back from the output phases R, S, T into the DC voltage source U ₁ (state: counter voltage).

Wenn der Pulswechselrichtcr Energie in den Kurzschlußläufermotor liefert, genügt es, abhängig vom Stromregler zwischen den Zuständen »Treibende Spannung« und »Freilauf« hin und her zu schalten, um den Strom entsprechend der F i g. 2 zu regeln.If the pulse inverter supplies energy to the squirrel cage motor, it is sufficient, depending on the To switch the current regulator back and forth between the states "driving voltage" and "freewheeling", the current according to FIG. 2 to regulate.

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Wie bereits erwähnt, kann der Zustand »Freilauf« die Zündbereitschaft können aus einem dreiphasigenAs already mentioned, the "freewheeling" state can result in a three-phase ignition readiness

auf zwei verschiedene Arten hergestellt werden, und Impulssystem A, B, C [Fig. 4(a)] durch logische EIe-can be made in two different ways, and pulse system A, B, C [Fig. 4 (a)] through logical EI-

zwar entweder durch Zünden eines der Ventile der mente (31 bis 36 in der F i g. 3) gebildet werden. Dieeither by igniting one of the valves of the elements (31 to 36 in FIG. 3). the

oberen Gruppe 1, 3, 5 oder der unteren Gruppe 2, 4, Impulse V [F i g. 4 (c)] sind die Ausgangsbefehle desupper group 1, 3, 5 or the lower group 2, 4, pulses V [F i g. 4 (c)] are the output commands of the

6. Betrachtet man eine Zeitspanne, in der eine Ener- 5 Stromreglers. Sie geben an, ob der Zustand »trei-6. If one considers a period of time in which an ener- 5 current regulator. They indicate whether the condition »drifting

gielieferung über die löschbaren Ventile 1 und 6 er- bende Spannung« oder »Freilauf« im WechselrichterSupply via the erasable valves 1 and 6 resulting voltage "or" freewheeling "in the inverter

folgt, so können sich folgende zwei. Efeilaufkreise erzeugt werden soll.follows the following two. Efeilaufkreise should be generated.

ausbilden. Ist nur das Ventil 1 gezündetfSÖ bildet sich Die Impulsdiagramme der F i g. 4 (d) zeigen denform. If only valve 1 is ignited, the pulse diagrams in FIG. 4 (d) show the

ein Freilauf aus von der Phase S über die Elemente Verlauf der Zündimpulse zl bis ζ 6 für das be-a freewheel from phase S over the elements course of the ignition pulses zl to ζ 6 for the loaded

16 und 1 zurück zur Phase jR. Ist nur das Ventil 6 ge- ίο reits bekannte Steuerungsverfahren mit fortlaufend16 and 1 back to phase jR. If only the valve 6 is already known control method with continuous

zündet, so bildet sich ein Freilauf aus von, der wechselndem Freilauf zwischen den beiden an derignites, a freewheel develops from, the alternating freewheel between the two on the

Phase S über die Elemente 6 und 11 zurück zur Energielieferung jeweils beteiligten löschbaren Ven-Phase S via the elements 6 and 11 back to the energy supply, the erasable valve involved in each case

Phase R. Um eine gleichmäßige Aufteilung der tilen.Phase R. To achieve an even distribution of the tilen.

Ströme auf die einzelnen Ventile zu erzielen, ist es Der Verlauf der Zündimpulse bei Anwendung desTo achieve currents on the individual valves, it is the course of the ignition pulses when applying the

bei einem derartigen Pulswechselrichter bereits be- 15 Verfahrens nach der Erfindung ist in der Fig.4(e)with a pulse-controlled inverter of this type, the method according to the invention is shown in FIG. 4 (e)

karint, den Freilaufkreis abwechselnd in der oberen dargestellt.karint, the free wheel alternating shown in the top.

und in der unteren Gruppe zu erzeugen (französische In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird einand to generate in the lower group (French In a further embodiment of the invention, a

Patentschrift 1402 502). Diese Betriebsart ist jedoch Taktimpuls T über logische Schaltelemente erzeugt,Patent specification 1402 502). However, this operating mode is clock pulse T generated via logic switching elements,

bei der Speisung eines Asynchronmotors mit folgen- der alle 60° seinen Zustand ändert und damit diewhen feeding an asynchronous motor with the following changes its state every 60 ° and thus the

dem nachteiligen Effekt verbunden. Insbesondere bei 20 Umschaltung von Dauerzündung auf Pulsbetriebassociated with the adverse effect. Especially when switching from continuous ignition to pulsed operation

bestimmten Betriebsfrequenzen des Wechselrichters, in den einzelnen löschbaren Ventilen bewirktcertain operating frequencies of the inverter in the individual erasable valves

also bei bestimmten Drehzahlen des Motors, bilden [Fig. 4(f)]. In der Fig. 3 wird der Taktimpuls ΓSo at certain engine speeds, form [Fig. 4 (f)]. In Fig. 3, the clock pulse Γ

sich im Wechselrichter unerwünschte Kreisströme durch ein UND/ODER-Glied37 aus den Impulsen/4,unwanted circulating currents in the inverter through an AND / OR element37 from the pulses / 4,

aus, welche durch die EMK der angeschlossenen Ma- B und C gebildet. Durch ODER-Glieder 38 und 39from which formed by the EMF of the connected Ma- B and C. Through OR gates 38 and 39

schine verursacht werden. Ist während des Zeitinter- 25 werden die Impulse F₀ und V_b erzeugt, welche fürmachine caused. If during the time interval, the pulses F ₀ and V _{b are} generated, which for

valls, in dem die Energielieferung über die Ventile 1 die obere Gruppe 1, 3, 5 und die untere Gruppe 2,valls, in which the energy supply via valves 1 is the upper group 1, 3, 5 and the lower group 2,

und 6 erfolgt, gerade das Ventil 6 zum Zwecke des 4, 6 der löschbaren Ventile die Zündimpulse f rei-and 6 takes place, just the valve 6 for the purpose of the 4, 6 of the erasable valves, the ignition pulses free

Freilaufes stromdurchlässig geschaltet, so kann ein geben. Die UND-Glieder 31 bis 36 bilden die Im-Freewheeling switched current-permeable, so a can give. The AND gates 31 to 36 form the im-

solcher unerwünschter Kreisstrom von der Phase S pulse ζ 1 bis ζ 6 für die löschbaren Ventile. Die lo-such undesired circulating current from phase S pulse ζ 1 to ζ 6 for the erasable valves. The lo-

über die Elemente 6 und 15 zur Phase T fließen. 30 gischen Bedingungen für die einzelnen ImpulseFlow via elements 6 and 15 to phase T. 30 gical conditions for the individual impulses

Diese Kreisströme haben zur Folge, daß der Strom in lauten:These circulating currents have the consequence that the currents are as follows:

einer Phase nicht mehr den in der Fig. 2 dargestell- "■ r ■ r λ β n\ m s /-<\ /r* e a\ a phase no longer in Figure 2 dargestell- "■ ■ r r λ β n \ ms / - * ea <\ / r \.

.,.,,. j , „ , ...f ,,^& ,„_o T = (A ScB) ν (B Sc C) v (C Sc A) .,. ,,. j, ", ... f ,, ^& ," _o T = (A ScB) ν (B Sc C) v (C Sc A)

ten Verlauf hat, sondern daß auch wahrend der 60°-. ■ „,th course has, but that also during the 60 ° -. ■ ",

Lücken Ströme fließen und die Ströme der 120°- V_a= VvI V₁,- VvI . Gaps currents flow and the currents of 120 ° - V _a = VvI V ₁ , - VvI.

Blöcke durch überlagerte Ströme teilweise verworfen 35 zl = V_a& A &Ή z2 = V_b&A &üBlocks partially discarded by superimposed currents 35 zl = V _a & A & Ή z2 = V _b & A & ü

werden. Diese zusätzlichen Ströme wirken sich nach- z3=F„&ß&ü z4 = V_b&B Sc A~ will. These additional currents have an effect on z3 = F „& ß & ü z4 = V _b & B Sc A ~

teilig auf die Kurvenform (Oberwellengehalt) des z5= V ScCScH ζ6 = V_bScCScB
Motorstromes aus und bereiten auch beim Bremsenpartly on the curve shape (harmonic content) of z5 = V ScCScH ζ6 = V _b ScCScB
Motor current and prepare even when braking

des Motors Schwierigkeiten. ■ Das beschriebene Verfahren eignet sich besondersengine trouble. ■ The method described is particularly suitable

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein 40 gut für höhere Betriebsfrequenzen des Pulswechsel-Zündverfahren zu entwickeln, bei dem die oben er- richters, weil hier die erwähnten unerwünschten läuterten unerwünschten Kreisströme unterdrückt Kreisströme besonders stark auftreten können. Bei werden. sehr kleinen Betriebsfrequenzen zeigen sich NachteileThe invention is based on the object of providing a 40 good for higher operating frequencies of the pulse change ignition method to develop in which the above installer, because here the mentioned undesirable Purified undesired circulating currents suppressed circulating currents can occur particularly strongly. at will. very low operating frequencies show disadvantages

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung des Verfahrens dann, wenn die Dauerzündung eines bei einem Verfahren der eingangs genannten Art 45 löschbaren Ventils so lange dauert, daß dieses sich darin, daß ab einer bestimmten Betriebsfrequenz des unzulässig erwärmt. Es sind daher besondere Mittel Wechselrichters aufwärts auf ein Zündverfahren um- vorzusehen, welche in Abhängigkeit von der Größe geschaltet wird, bei dem während der ersten Hälfte der Betriebsfrequenz des Wechselrichters vom Zündder Zündbereitschaft eines löschbaren Ventils die verfahren mit abwechselndem Freilaufkreis auf das Zündung dieses Ventils ständig und während der 50 erfindungsgemäße Verfahren automatisch umschalzweiten Hälfte der Zündbereitschaft die Zündung nur ten. Dadurch kann erreicht werden, daß für jeden im Takte der Zünd-Löschimpulse des Stromreglers Frequenzbereich das günstigste Zündverfahren Verfreigegeben wird. Wendung findet. Die F i g. 5 zeigt ein schematischesTo solve this problem, the invention of the method exists when the continuous ignition of a in a method of the type mentioned 45 erasable valve takes so long that this takes in the fact that from a certain operating frequency the heated inadmissibly. They are therefore special means Inverter upwards to provide an ignition process, which depends on the size is switched, in which during the first half of the operating frequency of the inverter from the Zündder Ignition readiness of an erasable valve the procedure with alternating free-wheeling circuit on the Ignition of this valve continuously and automatically switch over during the inventive method Half of the ignition readiness the ignition only th. This can be achieved that for everyone The most favorable ignition method is released in the cycle of the ignition / extinguishing pulses of the current regulator frequency range will. Finds a turn. The F i g. 5 shows a schematic

Bei Anwendung des Steuerungsverfahrens nach der Ausführungsbeispiel für eine derartige Umschaltein-When using the control method according to the exemplary embodiment for such a switchover

Erfindung ist bei Speisung eines Kurzschlußläufer- 55 richtung. Die* bestimmte Betriebsfrequenz / (Um-Invention is when feeding a squirrel cage 55 direction. The * specific operating frequency / (um-

motors die EMK der einzelnen Phasen so gerichtet, schaltfrequenz) wird durch einen Umsetzer 41 in einemotors, the EMF of the individual phases so directed, switching frequency) is converted by a converter 41 into a

daß keine unerwünschten Kreisströme während der Spannung umgeformt. Eine in Reihe geschaltete Kipp-that no undesired circulating currents are transformed during the voltage. A toggle switch connected in series

Strompausen fließen. stufe 42 gibt bei hohen Frequenzen das Signal H undPower breaks flow. level 42 gives the signal H and at high frequencies

Ein Schaltungsbeispiel zur Durchführung des Ver- bei kleinen Frequenzen das Signal Ή ab. Ein UND- An example of a circuit for carrying out the signal Ή at low frequencies. An AND-

fahrens nach der Erfindung zeigt die Fi g. 3. An 60 ODER-Glied 43 schaltet bei vorhandenem Signal H driving according to the invention, the Fi g. 3. At 60 OR gate 43 switches when the signal H is present

Hand dieser Figur und der Impulsdiagramme gemäß den Eingang E₆₀ und bei vorhandenem Signal H denHand this figure and the pulse diagrams according to the input E ₆₀ and when the signal H is present

der Fig. 4 soll die Erfindung näher erläutert werden. Eingang E_ub auf den AusgangZ_x. Dabei sollen-an4, the invention is to be explained in more detail. Input E _ub to output Z _x . Here should-on

Dem Schaltungsbeispiel liegt ein dreiphasiger Puls- den Eingang E₆₀ die Zündimpulse für die beschrie-The circuit example is a three-phase pulse - the input E ₆₀ the ignition pulses for the described

wechselrichter zugrunde. Die in der F i g. 4 (b) ge- bene 60°-Steuerung des Freilaufkreises und an deninverter. The in the F i g. 4 (b) given 60 ° control of the freewheeling circuit and to the

zeigten Impulse P Ibis P 6 geben die Zündbereitschaft 65 Eingang E_ab die Zündimpulse für die abwechselndeshowed pulses P Ibis P 6 give the ignition readiness 65 input E _from the ignition pulses for the alternating

der löschbaren Ventile 1 bis 6 an. Diese Impulse für Zündung der Freilaufkreise gelegt werden.of the erasable valves 1 to 6 on. These pulses are used for ignition of the freewheeling circuits.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Zweipunktstromregelung bei der Speisung einer Asynchronmaschine durch einen Pulswechselrichter, der aus zwei Gruppen löschbarer Ventile besteht, - von denen jede Gruppe für sich einen Freilau|kreis bilden kann, wobei jeweils höchstens ein löschbares Ventil jeder Gruppe zündbereit ist, dadurch ge-io kennzeichnet, daß ab einer bestimmten Betriebsfrequenz des Wechselrichters aufwärts auf ein Zündverfahren ■ umgeschaltet wird, bei dem während der ersten Hälfte der Zündbereitschaft eines löschbaren Ventils die Zündung dieses Ventils ständig und während der zweiten Hälfte der Zündbereitschaft die Zündung nur im Takte der Zünd-Lösch-Impulse des Stromreglers freigegeben wird.1. Procedure for two-point current control when feeding an asynchronous machine a pulse-controlled inverter that consists of two groups of erasable valves - each of which Group can form an open air circle for itself, whereby at most one extinguishable valve in each group is ready to ignite, thus ge-io indicates that from a certain operating frequency of the inverter upwards an ignition method ■ is switched over in which during the first half of the ignition readiness an extinguishable valve the ignition of this valve continuously and during the second half of the Ignition readiness the ignition is only released in the cycle of the ignition / extinguishing impulses of the current regulator will. 2. Verfahren nach Anspruch 1 für einen dreiphasigen Pulswechselrichter, dadurch gekennzeichnet, daß über logische Elemente ein Taktimpuls (T) erzeugt wird, der alle 60° seinen Zustand ändert und damit die Umschaltung von Dauerzündung auf Pulsbetrieb in den einzelnen löschbaren Ventilen bewirkt.2. The method according to claim 1 for a three-phase pulse inverter, characterized in that a clock pulse (T) is generated via logic elements, which changes its state every 60 ° and thus causes the switch from continuous ignition to pulsed operation in the individual erasable valves. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erfassung der bestimmten Betriebsfrequenz und zur automatischen Umschaltung vorgesehen sind.3. The method according to claim 1, characterized in that means for detecting the specific Operating frequency and for automatic switching are provided.