DE1563228A1 - Method for controlling the torque of an asynchronous machine - Google Patents

Method for controlling the torque of an asynchronous machine

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DE1563228A1 DE19661563228 DE1563228A DE1563228A1 DE 1563228 A1 DE1563228 A1 DE 1563228A1 DE 19661563228 DE19661563228 DE 19661563228 DE 1563228 A DE1563228 A DE 1563228A DE 1563228 A1 DE1563228 A1 DE 1563228A1
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Licentia Patent-Verwaltung*-GmbH Prankfurt/Hain, Theodor-Stern-Kai iLicentia Patent-Verwaltung * -GmbH Prankfurt / Hain, Theodor-Stern-Kai i

Dr. Boecker/hd Lm 8θ/ΐ6θ (Bee) Dr. Boecker / hd Lm 8θ / ΐ6θ (Bee)

Verfahren zur Steuerung de« Drehmomentes einer Agynchroraaaschina Method for controlling the torque of an agynch rora aaschina

Die vorliegende Erfindung besieht sich auf «in Verfahren eur Steuerung des von miner Aeyncnroiusasehine abgegebenen. Dreh* Momentes.The present invention relates to methods of controlling the output of miner Aeyncnroiusasehine. Turn * a moment.

Durch die raodörno Stromrichterteehnik «· insbesondere' dwch di© Methoden der ZwaagakoBumatlerwag - iat es möglich ge vor den» Wechselrichter und Oosrichtsr aufzubauen, deren Ausgangespannung in Frequens und htaplitude in weitem (»reason veränderlicti iat. Mit Hilfe derartiger Strosiiriehteranordnungen lassen eich Kurzechlußiüufermaschinin u* α« in der Welse betreiben, daß der Sfcändarstrom der Masellina geregelt und die elektrische Läuferfrequenz {Schlupffrequenz) der Maschine durch besondere Maß» nahmen auf. einen vorgegebenen Wert gehalten wird. Hit diese» Verfahren läßt «i©h da· g)r«lisM>BMnt der Maschine in ein*» Oreliaahlberelsh isivttühsrnd imttbhlteelg ψοά d«r HraStsehl B«lc*nnt iet, daft na dabei die ferHfie de· SfX«d»r«tr9aes di# Sel»lttpffr«<|i&«ns3 derart niteinaaättr Srappttäei iseim« um§> imThrough the raodörno Stromrichterteehnik "· in particular 'by the methods of ZwaagakoBumatlerwag - it is possible to build up before the" inverter and Oosrichtsr, whose output voltage in frequencies and htaplitude can be varied widely ("reason changeable * α "in the catfish operate that the Sfcändarstrom the Masellina regulated and the electrical rotor frequency {slip frequency) of the machine by special measure" took on. a predetermined value is maintained. Hit this "process" lets the machine be turned into a * "Oreliaahlberelsh isivttühsrnd imttbhlteelg ψοά d" r HraStsehl B "lc * nnt iet, daft na thereby the ferHfie de · SfX" d " r «tr9aes di # Sel» lttpffr «<| i &« ns3 so niteinaaättr Srappttäei iseim « um§> im

009812/0801009812/0801

L3AD OfHaL3AD OfHa

Lai 8O/16O (Βο·)Lai 8O / 16O (Βο ·)

dar Maachine, unabhängig von Drehzahl und DrenaoMent, ein konstanter Luftspaltfluß erzeugt wird, d. h. ein Drehfeld konatanter Grüße umläuft.dar Maachine, regardless of speed and DrenaoMent, a constant Air gap flow is generated, d. H. a rotating field more conatient Greetings.

Dieaea Verfahren reicht aber nicht am, um achnelle Änderungen dea Drehaomentea der Maachine zu erzeugen, da bei Änderung der vorgegebenen Größen von Ständeretrom und Schlupffrequenz Auagleichavorgänge in der Maachine auftreten, die aich einer achtiellen Änderung wideraetzen.Theeaea procedure is not sufficient to make quick changes dea Drehaomentea of the Maachine, since when changing the predefined sizes of stator current and slip frequency equalization processes appear in the Maachine, which aich an eighth Resist change.

Zur Erläuterung dieaer Vorgänge dient Fig·. 1# die da· Zeigerdiagram aus dem Ständeratrom I1, den Lauferatrom I- und dem Magnetiaierungaatrom (Leerlaufatrom) I zeigt. Die Zeitphaae dea HauptMuß«a 0 fällt ait dee Magnetiaierungaatrow I au· aaiaroen. Daa Zeigerdiagraam iat vereinfacht dargeatellt. Bei der Daratellung und der weiteren Srläuterung wird davon au·· gegangen, daß der Schlupf relativ klein iat, ao daß der Streublindwider a tand dea Lauf era gegenüber deei Virkwideratand dea Läufer« vernachläeaigbar klein iat. Der Winkelf iat der Zeitphaaenwinkel zwiachen des Standeratroa und den Hauptfluß der Maachine· Cr entapricht de« räumlichen Winkel zwiachen der von Ständeretroabelag erzeugten Ständerdrehfelderregerapannung und dem umlaufenden Drehfeld· Wird in der bekannten Anordnung der Ständeratrom uai den Betrag AIj vergrößert, mo mnB der Läuferatroat den Vert I-' annahmen, dajeit die resultierende erregung I und dejelt der FIuA konatant bleiben. Bine aehnelle ÄnderungFig. Serves to explain these processes. 1 # which shows the phasor diagram from the stator atom I 1 , the runner atom I and the magnetizing atom (idle atom) I. The time phase of the main must “a 0 falls with the magnetization aatrow I au · aaiaroen. Daa pointer diagram is shown in simplified form. In the presentation and the further explanation it is assumed that the slip is relatively small, so that the scattering blind resistance of the run is negligibly small compared to the direct resistance of the runner. The angle f iat the Zeitphaaenwinkel zwiachen of Standeratroa and the main flow of maachine · Cr entapricht de "spatial angle zwiachen the Ständerdrehfelderregerapannung and generated by Ständeretroabelag the rotating polyphase · If in the known arrangement of Ständeratrom uai the amount Aij enlarged mo mnB the Läuferatroat the Vert I- 'assumptions that the resulting excitation I and dejelt the FIuA remain constant. A similar change

009812/0801 ' BAD ORiQiNAL009812/0801 'BAD ORiQiNAL

La 80/l60 (Doe)La 80 / l60 (Doe)

der das Drehmoment bestimmenden Größen iat nur Möglich, wenn das mit der Läuferwicklung verkettet· Drehfeld weder «eine Amplitude noch seine rnusaliche Lage zum Läufer plötzlich ändert. In beiden Füllen.würden sonst Ausgleichsströme in die Läuferwicklung induziert, die sich einer schnellen Änderung widersetzen. Wie bereits ausgeführt wurde, werden in der bekannten Anordnung dar Ständerstroin und die Frequenz derart gemeinsam verändert, daß die Amplitude des Drehfeldes konstant bleibt« Die Änderung de· Ständerstromes um den Wert ΔI1 führt zu einer neuen Gleichgewichtslage, die in Fig. 1 gestrichelt dargestellt 1st. Das gestrichelt dargestellte Zeigerdiagramm muß aich deshalb einstellen, weil der Winkel zwischen der Läuferspannung En und dem Luuferstrom X0 annähernd konstant bleiben muß. Wie Fig. 1 zeigt, iat zur Erreichung der neuen Gleichgewichtslage eine Phasendrehung des Hauptflußes um den Wert erforderlich« Das bedeutet, daß das Drehi'eld ruckartig seine räumliche Lage zum Luufer verändern müßte. Da eine solche platz· liehe Änderung, wie bereit· ausgeführt, nicht möglich ist, läßt •ich mit der bekannten Steuerung das Moment nicht schlagartig bzw. Mit hoher Geschwindigkeit verändern.The variables determining the torque are only possible if the rotating field linked to the rotor winding neither changes an amplitude nor changes its position relative to the rotor suddenly. In both cases, equalizing currents would otherwise be induced in the rotor winding, which resist rapid change. As has already been executed, in the known arrangement constitutes Ständerstroin and the frequency of such changes in common that the amplitude of the rotating field remains constant "The change de · stator current by the value .DELTA.I 1 leads to a new equilibrium position which shown in phantom in Fig. 1 1st. The phasor diagram shown in dashed lines must be set because the angle between the rotor voltage E n and the fan flow X 0 must remain approximately constant. As Fig. 1 shows, a phase rotation of the main flow by the value & is necessary to achieve the new equilibrium position. Since such a space-borne change, as already stated, is not possible, the known control does not allow the moment to be changed suddenly or at high speed.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Steuerungaanordnung dahin zu verbessern, daß eine schnelle Moinantenänderung möglich iat, die erläuterte Schwierigkeit also vermieden wird·The present invention is based on the object of the known To improve control arrangement so that a fast Moinanten change possible iat, the difficulty explained so is avoided

0098 12/08010098 12/0801

Lw SO/160 (Po·)Lw SO / 160 (Po ·)

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß bei Änderung des vorgegebenen Drehmomentes durch geeignete Mittel susHtslich eine solche Änderung des Winkels «wischen Ständerstrom und Hauptfluß bewirkt wird, daß eine plötsliche Änderung der räumlichen Lage des Drehfeldeβ relativ sum Läufer praktisch nicht erforderlich 1st«To solve this problem it is proposed according to the invention that when changing the predetermined torque by suitable Means always such a change in the angle between stator current and main flux is effected that a sudden change in the spatial position of the rotating field relatively sum runner practically not necessary 1st «

Fig. 3 seigt ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung. Ein dreiphasiger Kursschlufllättferiootor 3 wird aus einer Gleichspannungsquelle U Über einen in Frequens und Amplitude der Ausgangsspannung steuerbaren Wechselrichter 1 gespeist« Mit Hilfe der Wandler 2a, 2b, 8c wird der Strom in den orei Motorsuleltungen gemessen und durch das Summierglied 2 wird der Stromistwert I± gebildet, der im Punkt 6 mit den Stromsollwert Z verglichen wird. Die Differenz ^I wird der Steuerung für den Wechselrichter 1 eingegeben« Gleichseitig bildet ein mit der Maschine 3 gekoppelter digitaler Geber 5 die Umlauffrequens f ab. Im Punkt 7 wird su dieser Umlauffrequens f die gewünschte Schlupf frequens f addiert. Die Sumsienfrequens f wird ebenfalls der Steuerung 4 eingegeben.3 shows an exemplary embodiment of the invention. A three-phase course closing motor 3 is fed from a direct voltage source U via an inverter 1 that can be controlled in terms of frequency and amplitude of the output voltage. With the help of converters 2a, 2b, 8c, the current in the orei motor signals is measured and the summing element 2 forms the actual current value I ± , which is compared with the current setpoint Z in point 6. The difference ^ I is entered into the controller for the inverter 1. At the same time, a digital encoder 5 coupled to the machine 3 maps the rotational frequency f. In point 7, the desired slip frequency f is added to this rotational frequency f. The sum frequency f is also input to the controller 4.

Durch Vorgabe der Schlupffrequens f und des Ständerstromes I kann das Moment eingestellt werden« Um beide Größen derart miteinander su koppeln, daß bei einer Verstellung der Hauptfluß der Maschine konstant bleibt, sind entsprechende Funktionsgeneratoren 11 und 12 vorgesehen· Bine Änderung der Spannung imBy specifying the slip frequency f and the stator current I. the moment can be adjusted «around both sizes in such a way with each other So that the main flow of the machine remains constant during an adjustment, are appropriate function generators 11 and 12 provided · A change in voltage in the

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BAD OHiG)NALBAD OHiG) NAL

-i --i -

Punkt« a hat also ein« Änderung do« Drehmomentes bei konstant·» HauptfXuQ but Folg·· Xn Fig· 3 int sugleich ein« überlagert« Drehsahlregelung dargestellt, bei der ale Stellgröße das Drehmoment d«r Maschin« dient. Mit Hilfe des Umsetzers 8 wird au· der Frequens f der analoge Drehsahlistwert n. gebildet, welcher In Punkte 9 Bit dem Sollwert η verglichen wird. Die Differenz wird im Regelverstärker 10 verstärkt» Sie wird im Punkte a auf das "Stellglied" der überlagerten Drehsahlregelancrdrang gegeben,Point «a therefore has a« change to «torque at constant ·» MainfXuQ but follow ·· Xn Fig · 3 int sug same as a "superimposed" Speed control shown, with the torque for all manipulated variables the machine serves. With the help of the converter 8 is the frequency f the analog actual turning value n. formed which The nominal value η is compared in points 9 bits. The difference is amplified in the control amplifier 10 »It is increased in point a given the "actuator" of the superimposed rotary steel control pressure,

SrfindungageMüJä werden «Si© Siebente 13 und Ik »uaätsiich in der Anordnung vorgesehen« Der Funktioiäegeber 13 bildet abhängig von. der Schlupffrequens den zugehörigen Winkel φ ale Analogwert ab und der Utasetsar Ik erseugt bei jeder Änderung von φ »ine ~ent« sprechende Ansahl von !»pulsen N_% welche ±m Punkt %5 la den Regelkreis eingeführt werden und eine entsprechende Wink©!· änderung dee Ständerstromes gegenüber dem Hauptfluß bewirken. Der Winkel »wischen Ständerstrom und Hauptfluß in der Maschine als Funktion der Läuferfrequens kann entweder berechnet oder gemessen werden« Die Kennlinie des Funktionsgeberβ 13 wird nach den eraittelten Srgebnissen eingestellt."Si © Siebente 13 and Ik " are included in the arrangement. of the slip frequency the corresponding angle φ ale analog value and the Utasetsar Ik replaces with each change of φ »ine ~ a corresponding number of!» pulses N_ % which ± m point % 5 la the control loop are introduced and a corresponding angle ©! · change the stator current compared to the main flow. The angle "between the stator current and the main flow in the machine as a function of the rotor frequency can either be calculated or measured." The characteristic curve of the function generator 13 is set according to the results obtained.

Erhöht «man die Drehsahl einer aus eineea Wechselrichter oder Umrichter gespeisten KurssehlußläufersMsebine, so erreicht man einen Punkt« de» sogenannten Typenpunkt, wo die maximal abgliche Ausgangsspannung des Wechsel» oder Umrichters ,garad« noch ausreicht« um den NennfluA In der Maschine au,Increases "to the Drehsahl a fed from eineea inverter or converter KurssehlußläufersMsebine, you reach a point 'de' so-called type point where the maximum abgliche output voltage of the AC" or inverter, Garad "still insufficient" to the NennfluA In the machine, au,

009812/0801009812/0801

'■ ' >,;■■ ■} ORIGINAL'■'>,; ■■ ■} ORIGINAL

Lm βθ/160 (Βο#) Lm βθ / 160 (Βο #)

- r-- r-

höheren Drehsahlen kann dl· Maschin· nur «it verringert·« Flufl betrieben werden· 0* Mn oberhalb de* Typenpunktes durch Singriffe la Stromregelkreis den Strom in der Maechine nicht aurrecht erhalten kann, werden in diesem Bereich in allgemeinen die maximale Wechselrichterspannung und die Schlupffrequens vorgegeben. Un auch in diesem Drehsahlbereich oberhalb des Typenpunktes da· dynamische Verbalten der loreschlufilaufer-Maschine su verbessern, werden in weiterer Ausgestaltung der Xrfindung besondere Mittel vorgesehen, welche abhängig von der Drehzahl der Kursechlufilaufermaschine eine Korrektur der Vinkeldrehung bewirken· Fig. 3 »«igt ein Ausführungsbeispiel dieser susätsllehen Mannahm«» 0er aus dem Vswetser gewonnene Drehzahlistwert wird auf den Verstärker 16 gegeben, dessen Ausgang auf den Funktionsgeber 13 korrigierend einwirkt. Die Korrekturfunktion kann hier ebenfall· durch Rechnung oder Messung bestimmt werden und in dem Funktionsgeber 13 eingestellt werden.higher speeds can only be reduced by the machine are operated · 0 * Mn above the * type point by singles la current control circuit does not control the current in the machine can be obtained, the maximum inverter voltage and the slip frequency are generally in this range given. Un also in this turning range above the Type point da · dynamic behavior of the Loreschufilaufer machine su improve, special means are provided in a further embodiment of the Xrfindung, which depend on the speed of the course skater machine a correction of the Cause angular rotation · Fig. 3 »« shows an embodiment this susätsllehen Mannahm «» 0er won from the Vswetser The actual speed value is sent to the amplifier 16, the output of which has a correcting effect on the function generator 13. the Correction function can also be done here · by calculation or measurement can be determined and set in the function generator 13.

Die Crfindung besieht sich nicht nur auf KursechluAläufermaschinen, die über Stromrichter gespeist werden. Das angegebene Steuerverfahren laut eich immer dann verwenden, wenn für die Kurzschlußläufer maschine ein SpeisegerHt irgendwelcher Art vorhanden ist, dessen Ausgangsspannung oder Ausgangestrom in Frequens und Amplitude veränderbar sind.The search does not only refer to course closing machines, which are fed via power converters. The specified tax method according to calibration always use if for the squirrel cage machine has a power supply of some kind whose output voltage or output current can be changed in frequency and amplitude.

6 Seite« Beschreibung6 Page «Description

3 Patentansprüche3 claims

1 Blatt Zeichnung mit 3 Figuren1 sheet of drawing with 3 figures

009812/0801 BAD ORlGiNAL009812/0801 BAD ORlGiNAL

Claims (1)

ia Pat ont-Verwaltung»-Q»M1 Frankfurt/Hain, Theodor-Stern«Xal iia Pat ont administration »-Q» M1 Frankfurt / Hain, Theodor-Stern «Xal i Lehmann/hd · Lm 8O/16O (Boe) Lehmann / hdLm 8O / 16O (Boe) Patent AnsprüchePatent claims Verfahren car Steuerung de* von einer Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomentes, bei den die Asynchronmaschine von einer Spannungequelle einstellbarer Frequenz gespeist wird, der Ständerstrom geregelt und die Schlupffrequens vorgegeben wird und als Stellgröße für das Drehmoment der Sollwert des Ständerstromes und die Schlupffreqtiens dienen, deren vorgebbaren Werte derart miteinander gekoppelt sind, daß der Hauptfluß der Maschine annähornd konstant bleibt, dadurch gekennzeichnet t[ daß bei Änderung des vorgegebenen Drehmomentes durch geeignete Mittel .s*&®ä$BM©&i eisie solche Änderung des Winkels «wischen Ständerairom und bewirkt wird, daß eine plötsliche Änderung der Lage dm» Drehfeldes relativ cum Läufer praktisch nieht er forderlich ist.Method car control de * torque output by an asynchronous machine, in which the asynchronous machine is fed by a voltage source of adjustable frequency, the stator current is regulated and the slip frequency is specified and the setpoint of the stator current and the slip frequency are used as the manipulated variable for the torque, the values of which can be specified in such a way are coupled to each other that the main flux of the machine remains annähornd constant, characterized in that t [that when changing the predetermined torque by suitable means .s * & $ ®ä BM © & i eisie such a change of the angle "wipe Ständerairom and causing a plötsliche change in the position dm "rotary field relative cum runners practically he nieht is conducive. 2, St eue rungs verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet;..r daß ein Punktionsgebar Cä3) vorgesehen ist, der In Abhängigkeit der vorgegebenen Se&2L®^<?£ipeepenc dem Wisskel swiechen Ständerstrom und Hauptfluß aaaH©G Q^ildet und diesen Wert auf einen nachges ehalte ten Unseteer ο*Γ0 der Kur Änderung seiner Singangsspannung abgibt, welche die erforderlich©2, control method according to claim 1, characterized; .. r that a puncture behavior Cä3) is provided, which depending on the specified Se & 2L® ^ <? £ ipeepenc the Wisskel swiechen stator current and main flow aaaH © GQ ^ ig and this value on a subsequent unseteer ο * Γ % β 0 of the cure changes its singang voltage, which gives the required © 00 98 12/080100 98 12/0801 Lm 8θ/ΐ6θ (Βοβ)Lm 8θ / ΐ6θ (Βοβ) 3. Steuerungeverfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß besondere Mittel (16) vorgesehen sind, welche die Winkel· drohiuig in Abhängigkeit der Drehzahl dor Asynchronmaschine korrigieren.3. Control method according to claim 1, characterized in that special means (16) are provided which correct the angles as a function of the speed of the asynchronous machine. 009812/0801 8AD ORIGINAL009812/0801 8AD ORIGINAL
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