DE2531255A1 - PROCEDURE FOR CONTROLLING A SELF-COMMUNICATED INVERTER WITH ENGINEERED CURRENT - Google Patents

PROCEDURE FOR CONTROLLING A SELF-COMMUNICATED INVERTER WITH ENGINEERED CURRENT

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DE2531255A1 DE19752531255 DE2531255A DE2531255A1 DE 2531255 A1 DE2531255 A1 DE 2531255A1 DE 19752531255 DE19752531255 DE 19752531255 DE 2531255 A DE2531255 A DE 2531255A DE 2531255 A1 DE2531255 A1 DE 2531255A1
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Abstract

In the case of the control method, the three-phase invertor is controlled by phase-gating or sector-gating. The three-phase machine is in this case supplied with individual blocks which make up a total of 120 DEG electrical duration per period and phase. These individual blocks are formed from a 120 DEG block, symmetrically with respect to its centre line ( psi tau M), by gating out current/time integrals ( DELTA alpha 1). The current/time integrals ( DELTA alpha 1) which have been gated out are alternately accepted by the two other phases. This invertor gating prevents oscillating torques of the rotating-field machine which is being supplied and is particularly suitable for traction drives. <IMAGE>

Description

"Verfahren zur Steuerung eines selbstgeführten Wechselrichters mit eingeprägtem Strom" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines selbstgeführten Wechselrichters mit eingeprägtem Strom, an den eine Drehstrommaschine angeschlossen ist. Sie findet Anwendung in der Antriebstechnik, insbesondere bei Traktionsantrieben."Method for controlling a self-commutated inverter with impressed current "The invention relates to a method for controlling a self-commutated inverter with impressed current to which a three-phase machine connected. It is used in drive technology, especially in Traction drives.

Das Verfahren soll Anwendung finden für den in Fig. 5 dargestellten, in der auslc:ndischen Literatur häufig beschr,ebenen, selbstgeführten Wechselrichter (z.B. H.Kazumo; Commutation of a Three-Phase Thyristor Bridge with Commutation Capacitors on Series Diodes; Electrical Engineering in Japan 1970, S.91-100).The method is intended to be used for the illustrated in Fig. 5, in the foreign literature often described planar, self-commutated inverters (e.g. H. Kazumo; Commutation of a Three-Phase Thyristor Bridge with Commutation Capacitors on series diodes; Electrical Engineering in Japan 1970, pp.91-100).

In den Veröffentlichungen wird der Einsatz dieses Wechselrichters zur Speisung vffl Drehfeldmaschinen mit Rechteckstromblöcken der Breite 3 beschrieben.In the publications the use of this inverter for feeding vffl induction machines with rectangular current blocks of width 3 described.

Das im folgenden beschriebene Verfahren kann ohne Änderungen des Aufbaus dieser Schaltung angewandt werden. Es sind lediglich Erweiterungen in der Steuerung durchzuführen.The procedure described below can be used without changing the structure this circuit can be applied. There are only extensions in the control perform.

Bei der Speisung einer Drehfeldmaschine mit Rechteckstromblöcken werden dem Ständer Stromoberschwingungen der Frequenz f = f1 (6g+1) (g = +1, +2, +3, ...) zugeführt. Durch diese Oberschwingungen entstehen zusätzliche Verluste und Drehfelder höherer Ordnungszahlen.When feeding an induction machine with square-wave current blocks, the stator current harmonics of the frequency f = f1 (6g + 1) (g = +1, +2, +3, ...) fed. Through this Harmonics result in additional losses and rotating fields of higher ordinal numbers.

Durch das Zusammenwirken von Stromoberschwingungen und Drehfeldern gleicher Ordnungszahl entstehen konstante Zusatzdrehmomente, die bremsend wirken können oder zum Grundschwingungsdrehmoment hinzuaddiert werden müssen.Through the interaction of current harmonics and rotating fields constant additional torques that have a braking effect arise with the same ordinal number can or must be added to the basic vibration torque.

Weiterhin bilden sich Pendelmomente durch das Zusammenwirken der Oberschwingungen des eingeprägten Stromes mit der Grundwelle des Drehfeldes aus, die erheblich größer als die Zusatzdrehmomente sind. Dabei bilden die Strombeläge der fünften und siebten Harmonischen ein Pendelmoment sechsfacher Grundfrequenz, da sie mit gleicher Relativgeschwindigkelt zur Grundwelle des Drehfeldes umlaufen. Analog bilden die Strombeläge der elften und drei zehnten Oberschwingung ein Pendelmoment zwölffacher Grundfequenz aus. Diese Pendelmomente sind besonders bei solchen Antrieben störend, die mit vollem Moment anlaufen müssen, z.B. bei Traktionsantrieben.In addition, pendulum moments are created by the interaction of the harmonics of the impressed current with the fundamental wave of the rotating field, which is considerably larger than the additional torques are. The fifth and seventh electrical layers are formed Harmonics have a pendulum moment of six times the basic frequency, since they have the same relative speed to the fundamental wave of the rotating field. Analogously, form the current layers of the eleventh and three tenth harmonics produce a pendulum torque of twelve times the basic frequency. These Pendulum torques are particularly annoying with drives that have full torque have to start, e.g. with traction drives.

Der Erfindung liegt die Aufgahe zugrunde, eine Steuerung des Wechselrichters anzugeben, bei der die vorbeschriebenen Pendelmomente der Drehstrommaschine erheblich verringert sind.The invention is based on the task of controlling the inverter at which the above-described oscillating torques of the three-phase machine are considerable are reduced.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 120°el Dauer in einer Periode und in einer Phase Einzelblöcke zugeführt werden, die unter Ausschnitt von Stromzeitflächen j ai oCL aus dem 1200-Block, symmetrisch zu dessen bei liegender Mittellinie in den Bereichen gebildet werden, wobei tl - den Beginn des 1200-Bezugsblockes, Q - die Kreisfrequenz und n - Null bzw. eine beliebige ganze Zahl bezeichnen, und daß die entnommenen Stromzeitflächen wechselweise von den beiden anderen Phasen übernommen werden.The solution to this problem is that, according to the invention, instead of a current block of 120 ° el duration, individual blocks are fed to the three-phase machine in one period and in one phase, which are symmetrical to the 1200 block with a section of current time areas j ai oCL from the 1200 block lying center line in the areas are formed, where tl - the beginning of the 1200 reference block, Q - denotes the angular frequency and n - zero or any whole number, and that the current-time areas taken are alternately taken over by the other two phases.

Die störenoen Oberschwingungen im eingeprägten Strom werden durch die Aufteilung des 1200-Stromblockes in mehrere Einzelblöcke in vorteilhafterweise verringert. Da der vom Zwischenkreis des Stromrichters aufgedrückte Strom weiterfließt, geschieht diese Aufteilung in der Form, daß die Stromzeitfläche konstant bleibt, indem die entnommenen Stromzeitflächen wechselweise von de- beide anderen Phasen übernommen werden. Durch den Ausschnitt der Stromzeitflächen synunetrisch zur Mittellinie, im ersten und letzten Viertel des 120°-Bezugsblockes wird in vorteilhafterweise eine X5stimmung mit der Stromeinprägung erreicht und es werden die Symmetriebedingungen erfüllt.The interfering harmonics in the impressed current are caused by the division of the 1200 current block into several individual blocks in an advantageous manner decreased. Since the current impressed by the converter intermediate circuit continues to flow, this division happens in such a way that the current-time area remains constant, by alternating the extracted current-time areas from the two other phases be taken over. Due to the cut-out of the current-time surfaces synunetrically to the center line, in the first and last quarter of the 120 ° reference block is advantageously a matching with the current impression is achieved and the symmetry conditions are established Fulfills.

Die Ausschnitt- bzw. Sektorsteuerung ist in einem anderen Zusammenhang, und zwar im Zusammenhang einer löschbaren unsymmetrisch halbgesteuerten Einphasenbrückenschaltung bekannt (Zeitschrift "Elektrische Bahnen", Heft 1 (43. Jahrgang, 1972), S. 13 bis 19; DT-OS 1 563 240). Auf die Anwendbarkeit der Wechselrichtertastung auf höherphasige nordnungen wird in letztgenannter Literaturstelle zwar hinaewiesen, jedoch fehlt eine entsprechende genaue Maßgabe.The section or sector control is in a different context, namely in the context of an erasable asymmetrical half-controlled single-phase bridge circuit known (magazine "Elektro Bahnen", issue 1 (43rd year, 1972), p. 13 bis 19; DT-OS 1 563 240). On the applicability of the inverter keying to higher-phase Nordungen is pointed out in the last-mentioned reference, but is missing a corresponding precise stipulation.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 den Stromverlauf in den drei Phasen bei bekannter Speisung der Drehstrommaschine mit 1200 breiten Stromblöcken, Fig. 2 den Stromverlauf in den drei Phasen bei der erfindungsgemäßen Aufteilung des 1200-Stromblockes in drei Einzelblöcke, Fig. 3 den Stromverlauf in denb drei bei Aufteilung des 120°-Stromblockes in 5 Einzelblöcke, Fig. 4 den Stromverlauf in den drei Phasen bei der Aufteilung des 1200-Stromblockes in 7 Einzelblöcke und Fig. 5 die bekannte Schaltung eines selbstgeführten Wechselrichters mit angeschlossener Drehstrommaschine.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments explained in more detail. They show: FIG. 1 the course of the current in FIG three phases with known supply of the three-phase machine with 1200 wide current blocks, Fig. 2 shows the current curve in the three phases when dividing the 1200 current block according to the invention in three individual blocks; in 5 individual blocks, FIG. 4 shows the current curve in the three phases during the division of the 1200 current block in 7 individual blocks and FIG. 5 shows the known circuit of a self-commutated inverter with connected three-phase machine.

In Fig. 1 wird davon ausgegangen, daß der 120°-Stromblock I1 bei 1r/6 beginnt. Die weiteren Stromblöcke 12 und. I3 folgen mit entsprechender 1200-Verschiebung. in Fig. 5 ist dazu schematisch ein Schaltbild dargestellt, das einen Gleichstromzwischenkreis 1, einen Wechselrichter 2 und eine Drehstrommaschine 3 umfasst.In Fig. 1 it is assumed that the 120 ° current block I1 at 1r / 6 begins. The other stream blocks 12 and. I3 follow with a corresponding 1200 shift. In Fig. 5 a circuit diagram is shown schematically that a direct current intermediate circuit 1, an inverter 2 and a three-phase machine 3.

Die weiteren Erläuterungen sind auf eine Periode und den Stromführungsbeginn bei wtl = t/6 bezogen.The further explanations refer to a period and the start of current flow based on wtl = t / 6.

Für die Aufteilung des Stromblockes gibt es mehrere Möglichkeiten.There are several options for dividing the power block.

In Fig. 2 ist dargestellt, wie der Ausgangsstromblock in drei Einzelblöcke zerlegt wird. Dies geschieht durch die Entnahme einer Stromzeitfläche der Breite x, = 80+ 10 ausgehend von den Zeitpunkten aus dem Stromblock der Phase R und Uebergabe dieser Flache an die Phasen s und T. Diese Stromzeitflächen sind in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt.FIG. 2 shows how the output current block is broken down into three individual blocks. This is done by taking a current-time area of width x = 80+ 10 based on the points in time from the current block of phase R and transferring this area to phases s and T. These current-time areas are shown in dashed lines in FIG.

Eine andere Möglichkeit, die Oberschwingungen im Statorstrom zu verringern, besteht in der Entnahme einer Stromzeitfläche der Breite #α2 = 5° # 1°, ausgehend von den Zeitpunkten aus dem 1200-Stromblock(mit α 2 = 13° + 3°). Der Vorgang ist in der Fig. 3 dargestellt. Aus dem 1200-Stromblock entstehen fünf Einzelblöcke Durch die Kombination der beiden besprochenen Verfahren erhält man die Aufteilung des Ausgangsstromblockes in sieben Einzelblöcke wie in Fig. 4 dargestellt. Dabei werden der Maschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer sieben Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß dem 1200-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite M = 80 + 10 zu den Zeitpunkten t1 = 1/w 't/6 bzw. Another possibility to reduce the harmonics in the stator current is to take a current-time area of width # α2 = 5 ° # 1 °, based on the points in time from the 1200 current block (with α 2 = 13 ° + 3 °). The process is shown in FIG. 3. Five individual blocks are created from the 1200 current block. By combining the two processes discussed, the output current block is divided into seven individual blocks as shown in FIG. Instead of one current block of 1200 duration, the machine is supplied with seven individual blocks, which are created by adding two current time areas of width M = 80 + 10 to the 1200 current block at the times t1 = 1 / w 't / 6 or

sowie zwei Stromzeitflächen der Breite #α2 = = 7,50 + 1° zu den Zeitpunkten mit α2 = 22,5 +3,50 entnommen werden.as well as two current-time areas of latitude # α2 = = 7.50 + 1 ° at the points in time with α2 = 22.5 +3.50.

Nach diesem Schema ist eine weitere Aufteilung des Stromblockes moglich. Sie wird begrenzt durch die endliche Kommutierungsdauer, bedingt durch die Streuinduktivität der Maschine, den Kommutierungskondensator und die Eigenschaften des Wechselrichters. Die angegebenen Werte für tl bis t4 und de: sowie αi lassen sich dabei innerhalb der angegebenen allgemeinen Grenzen variieren.A further division of the current block is possible according to this scheme. It is limited by the finite commutation time due to the leakage inductance of the machine, the commutation capacitor and the properties of the inverter. The specified values for tl to t4 and de: as well as αi can be within of the given general limits vary.

Bei dem Anlauf eines Traktionsantriebes mit vollem Moment kann man in Abhängigkeit von der Frequenz von den Verfahren mit einer höheren Anzahl von Einzelblöcken auf die mit geringerer Anzahl umschalten. Diese Umschaltungen können durch die günstige Wahl der Winkel α2, #α1 und #α2 so durchgeführt werden, daß sowohl im Grundwellendrehmoment als auch im stark verringerten Pendelmoment sechsfacher Grundfrequenz nur geringe Änderungen auftreten.When starting a traction drive with full torque, you can depending on the frequency of the method with a higher number of Switch individual blocks to those with a lower number. These switchings can carried out by the favorable choice of the angles α2, # α1 and # α2 will, that both in the fundamental shaft torque and in the greatly reduced pendulum torque sixfold basic frequency only small changes occur.

Bezüglich des schaltungstechnischen Aufbaues der Schaltung gemäß Fig. 5 wird auf die eingangs genannte Literaturstelle Kazumo verwiesen.With regard to the circuit design of the circuit according to FIG. 5, reference is made to the Kazumo reference mentioned at the beginning.

Claims (5)

PatentansprücheClaims 1. erfahren zur Steuerung eines selbstgeführten Wechselrichters mit eingeprägtem Strom, an dem eine Drehstrommaschine angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 1200el Dauer in einer Periode und in einer Phase Einzelblöcke zugeführt werden, die unter Ausschnitt von Stromzeitflächen aus dem 120°-Block, symmetrisch zu dessen bei liegender Mittellinie in den Bereichen gebildet werden, wobei tl - den Beginn des 120°-Bezugsblockes, - - die Kreisfrequenz und n - Null bzw. eine beliebige ganze Zahl bezeichnen, und daß die entnommenen Stromzeitflächen wechselweise von den beiden anderen Phasen übernommen werden.1. experience to control a self-commutated inverter with impressed current, to which a three-phase machine is connected, characterized in that the three-phase machine instead of a current block of 1200el duration in a period and in a phase individual blocks are fed, which are cut out from the 120 ° block, symmetrical to its at lying center line in the areas be formed, where tl - the beginning of the 120 ° reference block, - - denotes the angular frequency and n - zero or any whole number, and that the current-time areas taken are alternately taken over by the other two phases. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer drei Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß aus dem 1200-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite #α1 = 80 + 10, beginnend bei wt1 + 2n1r und entommen werden (Fig. 2).2. The method according to claim 1, characterized in that the three-phase machine instead of a current block of 1200 duration, three individual blocks are fed, which arise from the fact that two current time areas of width # α1 = 80 + 10, starting at wt1 + 2n1r from the 1200 current block and can be removed (Fig. 2). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommaschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer fünf Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß dem 1200-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite #α2 = 5° # 1°, beginnend bei und entnommen werden.3. The method according to claim 1, characterized in that the three-phase machine instead of a current block of 1200 duration five individual blocks are fed, which arise from the fact that the 1200 current block two current time areas of width # α2 = 5 ° # 1 °, starting at and can be removed. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschine statt eines Stromblockes von 1200 Dauer sieben Einzelblöcke zugeführt werden, die dadurch entstehen, daß dem 120°-Stromblock zwei Stromzeitflächen der Breite 4Z'1 = 80 + 10, beginnend bei wt1 + 2nf bzw. wt3 = wt1 + 2#( n + 1/3) - #α1 sowie zwei Stromzeitflächen der Breite #α2 = 7,5° # 1° zu den Zeitpunkten entnommen werden (Fig.4).4. The method according to claim 1, characterized in that instead of a current block of 1200 duration, the machine is supplied with seven individual blocks, which are created by the fact that the 120 ° current block has two current time areas of width 4Z'1 = 80 + 10, starting at wt1 + 2nf or wt3 = wt1 + 2 # (n + 1/3) - # α1 and two current-time areas of width # α2 = 7.5 ° # 1 ° at the points in time can be removed (Fig. 4). 5. Verfahren nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Teilungen des 1200-Bezugsstromblockes verschiedenen Drehzahlbereichen eines Antriebes zugeordnet werden.5. The method according to claim 1 and following, characterized in that that the different divisions of the 1200 reference current block different speed ranges assigned to a drive. L e e r s e i t eL e r s e i t e
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