DK174880B1 - Procedure for control of frequency converter for various line voltages and a frequency converter - Google Patents
Procedure for control of frequency converter for various line voltages and a frequency converter Download PDFInfo
- Publication number
- DK174880B1 DK174880B1 DK200101750A DKPA200101750A DK174880B1 DK 174880 B1 DK174880 B1 DK 174880B1 DK 200101750 A DK200101750 A DK 200101750A DK PA200101750 A DKPA200101750 A DK PA200101750A DK 174880 B1 DK174880 B1 DK 174880B1
- Authority
- DK
- Denmark
- Prior art keywords
- frequency converter
- voltage
- frequency
- motor
- current
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
1 DK 174880 B11 DK 174880 B1
Frekvensomformer til forskellige netspændingerFrequency converter for different mains voltages
Opfindelsen vedrører en frekvensomformer, som kan tilsluttes en af flere forskellige netspændinger, samt en fremgangsmåde til hastighedsregulering 5 af en elektromotor ved hjælp af en frekvensomformer.The invention relates to a frequency converter which can be connected to one of a plurality of different mains voltages, and to a method for speed control 5 of an electric motor by means of a frequency converter.
**
Forskelle på netspændingerne i USA og Europa øger fremstillingsomkostningerne på grund af nødvendigheden af produktdifferentiering. Det harderfor i en årrække været kendt at lave frekvensomformere der kan tilsluttes 10 forskellige netspændinger, se fx US 4,656,571.Differences in grid voltages in the United States and Europe increase manufacturing costs due to the necessity of product differentiation. For a number of years it has been known to make frequency inverters that can be connected to 10 different mains voltages, see for example US 4,656,571.
Der opstår imidlertid det problem, at når en frekvensomformer tilsluttes en lavere netspænding end den nominelle netspænding, som frekvensomformeren maksimalt er designet til at kunne klare, så vil strømmen 15 der løber i apparatet skulle øges for at kunne opretholde samme elektriske effekt på motoren. Den høje strøm kan ødelægge frekvensomformeren. For at undgå dette kan frekvensomformeren designes til den høje strøm, men det er en dyr løsning, som også vil kræve mere plads, idet fx mellemkredsspolen bliver større. Der er således behov for en beskyttelse af 20 frekvensomformeren.However, the problem arises that when a frequency converter is connected to a lower mains voltage than the nominal mains voltage which the frequency converter is designed to handle, the current 15 running in the apparatus will have to be increased in order to maintain the same electrical effect on the motor. The high current can damage the frequency converter. To avoid this, the frequency converter can be designed for the high current, but it is an expensive solution which will also require more space, for example the intermediate circuit coil becomes larger. Thus, protection of the frequency converter is needed.
Reduktion af den strøm en frekvensomformer optager er i en anden sammenhæng kendt fra EP 0 431 563 B1. Når belastningen, d.v.s. motoren, der her anvendes i en kompressor i et HVAC-system, trækker for stor strøm, 25 reducerer en styreindretning vekselretterens udgangsfrekvens. Amplituden af strømmen detekteres ved en strømmåling på netsiden, altså før frekvensomformeren. Når udgangsfrekvensen sænkes, falder den strøm, som ensretteren optager fra nettet og herved opnås, at installationen i private hjem beskyttes mod overstrøm. Den beskrevne frekvensomformer er dog ikke 30 beregnet for tilslutning til en af flere forskellige netspændinger. Hvis netspændingen i ’563 falder vil mellemkredsspændingen p.gr.a. den 2 DK 174880 B1 uregulerede ensretning også falde og dermed begrænse det mulige udstyringsområde for motoren.Reduction of the current that a frequency converter receives is known in another context from EP 0 431 563 B1. When the load, i.e. the motor used here in a compressor in an HVAC system draws excessive current, 25 a control device reduces the inverter output frequency. The amplitude of the current is detected by a current measurement on the grid side, ie before the frequency converter. When the output frequency is lowered, the current that the rectifier absorbs from the grid decreases and thereby ensures that the installation in private homes is protected against overcurrent. However, the described frequency converter is not intended for connection to one of several different mains voltages. If the mains voltage in '563 drops, the intermediate circuit voltage due to the 2 DK 174880 B1 unregulated straightening also decrease, thus limiting the possible equipment range of the engine.
En netspændings-selvtilpassende frekvensomformer er beskrevet i førnævnte 5 US 4,656,571. Før ensretteren er der anbragt en spændingsdetektor, som giver information til en styreindretning om netspændingens størrelse.A mains self-adjusting frequency converter is described in the aforementioned US 5,656,571. Prior to the rectifier, a voltage detector is provided which provides information to a control device about the size of the mains voltage.
Styreindretningen indeholder et hukommelseselement, i hvilket er lagret en tabel for hver mulig netspænding. Hver tabel indeholder igen en række U/f-forhold, som på kendt vis er forholdet mellem den af veksel retteren påtrykte 10 motorspænding og motorfrekvens. For at opnå optimal motordrift skal dette forhold holdes konstant. Der er således tabeller indeholdende U/f-forhold for netspændinger på 100V, 115V, 200V og 230V, og frekvensomformerens udgangseffekt reguleres til en konstant værdi ved at vælge de passende U/f-forhold. I denne løsning tilstræbes det at holde mellemkredsspændingen 15 konstant, og til den brug anvendes i indgangskredsløbet en kontaktindretning, der ved tilslutning af apparatet til 115V går over i spændingsfordoblingsmodus, mens kontaktindretningen ved tilslutning til 230V forbliver uændret. Motoren får dermed den samme spænding, men der er den ulempe, at indgangskredsløbet ved 115V netspænding skal trække en større strøm.The control device contains a memory element in which is stored a table for each possible mains voltage. Each table again contains a number of U / f ratios, which in a known manner are the ratio of the 10 motor voltage applied by the inverter to the motor frequency. To achieve optimum engine operation, this ratio must be kept constant. Thus, there are tables containing U / f ratios for mains voltages of 100V, 115V, 200V and 230V, and the output of the frequency converter is adjusted to a constant value by selecting the appropriate U / f ratios. In this solution, the aim is to keep the intermediate circuit voltage 15 constant and for that use a contact device is used which, when connecting the device to 115V, switches to voltage doubling mode while the contact device when connected to 230V remains unchanged. The motor thus gets the same voltage, but there is the disadvantage that the input circuit at 115V mains voltage has to draw a larger current.
20 Hele indgangskredsløbet er nødt til at være dimensioneret til den laveste netspænding, hvilket ved højere netspændinger betyder væsentligt overdimensionerede komponenter. Et videre problem ved denne konstruktion er, at den ikke tager højde for spændinger uden for de normerede værdier.20 The entire input circuit has to be dimensioned to the lowest mains voltage, which means at higher mains voltages substantially oversized components. A further problem with this construction is that it does not take into account voltages outside the normalized values.
Det er således uklart, hvordan styreindretningen vil håndtere et fald i 25 forsyningsspændingen fra 230V til 170V. Her er der ikke nogen trinløs regulering.Thus, it is unclear how the control device will handle a decrease in the supply voltage from 230V to 170V. There is no stepless regulation here.
Fra GB 2,281,825 A kendes en frekvensomformer som bestemmer den aktuelle effektmæssige belastning af et ensrettermodul og sammenligner 30 denne belastning med en kontinuerligt varierende effektgrænse. Herved kan ensrettermodulet beskyttes mod overbelastning.From GB 2,281,825 A a frequency converter is known which determines the current power load of a rectifier module and compares this load with a continuously varying power limit. This allows the rectifier module to be protected against overload.
3 DK 174880 B13 DK 174880 B1
Skriftet nævner imidlertid ikke mulighed for tilslutning til forskellige netspændinger, men den beskrevne konstruktion formodes at kunne virke ved forskellige netspændinger selvom det tilsyneladende ikke har været formålet. Konstruktionen giver imidlertid ikke mulighed for at regulere 5 effektfaktoren.However, the document does not mention the possibility of connection to different mains voltages, but the described construction is supposed to be able to operate at different mains voltages, although this was apparently not the purpose. However, the design does not allow the power factor to be regulated.
Fra EP 0 837 549 kendes en frekvensomformer med en boost konverter mellem ensretter og vekselretter. Man ønsker at løse problemet med ændringer i omdrejningstallet på grund af spændingsudsving i 10 mellemkredsen. Spændingsudsvingene forårsages af skiftevis tænding og slukning af boostkonverteren, fordi styringen skifter mellem en PWM modus, når belastningen er lav, og en PAM modus når belastningen er høj.EP 0 837 549 discloses a frequency converter with a boost converter between rectifiers and inverters. One wants to solve the problem of changes in the speed due to voltage fluctuations in the 10 intermediate circuit. The voltage fluctuations are caused by alternately switching on and off the boost converter because the control switches between a PWM mode when the load is low and a PAM mode when the load is high.
Konstruktionen er i stand til at mestre netspændingsfluktuationer på +/-15%, men skriftet tier helt om hvordan større udsving fra fx 230 V til 170 V 15 håndteres. Det er sandsynligt at det ikke kan håndteres, fordi den større strøm i strømsensoren på netsiden vil blive tolket som større belastning på motorsiden. Ved stor belastning går inverteren over til PAM modus for at kunne yde fuldt moment, men denne tilstand vil ej kunne opretholdes ret længe fordi den store strøm i ensretteren vil kunne ødelægge ensretter og 20 boostkonverter. Frekvensomformeren må stoppes.The design is capable of mastering grid voltage fluctuations of +/- 15%, but the writing is completely silent on how larger fluctuations from eg 230 V to 170 V 15 are handled. It is likely that it will not be handled because the larger current in the power sensor on the grid side will be interpreted as greater load on the motor side. At high load, the inverter switches to PAM mode to provide full torque, but this condition will not be maintained for quite a long time because the large current in the rectifier can destroy rectifiers and 20 boost converter. The drive must be stopped.
På baggrund af det foregående består opgaven i at konstruere en frekvensomformer, som kan tilsluttes en af flere forskellige netspændinger.In view of the above, the task consists of designing a frequency converter that can be connected to one of several different mains voltages.
En videre opgave består i at lave frekvensomformeren driftsikker ved 25 tilslutning til svage net.Another task is to make the frequency inverter reliable at 25 connection to weak networks.
Dette løses ifølge opfindelsen ved en fremgangsmåde som beskrevet i krav 1, ved at en DC/DC konverter er anbragt mellem ensretteren og vekselretteren og reguleres til en udgangsspænding som er konstant under 30 drift ved hver af de flere forskellige netspændinger, at et grænseværdisignal sammenlignes med en eller flere målte eller beregnede parametre, at den maksimale udgangseffekt sænkes af styreindretningen ved at reducere den 4 DK 174880 B1 via veksel retteren genererede frekvens til motoren, og at frekvensomformeren under begrænsningen hastighedsregulerer elektromotoren indenfor et effektområde op til den begrænsede maksimale udgangseffekt.This is solved according to the invention by a method as described in claim 1, in that a DC / DC converter is arranged between the rectifier and the inverter and regulated to an output voltage which is constant during operation at each of the several different mains voltages, that a limit value signal is compared with one or more measured or calculated parameters that the maximum output power is lowered by the control device by reducing the frequency generated to the motor by the inverter, and that the frequency converter, during the limitation, regulates the electric motor within a power range up to the limited maximum output power.
55
Med denne løsning opnås en universelt anvendelig frekvensomformer, der i princippet kan tilsluttes et bredt, kontinuert spektrum af netforsyningsspændinger. Frekvensomformeren tilpasser sig automatisk til den forhåndenværende netspænding ved at begrænse udgangseffekten i 10 afhængighed af den netspænding, som frekvensomformeren tilsluttes. Hvis frekvensomformeren fx er designet til en maksimal nominel netspænding på 230 V, hvilket vil fremgå af motorstyringens specifikationer, vil styreindretningen ved tilslutning til en aktuel netspænding på 115 V sænke udgangseffekten. Mere præcist vil styreindretningen begrænse den 15 maksimale udgangseffekt, så frekvensomformeren flyttes fra ét forventet arbejdspunkt til et andet, hvorefter frekvensomformeren kører videre i det nye arbejdspunkt. Opfindelsen kan bruges både i den situation, hvor frekvensomformeren fra starten tilsluttes et net med lavere nominel spænding, og herefter i resten afdriftsperioden arbejder ved denne 20 spænding, eller den kan bruges, når der undervejs i en driftsperiode sker fald i netforsyningsspændingen. Gennem varigheden af denne lavere spænding er den maksimale udgangseffekt begrænset indtil netforsyningsspændingen atter når op på sin nominelle værdi. Styreindretningen beskytter på denne måde frekvensomformeren mod for høj strøm, og resultatet er en universelt 25 anvendelig motorstyring. Selv om motoren underudnyttes - derates - vil det i mange tilfælde være praktisk for både OEM fabrikanten og slutbrugeren kun at skulle håndtere een type frekvensomformer og motor på lageret.This solution achieves a universally applicable frequency converter, which can in principle be connected to a wide, continuous spectrum of mains voltage. The frequency converter automatically adapts to the existing mains voltage by limiting the output power for 10 depending on the mains voltage to which the frequency converter is connected. For example, if the frequency converter is designed for a maximum rated voltage of 230 V, which will be evident from the motor control specifications, the control device, when connected to a current mains voltage of 115 V, will reduce the output power. More precisely, the control device will limit the maximum output power so that the frequency converter is moved from one expected working point to another, after which the frequency converter continues in the new working point. The invention can be used both in the situation where the frequency converter is initially connected to a grid with lower rated voltage, and then during the rest drift period operates at this voltage, or it can be used when during the operation period a decrease in the mains voltage. Throughout the duration of this lower voltage, the maximum output power is limited until the mains supply voltage reaches its nominal value again. The control device thus protects the frequency converter from excessive current and the result is a universally applicable motor control. Although the motor is under-utilized - derated - in many cases it will be convenient for both the OEM manufacturer and the end user to have to handle only one type of frequency converter and motor in the warehouse.
I princippet kan styreindretningen reducere udgangseffekten med en 30 forudbestemt fast størrelse, hvis den aktuelle netspænding er lavere end den maksimale nominelle netspænding, som frekvensomformeren er udlagt til. Styreindretningen kan da få besked om netspændingens størrelse via en 5 DK 174880 B1 indstilling som brugeren foretager ved ibrugtagning af apparatet. Det er dog foretrukket, at styreindretningen selvstændigt og automatisk tilpasser frekvensomformeren til netspændingen, og styreindretningen indeholder derfor en grænseværdi, som sammenlignes med en eller flere målte eller 5 beregnede motorstyringsparametre, fx ensretterstrømmen. Hvis sammenligningen giver som resultat, at den målte eller beregnede parameter er større end grænseværdien sænkes udgangseffekten.In principle, the control device can reduce the output power by a predetermined fixed size if the current mains voltage is lower than the maximum rated mains voltage to which the frequency converter is applied. The control device can then be notified of the size of the mains voltage via a 5 DK 174880 B1 setting which the user makes when commissioning the device. However, it is preferred that the control device independently and automatically adjusts the frequency converter to the mains voltage, and the control device therefore contains a limit value which is compared with one or more measured or calculated motor control parameters, eg the rectifier current. If the comparison results in the measured or calculated parameter being greater than the limit value, the output power is lowered.
Sænkningen af udgangseffekten kan ske kort efter at frekvensomformeren er 10 tilsluttet nettet. Hvis den målte eller beregnede parameter efter opstarttidens udløb er større end grænseværdien, begrænser styreindretningen frekvensomformerens maksimale udgangseffekt, og holder i princippet denne nye værdi gennem resten af driftsperioden. Ved straks efter start at fastlægge den maksimalt tilladelige udgangseffekt undgås, at styreindretningen under 15 drift skal bruge regnekraft.The output power can be lowered shortly after the frequency converter is connected to the mains. If the measured or calculated parameter after the start-up time is greater than the limit value, the control device limits the maximum output power of the frequency converter, and in principle holds this new value throughout the rest of the operating period. By determining the maximum permissible output power immediately after starting, the control device during operation of 15 shall avoid using computing power.
I stedet for kun at køre med én grænseværdi kan der i en tabel lagres forskellige grænseværdier, blandt hvilke styreindretningen udvælger én på basis af en eller flere målte eller beregnede parametre. Eksempelvis kan 20 størrelsen af grænseværdien variere med temperaturen målt tæt ved halvlederne.Instead of running with only one limit value, different limit values can be stored in a table, among which the control device selects one based on one or more measured or calculated parameters. For example, the magnitude of the limit value may vary with the temperature measured close to the semiconductors.
En særligt nøjagtig formulering af grænseværdien kan opnås ved at lade styreindretningen beregne eller bestemme grænseværdien løbende under 25 drift. Selvom det kræver regnekraft opvejes det af øget performance, fordi frekvensomformeren kommer til at virke i sit optimale arbejdspunkt ved den pågældende netspænding. Med andre ord styres motoren sådan, at den yder den maksimalt acceptable effekt ved en given netspænding.A particularly accurate wording of the limit value can be obtained by having the control device calculate or determine the limit value continuously during operation. Although it requires computing power, it is offset by increased performance, because the frequency converter will work at its optimum operating point at the mains voltage in question. In other words, the motor is controlled to provide the maximum acceptable power at a given mains voltage.
30 Grænseværdien kan med fordel udtrykkes som en strømgrænse, fx som strømmen i en motorfase eller - hvilket er foretrukket - som den strøm der løber efter ensretteren. På grund af sammenhængen mellem motorfrekvens 6 DK 174880 B1 og indgangsstrøm - højere frekvens medfører højere strøm - er det hensigtsmæssigt at lade strømgrænsen være en funktion af motorfrekvensen, eventuelt kombineret med en målt temperatur.The limit value can advantageously be expressed as a current limit, for example as the current in a motor phase or - which is preferred - as the current flowing after the rectifier. Due to the correlation between motor frequency 6 DK 174880 B1 and input current - higher frequency results in higher current - it is advisable to let the current limit be a function of the motor frequency, possibly combined with a measured temperature.
5 Uanset hvilken art grænseværdi der bruges, kan vekselretterens udgangseffekt sænkes ved at reducere motorfrekvensen. Motorfrekvensen er den frekvens, som vekselretteren påtrykker, og står på kendt vis i direkte sammenhæng med motorens omdrejningshastighed. Da effektforbruget for fx en pumpe- eller ventilator-motor er proportionalt med omdrejningstallet i 10 3.potens vil en sænkning af motorfrekvensen slå tydeligt igennem i effektforbruget og dermed i den strøm, som frekvensomformeren trækker.5 No matter what kind of limit value is used, the inverter output power can be lowered by reducing the motor frequency. The motor frequency is the frequency applied by the inverter and is known in a direct manner in direct connection with the engine speed. Since the power consumption of, for example, a pump or fan motor is proportional to the rpm in the 10th power, a lowering of the motor frequency will clearly show through in the power consumption and thus in the current drawn by the frequency converter.
Sænkningen af motorfrekvensen sker ved at danne en frekvensdifferens mellem en ønsket motorfrekvens og et frekvensdæmpningsled, hvor 15 frekvensdæmpningsleddet beregnes ud fra differensen mellem den målte eller beregnede parameter og grænseværdien. Frekvensdifferensen ledes herefter videre til vekselretteren som referencesignal.The lowering of the motor frequency occurs by forming a frequency difference between a desired motor frequency and a frequency attenuation link, where the frequency attenuation link is calculated from the difference between the measured or calculated parameter and the limit value. The frequency difference is then passed to the inverter as a reference signal.
Styringen er fortrinsvist baseret på en U/f-styring, så når frekvensen f skrues 20 ned vil motorspændingen U også falde, fordi det ønskes at forholdet U/f skal holdes konstant for at sikre korrekt magnetisering.The control is preferably based on a U / f control, so that when the frequency f is turned down 20, the motor voltage U will also decrease because it is desired that the ratio U / f must be kept constant to ensure correct magnetization.
Med en lavere motorspænding er der mulighed for at skrue ned for mellemkredsspændingen. Dette tiltag er muligt i den type omformere, der 25 indeholder en regulerbar mellemkredsspænding, fx via et styret ensretterkredsløb. Sænkningen af mellemkredsspændingen har til fordel, at der afsættes mindre varmegenererende elektrisk effekt i mellemkredskomponenteme med lavere termisk belastning til følge.With a lower motor voltage, it is possible to reduce the intermediate circuit voltage. This action is possible in the type of inverters containing an adjustable intermediate circuit voltage, for example via a controlled rectifier circuit. The lowering of the intermediate circuit voltage has the advantage of depositing less heat-generating electrical power in the intermediate circuit components with the resultant lower thermal load.
30 Netspændingen kan måles direkte via en spændingsføler på indgangen til ensretteren, men det er også muligt at få et indirekte udtryk for 7 DK 174880 B1 netspændingens størrelse ved at bruge strømmålere anbragt i frekvensomformerens mellemkreds.30 The mains voltage can be measured directly via a voltage sensor at the input of the rectifier, but it is also possible to get an indirect expression of the size of the mains voltage by using current meters placed in the intermediate frequency of the frequency converter.
De stillede opgaver er endvidere løst med en frekvensomformer 5 som beskrevet i overbegrebet til krav 8 og er kendetegnet ved at en boost konverter anbragt mellem ensretteren og vekselretteren reguleres til at give en udgangsspænding som er konstant under drift ved hver af de flere forskellige netspændinger, at en første grænseværdi sammenlignes med en eller flere målte eller beregnede parametre, at den maksimale udgangseffekt 10 sænkes af styreindretningen ved at reducere den via vekselretteren genererede frekvens til motoren når den målte værdi er større end den første grænseværdi, og at en anden grænseværdi, som er vekselretterens hardwarestrømgrænse, er justerbar under drift af frekvensomformeren samt at et overstrømssignal gives når et strømmålesignal er større end den anden 15 grænseværdi.Furthermore, the set tasks are solved with a frequency converter 5 as described in the preceding paragraph of claim 8 and characterized in that a boost converter arranged between the rectifier and the inverter is regulated to give an output voltage which is constantly operating at each of the several different mains voltages, that a first limit value is compared to one or more measured or calculated parameters, that the maximum output power 10 is lowered by the control device by reducing the frequency generated by the inverter to the motor when the measured value is greater than the first limit value and that a second limit value which is the inverter's hardware current limit is adjustable during operation of the frequency converter and an overcurrent signal is given when a current measurement signal is greater than the other limit value.
I stedet for at anvende en styret ensretter, hvilket typisk anvendes ved fler-fasede netforsyninger, er det på et en-faset net foretrukket at anvende en boostkonverter anbragt efter ensretteren, hvor boostkonverterens udgangsspænding reguleres af styreindretningen.Instead of using a controlled rectifier, which is typically used for multi-phase power supplies, it is preferable to use a boost converter located after the rectifier where the output voltage of the boost converter is regulated by the control device.
20 Boostkonverteren giver power factor control og styring af mellemkredsspænding i ét. Ved at bruge en boostkonverter anbragt mellem ensretter og vekselretter kan en særligt høj effekt faktor opnås.Frekvensomformeren ifølge opfindelsen giver stor fordel de steder, hvor der hersker såkaldt bløde net, d.v.s. øer, hvor netspændingens 25 amplitude er særligt følsom for styrken af den strøm, der trækkes. Hvis man forestiller sig at en frekvensomformer fra teknikkens stade kobles ind mellem en motor og et blødt net, og hvor det bløde net har en lavere spænding end forventet, så vil dette resultere i et øget strømtræk fra nettet, hvilket igen resulterer i et spændingsfald og så videre. Opfindelsen bryder denne negative 30 ' cirkel, idet sænkningen af vekselretterens udgangseffekt forhindrer at netspændingen trækkes yderligere ned. Opfindelsen bidrager på denne vis til øget driftssikkerhed. Ved tillige at indbygge en variabel grænseværdi for 8 DK 174880 B1 overbelastning af frekvensomformeren bliver frekvensomformeren til et ægte adaptivt motordrev, idet det herved også tilpasser sig den tilsluttede motor.20 The boost converter provides power factor control and control of the medium circuit voltage in one. By using a boost converter placed between rectifiers and inverters, a particularly high power factor can be obtained. The frequency converter according to the invention gives great advantage to the places where so-called soft grids exist, i.e. islands where the amplitude of the mains voltage 25 is particularly sensitive to the strength of the current being drawn. If it is envisaged that a frequency converter from the state of the art is connected between a motor and a soft grid, and where the soft grid has a lower voltage than expected, then this will result in an increased current from the grid, which in turn results in a voltage drop and so on. The invention breaks this negative 30 'circle, as lowering the inverter output power prevents the mains voltage from being lowered further. In this way, the invention contributes to increased reliability. By also incorporating a variable limit value for the frequency converter overload, the frequency converter becomes a true adaptive motor drive, thereby also adapting to the connected motor.
Den variable grænseværdi er afhængig af motorens effektstørrelse og/eller den aktuelle motorfrekvens.The variable limit value depends on the motor's power size and / or the current motor frequency.
55
Opfindelsen vil i det følgende blive gennemgået med udgangspunkt i figurerne:The invention will be described in the following with reference to the figures:
Figur 1 viser det elektroniske kredsløb for en frekvensomformer med tilkoblet 10 elektromotorFigure 1 shows the electronic circuit for a frequency converter with 10 electric motor connected
Figur 2 viser et første kurveforløb for effektbegrænsningen over tiden Figur 3 viser et andet kurveforløb for effektbegrænsningen over tiden Figur 4 viser et første udførelseseksempel på en regulator anvendt i opfindelsen 15 Figur 5 viser et andet udførelseseksempel på en regulator anvendt i opfindelsenFigure 2 shows a first curve of the power limit over time Figure 3 shows a second curve of the power limit over time Figure 4 shows a first embodiment of a controller used in the invention 15 Figure 5 shows a second embodiment of a controller used in the invention
Figur 6 viser et tredie udførelseseksempel på en regulator anvendt i opfindelsenFigure 6 shows a third embodiment of a controller used in the invention
Figur 7 viser i diagramform et kredsløb til detektion af overstrøm 20 Figur 8 viser et tidsmæssigt forløb af størrelsen på en overstrøms-grænseværdiFigure 7 shows in diagram form a circuit for detecting overcurrent 20 Figure 8 shows a temporal course of the size of an overcurrent limit value
Frekvensomformeren 1 har en ensretter 2 som er tilsluttet et forsyningsnet 3, der kan have standardspændingerne 115V, 230V eller andre værdier. Ved 25 "nominel spænding" forstås i det følgende den pålydende værdi, mens "aktuel spænding" betyder den virkelige, forhåndenværende spænding.The frequency converter 1 has a rectifier 2 connected to a supply network 3 which can have the standard voltages 115V, 230V or other values. 25 "nominal voltage" is hereinafter referred to as the face value, while "current voltage" means the actual available voltage.
Frekvensomformeren indbygges i en vaskemaskine, og forsyningsnettet er her vist som et en-faset net, men kan i princippet have flere faser. En vekselretter 4 er tilsluttet en tre-faset motor 5, og vekselretteren er styret af en 30 styreindretning 6. Styreindretningen indeholder hukommelseselementer (RAM) og kan være udført som en mikrocontroller, DSP (Digital Signal Processor) eller ASIC (Application Specific Integrated Circuit) med integreret 9 DK 174880 B1 eller med ekstern hukommelse. På kendt vis omformer ensretteren netforsyningens vekselspænding til en jævnspænding, der via veksel retterens effekthalvledere 7, fx IGBT’ere (Insulated Gate Bipolar Transistors), atter omformer jævnspændingen til en vekselspænding på motorledningerne 8. En 5 temperaturmåler 24 er anbragt tæt på effekthalvlederne. En boostkonverter 9 bestående af spole 10, switch 11, diode 12 og kondensator 13 bruges til at regulere mellemkredsspændingen UdC op til en i det væsentlige konstant værdi, så det er muligt at tilslutte ensretteren til en af flere forskellige netspændinger. Styreindretningen 6 måler spændingen før og efter boost 10 konverteren via signalledningerne 15 og 16, og måler strømmen i minusskinnen før og efter boostkonverteren via to målemodstande 20 og 21 samt signalledninger 22 og 23. Switchen 11 er tilsluttet styreindretningen via signalledningen 25. Boostkonverteren har samtidigt til opgave at virke som Power Factor Corrector (PFC), og virker på kendt vis ved at lade strømmen i 15 boostspolen følge den ensrettede netspændings kurveform. Powerfactoren på netforsyningssiden er meget tæt på 1. Istedet for at anvende en boostkonverter er det også muligt at bruge en styret ensretter til at opnå reguleringen af mellemkredsstrømmen, men det er lidt vanskeligere at opnå en høj power factor. En styret ensretter kan fx ved en-faset netforsyning bestå 20 af to eller fire thyristorer, som er tilsluttet styreindretningen.The frequency converter is built into a washing machine, and the supply network is shown here as a single-phase grid, but can in principle have several phases. An inverter 4 is connected to a three-phase motor 5 and the inverter is controlled by a 30 controller 6. The controller contains memory elements (RAM) and can be designed as a microcontroller, DSP (Digital Signal Processor) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit). with integrated 9 DK 174880 B1 or with external memory. In a known manner, the rectifier converts the AC supply voltage to a DC voltage which, via the inverter power semiconductor 7 of the rectifier, eg Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs), converts the DC voltage to an AC voltage of the motor wires 8. A boost converter 9 consisting of coil 10, switch 11, diode 12 and capacitor 13 is used to regulate the intermediate circuit voltage UdC up to a substantially constant value so that it is possible to connect the rectifier to one of several different mains voltages. The control device 6 measures the voltage before and after the boost 10 converter via the signal lines 15 and 16, and measures the current in the negative rail before and after the boost converter via two measuring resistors 20 and 21 and the signal lines 22 and 23. The switch 11 is connected to the control device via the signal line 25. The boost converter simultaneously has task to act as Power Factor Corrector (PFC), and works in a known way by letting the current in the boost coil follow the waveform of the unidirectional voltage. The power factor on the mains supply side is very close to 1. Instead of using a boost converter it is also possible to use a controlled rectifier to achieve the control of the intermediate circuit current, but it is a little more difficult to achieve a high power factor. For example, a controlled rectifier may comprise 20 of four or four thyristors connected to the control device by a single-phase power supply.
Opfindelsen virker på følgende måde. Antages en motorstørrelse på 750 W vil der ved en netspænding un på 230V løbe en netstrøm iN på ca. 4,8 A i indgangsstrøm til ensretteren. Hvis netspændingen i stedet var 115V ville der 25 ved samme motorbelastning løbe en indgangsstrøm på ca. 9,6A for at dække motorens effektkrav. Medmindre ensretter 2 og spole 10 er dimensioneret til dette, vil de enten gå i stykker eller, for spolens vedkommende, generere en meget høj tabsvarme som kan skade den øvrige elektronik. Spolens kerne kan endvidere gå i mætning med tab af selvinduktion til følge. Dette vil 30 forårsage høje spidsstrømme som vil give yderligere øgede tab, der kan ødelægge halvlederne. Netop køling er et stort problem når en frekvensomformer er anbragt i et lukket kammer i en vaskemaskine, og dette 10 DK 174880 B1 problem forstærkes når netspændingen er lavere. Styreindretningen tilpasser nu i en mulig første udførelsesform frekvensomformerens udgangseffekt ved at sammenholde en målt strøm lrec efter ensretteren med en strømgrænseværdi Ι(ίπ1 gældende ved en netspænding på 230V.The invention works as follows. Assuming a motor size of 750 W, at a mains voltage un of 230V, a mains current iN of approx. 4.8 A in input current to the rectifier. If the mains voltage were 115V instead, 25 would have an input current of approx. 9.6A to meet engine power requirements. Unless rectifiers 2 and coil 10 are designed for this, they will either break or, for the coil, generate very high loss heat which can damage the other electronics. The core of the coil can also become saturated with loss of self-induction. This will cause high peak currents which will cause further increased losses that can destroy the semiconductors. Precise cooling is a major problem when a frequency converter is placed in a closed chamber in a washing machine, and this problem is amplified when the mains voltage is lower. In a possible first embodiment, the control device now adjusts the output power of the frequency converter by comparing a measured current lrec according to the rectifier with a current limit value Ι (ίπ1 applicable at a mains voltage of 230V.
5 Styreindretningen regulerer frekvensomformerens udgangseffekt sådan, at strømmen iN på 4,8 A ikke overskrides, og begrænser således den mulige maksimale effektafgivelse fra frekvensomformeren til 375 W. Figur 2 viser denne situation. Til tiden tO starter frekvensomformeren med et loft Pmaxi for den maksimale elektriske effekt på 750 W. I perioden tO til t1, der er en 10 anelse længere end opstartstiden og varer omkring 3 sekunder, detekteres netspændingen eller mellemkredsspændingen og sammenlignes med en i en tabel lagret grænseværdi. Er spændingen lavere end grænseværdien ræsonnerer styreindretningen, at netspændingsforsyningen er lavere end det frekvensomformeren er udlagt til, og begrænser den maksimale 15 udgangseffekt til PmaX2 på 375 W. Denne værdi holdes konstant resten af driftstiden, hvor frekvensomformeren under begrænsningen hastighedsregulerer elektromotoren indenfor effektområdet op til den begrænsede maksimale udgangseffekt Pmax2.5 The control device regulates the output power of the frequency converter so that the current iN of 4.8 A is not exceeded, thus limiting the possible maximum power output from the frequency converter to 375 W. Figure 2 shows this situation. At time tO, the frequency converter starts with a ceiling Pmaxi for the maximum electrical power of 750 W. In the period t0 to t1, which is 10 slightly longer than the start-up time and lasts about 3 seconds, the mains voltage or the intermediate circuit voltage is detected and compared with one stored in a table. limit. If the voltage is lower than the limit value, the control device assumes that the mains supply is lower than the frequency converter laid out, and limits the maximum output power to PmaX2 of 375 W. This value is kept constant for the rest of the operating time during which the frequency converter regulates the electric motor within the power range. limited maximum output power Pmax2.
20 Det er som ovenfor nævnt ikke nødvendigt direkte at måle netspændingens amplitude, idet netspændingens amplitude kan beregnes af styreindretningen ud fra kendskabet til strømmen i ensretteren og fx spændingen i mellemkredsen. Det er heller ikke nødvendigt at kende netspændingens nøjagtige amplitude, idet det er tilstrækkeligt, at der gives en indikation af 25 netspændingens størrelse, og denne indikation kan fx bestå i en strømmåling foretaget umiddelbart efter ensretteren via målemodstand 20. Tidspunktet for begrænsning af udgangseffekten kan enten være kort efter at frekvensomformeren er blevet startet, fx når boostswitchen 11 er begyndt at switche og opladeforløbet på kondensator 13 er overstået og hvor en 30 indikation af netspændingens amplitude er opnået. På dette tidspunkt kan styreindretningen indstille en passende grænseværdi, som gælder for resten af frekvensomformerens driftsperiode. Denne løsning sparer regnekraft. Eller 11 DK 174880 B1 styreindretningen kan som tidligere nævnt løbende under drift overvåge, om grænseværdien overskrides og i så tilfælde sænke den elektriske udgangseffekt.As mentioned above, it is not necessary to directly measure the amplitude of the mains voltage, since the amplitude of the mains voltage can be calculated by the control device from the knowledge of the current in the rectifier and, for example, the voltage in the intermediate circuit. It is also not necessary to know the exact amplitude of the mains voltage, since it is sufficient that an indication of the size of the mains voltage is given, and this indication may for example consist of a current measurement made immediately after the rectifier via measuring resistor 20. The time of limiting the output power can either be shortly after the frequency converter has been started, for example, when the boost switch 11 has started switching and the charging process on capacitor 13 is over and where an indication of the amplitude of the mains voltage is obtained. At this point, the control device can set an appropriate limit value that applies to the rest of the frequency converter operating period. This solution saves computing power. Or, as previously mentioned, the control device can continuously monitor during operation whether the limit value is exceeded and in this case reduce the electrical output power.
5 Den effektbegrænsende mekanisme træder også i kraft når netforsyningsspændingen har udsving. Typisk vil en frekvensomformer være dimensioneret til den nominelle netspænding plus-minus et fluktuations-bånd omkring, fx. 230 V +/-10%. Men ved særligt svage net kan underspændinger ned til fx 180 V forekomme, og her vil indgangsstrømmen stige for at kunne 10 opretholde motorens effektkrav. Styreindretningen vil imidlertid på opfinderisk vis reducere størrelsen af den maksimale udgangseffekt til en for frekvensomformeren akceptabel værdi. Antages en motor på 1500 W tilsluttet, vil der ved nominel netspænding på 230 V løbe ca. 9.5 A i indgangstrinnet. Figur 3 viser den maksimale effektgrænse Pmaxi i perioden tO 15 til t1. Til tiden t1 falder netforsyningen til 180 V, og styreindretningen begrænser udgangseffekten til Pma,<2 på 1200 W, idet grænseværdien er sat til 9,5A. Droslingen af den maksimale udgangseffekt sker i perioden t1 til t2.5 The power limiting mechanism also takes effect when the mains supply voltage fluctuates. Typically, a frequency converter will be sized to the rated mains voltage plus-minus a fluctuation band around, e.g. 230 V +/- 10%. But under particularly weak networks, undervoltages down to, for example, 180 V can occur, and here the input current will increase to be able to maintain the power requirements of the motor. However, the control device will in an inventive way reduce the magnitude of the maximum output power to a value acceptable to the frequency converter. Assuming a motor of 1500 W is connected, at a nominal mains voltage of 230 V, approx. 9.5 A in the input stage. Figure 3 shows the maximum power limit Pmaxi in the period tO 15 to t1. At time t1, the mains supply drops to 180 V and the control device limits the output power to Pma, <2 of 1200 W, setting the limit value to 9.5A. The maximum output power is reduced during the period t1 to t2.
Motorens ydeevne derates, men motoren kører dog istedet for at styreindretningen helt stopper motoren for at beskytte frekvensomformeren.The motor performance is derated, but the motor runs instead of the control device completely stopping the motor to protect the frequency converter.
20 Det svarer til, at den maksimale centrifugeringshastighed i vaskemaskinen nedsættes. Ofte er det for slutbrugeren ligegyldigt, om centrifugeringen sker ved 1100 o/min eller ved 800 o/min. Andre applikationer kan også nævnes, fx et pumpesystem hvor pumpen kører rundt med en lavere hastighed for dog stadig at kunne pumpe vand rundt, eller køleanlæg der fungerer med 25 reduceret kapacitet istedet for helt at stoppe. Tilbage i figur 3 sker der til tiden t2 det, at netforsyningsspændingen stiger en anelse, nemlig til 200V.20 This is equivalent to decreasing the maximum spin speed in the washing machine. Often it does not matter to the end user whether the spin is done at 1100 rpm or at 800 rpm. Other applications may also be mentioned, such as a pump system where the pump is running at a lower speed, but still able to pump water around, or cooling systems that operate at 25 reduced capacity instead of stopping completely. Back in Figure 3, in time t2 it occurs that the mains supply voltage rises slightly, namely to 200V.
Styreindretningen hæver nu grænsen for den maksimale effektgrænse PmaX3 til 1320 W. Dette er mindre end hvad motoren kan klare, men dog en højere effektgrænse end i perioden t1-t2.The control device now raises the limit of the maximum power limit PmaX3 to 1320 W. This is less than what the motor can handle, but a higher power limit than in the period t1-t2.
Figur 4 viser i blokdiagram-form hvordan reguleringsalgoritmen, der begrænser udgangseffekten, kan udføres. Regulatoren vist i figur 4 er en del 30 12 DK 174880 B1 af styreindretningen 6, og ved at reducere motorfrekvensen på baggrund af en måling af ensretterstrømmen begrænses udgangseffekten. Det forudsættes, at mellemkredsspændingen Ude er konstant. Den målte ensretterstrøm lrec midies i et filter 30 og fratrækkes i en subtraktor 31 5 strømgrænseværdien lnm. I en konverteringsenhed 32 omsættes strømafvigelsen til en frekvens, fnm, som er et frekvenssænkningsled og udtrykker den størrelse, som motorfrekvensen skal begrænses med, eksempelvist 10 Hz. Konverteringsenhed 32 indeholderen matematisk overføringsfunktion, men kan også være lavet som en regulator. I en 10 frekvenskonverteringsenhed 33, som indeholder en matematisk overføringsfunktion, omformes frekvensbegrænsningsleddet f|im og den ønskede motorfrekvens fset til et udgangssignal fre{. I sin mest enkle udførelse er konverteringsenheden 33 blot en subtraktor, men udføres fortrinsvist med en filterfunktion til styring af frekvensændringen pr tidsenhed.Figure 4 shows in block diagram form how the control algorithm limiting the output power can be executed. The controller shown in Figure 4 is part 30 of the control device 6 and by reducing the motor frequency on the basis of a measurement of the rectifier current, the output power is reduced. It is assumed that the intermediate circuit voltage Out is constant. The measured rectifier current is measured in a filter 30 and deducted in a subtractor 31 the current limit value lnm. In a conversion unit 32, the power deviation is converted to a frequency, fnm, which is a frequency lowering link and expresses the magnitude with which the motor frequency is to be limited, for example 10 Hz. Conversion unit 32 contains mathematical transfer function, but can also be made as a controller. In a frequency conversion unit 33 which contains a mathematical transfer function, the frequency limiting link f µm and the desired motor frequency fset are converted to an output signal fre {. In its simplest embodiment, the conversion unit 33 is merely a subtractor, but is preferably performed with a filter function to control the frequency change per unit of time.
15 Udgangssignalet fra 33 er referencefrekvensen fref, der føres direkte til en pulsbreddemodulationsenhed 35, som takter halvledeme i vekselretteren 4.The output of 33 is the reference frequency fref which is fed directly to a pulse width modulation unit 35 which beats the semiconductors in the inverter 4.
Endvideres sendes fret ind i en U/f-styreenhed 34, der på baggrund af dette signal og den målte mellemkredsspænding Udo genererer et signal for moduleringsindekset ma, d.v.s. forholdet mellem referencen for 20 motorspændingen og mellemkredsspændingen UdC. Alternativt kunne man bruge dutycyklen D, d.v.s. forholdet mellem halvledemes on-tid og periodetid, men der er i alt tre forskellige dutycykles, en for hver motorvikling, hvilket besværliggør en styring med D. Veksel retterens switchfrekvens er i øvrigt holdt konstant.Furthermore, the fret is sent into a U / f controller 34 which, on the basis of this signal and the measured intermediate circuit voltage Udo, generates a signal for the modulation index ma, i.e. the relationship between the reference of the 20 motor voltage and the intermediate circuit voltage UdC. Alternatively, one could use the dutycycle D, i.e. the ratio of semiconductor on-time to period time, but there are a total of three different duty cycles, one for each motor winding, which makes it difficult to control with D. The inverter's switching frequency is otherwise kept constant.
2525
En anden reguleringsalgoritme til begrænsning af frekvensomformerens udgangseffekt ved lave forsyningsspændinger er vist i figur 5. Også her forudsættes, at mellemkredsspændingen er konstant. Spændingen Urec efter ensretteren måles og udglattes i et filter 40. Signalet ledes derefter ind i en 30 enhed 41, som omsætter spændingen til et effekt-grænseværdisignal Pi!m.Another control algorithm for limiting the output power of the frequency converter at low supply voltages is shown in Figure 5. Here, too, it is assumed that the intermediate circuit voltage is constant. The voltage Urec after the rectifier is measured and smoothed in a filter 40. The signal is then fed into a unit 41, which translates the voltage into a power limit value signal Pi m.
Enheden 41 indeholder en tabel over forskellige størrelser af grænseværdien Piim, hvor spændingen Urec bruges som indgangsnøgle. Denne bør-værdi 13 DK 174880 B1 føres til en subtraktor42, og den fra vekselretteren aktuelt afgivne effekt Ρίην trækkes fra grænseværdien. Den aktuelt afgivne effekt er beregnet i enheden 43 på basis af filtrerede værdier af en målt mellemkredsstrøm ldc. Eventuelt kan der til effektberegningen yderligere medtages en målt 5 mellemkredsspænding Udc. Dette er vist med en stiplet kasse 44, der indeholder et filter. Differensen mellem Pnm og Pjnv ledes derefter ind i en konverteringsenhed 45, som omsætter afvigelsen til en frekvens, f|jm, som udtrykker den frekvensstørrelse, som motorfrekvensen skal begrænses med. Konverteringsenhed 45 er udført som en regulator eller som en 10 overføringsfunktion. Resten af kredsløbet er identisk med figur 4. Effekten Pjnv kunne også beregnes på baggrund af motorspænding og motorstrøm.Unit 41 contains a table of various sizes of the threshold value Piim, where the voltage Urec is used as the input key. This setpoint 13 DK 174880 B1 is fed to a subtractor42, and the current output currently supplied by the inverter Ρίην is subtracted from the limit value. The current output power is calculated in unit 43 on the basis of filtered values of a measured intermediate circuit current ldc. Optionally, a measured 5 intermediate circuit voltage Udc. This is shown by a dotted box 44 containing a filter. The difference between Pnm and Pjnv is then fed into a conversion unit 45 which converts the deviation to a frequency, µm, which expresses the frequency size with which the motor frequency is to be limited. Conversion unit 45 is designed as a regulator or as a transfer function. The rest of the circuit is identical to Figure 4. The power Pjnv could also be calculated on the basis of motor voltage and motor current.
Mens regulatorerne vist i figur 4 og figur 5 virker med udgangspunkt i en fast mellemkredsspænding UdC, som skabes af boostkonverteren, er IS reguleringskredsløbet i figur 6 baseret på en variabel mellemkredsspænding. Mellemkredsspændingen Udc bringes til at variere i takt med forsyningsspændingen ved at styre boostswitchen 11 efter forsyningsspændingens udsving. Herved bruges spændingen efter boostkonverteren som indirekte udtryk for netforsyningens amplitude.While the controllers shown in Figure 4 and Figure 5 operate on the basis of a fixed intermediate circuit voltage UdC created by the boost converter, the IS control circuit in Figure 6 is based on a variable intermediate circuit voltage. The intermediate circuit voltage Udc is caused to vary with the supply voltage by controlling the boost switch 11 according to the fluctuation of the supply voltage. In this way, the voltage after the boost converter is used as an indirect expression of the amplitude of the mains supply.
20 Fordelen ved denne type mellemkreds i stedet for mellemkredsen med konstant spænding er, at mellemkredsspændingen ikke skal boostes højere op end højst nødvendigt. Jo større afstand der er mellem netspændingens RMS-værdi og spændingen i mellemkredsen, des større er tabene. Forsyningsspændingens udsving detekteres ved måling afspændingen Urec.20 The advantage of this type of intermediate circuit instead of the constant voltage intermediate circuit is that the intermediate circuit voltage should not be boosted higher than is necessary. The greater the distance between the RMS value of the mains voltage and the voltage in the intermediate circuit, the greater the losses. The fluctuation of the supply voltage is detected by measuring the voltage Urec.
25 Den variable spænding Udc ledes ind i en konverteringsenhed 50, som omsætter spændingen til en frekvens, f|,m, som udtrykker den størrelse, som motorfrekvensen skal begrænses med. Herefter virker kredsløbet som beskrevet i figur 4 og 5. Alternativt kan frekvensbegrænsningen fijm bestemmes som funktion af moduleringsindekset via konverteringsenhed 51.The variable voltage Udc is fed into a converter unit 50 which converts the voltage to a frequency, µm, which expresses the magnitude by which the motor frequency is to be limited. Thereafter, the circuit operates as described in Figures 4 and 5. Alternatively, the frequency limitation fm can be determined as a function of the modulation index via converter 51.
30 For at vise valgmuligheden er kasserne tegnet stiplet. Hvis netforsyningsspændingen falder og dermed trækker mellemkredsspændingen Udc ned, er det ikke længere muligt at give motoren den korrekte spænding, 14 DK 174880 B1 men ved at reducere motorfrekvensen som funktion af enten moduleringsindekset eller mellemkredsspændingen opnås, at motoren kan tilføres korrekt spænding, og samtidigt er udgangseffekten reduceret som funktion af forsyningsspændingen.30 To show the option, the boxes are dotted. If the mains voltage drops and thus reduces the intermediate circuit voltage Udc, it is no longer possible to give the motor the correct voltage, but by reducing the motor frequency as a function of either the modulation index or the intermediate circuit voltage, the motor can be supplied with the correct voltage, and at the same time the output power reduced as a function of the supply voltage.
55
Vi vender nu tilbage til figur 4 og grænseværdien lnm. Denne grænseværdi kan gøres dynamisk og afhængig af forskellige parametre, herunder temperaturen T målt med temperatursensor 24 (figur 1), og enten lagres som faste værdier i en opslagstabel eller blive kontinuerligt beregnet af 10 styreindretningen under drift.We now return to Figure 4 and the limit value lnm. This limit value can be made dynamic and dependent on various parameters, including the temperature T measured with temperature sensor 24 (Figure 1), and either stored as fixed values in a look-up table or continuously calculated by the control device during operation.
I figur 4 ses endvidere et signal OC som føres ind til pulsbreddemodulationsenheden 35. Dette signal er et overstrøms- eller trip-signal som skal slukke for vekselretteren i tilfælde af, at den absolutte grænse for hvad elektronikken 15 kan tåle nås. Hardware-strømgrænsesignalet OC genereres i teknikkens stade som oftest når en fast strømgrænseværdi overskrides, men strømgrænsen for udkobling kan med fordel gøres variabel og afhængig af motorfrekvensen. Figur 7 viser et kredsløb 60, som genererer overstrømssignalet OC. Kredsløbskomponenteme 61,62,63 og 70 er en del 20 af styreindretningen 6. En referencegenerator 61 danner den variable grænseværdi på baggrund af en eller flere variable, nemlig parametrene A1, A2, An eller S1 ,S2,Sn. A betyder applikations-specifikke parametre såsom en pumpes kvadratiske momentbelastning på motorakslen, mens S betyder styringsparametre såsom motorfrekvens, motortemperatur og 25 vekselrettertemperatur. Disse er angivet med positionsnummer 62. På udgangen 63 leverer reference-generatoren et pulsbreddemoduleret signal med en passende frekvens på eksempelvis 2 kHz. Dutycyklen sættes til 50% hvilket resulterer i en strømgrænse reduceret med 50%. I et lavpasfilter 64 laves PWM signalet om til et jævnspændingssignal loc på indgangen 65 til 30 komparatoren 66. Signalet på indgang 65 repræsenterer den variable grænseværdi. På indgangen 67 står et signal for en aktuel strømmåling, f.x. et signal repræsenterende størrelsen af mellemkredsstrømmen. Et kredsløb 15 DK 174880 B1 68 bestående af ohmske modstande sørger for at strømsignalet altid er normeret - i det konkrete tilfælde svarer 220mV på indgang 67 til den maksimale strøm som kan tillades i veksel retteren. Er signalet i stedet 150mV svarer det til en aktuel strømudlastning af frekvensomformrens effektdel på 5 68,2%. På denne måde behøver styreindretningen ikke at vide hvilken effektstørrelse den pågældende effektdel i frekvensomformeren har. Som vist på figur 7 er normeringskredsløbet lavet ved at parallelkoble to shuntmodstande med målemodstanden i mellemkredsens negative ledning. Målemodstanden er på 18 milliohm, mens shuntmodstandene har forskellig 10 størrelse, virker som spændingsdelere og ligger i området på nogle megaohm. Normeringskredsløbet 68 er fortrinsvist anbragt på printkortet for effektdelen og danner en del af interfacet til styrekortet, når effektdel og styredel skal forbindes elektrisk med hinanden.Figure 4 also shows a signal OC which is fed into the pulse width modulation unit 35. This signal is an overcurrent or trip signal which must switch off the inverter in case the absolute limit of what the electronics 15 can withstand is reached. The hardware current limit signal OC is generated in the state of the art most often when a fixed current limit value is exceeded, but the cut-off current limit can advantageously be made variable and dependent on the motor frequency. Figure 7 shows a circuit 60 which generates the overcurrent signal OC. The circuit components 61,62,63 and 70 are part 20 of the control device 6. A reference generator 61 forms the variable limit value on the basis of one or more variables, namely the parameters A1, A2, An or S1, S2, Sn. A means application-specific parameters such as a pump's square torque load on the motor shaft, while S means control parameters such as motor frequency, motor temperature and inverter temperature. These are indicated by position number 62. At output 63, the reference generator supplies a pulse width modulated signal with a suitable frequency of, for example, 2 kHz. The duty cycle is set to 50% resulting in a current limit reduced by 50%. In a low pass filter 64, the PWM signal is converted to a DC voltage loc at input 65 to comparator 66. The signal at input 65 represents the variable threshold value. At the input 67, a signal indicates a current current measurement, e.g. a signal representing the magnitude of the intermediate circuit current. A circuit 15 DK 174880 B1 68 consisting of ohmic resistors ensures that the current signal is always normalized - in this case 220mV at input 67 corresponds to the maximum current that can be allowed in the inverter. If the signal is 150mV instead, it corresponds to a current current discharge of the frequency converter of 5 68.2%. In this way, the control device does not need to know the power size of the relevant power part of the frequency converter. As shown in Figure 7, the norming circuit is made by connecting two shunt resistors with the measuring resistor in the negative circuit of the intermediate circuit. The measurement resistance is 18 milliohm, while the shunt resistors have different size 10, act as voltage dividers and are in the range of some megaohm. The rating circuit 68 is preferably located on the circuit board for the power section and forms part of the interface for the control board when the power section and control section are to be electrically connected to each other.
15 Normeringskredsløbet betyder for fabrikanten af frekvensomformere, at det samme printkort indeholdende styredel kan bruges til effektdele af forskellig størrelse. Når jævnspændingssignalet på indgang 65 overskrider strømmålesignalet på indgang 67 går komparatorens udgang OC på ledning 69 høj og indikerer "overstrøm", hvorefter styreindretningen 6 tager beslutning 20 om, hvorvidt frekvensomformeren skal slukkes eller ej. Den variable strømgrænse loc udtrykkes fortrinsvist som funktion af den aktuelle motorfrekvens fref samt eventuelt en eller flere af motorens elektriske størrelser. Disse parametre - A1 ,A2,An og S1 ,S2,Sn i figur 5 - kan være motorens elektriske effekt eller motorens nominelle strøm, som kan fås 25 direkte ved aflæsning fra motorskiltet. Alternativt kan motorkomponenterne statormodstand, rotormodstand og induktanser såsom hovedfeltsinduktans og spredningsselvinduktans indgå i fastlæggelsen af strømreferencekarakteristikken. På baggrund af disse parametre kan referencegenerator 61 direkte aflæse eller beregne sig frem til størrelsen af 30 den motor, der kobles på frekvensomformeren, og herudfra bestemme hvilken grænseværdi der skal gælde. Med andre ord tilpasser referencestrømgeneratoren 61 adaptivt strømgrænsen loc til motoren, så der 16 DK 174880 B1 kan sættes forskellige størrelser motorer på den samme frekvensomformer.15 The rating circuit means for the frequency converter manufacturer that the same circuit board containing the control part can be used for power components of different sizes. When the DC signal at input 65 exceeds the current measurement signal at input 67, the comparator output OC on line 69 goes high and indicates "overcurrent", after which control device 6 decides whether or not to turn off the frequency converter. The variable current limit loc is preferably expressed as a function of the current motor frequency fref and optionally one or more of the motor's electrical sizes. These parameters - A1, A2, An and S1, S2, Sn in Figure 5 - may be the motor's electrical power or the motor's nominal current, which can be obtained directly from the motor plate reading. Alternatively, the motor components may include stator resistance, rotor resistance and inductances such as main field inductance and spreading cell inductance in determining the current reference characteristic. On the basis of these parameters, reference generator 61 can directly read or calculate the size of the motor coupled to the frequency converter, and from this determine the limit value to apply. In other words, the reference current generator 61 adaptively adjusts the current limit loc to the motor so that different sizes of motors can be set on the same frequency converter.
Det gælder særligt det tilfælde, hvor en effektmæssigt mindre motor skal tilsluttes en effektmæssigt større frekvensomformer. Brugeren skal således ikke ind og efterjustere strømgrænsen, det klarer frekvensomfomneren 5 automatisk. Information om motorens størrelse kan indgives af brugeren selv, enten via et tastatur, en seriel kommunikationsforbindelse, jumpers eller via dip-switches anbragt ab fabrik på styrekortet, hvor hver dip-switch angiver en motorstørrelse. Det er dog særligt foretrukket, at styreindretningen via frekvensomformeren selv udmåler motorens elektriske parametre og bruger 10 denne information til at danne grænseværdien loc· Udmåling af motorens elektriske størrelser før idrifttagning er kendt, og sker ved injektion af DC og AC-signaler i statorviklingerne.This is especially true in the case where a power smaller motor must be connected to a higher power frequency converter. Thus, the user does not have to adjust and adjust the current limit, it automatically manages the frequency converter 5. Information on the size of the motor can be provided by the user himself, either via a keyboard, a serial communication connection, jumpers or via dip switches placed ex works on the control board, where each dip switch indicates a motor size. However, it is particularly preferred that the control device via the frequency converter itself measures the motor's electrical parameters and uses this information to generate the limit value loco. Measurement of the motor's electrical sizes before commissioning is known, and is done by injecting DC and AC signals into the stator windings.
Den variable strømgrænse på indgang 65 i figur 7 kan af 15 referencegeneratoren også indstilles på baggrund af den for applikationen typiske belastningskurve. Et hukommelseslager 70 indeholder en tabel over sammenhørende strømgrænseværdier og belastningskurven.The variable current limit on input 65 in Figure 7 can also be set by the reference generator on the basis of the load curve typical of the application. A memory store 70 contains a table of associated current limit values and the load curve.
Endvidere kan referencegeneratoren variere strømgrænsen under opstart af 20 motoren. Figur 8 viser et karakteristisk forløb af strømgrænsen loc fra start og et tidsrum ind i driftsforløbet. Via en dip-switch på styrekortet er strømgrænsen sat til l0ci ► som passer til en bestemt størrelse motor. Frekvensomformeren er i virkeligheden i stand til at yde en langt større strøm, men motoren er af en mindre effektklasse. I perioden t0-t1 hæver 25 referencegeneratoren 61 grænseværdien til loc2 for at tillade den større startstrøm at passere uden at der forårsages udkobling. Til tiden t1 sænker referencegeneratoren igen strømgrænsen til loci· Til tiden t2 stiger omgivelsestemperaturen, hvilket medfører højere varmebelastning af elektronikkomponenteme, og derfor sænkes strømgrænsen yderligere til I0c3· 30 Sænkningen i perioden t2 til t3 kan ske trinvist eller gradvist. En fordel ved at bruge den variable strømgrænse er således, at grænseværdien loc ikke skal dimensioneres efter startstrømmen, og det muliggør en nøjagtigere detektion 17 DK 174880 B1 af opstående fejlsituationer. Den overstrøm, som en blokeret rotor genererer, kan ligge omkring startstrømmens amplitude, og vil i tilfælde af en fast strømgrænse omkring startstrømsniveauet fejlagtigt ikke blive fortolket som en fejlsituation.Furthermore, the reference generator may vary the current limit during the startup of the engine. Figure 8 shows a characteristic course of the current limit loc from the start and a period of time into the operation course. Via a dip switch on the control board, the current limit is set to l0ci ► which fits a specific size motor. The frequency converter is in fact capable of providing a much larger current, but the motor is of a smaller power class. In the period t0-t1, the reference generator 61 raises the limit value to loc2 to allow the larger starting current to pass without causing shutdown. At time t1, the reference generator again lowers the current limit to loci · At time t2, the ambient temperature rises, which results in higher thermal load of the electronic components, and therefore the current limit is further lowered to I0c3 · 30 The lowering in the period t2 to t3 can occur stepwise or gradually. An advantage of using the variable current limit is such that the limit value loc does not have to be dimensioned after the starting current, and this allows for more accurate detection of arising fault situations. The overcurrent generated by a blocked rotor may be around the amplitude of the starting current and, in the case of a fixed current limit around the starting current level, will not erroneously be interpreted as an error situation.
55
Efter i det foregående at have behandlet dannelsen af overstrømssignalet OC på baggrund af en variabel strøm-grænseværdi vender vi nu tilbage til begrænsning af udgangseffekten i tilfælde af lav netspænding.Having previously dealt with the formation of the overcurrent signal OC on the basis of a variable current limit value, we now return to limiting the output power in case of low mains voltage.
10 Begrænsningen af udgangseffekten sker som tidligere beskrevet ved at styreindretningen 6 sænker motorfrekvensen, hvilket gøres ved - over forbindelsen 14 - at ændre forholdet mellem puls-pause tiden på effekthalvlederne i vekselretteren 4. Da der foretages en U/f-styring reguleres også motorspændingen ned. Det betyder, at man samtidig kan sænke 15 mellemkredsspændingen Ude for at undgå en unødig boost af mellemkredsspændingen. Begrænsningen kan således ske ved at kombinere frekvenssænkningen med mellemkreds-spændingssænkningen, idet motorens krav til motorspænding falder med faldende motorfrekvens. Mellemkredsspændingen kan sænkes ved at sænke det gennemsnitlige puls-20 pause forhold på boostswitchen 11 som funktion af frekvensomformerens udgangseffekt.10 The limitation of the output power is as previously described by the control device 6 lowering the motor frequency, which is done by - over the connection 14 - changing the ratio of the pulse-pause time on the power semiconductors in the inverter 4. As a U / f control is carried out, the motor voltage is also reduced. . This means that at the same time you can lower the 15 mid-circuit voltage Away to avoid an unnecessary boost of the mid-circuit voltage. The limitation can thus be achieved by combining the frequency lowering with the mid-circuit voltage lowering, as the motor's demand for motor voltage decreases with decreasing motor frequency. The intermediate circuit voltage can be lowered by lowering the average pulse-20 break ratio on the boost switch 11 as a function of the output power of the frequency converter.
Ved at reducere det maksimale loft for udgangseffekten beskyttes frekvensomformerens indgangstrin mod for stor strøm. Motorens 25 omdrejningstal reguleres efter hvilken netspænding der er til rådighed på frekvensomformerens indgang. Motoren vil dermed ikke kunne yde det samme moment som ved tilslutning til en højere netspænding, men denne nedgang i ydeevne tages naturligvis i betragtning af OEM-fabrikanten ved systemdimensioneringen.Reducing the maximum output power ceiling protects the frequency converter input stage from excessive current. The speed of the motor 25 is regulated according to the mains voltage available on the frequency converter input. The motor will therefore not be able to deliver the same torque as when connecting to a higher mains voltage, but this reduction in performance is of course taken into account by the OEM manufacturer in the system design.
Der er i det foregående beskrevet en universelt anvendelig frekvensomfomner. På netsiden tilpasser frekvensomformeren sig den 30 18 DK 174880 B1 tilrådighedstående netspænding ved at begrænse den maksimale udgangseffekt, mens frekvensomformeren på motorsiden tilpasser sig motoren ved at variere grænseværdien for overstrømssignalet efter motorens størrelse, motorfrekvensen eller den belastning, der er tilkoblet motorakslen.A universally applicable frequency converter has been described above. On the grid side, the frequency converter adjusts to the available mains voltage by limiting the maximum output power, while the frequency converter on the motor side adjusts to the motor by varying the limit value of the overcurrent signal according to the size of the motor, the frequency or the load connected to the motor.
55
Claims (11)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK200101750A DK174880B1 (en) | 2001-11-23 | 2001-11-23 | Procedure for control of frequency converter for various line voltages and a frequency converter |
| PCT/DK2002/000785 WO2003044939A1 (en) | 2001-11-23 | 2002-11-21 | Frequency converter for different mains voltages |
| CNA2007100072917A CN101005267A (en) | 2001-11-23 | 2002-11-21 | Frequency converter for different mains voltages |
| EP02785100A EP1446869A1 (en) | 2001-11-23 | 2002-11-21 | Frequency converter for different mains voltages |
| AU2002350428A AU2002350428A1 (en) | 2001-11-23 | 2002-11-21 | Frequency converter for different mains voltages |
| CNB028232798A CN100334802C (en) | 2001-11-23 | 2002-11-21 | Frequency converter for different mains voltages |
| US10/495,854 US7221121B2 (en) | 2001-11-23 | 2002-11-21 | Frequency converter for different mains voltages |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK200101750A DK174880B1 (en) | 2001-11-23 | 2001-11-23 | Procedure for control of frequency converter for various line voltages and a frequency converter |
| DK200101750 | 2001-11-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DK200101750A DK200101750A (en) | 2002-11-21 |
| DK174880B1 true DK174880B1 (en) | 2004-01-19 |
Family
ID=8160853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DK200101750A DK174880B1 (en) | 2001-11-23 | 2001-11-23 | Procedure for control of frequency converter for various line voltages and a frequency converter |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101005267A (en) |
| DK (1) | DK174880B1 (en) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5659575B2 (en) * | 2010-06-22 | 2015-01-28 | 株式会社リコー | Multi-phase converter |
| DE102012005854B4 (en) * | 2012-03-22 | 2024-01-11 | Diehl Aerospace Gmbh | Electrical supply device |
| CN103825504B (en) * | 2012-11-16 | 2018-02-06 | 中山大洋电机股份有限公司 | A kind of blower motor |
| DE102012024400A1 (en) | 2012-12-13 | 2014-06-18 | Wabco Gmbh | Compressor for the production of compressed air, compressed air supply system, pneumatic system and method for operating a compressor |
| CN103475243B (en) * | 2013-09-09 | 2016-06-22 | 泓芯泰业科技(北京)有限公司 | A kind of control system and method for inverter |
| CN105024560A (en) * | 2015-08-05 | 2015-11-04 | 哈尔滨工业大学 | Automatic conversion device of alternating current power supply |
| CN105099322B (en) * | 2015-08-05 | 2018-02-02 | 广东美的制冷设备有限公司 | The electric current limit frequency method and device of convertible frequency air-conditioner |
| KR101783121B1 (en) * | 2016-01-18 | 2017-09-28 | 엘에스산전 주식회사 | Inverter |
| CN105515473B (en) * | 2016-01-26 | 2018-11-23 | 珠海格力电器股份有限公司 | A kind of current control method and device of DC fan |
| CN106452102B (en) * | 2016-11-10 | 2018-08-14 | 成都信息工程大学 | A kind of frequency converter |
| WO2018188027A1 (en) * | 2017-04-13 | 2018-10-18 | 深圳市海浦蒙特科技有限公司 | Control method and control system for multi-speed multi-power electric motor |
-
2001
- 2001-11-23 DK DK200101750A patent/DK174880B1/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-11-21 CN CNA2007100072917A patent/CN101005267A/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101005267A (en) | 2007-07-25 |
| DK200101750A (en) | 2002-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7221121B2 (en) | Frequency converter for different mains voltages | |
| US5825642A (en) | Power supply apparatus | |
| CN108292902B (en) | Hybrid drive circuit and control method for variable speed induction motor system | |
| US5969498A (en) | Induction motor controller | |
| DK174880B1 (en) | Procedure for control of frequency converter for various line voltages and a frequency converter | |
| JP3784243B2 (en) | Engine drive power generator | |
| WO2004070928A1 (en) | Digital power supply controller for power factor correction | |
| JP6511514B2 (en) | Motor drive | |
| US20190058426A1 (en) | System and method for operating a pumped storage power plant with a double fed induction machine | |
| JP2010239736A (en) | Power conversion apparatus | |
| US9853587B2 (en) | System for operating a three-phase variable frequency drive from an unbalanced three-phase or single-phase AC source | |
| CN105556816A (en) | Power conversion device and power conversion device control method | |
| RU2615492C1 (en) | Power conversion device | |
| WO2010098084A1 (en) | Power factor correction circuit with overcurrent protection | |
| JP6219907B2 (en) | Inverter control device | |
| KR100376902B1 (en) | Refrigerator | |
| JP2009273241A (en) | Power supply unit | |
| KR20110054476A (en) | Apparatus and method for controlling single-phase induction motor | |
| US11239769B2 (en) | Thyristor starter | |
| JP2010259211A (en) | Automatic voltage regulator of ac generator | |
| KR101549864B1 (en) | Apparatus and method for controlling single-phase induction motor | |
| KR101537708B1 (en) | Apparatus and method for controlling single-phase induction motor | |
| DK174828B1 (en) | Frequency converter for electric motor speed control has controller that enables connection to wide range of mains voltages | |
| JP2020096498A (en) | Motor control system and electrical apparatus | |
| JP6506447B2 (en) | Motor drive |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PBP | Patent lapsed |
Effective date: 20141130 |