FI116337B - Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi - Google Patents

Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI116337B
FI116337B FI20031869A FI20031869A FI116337B FI 116337 B FI116337 B FI 116337B FI 20031869 A FI20031869 A FI 20031869A FI 20031869 A FI20031869 A FI 20031869A FI 116337 B FI116337 B FI 116337B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
voltage
modulation
vector
current
frequency converter
Prior art date
Application number
FI20031869A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI20031869A (fi
FI20031869A0 (fi
Inventor
Samuli Heikkilae
Panu Virolainen
Marko Hinkkanen
Original Assignee
Abb Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Abb Oy filed Critical Abb Oy
Priority to FI20031869A priority Critical patent/FI116337B/fi
Publication of FI20031869A0 publication Critical patent/FI20031869A0/fi
Priority to US11/010,568 priority patent/US7190599B2/en
Priority to EP04106635A priority patent/EP1553692B1/en
Priority to DE602004022126T priority patent/DE602004022126D1/de
Priority to AT04106635T priority patent/ATE437472T1/de
Publication of FI20031869A publication Critical patent/FI20031869A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI116337B publication Critical patent/FI116337B/fi

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

116337
Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi
Keksinnön tausta Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä.
5 Liikeanturiton vektorisäätö on vakioratkaisuksi muotoutumassa ole va tapa ohjata taajuusmuuttajalla syötettyjä sähkömoottorikäyttöjä. Se tarjoaa riittävän suorituskyvyn valtaosaan sovelluksista ilman nopeustakaisinkytken-nän aiheuttamia haittoja, joita ovat esimerkiksi takaisinkytkentään käytettävän enkooderin kustannus, asennus- ja kaapelointikustannukset, sekä huollot ja 10 korjaukset.
Tyypillisesti liikeanturiton vektorisäätö perustuu kahden tai kolmen taajuusmuuttajan lähtövaihevirran mittaukseen. Mittaus toteutetaan esimerkiksi Hall-ilmiöön perustuvilla virtamuuntimilla, jolloin menetelmän kustannukset, tilantarve ja komponenttien lukumäärä ovat suuria etenkin pienitehoisten taa-15 juusmuuttajien yhteydessä. Yksinkertaistamalla virtamittausta voidaan saavuttaa säästöjä niin kustannuksissa, tilantarpeessa kuin komponenttien lukumäärässäkin, mutta haasteeksi muodostuu säätömenetelmän suorituskyvyn säilyttäminen.
Vektorisäädössä lasketaan ohjearvo jännitevektorille siten, että ; 20 saadaan aikaiseksi tietty sähkömagneettinen tila ohjattavalle moottorille. Jänni- , ·, teohje määrittää modulointijakson aikana tarvittavan jännitevektorin suunnan ja ,· ·. suuruuden. Näiden tietojen perusteella modulaattori laskee kytkinohjeet, eli * 1 7,’; kunkin tehokytkimen asentojen käyttöajat modulointijaksossa. Kolmivaiheisen * * .. . taajuusmuuttajan vaihtosuuntausosa käsittää kolme kytkinparia, joista kukin » · « 25 kytkinpari on kytketty sarjaan taajuusmuuttajan jännitevälipiirin positiivisen ja ··*' negatiivisen kiskon välille. Kytkinparien välinen piste muodostaa vaihtosuun taajaan vaihelähdön, jolloin jokainen vaihe voi tuottaa lähtöön joko välipiirin • · i positiivisen tai negatiivisen jännitteen.
Vektorisäädön tapauksessa on totuttua ajatella kytkimien muodos-:·, 30 tamaa lähtöjännitettä kompleksitasoisena jännitevektorina. Kytkinpareilla voi- daan muodostaa kuusi nollasta poikkeavaa jännitevektoria, jotka sijaitsevat kompleksitasossa 60 asteen vaihesiirrossa keskenään siten, että kytkemällä V-i vaiheen A lähtö positiiviseksi ja muiden vaiheiden B, C lähdöt negatiivisiksi saadaan jännitevektori +-, joka sijaitsee kompleksitason positiivisen reaaliak-35 selin suuntaisesti, kuten kuviossa 1 on esitetty. Vastaavalla tavalla merkitään muita jännitevektoreita, esimerkiksi jännitevektori -+- on se vektori, joka saa- 116337 2 daan kun vaiheen B lähtö on kytkettynä jännitevälipiirin positiiviseen kiskoon ja muiden vaiheiden A, C lähtö negatiiviseen kiskoon. Kolmivaiheisen taajuus-muuttajan yhteydessä voidaan tuottaa 8 jännitevektoria, joista kaksi on nolla-vektoreita +++ tai jotka saadaan aikaan kytkemällä kaikkien lähdöt joko po-5 sitiiviseen kiskoon (+++) tai negatiiviseen kiskoon Vektorisäädössä jänni-teohje toteutetaan laskemalla se aika, minkä kunkin kytkinkombinaation tulee olla käytössä jänniteohjeen saavuttamiseksi modulointijakson aikana.
Kuviossa 2 esitetyssä perinteisessä kolmivaihemoduloinnissa kytkentöjä suoritetaan jokaisessa kolmesta vaiheesta kunkin modulointijakson ai-10 kana. Modulointijakso alkaa yhdestä nollavektorista ja päättyy samaan nolla-vektoriin käyden modulointijakson keskellä toisessa nollavektorissa.
Yksinkertaisin nykyisin kuviteltavissa oleva virranmittaus vekto-risäädön toiminnan varmistamiseksi on välipiirin positiivisessa tai negatiivisessa kiskossa kulkevan virran mittaaminen. Tämä DC-virranmittaus voidaan ιοί 5 teuttaa esimerkiksi välipiirin kiskoon sijoitetulla shunttivastuksella, jonka yli jäävä jännite on verrannollinen kiskossa kulkevaan virtaan. Välipiirin kautta kulkee kaikki virta taajuusmuuttajan vaihtosuuntausosalle, jolloin välipiirin virran mittaamisella saadaan tietää kullakin hetkellä kuormalle menevän yhden vaiheen virta. Yksinkertaisuuden ja siitä seuraavan edullisuuden, vähäisen tilantarpeen 20 ja pienen komponenttimäärän lisäksi DC-virranmittaus mahdollistaa oikosul-V: kusuojauksen toteuttamisen ilman ylimääräistä mittauselektroniikkaa.
DC-virran mittauksen kannalta edellä esitetty perinteinen kolmivai-. hemodulointimenetelmä on ongelmallinen, sillä niin modulointijakson alussa ja lopussa kuin sen keskelläkin on käytössä nollavektori, jonka aikana DC-virta , , 25 on suuruudeltaan nolla eikä sisällä vaihevirtainformaatiota. Vaihevirtainformaa- ‘ ,!f tion saamiseksi olisi DC-virran näytteistyksen tapahduttava modulointi- indeksistä riippuvalla - ja siten modulointijaksosta toiseen vaihtuvalla - ajan-hetkellä, jolloin nollasta eroava jännitevektori olisi käytössä ja vaihevirtainfor-; : maatiota siten olemassa, mikä olisi käytännön toteutuksen kannalta ongelmal- 30 lista. Virranmittaus voidaan myös toteuttaa siten, että DC-virtaa näytteistetään suurella taajuudella luottaen siihen, että tarpeellinen määrä vaihevirtoja saa-daan mitattua luotettavuuden säilymiseksi. Tällainen menetelmä vaatii kuiten-.· ( kin lukuisten näytteiden ottamista ja merkittävää prosessointikapasiteettia näi- • den näytteiden kohdistamiseksi eri vaiheiden virroiksi esimerkiksi kytkinasento- 35 jen perusteella.
116337 3
Keksinnön lyhyt selostus Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, joka ratkaisee yllä esitetyn ongelman, ja mahdollistaa taajuusmuuttajan virtatiedon määrittämisen aikaisempaa yksinkertaisella tavalla. Tämä tarkoitus saavute-5 taan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisella menetelmällä. Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaatimusten kohteena.
Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kolmivaiheisen taajuus-muuttajan vaihtosuuntausosan lähdön kytkimiä moduloidaan kaksivaiheisesti, 10 jolloin ennalta määrättyyn sijaintiin modulointijaksoon voidaan tuottaa nollavek-torista poikkeava jännitevektori. Edelleen vaihtamalla modulointijaksossa käytettävää nollavektoria saadaan mitattua varmuudella kahden vaiheen DC-virtatieto. Tämä mahdollistaa luotettavan tavan kahden vaihevirran mittaamiseen tarvittavan usein myös erittäin pienillä taajuusmuuttajan lähtötaajuuksilla. 15 Kaksivaiheisella moduloinnilla tarkoitetaan sitä, että yhden modulointijakson aikana ainoastaan kahden lähtövaiheen kytkinten tilaa muutetaan tavoitellun jännitevektorin aikaansaamiseksi kolmannen vaiheen kytkinasennon ollessa koko modulointijakson ajan samana.
Keksinnön menetelmän etuna on se, että kaksivaihemodulointia 20 hyödynnettäessä joko modulointijakson alussa ja lopussa tai sen keskellä on v * käytössä nollavektorista poikkeava jännitevektori ja yhden vaihevirran mittaa- : minen on siten mahdollista. Kaksivaihemodulointi antaa siis mahdollisuuden • · > :Y: yhden vaihevirran mittaamiseen kunkin modulointijakson aikana vakiona pysy- väliä modulointijaksoon sidotulla ajanhetkellä. Edelleen, toteuttamalla keksin-25 nön menetelmän mukainen nollavektorin vaihto, on mahdollista määrittää kah- • » Y ·, den vaiheen vaihevirrat.
• »
Kuvioiden lyhyt selostus i Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh- teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: 30 Kuvio 1 esittää jännitevektoritähteä; » . ·· , Kuvio 2 esittää tavanomaista kolmivaihemodulointikuviota;
Kuvio 3 esittää kaksivaiheista modulointikuviota; • » : Kuvio 4 esittää periaatteellista kuvausta taajuusmuuttajan vaih- tosuuntausosasta; 35 Kuvio 5 esittää kaksivaiheista modulointikuviota; 116337 4
Kuvio 6 esittää kaksivaiheista modulointikuviota, joka toteuttaa saman keskimääräisen jännitevektorin kuin kuvion 5 modulointikuvio hyödyntäen vastakkaista nollajännitevektoria;
Kuvio 7 esittää kaksivaiheista modulointikuviota; 5 Kuvio 8 esittää kaksivaiheista modulointikuviota, joka toteuttaa sa man keskimääräisen jännitevektorin kuin kuvion 7 modulointikuvio hyödyntäen vastakkaista nollajännitevektoria; ja
Kuvio 9 esittää esimerkkiä säätöjärjestelmästä, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan hyödyntää.
10 Keksinnön yksityiskohtainen selostus
Kuviossa 4 on esitetty kolmivaiheisen taajuusmuuttajan vaihtosuun-tausosa periaatteellisella tasolla. Vaihtosuuntausosa käsittää jännitevälipiirin Udc ja taajuusmuuttajan lähdön muodostavat tehokytkinparit. Nämä kytkinparit on kytketty sarjaan jännitevälipiirin positiivisen + ja negatiivisen - kiskon välille, 15 jolloin kunkin kytkinparin keskipiste muodostaa taajuusmuuttajan vaiheen A, B, C lähdön.
Keksinnön menetelmän mukaisesti muodostetaan jännitevektoriohje lähdön tehokytkimille siten, että ainoastaan kahta kytkinparia moduloidaan yhden modulointijakson aikana. Modulointijaksolla tarkoitetaan aikajaksoa, joka 20 muodostaa keskimääräisen vaihtosuuntaajan kytkentätaajuuden. Toisin sanot-tuna modulointijakson aikana lähtöön muodostetaan keskimääräinen jännite-vektori säätöpiirin ylemmältä tasolta saadun ohjeen mukaisesti. Jännitevektori *·’'* muodostetaan sinänsä tunnetulla tavalla käyttämällä kuviossa 1 esitettyjä vek- M < I i toreita.
♦ ♦ · • I · • ·' 25 Keksinnön mukaisesti edelleen ohjataan mainittua kahta kytkinparia toteuttamaan jänniteohjevektorin modulointijakson aikana käyttäen yhtä nolla-vektoria. Kuviossa 3 on esitetty esimerkki kaksivaihemodulaation yhdestä mo-; : : dulointijaksosta, jossa kytkentöjä suoritetaan siis ainoastaan kahdessa vai- heessa. Kuvion esimerkkitapauksessa vaiheiden A ja B kytkinparien tilaa muu-./ 30 tetaan negatiivisesta positiiviseksi ja edelleen negatiiviseksi. Modulaatiojakson *... alussa lähdön kytkimet toteuttavat jännitevektorin —, eli nollavektorin, jonka ’;·* aikana taajuusmuuttajan välipiirin kautta ei kulje virtaa kytkinten läpi kuormalle.
\ A vaiheen kytkennän jälkeen lähdön jännitevektori muuttuu vektoriksi +-- ja ·:*·· edelleen B vaiheen kytkennän jälkeen vektoriksi ++-. Tämä kytkinasento on 35 käytössä myös modulointijakson keskellä. Tämän hetken jälkeen vektorikuvio toistuu symmetrisenä modulointijakson keskipisteen suhteen modulointijakson 116337 5 loppuun. Kuten kuviosta 3 huomataan, vaiheen C tila ei muutu lainkaan koko modulointijakson aikana.
Kuviossa 2 on esitetty perinteinen kolmivaiheinen modulointikuvio. Tämän modulointikuvion tuottama modulointijakson aikainen keskimääräinen 5 jännitevektori vastaa kuvion 3 kaksivaiheisen moduloinnin tuottamaa jännite-vektoria. Kuvion 2 kuviosta käy ilmi, että modulointijakson keskellä on jännite-vektorina nollavektori +++, kun taas vastaavan keskimääräisen jännitevektorin tuottavan kuvion 3 modulointikuvion keskellä on jännitevektori ++-, jolloin jänni-tevälipiirin DC-virtana voidaan mitata virta iDC = -ie, eli vaiheen C virta negatii-10 visena.
Keksinnön mukaisesti edelleen mitataan taajuusmuuttajan jännite-välipiirin virtaa ennalta määrätyllä hetkellä modulointijaksossa. Kuviossa 4 on esitetty periaatteellisella tasolla taajuusmuuttajan vaihtosuuntausosan rakenne, josta ilmenee virtojen kulkeminen kuvion 3 modulointijakson keskellä, eli 15 jännitevektorin ++- aikana. Kuvion 4 nuolet osoittavat, että välipiirin virta kulkee vaiheiden A ja B kautta kuormaan, ja edelleen kuorman läpi vaiheen C alahaaran kautta takaisin välipiiriin. Koska kaksivaihemodulaatiota käyttämällä voidaan määrittää tarkalleen hetki, jona nollavektori ei ole käytössä, saadaan kuorman yhden vaiheen virta mitattua täsmällisesti. Tämä mainittu määritettä-20 vä hetki on täysin riippumaton sekä tuotettavan keskimääräisen jännitevektorin suuruudesta että suunnasta.
φ . Virran mittaus jännitevälipiiristä suoritetaan ennalta määrättynä het- kenä. Tämä ennalta määrätty hetki on edullisesti modulointijaksoon sidottu ja • · » modulointijakson keskellä. Näin esimerkiksi kuvion 3 tapauksessa saadaan mi- » » , 25 tattua vaihevirta. Modulointikuviota voidaan toki muuttaa siten, että tarvittava • · » virtainformaatio voidaan mitata jollain muulla modulointijaksoon sidotulla het- • · ’···’ kellä. Tällainen hetki on esimerkiksi modulointijakson alku tai loppu, eli yhden modulointijakson vaihtumishetki seuraavaksi modulointijaksoksi. i Keksinnön mukaisesti edelleen vaihdetaan aktiivisesti taajuusmuut-
I t I
30 tajan käytön aikana modulointijaksoissa käytettäviä nollavektoreita. Koska taa-juusmuuttajan lähdön kaikista vaiheista on saatava virtainformaatio säädön ’···. kannalta tarpeeksi usein, tulee keksinnön mukaisesti vaihtaa käytettävä nolla- vektori säännöllisesti modulointijaksojen välillä. Nollavektorin vaihtaminen ei •V i vaikuta modulointijakson aikana saavutettavan keskimääräisen jännitevektorin 35 suuruuteen, vaan kaikki jännitevektorit on mahdollista toteuttaa kaksivaiheisella moduloinnilla käyttäen kumpaa hyvänsä nollajännitevektoria +++ tai —. Nol- 116337 6 lavektorin vaihtamisen ansiosta modulointikuvio muuttuu, ja samalla muuttuu se jännitevektori, joka on käytössä ennalta määrätyllä virranmittauksen hetkellä. Erityisesti pienillä lähtöjännitteen taajuuksilla on tärkeää suorittaa nollavek-torin vaihtaminen tarvittavan virtainformaation saamiseksi käyttäen DC-5 virtamittausta. Nollavektorin vaihtaminen on sinänsä tunnettua vaihtosuuntaajien yhteydestä. Tätä tekniikkaa käytetään esimerkiksi komponenttihäviöiden tasaamiseen pienillä pyörimisnopeuksilla ja hilaohjaimien bootstrap-kondensaattoreiden varauksen ylläpitämiseen.
Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty kaksivaiheiset modulointikuviot, jotka to-10 teuttavat saman keskimääräisen jännitevektorin modulointijakson aikana. Kuvion 5 modulointikuviossa käytetään nollavektoria --- modulointijakson alussa ja lopussa. Modulointijakson keskellä on käytössä jännitevektori ++-, jonka aikana välipiiristä voidaan mitata virta -ie- Kuviossa 6 puolestaan käytetään mo-dulointikuviota, jossa nollavektorina on vektori +++. Tällöin modulointijakson 15 keskellä on käytössä jännitevektori +-. Jännitevektorin +-- aikana mitattu väli-piirin virta vastaa virtaa ia, eli A vaiheen lähtövirtaa. Näin kuvioissa 5 ja 6 esitetyllä tavalla keksinnön menetelmä mahdollistaa kahden eri vaiheen virran mittaamisen vaihtaen aktiivisesti käytettävää nollavektoria. Kaikkien kolmen vaiheen virtanäytteet saadaan mitattua jännitevektoriohjeen siirtyessä sektorien 20 välillä. Kaikkien kolmen vaiheen virtatiedon saaminen ei kuitenkaan ole välttä-: mätöntä säädetyn käytön toiminnan takaamiseksi.
. Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty peräkkäiset modulointijaksot, jotka to- teuttavat saman keskimääräisen jännitteen modulointijaksojen aikana käyttäen ,‘7: eri nollavektoreita. On huomattava, että siirryttäessä kuviosta 5 kuvioon 6 tulee 25 kaikkien kytkinten tilaa muuttaa samanaikaisesti. Tämä ei luonnollisesti ole 7,7 toivottava tilanne, sillä kytkinten yhtäaikaiset kääntämiset saattavat aiheuttaa *···' ongelmia. Kuvioissa 7 ja 8 on esitetty ratkaisu, jossa nollavektorin vaihtaminen suoritetaan siten, että ainoastaan yhtä kytkinparia ohjataan.
• » : Kuvio 7 esittää kuviota 5 vastaavan modulointikuvion, josta on kek- 30 sinnön mukaisesti tarkoitus siirtyä modulointikuvioon, jossa käytetään vastak- :7 kaista nollajännitevektoria. Tällaisen nollavektorin muodostava modulointikuvio » * # \... on esitetty kuviossa 8, jossa vaiheen A kytkin on koko modulointijakson ylä- eli + -asennossa. Vaiheen B kytkintä ohjataan ensimmäiseksi ja viimeiseksi, en-:.' i nen modulointijakson keskikohtaa, vaiheen C kytkintä. Kuvion 8 modulointiku- 35 vion muodostama modulointijakson aikainen jännitevektori vastaa kuvion 7 muodostamaa jännitevektoria ja käytössä on eri nollavektori kuin kuvion 7 mo- 116337 7 duloinnissa. On huomattava, että muodostettaessa modulointikuvio kuvion 8 esittämällä tavalla, nollavektori sijaitsee modulointijakson keskellä. Näin ollen modulointijakson alussa ja lopussa on nollasta poikkeava jännitevektori.
Koska vaihdettaessa nollavektoria modulointijaksojen välillä kuviois-5 sa 7 ja 8 esitetyllä tavalla muuttuu sen ajanhetken sijainti, jolloin virtainformaa-tio on mitattavissa, on edullista mitata DC-virtaa kahdesti yhden modulointijakson aikana, eli modulointijakson alussa/lopussa ja keskellä. Toisin sanoen virran näytteistystaajuudeksi saadaan kaksinkertainen modulointijakson taajuus. Tällöin saadaan todellisia relevantteja virtanäytteitä sekä epärelevantteja näyt-10 teitä. Näistä virtanäytteistä on kuitenkin yksinkertaista poimia ne näytteet, jotka kuvastavat todellista vaihevirran suuruutta. Kuvion 8 mukaisessa modulointi-kuviossa nollavektori +++ sijaitsee keskellä modulointijaksoa. Vastaavalla tavalla kuvion 7 nollavektori — sijaitsee modulointijakson alussa ja lopussa. Tämän tiedon perusteella on yksinkertaista ohjelmallisesti valita oikeaa mittaus-15 tietoa sisältävä näyte. On kuitenkin huomattava, että kuviossa 7 ja 8 on esitetty vain eräs suoritusmuoto. On mahdollista sijoittaa nollavektorit myös toisin päin modulointijaksoon, eli vektori +++ modulointijakson alkuun/loppuun ja vektori -- jakson keskelle.
Toinen edullinen vaihtoehto relevanttien virtatietojen saamiseksi on 20 muuttaa näytteenottohetkeä nollavektorista riippuen. Tällöin käytettävä nolla-*. vektori määrää ajanhetket, joina relevantti virtatieto on saatavissa, ja mittauk- , ·. set voidaan suorittaa ainoastaan tällaisina hetkinä.
Edelleen on huomioitava keksinnön mukaisen menetelmän yhtey- * ; · \ dessä, jossa nollavektoria vaihdetaan, että relevanttia mittaustietoa ei välttä- 25 mättä saada siirryttäessä modulointijaksosta toiseen, mikäli käytettävää nolla-
• t I
: *' vektoria muutetaan samassa jaksonvaihdoksessa. Keksinnön edullisen suori- tusmuodon mukaisesti käytettävää nollavektoria vaihdetaan kahden modulointijakson välein tai harvemmin, eli samaa nollajännitevektoria käytetään kah-·,· j dessa tai useammassa perättäisessä modulointijaksossa. Myös tämä seikka 30 tulee ottaa huomioon DC-virtamittauksen tuloksien käsittelyssä siten, että vir-ranmittauksen sattuessa nollavektorin vaihdon ja modulointijakson vaihdon yh-*... teyteen ei virranmittauksen tulosta ole syytä käyttää. Nollajännitevektorin vaih- taminen voidaan toteuttaa myös siten, että vaihtaminen suoritetaan muuttuvan modulointijaksomäärän jälkeen. Nollavektorin vaihtamisen kriteerinä voi tällöin •: * *: 35 toimia esimerkiksi lähdön jännitteen taajuus. Taajuuden ollessa pieni, jolloin toimitaan pitkäaikaisesti samassa jännitesektorissa tulee vaihdon tapahtua tar- 116337 8 peeksi usein, jotta kahdesta vaihevirrasta saadaan mittaustieto. Kun taas taajuus on suurempi ja jännitesektorin vaihtuessa useammin, nollajännitevektoria voidaan vaihtaa harvemmin tai sen aktiivinen vaihtaminen voidaan jopa lopettaa. Keksinnön mukaisesti toimien nollavektoria voidaan vaihdella varsin eri ta-5 voin. Pääasiana on, että nollavektoria vaihdellaan tarvittavan usein pienillä taajuuksilla, jotta virtatieto saadaan ainakin kahdesta vaiheesta, ja että samaa nollavektoria käytetään ainakin kahden modulointijakson ajan peräkkäin virta-tiedon oikeellisuuden takaamiseksi.
Kuviossa 9 esitetään estimoituja moottorivirtoja hyödyntävä säätö-10 menetelmä, jossa virtaestimaatit muodostetaan esimerkiksi invertterin kyt-kinasentojen Sa, Sb, Se, mitatun välipiirijännitteen Udc ja moottoriparametrien avulla sinänsä tunnetulla tavalla. Koska moottoriparametreihin ja mitattui-hin/tunnettuihin suureisiin sisältyy virhettä, on saatavia virtaestimaatteja korjattava mitatun virtatiedon avulla. Tämä mitattu virtatieto tuotetaan keksinnön 15 mukaisella menetelmällä. Tämä menetelmä onkin edullinen käytettäväksi esimerkiksi häiriöisessä ympäristössä tai hyödynnettäessä suorituskyvyltään heikkoa virranmittauslaitteistoa, sillä menetelmä on mittauksia suoraan hyödyntävää säätömenetelmää tunteettomampi erilaisille mittauksiin liittyville häiriöille.
20 Kuvion 9 esimerkki on sinänsä tunnettu säätömenetelmä, jossa vuosäätäjä 91 saa tuloonsa vuon ohjearvon ψΓβί ja havaitsijan 95 määrittämän . vuon oloarvon ψ301- Vuosäätäjän lähdöstä saadaan ohjearvo virran vuohon vai- kutiavalle eli d-suuntaiselle komponentille id.ref- Vastaavalla tavalla nopeussää-tö 92 tuottaa ohjeen virran poikittaiselle komponentille iq, ref kulmanopeuden oh-' 25 jearvon ωΓθί ja havaitsijan määrittämän oloarvon roact perusteella.
Nämä virran ohjearvot id.ref, iq, ref syötetään virtasäätäjään 93 yhdes-:sä havaitsijan 95 määrittämän virran oloarvon iact kanssa. Virtasäätäjä 93 tuottaa lähtöönsä jänniteohjeen uref, joka toimii ohjeena modulaattorille 94 kyt-
» I
j.j : kinohjeiden Sa, Sb, Sc muodostamiseksi. Kuvion 9 modulaattoria 94 toteuttaa 30 keksinnön mukaista menetelmää, joten vaihevirroista saadaan näytteitä, joiden :.j perusteella havaitsija korjaa virran oloarvon iact suuruutta. Havaitsijan moottori- I 1 · parametrien, kytkinohjeiden ja välipiirin jännitteen avulla laskettua virran oloar-von suuruutta iact voidaan korjata näytteiden perusteella, jotka kuvion 9 suori- • · :.‘*i tusmuodossa saadaan lohkosta 96, esimerkiksi joko suoraan korvaamalla ha- 35 vaitsijan laskema virran suuruus näytteen suuruudella tai painottamalla näytteitä tietyllä painokertoimella ja korjaamalla siten havaitsijan määrittämää arvoa.
9 116337
Virtahavaitsijan toiminnan kannalta on oleellista, että virtanäyte on saatu menetelmän mukaisesti joko modulointijakson alussa / lopussa tai keskellä. Jos virtanäyte otettaisiin satunnaisella ajanhetkellä modulointijaksossa, kuten edellä esitettyjen perinteisien menetelmien yhteydessä on tapana, niin 5 sen avulla ei voitaisi suoraan korjata estimoitua virtaa, sillä estimoitu virta edustaa normaalisti hetkellisvirtaa joko modulointijakson alussa, keskellä tai lopussa.
Esitetty virranmittausmenetelmä soveltuu erityisen hyvin käytettäväksi yllä esitetyn esimerkinomaisen säätöperiaatteen kanssa, sillä suhteelli-10 sen harvoin ja keskenään eriaikaisesti eri vaiheille saatavat mittaukset riittävät estimaatteja hyödyntävän säädön tarpeisiin.
Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella patenttivaatimusten puit-15 teissä.
» . » • t * I * ( > > I * k I >

Claims (7)

10 1 1 6337
1. Menetelmä kolmivaiheisen taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi, taajuusmuuttajan käsittäessä jännitevälipiirin ja taajuusmuuttajan lähdön muodostavat kolme tehokytkinparia, jossa parin muodostavat tehokyt- 5 kimet on kytketty sarjaan jännitevälipiirin positiivisen ja negatiivisen kiskon välille, jolloin kunkin kytkinparin keskipiste muodostaa taajuusmuuttajan vaiheen lähdön, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää taajuusmuuttajan käytön aikana vaiheet, joissa muodostetaan jänniteohjevektori lähdön tehokytkimille siten, että ai-10 noastaan kahta kytkinparia moduloidaan yhden modulointijakson aikana, ohjataan mainittua kahta kytkinparia toteuttamaan jänniteohjevektori modulointijakson aikana käyttäen yhtä nollavektoria, mitataan taajuusmuuttajan jännitevälipiirin virtaa ennalta määrätyllä hetkellä modulointijaksossa, ja 15 vaihdetaan aktiivisesti taajuusmuuttajan käytön aikana modulointi- jaksoissa käytettäviä nollavektoreita.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa nollavektoreiden vaihtaminen aktiivisesti taajuusmuuttajan käytön aikana käsittää vaiheen, jossa vaihdetaan 20 käytettävää nollavektoria kahden tai useamman modulointijakson välein.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennalta määrätty hetki modulointijaksossa on modulointijakson keskellä.
4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu : Y: 25 siitä, että ennalta määrätty hetki modulointijaksossa on modulointijakson alus- ; sa/lopussa.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • » että menetelmä käsittää vaiheen, jossa mitataan jännitevälipiirin virtaa kahdella • t ennalta määrätyllä hetkellä modulointijaksossa. . . 30 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheen, jossa jännitevälipiirin virtaa mitataan käytet-tävästä nollavektorista riippuvalla ajanhetkellä.
7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää lisäksi vaiheen, jossa . 35 määritetään mittaushetkellä käytetty jännitevektori, jolloin mitattu ’· jännitevälipiirin virta kohdistetaan määritetyn jännitevektorin perusteella tietyksi • •II» vaihevirraksi. 11 1 1 6357
FI20031869A 2003-12-19 2003-12-19 Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi FI116337B (fi)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20031869A FI116337B (fi) 2003-12-19 2003-12-19 Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi
US11/010,568 US7190599B2 (en) 2003-12-19 2004-12-14 Method for determining output currents of frequency converter
EP04106635A EP1553692B1 (en) 2003-12-19 2004-12-16 Method for determining output currents of frequency converter
DE602004022126T DE602004022126D1 (de) 2003-12-19 2004-12-16 Verfahren zur Ausgangsstrombestimmung eines Frequenzumrichters
AT04106635T ATE437472T1 (de) 2003-12-19 2004-12-16 Verfahren zur ausgangsstrombestimmung eines frequenzumrichters

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20031869A FI116337B (fi) 2003-12-19 2003-12-19 Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi
FI20031869 2003-12-19

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20031869A0 FI20031869A0 (fi) 2003-12-19
FI20031869A FI20031869A (fi) 2005-06-20
FI116337B true FI116337B (fi) 2005-10-31

Family

ID=29763562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20031869A FI116337B (fi) 2003-12-19 2003-12-19 Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7190599B2 (fi)
EP (1) EP1553692B1 (fi)
AT (1) ATE437472T1 (fi)
DE (1) DE602004022126D1 (fi)
FI (1) FI116337B (fi)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1936794A2 (en) 2006-12-21 2008-06-25 Vacon Oyj Current measuring arrangement of a frequency converter
US8350506B2 (en) 2009-04-02 2013-01-08 Vacon Oyj Frequency converter start-up

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602006015897D1 (de) * 2006-01-23 2010-09-16 Abb Oy Verfahren zum Starten von Pulsbreitmodulation
EP1944860B9 (en) 2007-01-12 2010-10-20 ABB Oy A method for sensorless estimation of rotor speed and position of a permanent magnet synchronous machine
ITVA20070008A1 (it) * 2007-01-17 2008-07-18 St Microelectronics Srl Metodo e relativo dispositivo per stimare valori assunti in un certo istante da una corrente circolante in un avvolgimento di un carico elettrico polifase
ATE515101T1 (de) * 2008-04-24 2011-07-15 Abb Oy Verfahren und anordnung in verbindung mit einem brems-chopper
IT1392130B1 (it) * 2008-11-03 2012-02-22 Eden Technology Srl Dispositivo di sterzatura automatica per carrelli semoventi di sollevamento e trasporto manufatti.
US8120306B2 (en) * 2009-01-05 2012-02-21 GM Global Technology Operations LLC Voltage source inverter with a voltage offset
US8503207B2 (en) * 2010-09-29 2013-08-06 Rockwell Automation Technologies, Inc. Discontinuous pulse width drive modulation method and apparatus for reduction of common-mode voltage in power conversion systems
FR2975843B1 (fr) * 2011-05-23 2013-05-17 Renault Sa Procede de commande des interrupteurs d'un redresseur de courant connecte a un chargeur embarque.
DE102012210667A1 (de) 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechselrichters
CN104737439B (zh) * 2012-08-22 2018-11-13 开利公司 使用充电电路进行空间向量脉宽调制开关的***和方法
US9054586B2 (en) 2013-03-15 2015-06-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Methods and apparatus for continuous and discontinuous active rectifier boost operation to increase power converter rating
US9236828B1 (en) 2014-07-03 2016-01-12 Rockwell Automation Technologies, Inc. Methods and power conversion system control apparatus to control IGBT junction temperature at low speed
US9318976B1 (en) 2014-10-30 2016-04-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Adjustable PWM method to increase low speed starting torque and inverter voltage measurement accuracy
WO2018233822A1 (en) * 2017-06-21 2018-12-27 Abb Schweiz Ag CURRENT REGULATION BASED ON A MODEL OF A TRIMONOPHASE POWER CONVERTER
US10784797B1 (en) 2019-06-19 2020-09-22 Rockwell Automation Technologies, Inc. Bootstrap charging by PWM control
JP7390881B2 (ja) 2019-12-11 2023-12-04 富士フイルムヘルスケア株式会社 電力変換装置及びｘ線画像撮影装置、モータードライブ装置
US11336206B2 (en) 2020-09-23 2022-05-17 Rockwell Automation Technoligies, Inc. Switching frequency and PWM control to extend power converter lifetime

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0669305B2 (ja) * 1986-03-05 1994-08-31 サンケン電気株式会社 インバータによるモータ制御装置
US5309349A (en) 1992-09-22 1994-05-03 Industrial Technology Research Institute Current detection method for DC to three-phase converters using a single DC sensor
DK172570B1 (da) 1995-01-23 1999-01-25 Danfoss As Vekselretter og fremgangsmåde til måling af vekselretterens fasestrømme
FI106231B (fi) * 1996-02-13 2000-12-15 Abb Industry Oy Invertterijärjestely
WO2002031952A1 (en) 2000-10-13 2002-04-18 Solectria Corporation Improved distribution of space-vector pwm conduction losses
US6735537B2 (en) 2002-03-15 2004-05-11 Motorola, Inc. Procedure for measuring the current in each phase of a three-phase device via single current sensor
US20060071627A1 (en) * 2002-03-28 2006-04-06 Ho Eddy Y Y Motor current reconstruction via DC bus current measurement
NL1020601C2 (nl) * 2002-05-15 2003-11-27 Gti Electroproject B V Werkwijze en inrichting voor het sturen van een elektrische belasting aangesloten op een meerfasen schakelbare DC/AC-frequentie-omzetter.
GB0213098D0 (en) 2002-06-07 2002-07-17 Trw Ltd Motor control device
JP3864307B2 (ja) * 2002-06-12 2006-12-27 株式会社安川電機 Ｐｗｍインバータ制御装置および制御方法
US6984953B2 (en) * 2003-01-20 2006-01-10 International Rectifier Corporation Method and apparatus for reconstructing motor current from DC bus current
US7061134B2 (en) * 2003-08-01 2006-06-13 General Motors Corporation Method and system for improved thermal management of a voltage source inverter operating at low output frequency utilizing a zero vector modulation technique

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1936794A2 (en) 2006-12-21 2008-06-25 Vacon Oyj Current measuring arrangement of a frequency converter
US8350506B2 (en) 2009-04-02 2013-01-08 Vacon Oyj Frequency converter start-up

Also Published As

Publication number Publication date
EP1553692A3 (en) 2005-08-03
US7190599B2 (en) 2007-03-13
ATE437472T1 (de) 2009-08-15
EP1553692A2 (en) 2005-07-13
FI20031869A (fi) 2005-06-20
US20050152165A1 (en) 2005-07-14
DE602004022126D1 (de) 2009-09-03
EP1553692B1 (en) 2009-07-22
FI20031869A0 (fi) 2003-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI116337B (fi) Menetelmä taajuusmuuttajan lähdön virtojen määrittämiseksi
EP1944860B1 (en) A method for sensorless estimation of rotor speed and position of a permanent magnet synchronous machine
KR100766449B1 (ko) 상전류검출방법 및 장치
KR101368707B1 (ko) 다상 전기 시스템에서의 전류 측정 방법 및 장치
CN107005194B (zh) 多绕组电动机驱动控制装置
Shukla et al. Improved multilevel hysteresis current regulation and capacitor voltage balancing schemes for flying capacitor multilevel inverter
US6580247B2 (en) Motor control device
US7187155B2 (en) Leakage inductance saturation compensation for a slip control technique of a motor drive
US10498283B2 (en) Motor drive device
Marčetić et al. Improved three-phase current reconstruction for induction motor drives with DC-link shunt
Wolbank et al. Current-controller with single DC link current measurement for inverter-fed AC machines based on an improved observer-structure
US7474069B2 (en) Circuit for using the sign transitions of a motor phase and a motor phase back EMF currents to control PWM
KR102549052B1 (ko) Pwm 제어 인버터에 의해 공급되는 회전식 다상 전기 기계의 위상 전류들을 결정하는 방법
Liao et al. Modelling and simulation of a stand-alone induction generator with rotor flux oriented control
Samygina et al. Extended algorithm of electrical parameters identification via frequency response analysis
CN103780183B (zh) 利用静止时间补偿控制变流器的方法和变流器装置
Gregor et al. Predictive-fixed switching frequency technique for 5-phase induction motor drives
Becker et al. Straightforward current control–One step controller based on current slope detection
JPH01270793A (ja) Ｐｗｍ制御における電流制御装置
US11404990B2 (en) Method for operating an electric synchronous machine
KR20050052348A (ko) 교류 전동기의 제어 장치
Song et al. A study of position sensorelss control for IPMSM having non-sinusoidal inductance spatial distribution based on pattern matching method
US20230402942A1 (en) Power conversion device
JP3925903B2 (ja) 永久磁石型発電機に接続したｐｗｍコンバータの制御回路
Wolbank et al. Sensorless control of induction machines by combining fundamental wave models with transient excitation technique

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 116337

Country of ref document: FI

PC Transfer of assignment of patent

Owner name: ABB SCHWEIZ AG

MM Patent lapsed