FI87281C

FI87281C - Foerfarande foer definiering av statorfloedets estimat i en elektrisk maskin

Info

Publication number: FI87281C
Application number: FI896166A
Authority: FI
Inventors: Anders Hindsberg; Ilpo Ruohonen
Original assignee: Abb Stroemberg Drives Oy
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1989-12-21
Publication date: 1992-12-10
Also published as: FI87281B; GB2239320B; GB9026910D0; FI896166A; JPH06225575A; DE4041197A1; GB2239320A; US5162727A; FI896166A0

Description

87281

Menetelmä sähkökoneen staattorivuon estimaatin määrittämiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää sähkökoneen staat-5 torivuon estimaatin määrittämiseksi, jossa menetelmässä määritetään sähkökoneen ottama staattorivirta i , s sähkökoneen staattoriin syötetty jännite u ,

S

sähkökoneen staattoriresistanssin estimaatti 10 Rsest' sähkökoneen staattorivuon estimaatti aika- integraalina staattoriin syötetyn jännitteen us ja staat-torivirran i ja staattoriresistanssin estimaatin Rgest tulon erotuksesta, jolloin sähkökoneen staattoriresis-15 tanssin estimaatti Rsest määritetään korjaamalla staatto riresistanssin estimaatin alkuarvoa tai muuta aikaisempaa arvoa staattorivirran i staattorivuon estimaatin ilmavälivuon estimaatin Φ. . tai roottorivuon estimaatin "öest s 5 r -rest suuntaisen virtakomponentin i^ , i^ , i^ perus-20 teella.

Sähkökoneen staattorikäämeihin muodostuva vuo voidaan tunnetusti määrittää laskemalla staattorikäämeihin syötetyn jännitteen aikaintegraali. Vuota muodostava jännite ei kuitenkaan ole suoraan käämin napoihin syötetty 25 jännite us, vaan tästä staattorin resistiivinen jännite- häviö R i vähentämällä saatava jännite e .

s — s _s e = u - R i (1) -s —s s — s v 30 Staattoripuolen vuota määrättäessä on siis tunnet tava vuota muodostavan ja häviöihin kuluvan jännitteen osuus syöttöjännitteestä. Kun staattorivirta mitataan ja jännite Ohmin lain mukaan on virran ja resistanssin tulo, niin ainoaksi tuntemattomaksi jää enää staattoripiirin 35 resistanssi. Estimoitu staattorivuo saadaan näin ollen 2 87281 kaavasta 4sest " f <as - Rsest is> dt <2> 5 jossa isest on estimoitu staattorivuo ug on staattorijännite i on staattorivirta

Rsest on estimoitu staattoriresistanssi Sähkökoneen toimiessa vakiovuon alueella koneen 10 perustaajuus w on suurin piirtein suoraan verrannollinen

S

syöttöjännitteeseen ug. Jännitteen tehollisarvo on siksi pienillä taajuuksilla pieni ja suurilla taajuuksilla suuri. Koska häviöjännite ei kuitenkaan riipu taajuudesta vaan ainoastaan staattoriresistanssista ja -virrasta, 15 niin häviöjännitteen suhteellinen osuus syöttöjännittees tä kasvaa syöttötaajuuden pienentyessä. Tästä seuraa, että staattoriresistanssin vaikutus on hyvin voimakas pienillä taajuuksilla ja sen arvo on siksi tunnettava sitä tarkemmin mitä pienemmällä jännitteellä konetta syö-20 tetään.

Sähkökoneen kehittämä momentti määräytyy vuon ja virran ristitulosta. Staattorivuota ja -virtaa hyväksi käyttäen momentti voidaan esittää muodossa 25 T = k1*s x ig (3) jossa T on koneen kehittämä sähköinen momentti k^ on vakiokerroin Φ on staattorivuo —s 30 i on staattorivirta —s

Koneen momentin estimaatti Tegt saadaan vastaavasti käyttämällä estimoitua vuota *sesj- ja staattorivirtaa ^s' 35 Test = V*sest X As <4> 3 B72B1

Oheisten piirustusten kuviossa 1 esitetty osoitin-diagrammi havainnollistaa sitä vaikutusta, jonka virhe staattoriresistanssin estimaatin Rses^. arvossa aiheuttaa sähkökoneen kehittämän momentin estimaattiin Tes^· Jos 5 kaavan (1) estimoitu staattoriresistanssi Rsest on pienempi kuin todellinen arvo Rg, niin todellisen staattori-virran i ja -vuon Φ välinen kulma on pienempi kuin staattorivirran ja estimoidun -vuon isest välinen kulma, jolloin todellinen kehittyvä momentti T on pienempi kuin 10 säätöjärjestelmän laskema momentti Test· Sähkökone ei siis kehitä haluttua momenttia. Mitä pienempi syöttöjännite on sitä suuremmaksi ero lasketun ja toteutuneen momentin välillä kasvaa.

Toistaiseksi hyvää menetelmää, jolla sähkökoneen 15 staattorivuo kyettäisiin estimoimaan oikein myös pienellä syöttöjännitteellä, ottaen huomioon staattoriresistanssi ja sen muutokset pelkällä staattorivirran ja -jännitteen mittaukseen perustuvalla estimointimenetelmällä, ei ole ollut olemassa.

20 Tämän keksinnön tavoitteena onkin aikaansaada me netelmä staattorivuon estimaatin määrittämiseksi, jossa menetelmässä kyetään seuraamaan staattoriresistanssin muutoksia käynnin aikana ilman takaisinkytkentätietoa toisiopuolelta. Kaikki tarvittava informaatio tulee siis 25 saada staattorin jännitteestä ja virrasta.

Tähän päästään keksinnön mukaisen menetelmän avulla, jolle on tunnusomaista, että staattorivirran staattorivuon estimaatin, ilmavälivuon estimaatin tai rootto-rivuon estimaatin suuntaista virtakomponenttia i,s, id^, 30 i^ verrataan kyseisen virtakomponentin ohjearvoon id ja staattoriresistanssin estimaattia Rses^. muutetaan tämän vertailun tuloksen perusteella.

Menetelmän avulla kyetään koneen käydessä jatkuvasti seuraamaan staattoriresistanssin muutoksia ja otta-35 maan ne huomioon koneen kehittämää momenttia laskettaes- 4 87281 sa. Menetelmän rajoituksena on, ettei se teoriassa pysty toimimaan nollasyöttötaajuudella. Suurella taajuudella tarkkuus heikkenee, mutta se ei haittaa, sillä suuren syöttöjännitteen takia staattorin jännitehäviö on suh-5 teellisesti ottaen hyvin pieni ja staattoriresistanssi voidaan olettaa nollaksi ilman että säädön hyvyys tästä kärsii.

Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa 10 kuvio 1 esittää staattoriresistanssin estimaatin virheen vaikutusta momenttiin, kuvio 2 esittää oikosulkumoottorin osoitindiagram-min moottorikäytössä, kuvio 3 esittää staattoriresistanssin kasvun vai- 15 kutusta staattorivirran staattorivuon suuntaiseen virta-komponenttiin moottorikäytössä ja kuvio 4 esittää estimaatin määrittämisen keksinnön mukaisesti lohkokaaviona staattorivuon virtakomponenttia ids hyväksi käyttäen.

20 Kuviossa 2 on esitetty oikosulkumoottorin osoitin- diagrammi moottorikäytössä. Tämä osoitindiagrammi esittää staattorivuon Φ , ilmavälivuon Φ- ja roottorivuon Φ vä-lisen riippuvuuden. Staattorivuo Φ voidaan yhtälöiden

S

(1) ja (2) perusteella laskea integroimalla jännitettä 25 e , jonka perusaalto voidaan esittää vakiotaajuudella w S s pyörivänä vektorina.

iw-t —sestl esestl ^ ^ 30 Kun tästä lasketaan aikäintegraali saadaan staat torivuon perusaalloksi isest-i* Φ = -* -e Γ6) —sestl jw —sestl ' 1 J s 35 Huomataan vuon perusaallon lses^.^ myös olevan taa- 5 87281 juudella w pyörivä vektori, joka lisäksi on -90° vaihe-siirrossa jännitteen perusaaltoon £gesti:een nähden. Pysyvässä tilassa tarkastelu voidaan yleistää perussanoista kokonaissuureisiin.

5 Muodostamalla vuon ja virran pistetulo ja jakamal la vuon itseisarvolla saadaan suure i^, joka edustaa staattorivirran lasketun vuon suuntaista komponenttia. Täten staattorivuon estimaatin $s suuntainen virtakompo- nentti i.s on a 10 φ jl . S S6St S /-t ld = - (7) lwl 15 Ilmavälivuon estimaatin Φ- . suuntainen kom- ^ —fest ponentti i^ on vastaavasti . δ _ sest Los^s^ -^s /0* l. - - , (ö) 20 l*sesfLaSisl jossa L on staattorin hajainduktanssi, ja Li edustaa

QS u S S

staattorin hajavuota. Edelleen roottorivuon estimaatin —rest suun"^ainen komponentti i^ on 25 . r _ ^-sest ^s·^ ^s ^d — ' 'y' I—sest ffLs-^sl 30 jossa L on staattori-induktanssi, σ kokonaishajakerroin 5 ja uL koneen oikosulkuinduktanssi. s

Kuviossa 3 on esitetty staattoriresistanssin Rg kasvun vaikutus staattorivirran estimoidun staattorivuon suuntaiseen virtakomponenttiin ids moottorikäytössä. Ku-35 vion 3 diagrammissa on nuolilla esitetty eri vektoreiden muutossuunnat.

Kun todellinen staattoriresistanssi R kasvaa niin s sähkökoneen tuloimpedanssin reaaliosa kasvaa ja staat-torivirtavektori i kiertyy jänniteosoitinta u päin ja S s 6 87281 pienenee itseisarvoltaan. Samoin virran i ja estimoidun staattorivuon iges^ välinen kulma kasvaa. Näin ollen estimoidun staattorivuon suuntainen virtakomponentti i^s pienenee. Vastaava tarkastelu voitaisiin suorittaa myös 5 staattorivirran estimoidun ilmavälivuon tai estimoidun roottorivuon suuntaisille komponenteille, kuten voidaan päätellä toisaalta kuvion 2 osoitindiagrammista ja toisaalta yhtälöistä (8) ja (9). Tätä tietoa todellisen staattoriresistanssin muutoksen ja staattorivirran ja kolo neen estimoidun staattori-, ilmaväli- tai roottorivuon suuntaisen virtakomponentin muutoksen välisestä riippuvuudesta käytetään keksinnön mukaisesti hyödyksi staattoriresistanssin estimaatin määrittämisessä. Kun siis havaitaan kyseisen virtakomponentin pienenevän sähkökoneen 15 toimiessa moottorina, tulee staattoriresistanssin esti maattia kasvattaa, jotta virtakomponentin muutoksen takana ollut todellisen staattoriresistanssin kasvu tulee otetuksi huomioon.

Kuviossa 4 on esitetty lohkokaaviona staattorivuon 20 estimaatin !sest määrittäminen käyttäen hyväksi staattorivirran estimoidun staattorivuon suuntaista virtakom-ponenttia i^s. Kuvion 4 lohkokaaviossa moottoria 1 syötetään kolmivaihesyötöstä. Tästä syötöstä määritetään sekä moottorin 1 ottama virta että moottorin käyttöjännite 25 vektorimuodossa. Lohkokaavion yksinkertaistamiseksi näitä on virran osalta merkitty merkinnällä i ja jännitteen

S

osalta merkinnällä u . Nämä merkitsevät siis staattori- —s virran ja staattorijännitteen osoittimia. Staattorivirta i syötetään ensin kertojalle 2, jossa tämä

S

30 staattorivirta kerrotaan staattoriresistanssin estimaatilla Rsesf Tämä staattoriresistanssin estimaatti on joko staattoriresistanssin estimaatin alkuarvo, joka voidaan asettaa nollaksi tai saada esimerkiksi tasajännite-mittauksella tai se voi olla sähkökoneen valmistajan en-35 naita ilmoittama arvo, tai sähkökoneen käydessä edeltävän laskentakerran arvo tälle staattoriresistanssille. Tulo 7 87231

Rsest is johdetaan kertojalta 2 summaimelie 3, missä se etumerkiltään negatiivisena summataan staattorijännitteeseen ug, jotta summaimen 3 ulostuloon saadaan yhtälön (1) mukainen jännite. Tämä jännite syötetään integraattorille 5 4, joka yhtälön (2) mukaisesti muodostaa tästä jännit teestä aikaintegraalin, jotta ulostuloksi saadaan staat-torivuon estimaatti ^sesf Tämä staattoriresistanssin estimaatti syötetään toisaalta kertojalle 5, missä se kerrotaan staattorivirran A kanssa ja toisaalta yksiköl-10 le 6, joka muodostaa siitä itseisarvon. Yksiköiden 5 ja 6 ulostulot on puolestaan johdettu jakajalle 7, joka yhtälön 7 mukaisesti laskee staattorivirran estimoidun staat-tonvuon suuntaisen virtakomponentin i^ . Tämä virtakom- ponentti summataan puolestaan etumerkiltään negatiivi- , , , , * , 15 sena kyseisen virran ohjearvoon i^ summaimessa 8. Tällä tavoin saadaan summaimen 8 ulostuloon Ai^, joka kuvaa kyseisen virtakomponentin muutoksen suuruutta sen ohjearvoon nähden. Tämä eroarvo Ai^ syötetään säätäjälle 9, joka voi olla esimerkiksi PID-tyyppinen säätäjä, joka 20 muuttaa joko staattoriresistanssin alkuarvoa, jos kyseessä on ensimmäinen laskentakerta, tai sen edeltävällä las-kentakerralla saatua arvoa verrannollisesti siihen muutokseen, joka erosuureessa Ai^ on edeltävään laskukertaan nähden. Täten säätäjän 9 ulostuloon saadaan keksinnön mu-25 kaisella tavalla korjattu staattoriresistanssin estimaatti Rsest· Varsinaisena ulostulosuureena kuvion 4 lohko-kaaviosta voi toimia esimerkiksi staattorivuon estimaatti —sest' 3os^a yhtälön (4) mukaisesti voidaan laskea koneen momentin estimaatti Teg^..

30 Todettakoon, että kuvion 4 mukainen lohkokaavio on vain eräs esimerkinomainen keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Kuten yllä jo todettiin, laskenta voisi perustua myös staattorivirran ilmavälivuon estimaatin tai roottorivuon estimaatin suuntaisen komponentin hyväksi-35 käyttöön. Itse lohkokaavio voitaisiin luonnollisesti toteuttaa myös muunkin tyyppisten toimintolohkojen avulla kuin mitä on esitetty.

Claims

8 87281 Patentt ivaat imukset

1. Menetelmä sähkökoneen staattorivuon estimaatin määrittämiseksi, jossa menetelmässä määritetään 5 sähkökoneen ottama staattorivirta (i ), sähkökoneen staattoriin syötetty jännite (u ), sähkökoneen staattoriresistanssin estimaatti <Rsest>' ia sähkökoneen staattorivuon estimaatti (lsest) aika-10 integraalina staattoriin syötetyn jännitteen (us) ja staattorivirran (is) ja staattoriresistanssin estimaatin (Rsegt) tulon erotuksesta, jolloin sähkökoneen staattoriresistanssin estimaatti (Rsest^ määritetään korjaamalla staattoriresistanssin estimaatin alkuarvoa tai muuta ai-15 kaisempaa arvoa staattorivirran (ig) staattorivuon estimaatin (Φ5β5^) , ilmavälivuon estimaatin (*^es^.) tai root-torivuon estimaatin (4rest) suuntaisen virtakomponentin (i^s, i^, idr) perusteella, tunnettu siitä, että mainittua virtakomponenttia (ί^δ, i^, i-dr) verra“ 20 taan kyseisen virtakomponentin ohjearvoon (i^*) ja staattoriresistanssin estimaattia (Rses^) muutetaan tämän vertailun tuloksen perusteella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu virtakomponentti 2 5 (i^ , i^ , i^ ) summataan etumerkiltään negatiivisena kyseisen virtakomponentin ohjearvoon (i^*) virtakomponentin muutoksen suuruutta kuvaavan eroarvon (l\id) saamiseksi käytettäväksi staattoriresistanssin estimaatin (Rses^.) korjaamiseen. l! 9 87281