JP2012527859A - 電流変換器供給される三相交流機のコントロールにおける過剰電流の制限 - Google Patents

Abstract

三相電流変換器（Ｃ）により供給される三相交流機（Ｎ）を運転するための制御及び/又は調整装置において、この装置が、構造（Ａ）、すなわち、制御及び/又は調整構造を備えており、この構造（Ａ）が、ステータ磁束コントローラ（１２３）およびスリップ周波数コントローラ（１１３）または構造（Ａ）が、ステータ磁束コントローラ（１２３）およびトルクコントローラを備えており、この構造（Ａ）が、第一の制限装置（１０７）を備え、この制限装置が、トルクを形成するステータ電流、つまり機械（Ｎ）のステータを通る電流の基本振動電流成分の制限のために、スリップ周波数コントローラ（１１３）またはトルクコントローラに供給される目標値を、スリップ周波数最大値またはトルク最大値に制限するよう形成されており、この構造（Ａ）が、第二の制限装置（１２１）を備えており、この制限装置が、磁束形成するステータ電流の基本振動電流成分の制限のために、ステータ磁束コントローラ（１２３）に供給される目標値が変化する速度を制限するよう形成されており、この構造（Ａ）が、スリップ周波数最大値またはトルク最大値を、ステータ電流のステータ電流基本振動電流値のための予め定められた電流最大値に応じて、および、磁束形成するステータ電流の基本振動電流成分の、フィルターをかけられた現状値に応じて計算するよう形成されていることが提案される。

Description

本発明は、三相交流機の運転の為の制御及び/又は調整装置に関する。この三相交流機は三相電流変換器によって供給され、その際、装置は、ステータ磁束コントローラ（すなわち機械のステータの磁束を調整するコントローラ）と、スリップ周波数コントローラまたはトルクコントローラを有する制御構造及び/又は調整構造（省略：構造）を備えている。さらに本発明は、電流変換器供給される三相交流機の運転の為の対応する方法、及び列車であって、当該列車中において、そのような構造が、駆動モータの運転を制御または調整する列車に関する。

特許文献１は、このような構造を有する装置を、三相交流非同期機械の例として記載する。この装置または方法は、例えば列車の駆動モータの供給の為の運転電流変換機のような高出力適用範囲において使用される。電流変換機の駆動の為の、平均値および瞬間値に基づくパルスパターンの生成が可能とされ、その際、提供されている電流変換機の入力電圧の最適な利用のもとに、高ダイナミックな要求、特に列車における運転適用の為の要求が満足される。本発明は、特に同じ方法または制御及び/又は調整装置および同一の適用に関する。

本発明の構造のように、ステータ磁束とトルクまたはスリップ周波数を調整する制御及び/又は調整においては、追加的な制御技術的措置を講じていない場合、許容できないほど高い電流振幅が発生することがあり、もし電流変換機の過剰電流遮断といった二次的な保護措置がなんら介入しないと、これらは、電流変換機または機械の損傷または破損へと通じる恐れがある。例えば磁束形成しおよびトルク形成するステータ電流の成分を調整する（例えば特許文献２に記載される）代替的構造においては、調整技術的な過剰電流保護が、電流目標値の適当な制限によって保障されている。ステータ磁束コントローラを有し、およびスリップ周波数コントローラまたはトルクコントローラを有する構造においては、反対に、ステータ電流は直接調整されないので、ステータ電流を制限するための追加的な措置が必要とされる。このような従来公知の措置は、これら課題を不十分にした達成しないので、しばしば二次的な保護措置過剰電流遮断を要求することとなる。

許容できないほど高い電流振幅、およびこれによる保護的遮断は、機械の運転の際の特に高ダイナミックな過程、つまり変換機が供給される中間回路の電圧の急激な変更の際、機械の回転数の急激な変更、及び/又は機械のステータ中における望まれる磁束の急激な変更において発生する可能性がある。

非特許文献１中においては、調整のスリップ周波数値を静的なステータ電流最大値に制限することが提案されている。その際、特に機械の磁束が変更されないこと、つまりロータ磁束の時間微分が、およそゼロであることが仮定されている。しかし、急速な磁束変化が発生すると、つまり機械が、静的でない時期状態にあるとき、一時的な、比較的高いステータの磁化電流（これは脱磁、つまり反対の磁化電流を含む）が磁束調整のために必要である。スリップ周波数の制限は、原則的に、磁化電流を制限せず、よって高い磁化電流振幅に基づく過剰電流遮断は確実には排除されない。

よってマイシャックによって提案される方法によって、ステータ電流が、機械のすべての運転状態（特に、列車の運転の際にしばしばそうであるような、同時の磁束要求およびトルク要求の場合）において調整技術的に確実に、（機械の連続的な運転を、電流変換機の過剰電流遮断のような二次的な保護措置なしに可能とする）一つの値に制限されることは不可能である。特に、路面電車の運転の際に、駆動モータを使って路面電車の走行に反作用するトルクを発生することは、常に可能である必要がある。このような機械を使ったダイナミックなブレーキは、機械的な車両ブレーキのみを頼りにすることのないよう、安全上の理由から第二の独立したブレーキとして必要とされる。車両が、例えば基本的に駆動力なしで転がっており、急速にダイナミックなブレーキをかける必要があるとき、ステータ磁束と機械によって発生されるトルクを急速に高めることが同時に必要とされる。しかし、電流変換機が遮断されている場合、駆動装置は、ダイナミックなブレーキの為にもはや自由となっていない。

マイシャックによって提案される方法の別の不利益は、静的なステータ電流制限が、基本的に、運転の間に作動点（電流振幅及び/又はロータ温度）の関数として変化する機械パラメータに依存するという点にある。パラメータ値が正確に選択されていないか、または、不十分に現在の運転状態に適合されているときは、しばしば、電流変換機の遮断のような電流制限を越える保護措置が介入する必要があるということになる。

国際公開第2008/052714号明細書 国際公開第2005/018086号明細書 独国特許出願公開第4110225号明細書

"Schnelle Drehmomentregelung im gesamten Drehzahlbereich eines hochausgenutzten Drehfeldantriebs" von Dieter Maischak, Fortschrittsberichte, VDI-Reihe 8, Nr. 479, Dusseldorf, Deutschland, VDI-Verlag 1995, ISBN 3-18-347908-7

本発明の課題は、三相電流変換機によって供給される三相交流機の運転の為の制御及び/又は調整装置を提供することであり、その際、この装置は、ステータ電流を効果的かつ確実に許容できる値に制限し、その際、機械の運転の際の高いダイナズムが可能とされ、その際、電流変換機の遮断のような、しばしば発生する二次的な保護措置を回避することである。ステータ電流とは、機械のステータコイルを通って流れる電流であると理解される。

本発明に係る基本思想したがい、ステータ磁束コントローラとスリップ周波数コントローラ（または代替としてステータ磁束コントローラおよびトルクコントローラ）を有する調整構造内で、磁束形成するステータ電流もトルク形成するステータ電流も、両調整サーキット内への各介入によって制限される。上述したマイシャックによる方法においてと異なり、機械の磁化に関して、ほぼ静的な運転というのは前提とされない。

その際、トルク形成する電流の制限の為に、スリップ周波数コントローラ（またはトルクコントローラ）に供給される目標値が、ある最大値に制限される（以下、スリップ周波数最大値またはトルク最大値と称す）。

磁束形成するステータ電流の制限によってもトルク形成するステータ電流の制限によっても、ステータ磁束コントローラの調整サーキットおよびスリップ周波数コントローラ（またはトルクコントローラ）の調整サーキットへの介入によって、他の必要な措置をとることなくとも、自動的に以下の問題が解決される。というのは、ステータを流れる全電流、つまりステータ電流基本振動値が、ある最大値に制限されるからであり、先行技術において公知の方法においては、全ステータ電流基本振動値を保持するために、磁束形成するステータ電流成分かトルク形成するステータ電流成分が優先的に保持されるかどうか、つまり各他の電流成分が減少されるべきか、確認されなければならない。本発明に従う解決策においては、減少の際のプライオリティが自動的に別の措置無に生じる。ステータ電流の少なくとも一つの成分が減少されるべき様々な運転状況に対する実施例は、図説中にもさらに説明される。

磁束形成する電流の制限の為に、目標ステータ磁束が（好ましくはより高い磁束値へもより低い磁束値へも）変化する速度が最大値（以下：最大の磁束斜面増加）に制限される。これは好ましくは、目標値が、あまりに高い変化速度に相当する場合、目標値の変化が、ステータ磁束コントローラの入力部において、傾斜器（Rampenglied）（つまり、変化を時間傾斜に対応して制限する装置）を介して制限されることによって達成される。その際、制御及び/又は調整装置の二つの連続する作動サイクルの間の磁束の上昇／下降が、速度に相当する。

両最大値（スリップ周波数最大値またはトルク最大値及び最大の磁束傾斜増加）が、制御及び/又は調整装置の運転の間に連続してまたはほぼ連続して確認されるので、ステータ電流の許容できないほど高い電流振幅は発生しない。別の表現をすると、ステータ電流の少なくとも最大値が（特にステータ電流の磁束形成する成分の最大値と、全ステータ電流基本振動値の最大値が）、ステータ磁束の上昇速度の最大値およびトルクまたはスリップ周波数の最大値を計算するため、及び、これら両最大値（スリップ周波数最大値またはトルク最大値及び最大の磁束傾斜増加）が越えられないという措置をとるために使用される。

特に、三相電流変換器により供給される三相交流機を運転するための制御及び/又は調整装置において、
・ この装置が、一つの構造、すなわち、制御及び/又は調整構造を備えており、
・ この構造が、ステータ磁束コントローラおよびスリップ周波数コントローラまたはこの構造が、ステータ磁束コントローラおよびトルクコントローラを備えており、
・ この構造が、第一の制限装置を備え、この制限装置が、ステータ電流のトルク形成する基本振動電流成分の制限のために、スリップ周波数コントローラまたはトルクコントローラに供給される目標値を、スリップ周波数最大値またはトルク最大値に制限するよう形成されており、
・ この構造が、第二の制限装置を備えており、この制限装置が、ステータ電流の磁束形成する基本振動電流成分の制限のために、ステータ磁束コントローラに供給される目標値が変化する速度を制限するよう形成されており、
・ この構造が、スリップ周波数最大値またはトルク最大値を、ステータ電流基本振動値のための予め定められた電流最大値に応じて、つまり、（全）ステータ電流の基本振動値の電流最大値に応じて、およびステータ電流の磁束形成する成分（d-成分）のフィルターをかけられた現状値に応じて計算することが提案される。

さらに、ステータ磁束コントローラおよびスリップ周波数コントローラを使用しつつ、またはステータ磁束コントローラおよびトルクコントローラを使用しつつ、三相電流変換器によって供給される三相交流機を運転するための方法において、
・ステータ電流のトルク形成する基本振動電流成分の制限のために、スリップ周波数コントローラまたはトルクコントローラに供給される目標値を、スリップ周波数最大値またはトルク最大値に制限し、
・ ステータ電流の磁束形成する基本振動電流成分を制限するために、ステータ磁束コントローラに供給される目標値が変化する速度を、最大値に制限し、
・ スリップ周波数最大値またはトルク最大値が、ステータ電流基本振動値の為の予め定められた電流最大値に応じて、および、ステータ電流の、磁束形成する基本振動電流成分（d-成分）のフィルターをかけられた現状値に応じて計算されることが提案される。

本方法の実施形は、構造の説明および添付の請求項より生じる。

三相交流機が非同期機械であって、および構造がステータ磁束コントローラおよびスリップ周波数コントローラを有するとき、制御及び/又は調整装置が使用されると、特に有利である。

ステータ電流基本振動の為の予め定められた最大値と、磁束形成する電流成分の保持を保障する、調整構造内のこれに相当する適当な装置は、好ましくはいわゆる制限コントローラである。これは、通常運転中に（つまり制限コントローラの許容できる最大値が越えられていないとき）、付設されたコントローラ（ここではスリップ周波数コントローラ若しくはトルクコントローラまたはステータ磁束コントローラ）の運転にとって重要な目標値になんら影響が及ぼされないコントローラであると理解される。これと反対に、目標値が、許容される最大値を超えるとき、制限コントローラの運転は、目標値に制限されるので、下位に設けられる調整サーキットを越えることは回避される。下位に設けられる調整サーキットは、磁束傾斜増加の場合、磁束コントローラの調整サーキットであり、スリップ周波数最大値またはトルク最大値の場合、スリップ周波数コントローラまたはトルクコントローラの調整サーキットである。

制限とは、特に絶対値の制限であると理解される、つまり例えば列車のブレーキの為に発生されるトルクもまた制限されること可能性がある。よって、制限コントローラは、各付設されるコントローラの目標値に作用する、つまり、付設されるコントローラの入力部にある目標値に作用する。

ステータ磁束の上昇速度の制限は、好ましくは、構造の各作動サイクルに対して、許容されるステータ磁束の変化、つまり増加が計算されることによって実現される。一方で、予め定められた作動サイクルからのステータ磁束目標値と、他方で、現在の作動サイクル中のステータ磁束目標値の差が、増加を上回るとき、現在の作動サイクルからのステータ磁束目標値は、最大の許容される増加が越えられないように制限される。

好ましくは、磁束変化速度を制限するために（つまり最大の磁束傾斜の保持のために）、制限コントローラ構造が使用され、これにステータ電流の磁束形成する成分の最大値と現状値のフィルターをかけられた絶対値が供給される。その際、基本振動に関する成分が問題とされ、つまり高振動部分ではない。好ましくは、この制限コントローラは、P-コントローラを備え、つまり、その調整値が、コントローラの入力部における目標値／現状値ばらつき（ここではステータ電流の磁束形成する成分の最大値と目標値の間の差）に対して比例するコントローラを備える。

同様に有利には、構造が、ステータ電流のトルク形成する成分（q-成分、基本振動に関する）の予めフィルターをかけられた現状値と、ステータ電流のトルク形成する成分（基本振動に関する）の最大値の差が、比例・積分コントローラ（PIコントローラ）に供給されるよう形成される。このコントローラの出力部は、第一の制限装置の入力部に接続されている。

発明に係るステータ電流制限は、特に機械の高ダイナミックな運転状態において（例えば、車両のダイナミックなブレーキへの上述した回転の交代において）適用可能である。高いトルクとステータ磁束の大きな変化が同時に許容されることが可能である。

本発明の別の思想に従い、スリップ周波数最大値またはトルク最大値の計算において、（上記マイシャックのようには）、磁束の変化がおよそゼロであるという点から出発しない、というのは、これと結び付けられる放置状態（Vernachlassigung）が、しばしば行われる過剰電流の遮断の原因の一つと認められるからである。磁束形成する基本振動電流（ロータ固定の座標系d-qにおけるd-成分）のフィルターをかけられた現状値の使用のもと（マイシャックによって使用される静的な磁化電流と反対に）、および、全ステータ電流基本振動値の最大値の為の既知の値の使用のもと、トルク形成するステータ電流の許容される最大値（d-q座標系におけるq-成分）が計算される。これから再び、スリップ周波数またはトルクの許容される最大値が計算される。

ステータ電流の磁束形成する成分の為に静的な磁化電流に代わってフィルターをかけられた基本振動現状値が使用されることにより、ステータ電流のd-成分のための最大値もq-成分の為の最大値も計算すべきであり、または見積もるべきであるが、通常このために十分な情報が自由になっていないという課題が克服される。他方で、d-成分の為およびq-成分の為の、固定された、時間一定の最大値が使用されるとき、ステータ電流の最大可能な全電流値が使用され、このことは特に列車の運転の際に重要である。

本発明の実施例を、以下に、添付の図面を参照のもと説明する。

三相電流変器により供給される三相交流機を有する装置の図。電流変換機の運転およびこれに伴い三相交流機は、調整構造によって調整される。 図１の調整構造の部分構造の図。しかしトルクコントローラに替えてスリップ周波数コントローラを有する。 図２に表された、磁束形成するステータ電流成分の制限の為の制限装置の有利な実施形の図 図２に表されたトルク形成するステータ電流成分の目標値の最大値の計算のための装置の有利な実施形の図。 図２に表された、トルク形成するステータ電流成分の制限の為の制限装置の有利な実施形の図。 あまりに高いステータ電流が要求される様々な運転状態の図、その際、当該図はロータ磁束固定の座標系ｄ-ｑの一象限を示す。

図１には、三相交流機Ｎの全駆動部コントローラの構造Ａが表されている。これは、選択的に、回転数センサーまたは回転角度センサーを有して、または有さず運転されることができる。三相交流機は、非同期機械であるか、または同期機械であり得、好ましくは永久励磁部を有する。個々に表され、および以下の参照符号を有している：パルスパターンジェネレータ、トルクコントローラおよび流コントローラを含むユニットＢ，駆動インパルスをユニットＢより受け、そしてこれに対応して機械Ｎを三相にわたって電流供給する電流変換器Ｃ（すなわち三相電流変換器）、流連鎖（ステータ磁束およびロータ流）とトルク（流ウォッチャー）の後形成の為の装置Ｄ、電流変換器Ｃの出力電圧の計算の為の装置Ｅ、三相のうち少なくとも二相の計測された電流値の、ロータ流固定の座標系d-qへの変換部と、電流値をならすためのフィルターを有するユニットF。相電流値を計測するための適切な計測装置は、Ｇによって表されている。計測された電流値は、適切なケーブル接続を介して、装置Ｄ、ユニットＦ、ユニットＥにも、ユニットＢにも供給される。

オプションとして、機械Ｎの回転数または回転角度を計測するための計測装置Ｈが設けられる。回転数計測若しくは回転数見積もり、または回転角度計測若しくは回転角度見積もりの結果は、装置Ｄに供給される。

さらに計測装置Ｉが、電流変換器Ｃの直流側の直流電圧を計測し、そしてこれを装置Ｂｔｏ装置Ｅに供給する。

本発明の有利な実施形は、部分構造Ｊにより実現される。これは図１の中央に表されており、わずかに変形されたバリエーションが、さらに図２に詳細に表されている。図１に、構造Ａの他の部分へのインターフェースのみが表されている。

ユニットＦは、構造に、ロータ電流固定の座標系ｄ−ｑ内の電流基本振動成分のフィルターをかけられた絶対値を供給し、すなわち、磁束形成する電流基本振動成分

の値

と、トルク形成する電流基本振動成分

の絶対値

を供給する。その際、基本振動値に相当するならされた値、すなわちフィルターをかけられた値が、ユニットＦによって生成され、そして出力される。さらにユニットＦは、符号を有してフィルターをかけられた、磁束形成する電流基本振動成分

の現状値もまた部分構造Ｊに出力する。

部分構造Ｊの出力値は、ユニットＢ内に存在する両コントローラ、ステータ磁束コントローラとトルクコントローラの為の目標値である。図２に従う部分構造のバリエーションの場合、トルクコントローラに替えて、スリップ周波数コントローラが設けられている。図２に従う部分構造は、よって、トルク目標値

に替えて、スリップ周波数目標値

を出力する。ステータ磁束コントローラの為の目標値は、両方の場合において、一つの上昇を制限された目標値

であり、その際、上昇の用語は、下降であるともまた理解される。違う表現をすると、ステータ磁束の目標値が上昇または下降する速度が、部分構造Ｊによって制限される。

ユニットＢ内のパルスパターンジェネレータは、例えばシグナル制御されるか、またはマイクロプロセッサー制御されるシグナルエレクトロニクス内に実現されることが可能である。特許文献１に詳細に説明されているように、特に平均値に基づくパルスパターン生成とステータ磁束調整のデッドビート制御による調整方法が、その中に組み込まれている。さらにこれは、ステータ磁束を案内する瞬間値に基づいたパルスパターンジェネレータの組込みを有することが可能である。構造Ａの更に別の可能性のある実施形に関し、特許文献１が挙げられる。

図２は、下位に設けられた図１に従うステータ磁束調整部とスリップ周波数調整部を有する有利な実施形の例として、部分構造Ｊの上述したバリエーションを示している。部分構造の入力値は、すでに図１に基づいて上述した通りの、磁束形成するおよびトルク形成する基本振動電流のフィルターをかけられた値、並びに、磁束形成する基本振動電流のフィルターをかけられた現状値の他に、磁束形成する基本振動電流

の目標最大値および機械Ｎのトルクの目標値

並びに全ステータ電流基本振動値

の最大値である。

部分構造の図２の上部左側に表された領域のまわりに、長方形のフレーム１０１が引かれている。この領域は、本発明の本質的な要素の実施形を含んでいる。これには、特に磁束形成する（d-成分）とトルク形成する(q-成分)ステータ基本振動電流の制限の為の制限装置が属している。d-成分の制限装置は、参照符号１１９で表されており、q-成分の為の制限装置は、参照符号１１２で表されている。

制限装置１１９には、磁束形成する電流基本振動成分

の現状値のフィルターをかけられた絶対値

と、磁束形成する電流基本振動成分

の最大値

が供給される。図３に従う実施例に基づいて詳細に記載されるように、制限装置１１９は、これよりステータ磁束値

の最大増加

を計算する。この出力値は、ユニット１２１の入力値として供給される。このユニットの別の入力値は、ステータ磁束値の目標値

である。これよりユニット１２１は、出力値として、上昇制限された目標値

を計算する。この目標値は、上昇速度に関してユニット１１９の出力値に相応して制限されている。この結果、制限装置１１９は、ステータ磁束値の目標値

にのみ、これが現在の作動サイクル中の最大許容上昇速度を超える場合に、制限的に作用する。

微分器（Differenzglied）１２２は、ステータ磁束値

の制限された目標値と、ステータ磁束

の現状値の絶対値の間の差分を形成する。この差分は、調整ばらつきとして流コントローラ１２３に供給される。図１の図示中、微分器１２２とステータ磁束コントローラ１２３は、ユニットＢ内部に存在するが、しかしそこには表されていない。ステータ磁束の現状値の絶対値は、装置ＤからユニットＢに供給される。

図２に中に表される部分構造の内部の領域１０１の下方の部分には、演算装置１１０が表されている。この演算装置は、入力値として、ステータ電流基本振動値

の最大値

と、磁束形成するステータ電流基本振動成分のフィルターをかけられた現状値

が供給される。フィルターをかけられた現状値

は、特に、磁束形成し、およびトルク形成する電流基本振動成分の値と異なる方法でフィルターをかけられることが可能である。装置１１０内部の計算は、次の式に従い行われる。

式１は、一方で、ステータ電流基本振動値

の２乗、つまり、ロータ電流固定のd-p座標系内のステータ電流指針の２乗と、d-q座標系内のステータ磁束形成する

およびトルク形成する

電流成分の２乗の和の間の関係を再現している。式１のすべての値は、基本振動に関する、つまり、ステータ電流の高振動に関しない。その際、式１中において、演算装置１１０の入力値または出力値である値が使用される。出力値、つまりトルク形成するステータ電流基本振動成分（q-成分）の目標最大値

で解くことにより、式２が生じる。

その上、演算装置１１０は、スリップ周波数

の一つの値を出力する。この値は、他の出力値とファクターKを掛け合わせ、ロータ流

の絶対値で割ることにより得られる。演算装置１１０のこれら両出力値は、演算装置１１２の入力値として、ステータ電流の、トルク形成する電流基本振動成分の制限の為に供給される。演算装置１１２はさらに、入力値として、トルク形成する電流成分

のフィルターをかけられた基本振動現状値の絶対値を含んでいる。

出力値として、図２に従う実施形の場合、制限装置１１２は、現在の作動サイクル中で最大限許容できるスリップ周波数

の目標値の最大値を発生する。この最大値は、リミッター１０７に供給される。このリミッターは、スリップ周波数の制限を効果的にする。このもとで、スリップ周波数の目標値

は、上述の最大値に制限されることが理解される。現在の作動サイクル中のスリップ周波数の目標値が、最大値よりも大きくないか、または、最大値の負の値よりも小さくない場合、リミッター１０７によって目標値の変更は行われない。そうでない場合、目標値は、最大値か、または最大値の負値に減少され、または（符号が正しく考慮され）高められる。

図１に従う部分構造Ｊの場合、制限装置１１２は、機械のトルクのための最大値を発生し、およびリミッター１０７に出力する。

図２中の下方に表されているように、トルク目標値及び/又はスリップ目標値のオプションとしての別の制限が行われることが可能である。特に、表されている装置１０３内において、トルク目標値

のスリップ周波数目標値

への換算が行われることが可能であり、そしてこの変換された値は、リミッター１０７に供給される前に、つまりリミッター１０７による制限という意味で制限されていない目標値として、ユニット１０５内で前もって制限されることができ、機械の傾倒防止（Kippschutz）、機械の性能制限、電流変換器入力直流電流の電流制限、及び/又は列車の車輪の起こりうるスリップに関するホイールスリップ調整を実現する。基本的に、そのような調整と制限は、リミッター１０７の出力値において選択的に行われることが可能である。しかしながら図２に従う実施例において示される順番は、特に有利である。

図２に従う実施例には、さらに、いわゆるＵ_ｄシャットダウンが、直流電圧サーキット内の振動を和らげるために図１に従う電流変換器Ｃの直流電圧側においてユニット１０９内で実現される。Ｕ_ｄシャットダウンのより正確な記載は、例えば特許文献３中に存在している。（存在する場合）ユニット１０９の出力値またはリミッター１０７の出力値が、微分器１１１に供給される。この微分器は、スリップ周波数

の現状値に対する差分を形成し、そしてこの差分を調整ばらつきとしてスリップ周波数コントローラ１１３に供給する。微分器１１１とスリップ周波数コントローラ１１３は、スリップ周波数コントローラを有するバリエーションとして図１のブロックＢ中に存在している。トルクコントローラの場合、リミッター１０７は、対応してトルクの制限された目標値を出力し、微分器１１は、トルクの現状値に対する差分を形成し、そして、この差分を、入力調整ばらつきとしてトルクコントローラに供給する。

図３は、図１に表された磁束形成するステータ電流基本振動成分

の制限の為の制限装置１１９の為の有利な実施形を示す。制限装置は、磁束の上昇速度を制限することによって制限を生じさせる。入力値として、磁束形成する電流（ステータ電流基本振動のd-成分）のフィルターをかけられた現状値の絶対値

と、磁束形成する基本振動電流の最大値

が、構造に供給される。シンボル中のアスタリスクは、（本明細書において）この値が目標値であることを意味する。これら両入力値は、微分器２０１内で、互いに差し引かれ、そして差分は、Ｐ−コントローラ２０３に入力信号として供給される。入力差分と乗算される比例因子によって、本実施例においては、値のスケーリングが行われる。コントローラの出力値が、制限器２０５に要求される。この制限器は、この入力値を上方に対しては値０に、そして下方に対しては値−１に制限する。制限器２０５の出力において提供される、制限された値は、表されるオプションとしての実施形に従いユニット２０７に供給される。このユニットは、−１から０の範囲に存在しているスケーリングされた値を、１上昇させるので、これは０から１の範囲に存在する。このようにして得られた値は、図３中において符号

によって表されている。これは、乗算器２０９に第一の入力信号として供給される。乗算器２０９の別の第二の入力信号は、ステータ磁束値

の最大増加であり、一つの予め定められたパラメータである。結果として、図２に表された実施形の制限装置の出力信号として、ステータ磁束値の増加の最大値が、現在の作動サイクルに対して得られる。この最大値

の作用形態は、図１に基づいて説明されている。

図４は、図２の演算装置１１０の一つの実施形を示す。両入力値は、それぞれ二乗器３０１または３０３に供給される。この二乗器は、入力値を式１または式２に従い二乗する。二乗された値は、微分器３０５に供給され、この微分器は式２に従い式の右辺の平方根の独立変数（Argument）を計算する。この独立変数は、平方根３０７の計算の為の装置に供給される。この装置は、式２の右辺の結果を計算する。演算装置３０７の出力部には、よって、演算装置１１０の第一の出力値、つまりトルク形成する電流基本振動成分

の最大目標値が提供されている。すでに記載したように、この第一の出力値は、ファクターKとの乗算されローター流

の絶対値によって除算され、スリップ周波数の適切な値へと換算される。相応する乗算器装置が、参照符号３０９でもって表されている。上述のファクターＫは複数値の要約（Zusammenfassung）である。以下の式３が、演算装置１１０の両出力値とファクターＫを形成する値の間の関係を表している。

ここで、R^' _rは、ガンマ等価回路図中に変換されたロータ抵抗を、L_Sは、ステータコイルのインダクタンスを、L^' _sは、非同期機械のガンマ等価回路図の漏れインダクタンスを意味している。

図５は、図２の制限装置１１２の一つの実施形を示している。制限装置１１２には、上述した通り、入力値として、ステータ基本振動電流のトルク形成する成分（q-成分）の最大目標値

と、この成分の基本振動値のフィルターをかけられた絶対値

が供給される。微分器４０１は、入力値の差分を形成し、そしてこの差分を調整ばらつきとしてコントローラ４０３に供給する。このコントローラは、本実施例においてはPI−コントローラである。磁束形成する電流成分（図３参照）の制限の為のＰ−コントローラを使用するのと反対に、トルク形成する電流成分の制限の為に、追加的な積分動作を有するＰＩ―コントローラが好ましい。

コントローラ４０３の出力値は、リミッター４０５に供給される。このリミッターは、適当に選択されたコントローラ４０３の比例ファクターに基づいて、コントローラのスケーリングされた出力値を−１から０の範囲に制限する。このようにして制限されたリミッター４０５の出力値は、加算器４０７に供給され、この加算器は、値に１を加算するので、

でもって表される加算器４０１の出力値は、値領域０から１の範囲に制限される。乗算器４０９によって、この値

は、後設置された乗算器４０９によって、演算装置１１０の第二の出力値、スリップ周波数の最大目標値

と乗算されるので、適当に制限されたスリップ周波数の最大の目標値

が得られる。図２に基づいて記載されるように、この出著口は、リミッター１０７に供給される。

図６は、ロータ固定の座標系d-qの第一の象限を示している。水平軸、ｄ軸に沿って、ステータ電流の磁束形成するまたは磁化する電流成分

が増加する。ｑ軸、垂直軸にそって、ステータ電流のトルク形成する成分

が増加する。

象限の四分円の中心点は、座標系d-qの原点に存在し、この四分円は、全ステータ電流基本振動値の許容できる最大値

に相当している。原点から出発し、象限を通って延び、そして電流の各要求に対応する電流空間位相ベクトル（電流ベクトルとも称す）は、よって、四分円を超えて外へ延びることがない。符号２，４および５で表された電流位相ベクトルが、この場合にあたる。よって、本発明に係る制限調整が介入し、そして、さらに詳細に説明するように、この電流空間位相ベクトルを減少させる。その際、各電流空間位相ベクトルの絶対値のみならず、運転状態に応じてその方向も変更されることが可能である。

その上、ステータ電流の磁束形成する電流基本振動成分の最大値が存在し、これが図中において、垂直な破線で表されている。最大値は、符号

で表されている。符号１および３で表されている電流位相ベクトルの二つは、確かに、全電流基本振動値

の最大許容できる四分円内で終わっている。しかしながらこれらは、箇所

の辺りで、垂直な破線を超えて突出し、すなわち、最大許容できる磁束形成する基本振動電流の境界値を越えている。さらに詳細に説明されるように、これら電流空間位相ベクトルは、磁束形成する電流成分

の減少のみによって、許容できる電流空間位相ベクトルに制限される。

全ステータ電流基本振動値の最大値の他に、図６に表されるように、磁束形成する電流成分

の最大値もまた存在する。本発明の有利な実施形に従い、流変更の際に境界値を守ることは、独立した制限コントローラによって保障される（図２および３参照）。（図３の実施例においてＰ−コントローラを有する）この制限コントローラの機能方式を前提として、境界値は、しかしながら一時的に少なくともわずかに越えられることが可能である。

以下において、あまりに高い電流要求によって引き起こされる様々な状況が、図６に従い議論される。電流空間位相ベクトル１の場合、もっぱら磁束形成する電流成分のみを含む電流が要求される。要求される電流空間位相ベクトルの先端は、確かに四分円の内部にあり、つまり全ステータ電流基本振動の最大値は越えられていないが、しかしながら電流の磁束形成する基本振動成分の境界値

は越えられている。したがって、独立したコントローラの機能方式によって、電流は相応して1'でもって表される電流ベクトルに減少される。

符号３および３‘で表されている電流空間位相ベクトルが、類似の場合を表している。この場合（ケース）は、両電流空間位相ベクトル、つまり、あまりに高い要求をうける電流空間位相ベクトル、および減少された電流空間位相ベクトルが、トルク形成する電流成分を有しているという点のみにおいて１の場合と異なっている。このトルク形成する電流成分は、同じままであり、つまり電流位相ベクトルの変更に影響をうけない。減少された電流ベクトルの磁束形成する成分がもはや境界値

を越えないということは、磁束形成する成分の制限によってのみ行われる。１および３の場合は、その先端が、d-q座標系の第一象限の領域内に存在する要求された電流ベクトルを有している。この先端は、「qプライオリティ」と表されている。今記載した通り、要求される電流ベクトルを許容される電流ベクトルに減少する際に、q-成分は、つまりトルク形成する電流成分

は影響をうけない。よって、こられらは、磁束形成する電流成分

に対してプライオリティを有している。ｑプライオリティを有するこの領域は、磁束形成する電流成分の最大値

の左方で終了している。この領域は、上方では、ｑプライオリティによって、最大値線の点線によって

から四分円とともに推移する水平線の辺りで終了している。ｑプライオリティを有するこの領域の直上、

のための垂直破線の右側で同様に、プライオリティを有さない領域が存在している。要求される電流空間位相ベクトルの先端が、この領域中にある場合、電流空間位相ベクトルは、ステータ電流のｄ-成分もq-成分も変化しつつ減少される。空間位相ベクトルのこの種の制限は、角度の正しい制限ともまた称される。二つの例が、図６の図中でこれに対応している。要求される電流空間位相ベクトル４の場合、この電流空間位相ベクトルは、全ステータ電流の最大値の四分円と、まさにｑプライオリティを有する領域とプライオリティを有さない領域（「プライオリティ無し」）の境界線の辺りで交差している。制限によって磁束形成する電流の最大値に制限することによって、および全ステータ電流の最大値に制限することによって、まさにこの、電流空間位相ベクトル４と四分円の交点の辺りで終了する電流空間位相ベクトルが達成されるので、４の場合は、方向の変更、つまり上述したような角度の正しい制限が、電流位相ベクトルにおいて行われる。

反対に、電流空間位相ベクトル５の場合、そのような方向の変更が再び行われる。電流空間位相ベクトル５は、同様に、上述した両プライオリティ領域またはプライオリティを有さない領域の境界線と四分円の交点の辺りで終了している電流空間位相ベクトルに減少される。ここで終了するこの矢印は、よって、符号４‘および５‘で表されている。

四分円の上方および磁束形成する電流成分の最大値

の左方に、「ｄプライオリティ」を有する領域が存在している（図中では「ｄプライオリティ」と表されている）。そこでは、実施例の場合、要求される電流ベクトル２が終了している。これは、本発明に係る制限コントロールを使って、自動的に、許容される電流ベクトル２‘に減少される。この電流ベクトルは、同一の磁束形成する電流成分

を有するが、許容される全ステータ電流基本振動最大値に相応して減少されたトルク形成する電流成分を有する。磁束形成する電流成分の減少は行われないので、この領域は、的確にｄプライオリティを有する領域と表される。

101 フレーム
103 装置
105 ユニット
107 リミッター
109 ユニット
110 演算装置
111 微分器
112 制限装置
113 スリップ周波数コントローラ
119 制限装置
121 第二の制限装置
122 微分器
123 ステータ磁束コントローラ

201-209 調整装置

301 二乗器
305 微分器
307 演算装置
309 乗算器装置

401-409 調整装置

図２に中に表される部分構造の内部の領域１０１の下方の部分には、演算装置１１０が表されている。この演算装置は、入力値として、ステータ電流基本振動値

の最大値

と、磁束形成するステータ電流基本振動成分のフィルターをかけられた現状値

が供給される。フィルターをかけられた現状値

は、特に、磁束形成し、およびトルク形成する電流基本振動成分の値と異なる方法でフィルターをかけられることが可能である。装置１１０内部の計算は、次の式に従い行われる。

象限の四分円の中心点は、座標系d-qの原点に存在し、この四分円は、全ステータ電流基本振動値の許容できる最大値

に相当している。原点から出発し、象限を通って延び、そして電流の各要求に対応する電流空間位相ベクトル（電流ベクトルとも称す）は、よって、四分円を超えて外へ延びることがない。符号２，４および５で表された電流位相ベクトルが、この場合にあたる。よって、本発明に係る制限調整が介入し、そして、さらに詳細に説明するように、この電流空間位相ベクトルを減少させる。その際、各電流空間位相ベクトルの絶対値のみならず、運転状態に応じてその方向も変更されることが可能である。

その上、ステータ電流の磁束形成する電流基本振動成分の最大値が存在し、これが図中において、垂直な破線で表されている。最大値は、符号

で表されている。符号１および３で表されている電流位相ベクトルの二つは、確かに、全電流基本振動値

の最大許容できる四分円内で終わっている。しかしながらこれらは、箇所

の辺りで、垂直な破線を超えて突出し、すなわち、最大許容できる磁束形成する基本振動電流の境界値を越えている。さらに詳細に説明されるように、これら電流空間位相ベクトルは、磁束形成する電流成分

の減少のみによって、許容できる電流空間位相ベクトルに制限される。

以下において、あまりに高い電流要求によって引き起こされる様々な状況が、図６に従い議論される。電流空間位相ベクトル１の場合、もっぱら磁束形成する電流成分のみを含む電流が要求される。要求される電流空間位相ベクトルの先端は、確かに四分円の内部にあり、つまり全ステータ電流基本振動の最大値は越えられていないが、しかしながら電流の磁束形成する基本振動成分の境界値

は越えられている。したがって、独立したコントローラの機能方式によって、電流は相応して1'でもって表される電流ベクトルに減少される。

符号３および３‘で表されている電流空間位相ベクトルが、類似の場合を表している。この場合（ケース）は、両電流空間位相ベクトル、つまり、あまりに高い要求をうける電流空間位相ベクトル、および減少された電流空間位相ベクトルが、トルク形成する電流成分を有しているという点のみにおいて１の場合と異なっている。このトルク形成する電流成分は、同じままであり、つまり電流位相ベクトルの変更に影響をうけない。減少された電流ベクトルの磁束形成する成分がもはや境界値

を越えないということは、磁束形成する成分の制限によってのみ行われる。１および３の場合は、その先端が、d-q座標系の第一象限の領域内に存在する要求された電流ベクトルを有している。この先端は、「qプライオリティ」と表されている。今記載した通り、要求される電流ベクトルを許容される電流ベクトルに減少する際に、q-成分は、つまりトルク形成する電流成分

は影響をうけない。よって、こられらは、磁束形成する電流成分

に対してプライオリティを有している。ｑプライオリティを有するこの領域は、磁束形成する電流成分の最大値

の左方で終了している。この領域は、上方では、ｑプライオリティによって、最大値線の点線によって

から四分円とともに推移する水平線の辺りで終了している。ｑプライオリティを有するこの領域の直上、

のための垂直破線の右側で同様に、プライオリティを有さない領域が存在している。要求される電流空間位相ベクトルの先端が、この領域中にある場合、電流空間位相ベクトルは、ステータ電流のｄ-成分もq-成分も変化しつつ減少される。空間位相ベクトルのこの種の制限は、角度の正しい制限ともまた称される。二つの例が、図６の図中でこれに対応している。要求される電流空間位相ベクトル４の場合、この電流空間位相ベクトルは、全ステータ電流の最大値

の四分円と、まさにｑプライオリティを有する領域とプライオリティを有さない領域（「プライオリティ無し」）の境界線の辺りで交差している。制限によって磁束形成する電流の最大値に制限することによって、および全ステータ電流の最大値に制限することによって、まさにこの、電流空間位相ベクトル４と四分円の交点の辺りで終了する電流空間位相ベクトルが達成されるので、４の場合は、方向の変更、つまり上述したような角度の正しい制限が、電流位相ベクトルにおいて行われる。

四分円の上方および磁束形成する電流成分の最大値

の左方に、「ｄプライオリティ」を有する領域が存在している（図中では「ｄプライオリティ」と表されている）。そこでは、実施例の場合、要求される電流ベクトル２が終了している。これは、本発明に係る制限コントロールを使って、自動的に、許容される電流ベクトル２‘に減少される。この電流ベクトルは、同一の磁束形成する電流成分

を有するが、許容される全ステータ電流基本振動最大値に相応して減少されたトルク形成する電流成分を有する。磁束形成する電流成分の減少は行われないので、この領域は、的確にｄプライオリティを有する領域と表される。

Claims (8)

1. 三相電流変換器（Ｃ）により供給される三相交流機（Ｎ）を運転するための制御及び/又は調整装置において、
   ・ この装置が、構造（Ａ）、すなわち、制御及び/又は調整構造を備えており、
   ・ この構造（Ａ）が、ステータ磁束コントローラ（１２３）およびスリップ周波数コントローラ（１１３）または構造（Ａ）が、ステータ磁束コントローラ（１２３）およびトルクコントローラを備えており、
   ・ この構造（Ａ）が、第一の制限装置（１０７）を備え、この制限装置が、トルクを形成するステータ電流
   

   

   、つまり機械（Ｎ）のステータを通る電流の基本振動電流成分
   

   

   の制限のために、スリップ周波数コントローラ（１１３）またはトルクコントローラに供給される目標値
   

   

   を、スリップ周波数最大値
   

   

   またはトルク最大値に制限するよう形成されており、
   ・ この構造（Ａ）が、第二の制限装置（１２１）を備えており、この制限装置が、磁束形成するステータ電流
   

   

   の基本振動電流成分
   

   

   の制限のために、ステータ磁束コントローラ（１２３）に供給される目標値が変化する速度を制限するよう形成されており、
   ・ この構造（Ａ）が、スリップ周波数大最大
   

   

   またはトルク最大値を、ステータ電流のステータ電流基本振動電流値のための予め定められた電流最大値
   

   

   に応じて、および、磁束形成するステータ電流の基本振動電流成分の、フィルターをかけられた現状値
   

   

   に応じて計算するよう形成されていることを特徴とする前記装置。
2. 構造が、ステータ電流の、トルク形成する基本振動電流成分
   

   

   のフィルターをかけられた現状値
   

   

   と、ステータ電流の、トルク形成する基本振動電流成分の最大値
   

   

   の差を、Ｐ−、Ｉ−コントローラを有する調整装置（４０１−４０９）に供給するよう形成されており、その際、調整装置（４０１−４０９）の出力部が、第一の制限装置（１０７）の入力部と接続されていることを特徴とする請求項１に記載の制御及び/又は調整装置。
3. 構造が、ステータ電流の、磁束形成する基本振動電流成分のフィルターをかけられた現状値
   

   

   と、ステータ電流の、磁束形成する基本振動電流成分の最大値
   

   

   の差を、Ｐ−コントローラ（２０３）を有する調整装置（２０１−２０９）に供給するよう形成されており、その際、調整装置（２０１−２０９）の出力部が、第二の制限装置（１２１）の入口部に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制御及び/又は調整装置。
4. 三相交流機（Ｎ）が、非同期機械であること、およびその際、構造（Ａ）が、ステータ磁束コントローラ（１２３）およびスリップ周波数コントローラ（１１３）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の制御及び/又は調整装置。
5. ステータ磁束コントローラ（１２３）およびスリップ周波数コントローラ（１１３）を使用しつつ、またはステータ磁束コントローラ（１２３）およびトルクコントローラを使用しつつ、三相電流変換器（Ｃ）によって供給される三相交流機（Ｎ）を運転するための方法において、
   ・ステータ電流、つまり機械（Ｎ）のステータを通る電流の、トルク形成する基本振動電流成分の制限のために、スリップ周波数コントローラ（１１３）またはトルクコントローラに供給される目標値
   

   

   を、スリップ周波数最大値
   

   

   またはトルク最大値に制限し、
   ・ ステータ電流の磁束形成する基本振動電流成分を制限するために、ステータ電流コントローラ（１２３）に供給される目標値
   

   

   を変更する速度を、最大値
   

   

   に制限し、
   ・ スリップ周波数最大値
   

   

   またはトルク最大値が、ステータ電流のステータ電流基本振動値の為の予め定められた電流最大値
   

   

   に応じて、および、ステータ電流
   

   

   の、磁束形成する基本振動電流成分のフィルターをかけられた現状値
   

   

   に応じて計算されることを特徴とする方法。
6. ステータ電流の、トルク形成する基本振動電流成分
   

   

   のフィルターをかけられた現状値
   

   

   と、トルク形成する基本振動電流成分の最大値
   

   

   の差が、Ｐ，Ｉ−コントローラ（４０３）を有する調整装置（４０１−４０９）に供給されること、およびその際、調整装置（４０１−４０９）の出力値が、トルク形成するステータ電流の基本振動電流成分
   

   

   の制限の為の第一の制限装置（１０７）の入力部に供給されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. ステータ電流の、磁束形成する基本振動電流成分のフィルターをかけられた現状値
   

   

   と、ステータ電流の、磁束形成する基本振動電流成分の最大値
   

   

   の差が、Ｐ−コントローラ（２０３）を有する調整装置（２０１−２０９）に供給されること、およびその際、調整装置（２０１−２０９）の出力値が、磁束形成の為のステータ電流の基本振動電流成分の制限のための第二の制限装置の入力部に供給されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
8. 三相交流機が、非同期機械であること、およびその際、当該機械が、ステータ磁束コントローラ（１２３）およびスリップ周波数コントローラ（１１３）を使用のもと制御され及び/又は調整されることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。

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