DE3424485A1 - Method for the status control of a synchronous machine having no sensors, for supply via a converter having a DC voltage intermediate circuit - Google Patents

Method for the status control of a synchronous machine having no sensors, for supply via a converter having a DC voltage intermediate circuit

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DE3424485A1 DE19843424485 DE3424485A DE3424485A1 DE 3424485 A1 DE3424485 A1 DE 3424485A1 DE 19843424485 DE19843424485 DE 19843424485 DE 3424485 A DE3424485 A DE 3424485A DE 3424485 A1 DE3424485 A1 DE 3424485A1
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Abstract

In the case of the method for controlling and regulating a synchronous machine which is supplied from an invertor, it is not intended to use any pole-position sensors for regulation. This is achieved in that a desired value of the real current (iWw) is predetermined, said value is compared with the actual real current value (iWx) measured at the invertor input, and the regulation deviation ( DELTA iW) is supplied to a real-current regulator (6, 21), and in that a desired reactive current value (iQw), which is calculated from the stationary machine model, is specified, said value is compared with the actual stator current value (iSx) calculated in a measurement transducer (14), and the measured actual real current value (iWx) and the actual reactive current value (iQx) calculated in a measurement transducer (13), and the regulation deviation ( DELTA iQ) is supplied to a reactive current regulator (7, 23) whose output signal is added to that of the real-current regulator, and the sum is passed to the input of a controller (4), and in that, in the event of there being a variable voltage at the invertor input, said voltage adjusts the amplitude of the phase voltage of the machine in accordance with a specific relationship or in the situation where there is a constant voltage at the input of the invertor in accordance with said relationship by means of pulses, and the actual real-current value (iWx) is divided by the modulation level of the pulse invertor before it is supplied to the desired/actual value comparison. <IMAGE>

Description

Verfahren zur Zustandsreqelunq einer qeberlosenProcedure to reqelunq the status of a bad boy

Synchronmaschine bei Speisung über Umrichter mit Gleichspannunqszwischenkreis Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der vorliegenden Patentanmeldung.Synchronous machine when fed via converter with DC voltage intermediate circuit The invention relates to a method according to the preamble of the present invention Patent application.

Zweck der Erfindung ist es, das von einem Wechselrichter mit Gleichspannungseinprägung erzeugte Drehspannungssystem zur Speisung der Synchronmaschine so nach Betrag, Frequenz und Phasenlage zu steuern, daß das von der Maschine abgegebene Drehmoment im gesamten Drehzahlstellbereich gleich dem Sollwert ist und insbesondere bei Ausgleichsvorgängen möglichst schnell aperiodisch einschwingt.The purpose of the invention is that of an inverter with direct voltage impression Three-phase voltage system generated to feed the synchronous machine according to amount, frequency and phasing to control that the torque delivered by the machine throughout Speed control range is equal to the setpoint and especially during compensation processes settles aperiodically as quickly as possible.

Es ist nach der Patentanmeldung P 31 12 047.4 eine Anordnung zur Steuerung und Regelung einer Synchronmaschine mittels eines Wechselrichters bekannt, bei der zur Synchronisation des Wechselrichter-Steuergerätes ein Pollagegeber erforderlich ist. Dies ist ein wesentlicher Nachteil dieses einfachen Regelkonzeptes, weil solche Geber sehr empfindlich sind und nicht immer ein freies Wellenende zum Anbau zur Verfügung steht.According to patent application P 31 12 047.4, it is an arrangement for controlling and control of a synchronous machine by means of an inverter is known in which a pole position encoder is required to synchronize the inverter control unit is. This is a major disadvantage of this simple control concept because such Encoders are very sensitive and do not always have a free shaft end for attachment to Available.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Regelverfahren anzugeben, bei dem kein Pollagegeber erforderlich ist.The invention is based on the object to be as simple as possible Specify the control procedure in which no pole position encoder is required.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the in the characterizing part of the Patent claim 1 listed features solved.

Die Lösung besteht also darin, daß der Phasenverschiebungswinkel zwischen Ständerstrom und -spannung von einem Wirk- und Blindstromregler in Abhängigkeit von den Augenblickswerten des Wirk- und Blindstromes verstellt wird und daß die Ständerspannung, die bei nichtpulsendem Wechselrichter nur der Zwischenkreisgleichspannung proportional ist, zur Konstanthaltung des Flußbetrages nahezu drehfrequenzproportional nachgeführt wird. Durch diese Kombination von Steuer- und Regelverfahren ist gewährleistet, daß die zu einer Drehmomentverstellung erforderliche Wirkleistungsverstellung geregelt erfolgt, wodurch Wirkleistungspendelungen vermieden werden können.So the solution is that the phase shift angle is between Stator current and voltage from an active and reactive current controller as a function of is adjusted by the instantaneous values of the active and reactive current and that the Stator voltage, which in the case of a non-pulsing inverter is only the DC link voltage is proportional, to keep the amount of flux constant, almost proportional to the frequency of rotation is tracked. This combination of control and regulation procedures ensures that the real power adjustment required for a torque adjustment is regulated takes place, whereby active power swings can be avoided.

Wird ein pulsender Wechselrichter in Verbindung mit einer festen Zwischenkreisgleichspannung verwendet, ändert sich durch die Pulsung das Spannungs- und Stromübersetzungsverhältnis des Wechselrichters mit seinem Aussteuergrad. Dadurch entspricht der Zwischenkreisgleichstrom i Wx nicht mehr dem echten Wirkstrom. Dieser kann aber aus dem Zwischenkreisgleichstrom i Wx berechnet werden, wenn iWx vor der Aufschaltung auf den Soll-Istwert-Vergleichspunkt durch den Aussteuergrad des Wechselrichters dividiert wirc Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher beschrieben.Is a pulsating inverter in connection with a fixed DC link voltage is used, the pulsing changes the voltage and current transformation ratio of the inverter with its degree of modulation. This corresponds to the DC link current i Wx no longer corresponds to the real active current. However, this can come from the DC link current i Wx can be calculated if iWx before the connection to the setpoint / actual value comparison point divided by the degree of modulation of the inverter Invention is illustrated in the embodiment described below with reference to the drawing described in more detail.

Es zeigen die Fig. 1 das grundsätzliche Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens und die Fig. 2 eine Ausführung, die einen Umkehrstromrichter mit Zwischenkreis aufweist.1 shows the basic principle of the invention Method and FIG. 2 shows an embodiment which has a reversing converter with an intermediate circuit having.

Die Synchronmaschine 1 wird vom Wechselrichter 2 gespeist.The synchronous machine 1 is fed by the inverter 2.

Dieser erhält seine elektrische Energie aus einer Gleichspannungsquelle 3 und wird vom Steuergerät 4 angesteuert.This receives its electrical energy from a DC voltage source 3 and is activated by control unit 4.

Es erfolgt eine Amplitudenverstellung der Eingangsspannung gemäß dem im Multiplizier- und Addierglied 5 aus w1x . # und Is. R1 durch Summation gebildeten Wert der Ständerspannung u1, wobei w1x die Drehfrequenz, # der Flußsollwert, IS der Ständerstrom und R1 der Ständerwiderstand ist. Liegt eine konstante Spannung am Eingang des Wechselrichters, so wird für diesen ein Pulswechselrichter benutzt, dessen Pulsen (über das Steuergerät 4) die Amplitude der Phasenspannung der Maschine nach der Beziehung w1x # + IS . R1 verstellt.There is an amplitude adjustment of the input voltage according to the in the multiplier and adder 5 from w1x. # and Is. R1 formed by summation Value of the stator voltage u1, where w1x the rotational frequency, # the flux setpoint, IS is the stator current and R1 is the stator resistance. There is constant tension at the input of the inverter, a pulse inverter is used for this, its pulses (via the control unit 4) the amplitude of the phase voltage of the machine according to the relationship w1x # + IS. R1 adjusted.

Der Ständerstrom Is kann dabei nach der Beziehung iQw : Sollwert des Blindstromes, iWw = Sollwert des Wirkstromes, gebildet werden.The stator current Is can be based on the relationship iQw: nominal value of the reactive current, iWw = nominal value of the active current.

Der Phasenverschiebungswinkel P wird außerhalb des .nlaufbereiches von einem Wirkstromregler 6 und einem Blindstromregler 7 so eingestellt, daß die Regelabwei chung #iw = iWw (Wirkstromsollwert) - iWx (Wirkstromistwert und ai = iQW (Blindstromsollwert) - iQx (Blind-Q stromistwert) im eingeschwungenen Zustand Null ist.The phase shift angle P is outside the .inlaufbereiches set by an active current regulator 6 and a reactive current regulator 7 so that the Control deviation #iw = iWw (active current setpoint) - iWx (active current actual value and ai = iQW (reactive current setpoint) - iQx (reactive Q current actual value) in the steady state Is zero.

Der Blindstromistwert wird mit Hilfe des Meßwertumformers 13 aus dem Wirkstromistwert und dem im Meßumformer 14 gebildeten Ständerstromistwert iSx nach der Formel berechnet.The reactive current actual value is calculated with the aid of the measuring transducer 13 from the active current actual value and the stator current actual value iSx formed in the measuring transducer 14 according to the formula calculated.

Im Anlaufbereich kann zum asynchronen Anlauf der Synchronmaschine der Blindleistungsregler gesperrt und die Synchronisation des Steuergerätes und der Erregerstrom abgeschaltet werden. Der Wirkstromregler stellt dann die Ständerfrequenz c£>1 so ein, daß das gewünschte Drehmoment an der Welle abgegeben werden kann. Zur Vorsteuerung der Ständerfrequenz1 kann das mit Hilfe des Spannungsfrequenzwandlers 15 gebildete Drehfrequenzsignalco1x mit dem Ausgangssignal des Wirkstromreglers addiert werden. Zusätzlich kann aus dem Sollwert des Wirkstromes iWw, der dem Drehmoment Msoll proportional ist (Proportionalglied 8), durch Multiplikation im Multiplizierer 9 mit dem Dämpferwiderstand R2 nach Division durch den konstanten Fluß F eine Dämpfersollfrequenz G)2 bestimmt und zur Vorsteuerung aufgeschaltet werden. Der Wirkstromregler 6 greift im stationären Fall bei notwendigen Korrekturen ein und sorgt bei dynamischen Verstellungen des Drehmomentes für die notwendigen Phasenlagenänderungen des Ständerstromes, die gegenüber einer gleichmäßigen Drehung auftreten.In the start-up area, the synchronous machine can be started asynchronously the reactive power controller blocked and the synchronization of the control unit and the excitation current must be switched off. The active current controller then sets the stator frequency c £> 1 so that the desired torque can be delivered to the shaft. To pre-control the stator frequency1, this can be done with the help of the voltage frequency converter 15 rotational frequency signal co1x formed with the output signal of the active current controller can be added. In addition, from the setpoint of the active current iWw, that of the torque Msoll is proportional (proportional term 8), through multiplication in the multiplier 9 with the damper resistance R2 after division by the constant flux F a desired damper frequency G) 2 can be determined and connected for precontrol. The active current regulator 6 takes effect in the stationary case if corrections are necessary and takes care of dynamic adjustments of the torque for the necessary phase position changes of the stator current, which occur against a uniform rotation.

In Fig. 2 ist die Gleichspannungsquelle 3 aus Fig. 1 durch einen an das Netz N angeschlossenen Umkehrstromrichter 11 realisiert, der über eine Glättungsdrossel 12 den Zwischenkreiskondensator 13 speist. Die Kondensatorspannung udx wird von einem Spannungsregler 14 der den Stromsollwert für den unterlagerten Stromregeikreis 15 vorgibt, auf den aus der Drehfrequenz lx mittels Kenr.-linienglied 16, das in seiner Funktion dem Multiplizier-und Addierglied 5 gemäß Fig. 1 entspricht, gebildeten Spannungssollwert udw geregelt. Dem Stromregler 15 ist ein Steuergerät 15a nachgeschaltet, das die Zündimpulse für den Umkehrstromrichter 11 liefert.In FIG. 2, the DC voltage source 3 from FIG. 1 is connected by a the network N connected inverter 11 implemented, which has a smoothing choke 12 feeds the intermediate circuit capacitor 13. The capacitor voltage udx is from a voltage regulator 14 which sets the current setpoint for the subordinate current loop 15 specifies, on the basis of the rotational frequency lx by means of the characteristic line element 16, which in its function corresponds to the multiplier and adder 5 according to FIG. 1 Voltage setpoint udw regulated. The current regulator 15 is followed by a control device 15a, which supplies the ignition pulses for the inverter 11.

Zur Vorsteuerung des Stromregelkreises wird der Wirkstromistwert iWx im Proportionalglied 15b multipliziert und mit dem Netzstromistwert iLX addiert.The active current actual value iWx is used for precontrol of the current control loop multiplied in the proportional element 15b and added to the network current actual value iLX.

Die Asynchronmaschine 17 wird vom Wechselrichter 19 gespeist. Am Eingang des Wechselrichters wird der Wirkstromistwert iWx gemessen und mit dem Wirkstromsollwert iWw verglichen, der vom Drehzahlregler 20, dem die Differenz eines Drehzahlsollwertes ovW und des mittels Spannungsfrequenzwandler 18 aus der Ständerstromfrequenz gebildeten Drehzahlistwertes cv1x zugeführt wird, vorgegeben wird.The asynchronous machine 17 is fed by the inverter 19. At the entrance of the inverter, the active current actual value iWx is measured and with the active current setpoint iWw compared that of the speed controller 20 to which the difference in a speed setpoint ovW and that formed from the stator current frequency by means of voltage frequency converter 18 Actual speed value cv1x is supplied, is specified.

Aus der Regelabweichung iWw - iWx bildet der Wirkstromregler 21 zusammen mit dem Blindstromregler 23 den Phasenverschiebungswinkel , der in einem Steuergerät 22 in geeigneter Weise in Zündimpulse umgewandelt wird, die die löschbaren Ventile des Wechselrichters, der hier in polender Betriebsweise arbeitet, ansteuern.The active current regulator 21 compiles the control deviation iWw-iWx with the reactive current regulator 23 the phase shift angle, which is in a control unit 22 is converted in a suitable manner into ignition pulses, which the erasable valves of the inverter, which works here in polarity mode.

Der Blindstromregler 23 erhält seinen berechneten Sollwert aus dem stationären Maschinenmodell 24 und seinen Istwert aus einem Meßumformer 19, der diesen aus dem im Meßumformer 25 berechneten Ständerstromistwert isx und dem Wirkstromistwert iWx bildet.The reactive current regulator 23 receives its calculated setpoint from the stationary machine model 24 and its actual value from a transducer 19, the this from the stator current actual value isx calculated in the measuring transducer 25 and the active current actual value iWx educates.

Der Anlauf erfolgt asynchron. Dazu wird die Synchronisation des Steuergerätes und der Erregerstrom abgeschaltet und der Blindleistungsregler 23 gesperrt.The start-up is asynchronous. This is done by synchronizing the control unit and the excitation current is switched off and the reactive power controller 23 is blocked.

Zur Vorsteuerung werden dem Eingangssignal des Steuergerätes 22, wie in Fig. 1 gestrichelt dargestellt und hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, der Drehfrequenzistwert Cv1x und der Dämpferfrequenzsollwert C2 aufgeschaltet.For pre-control, the input signal of the control device 22, such as shown in dashed lines in Fig. 1 and omitted here for the sake of clarity, the actual rotation frequency value Cv1x and the damper frequency setpoint value C2 are applied.

Eine Anwendung des Verfahrens ist auch bei einem Umrichter, der mit konstanter Zwischenkreisspannung arbeitet und polend und pulsend die Spannung an der Maschine verstellt, denkbar.An application of the method is also in a converter that with constant intermediate circuit voltage works and polarizes and pulsates the voltage the machine adjusted, conceivable.

In diesem Fall ist der Zwischenkreisstrom nicht mehr identisch mit dem Wirkstrom der Maschine. Dieser ist allerdings durch Messung der Maschinenstrangströme und Phasenspannungen leicht zu ermitteln. Das gleiche gilt für weitere Umrichtertypen wie z.B. den Direktumrichter.In this case the intermediate circuit current is no longer identical to the active current of the machine. However, this is due to the measurement of the machine train currents and Phase voltages easy to determine. The same applies other converter types such as the direct converter.

Eine einfache Methode zur Ermittlung des Wirkstromes bei pulsendem Wechselrichter besteht darin, den im Zwischenkreis gemessenen Gleichstrom vor der Weiterverarbeitung durch den Aussteuergrad des Wechselrichters zu dividieren.A simple method for determining the active current with pulsing Inverter consists of the direct current measured in the intermediate circuit before the To divide further processing by the modulation factor of the inverter.

Claims (6)

Verfahren zur Zustandsregelung einer qeberlosen Synchronmaschine bei Speisunq über Umrichter mit Gleichspannunqszwischenkreis Patentansprüche t l. Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Synchronmaschine, die von einem fremd- oder selbstgeführten Wechselrichter mit eingeprägter variabler oder konstanter Gleichspannung gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des Drehmomentes ein Wirkstromsollwert (iWw) ) vorgegeben, dieser mit dem am Wechselrichtereingang gemessenen Wirkstromistwert (iWx) verglichen und die Regelabweichung (asw) einem Wirkstromregler (6,21) zugeführt wird und daß zur Beeinflussung des Maschinenflusses ein aus dem stationären Maschinenmodell berechneter Blindstromsollwert (iQw) vorgegeben, dieser mit dem in einem Meßumformer (14) berechneten Ständerstromistwert (i ) und gemessenen Wirkstromistwert (iWx) in einem Meßumformer (13) berechneten Blindstromistwert (iQx) verglichen und die Regelabweichung (i ) einem Blindstromregler (7,23) zugeführt Q wird, dessen Ausgangssignal mit dem des Wirkstromreglers addiert wird, und die Summe auf den Eingang eines Steuergerätes (4) gegeben wird, das mit dem Ständerstrom synchronisiert ist und daß bei am Wechsel- richtereingang liegender variabler Spannung diese nach der Beziehung k (w 1x . # + Io . R1), w1x : Drehfrequenzistwert r Flußsollwert 1 : Leerlaufstrom 0 R1 : Ständerwiderstand k : konstanter Faktor respektive bei am Eingang des Wechselrichters liegender konstanter Spannung durch Pulsen (mehrfaches Ein-und Ausschalten während einer Periode der Maschinenspannung) die Amplitude der Phasenspannung der Maschine nach dieser Beziehung verstellt und der Wirkstromistwert (iwx) durch den Aussteuergrad des Pulswechselrichters dividiert wird, bevor er dem Soll-Istwertvergleich zugeführt wird. Method for controlling the state of an encoderless synchronous machine in the case of supply via converter with DC voltage intermediate circuit patent claims t l. Method for controlling and regulating a synchronous machine that is operated by an external or self-commutated inverter with impressed variable or constant DC voltage is fed, characterized in that to influence the torque a Active current setpoint (iWw)) is specified, this with the one measured at the inverter input Active current actual value (iWx) compared and the control deviation (asw) to an active current controller (6,21) is supplied and that to influence the machine flow a from the stationary machine model calculated reactive current setpoint (iQw) specified, this with the stator current actual value (i) calculated and measured in a measuring transducer (14) Active current actual value (iWx) in a transmitter (13) calculated reactive current actual value (iQx) compared and the control deviation (i) fed to a reactive current controller (7,23) Q, whose output signal is added to that of the active current controller, and the Sum on the input of a control unit (4) is given, which with the stator current is synchronized and that at the change judge entrance lying variable voltage this according to the relationship k (w 1x. # + Io. R1), w1x: actual rotation frequency value r Flux setpoint 1: no-load current 0 R1: stator resistance k: constant factor or if there is a constant voltage at the input of the inverter Pulsing (multiple switching on and off during a period of the machine voltage) the amplitude of the phase voltage of the machine is adjusted according to this relationship and the active current actual value (iwx) divided by the modulation factor of the pulse-controlled inverter before it is fed to the setpoint / actual value comparison. 2. Anspruch 2 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlistwert aus der Frequenz des Ständerstromes abgeleitet wird.2. Claim 2 according to claim 1, characterized in that the actual speed value is derived from the frequency of the stator current. 3. Anspruch 3 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet4 daß im Anlaufbereich die Synchronisation des Steuergerätes abgeschaltet und der Blindstromregler gesperrt wird und der Wirkstromreglerausgang dann die Ausgangsfrequenz des selbstgeführten Wechselrichters zum asynchronen Anlauf der Synchronmaschine vorgibt.3. Claim 3 according to claim 1, characterized in that in the start-up area the synchronization of the control unit is switched off and the reactive current controller is blocked and the active current controller output then the output frequency of the self-commutated Inverter for asynchronous start-up of the synchronous machine. 4. Anspruch 4 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anlaufbereich die Ständerfrequenz (w1) aus der Summe des Signals des Wirkstromreglerausgangs, des Läuferfrequenzsollwerts (çv2w) und der Drehfrequenz (fi21x) gebildet wird, wobei der Läuferfrequenzsollwert durch Multiplikation des Quotienten aus Dämpferwiderstand R2 und Flußsollwert r und dem Wirkstromsollwert (iWw) errechnet wird.4. Claim 4 according to claim 1, characterized in that in the start-up area the stator frequency (w1) from the sum of the signal of the active current controller output, of the rotor frequency setpoint (çv2w) and the rotational frequency (fi21x) is formed, where the Rotor frequency setpoint by multiplying the quotient Damping resistance R2 and flux setpoint r and the active current setpoint (iWw) are calculated will. 5. Anspruch 5 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerstrom der Synchronmaschine von einer Erregereinrichtung so vorgegeben wird, daß in jedem Betriebspunkt der Maschinenleistungsfaktor den gewünschten Wert besitzt.5. Claim 5 according to claim 1, characterized in that the excitation current the synchronous machine is specified by an excitation device so that in each Operating point the machine power factor has the desired value. 6. Anspruch 6 nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Augenblickswert des Blindstromes (i ) aus den Augenblickswerten des Wirk-Qx stromes (iWx) und der Ständerströme (iRs iS, iT) nach der Beziehung berechnet wird.6. Claim 6 according to claim 1, characterized in that the instantaneous value of the reactive current (i) from the instantaneous values of the active Qx current (iWx) and the stator currents (iRs iS, iT) according to the relationship is calculated.
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