DE3438210A1 - Control method and control device for controlling an asynchronous machine which is supplied via a converter having an intermediate circuit - Google Patents
Control method and control device for controlling an asynchronous machine which is supplied via a converter having an intermediate circuitInfo
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Abstract
Description
Regelverfahren und Regeleinrichtung zur Regelung einerControl method and control device for controlling a
über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren und eine Regeleinrichtung zur Regelung einer über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Asynchronous machine fed by a converter with an intermediate circuit The invention relates to a control method and a control device for Control of an asynchronous machine fed by a converter with an intermediate circuit according to the preamble of claim 1.
Ein solches Regelverfahren bzw. eine solche Regeleinrichtung zur Regelung einer über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine sind aus der DE-OS 32 12 439 bekannt.Such a control method or such a control device for regulation an asynchronous machine fed by a converter with an intermediate circuit are off the DE-OS 32 12 439 known.
Das dort beschriebene Verfahren basiert auf einer Berechnung der Läufer-EMK der Asynchronmaschine und daraus des Schlupfes oder einer schlupfproportionalen Stromkomponente nur aus Klemmengrößen. Mit den berechneten Signalen werden entweder über einen unterlagerten Regelkreis oder durch unmittelbare Ausrichtung am Raumvektor der Läufer-EMK die Augenblickswerte der Ständerspannungs-oder der Ständerstromsollwerte gebildet und mit Hilfe eines schnellen elektrischen Stellgliedes der Maschine zugeführt. Mit dem beschriebenen Verfahren ist u.The method described there is based on a calculation of the rotor EMF the asynchronous machine and from it the slip or a slip proportional Current component from terminal sizes only. With the calculated signals either via a subordinate control loop or by direct alignment with the space vector the rotor emf the instantaneous values of the stator voltage or the stator current setpoints formed and with With the help of a fast electric actuator fed to the machine. With the method described u.
a. eine Drehmoment- oder Drehzahlsteuerung mit gutem dynamischem Verhalten möglich. Das Verfahren hat als Vorteile eine geringe Parameterempfindlichkeit und einen Verzicht auf Meßgeber an der Maschine.a. a torque or speed control with good dynamic behavior possible. The advantages of the method are low parameter sensitivity and a waiver of sensors on the machine.
Der Istwert der Schlupffrequenz wird dabei aus den gemessenen Strömen und Spannungen der Maschine berechnet, indem als Hilfsgröße zunächst die vom Läuferfluß induzierte Läufer-EMK in einem ständerfesten Koordinatensystem bestimmt wird. Auf diese Weise ist keine Koordinatentransformation der StändergröAen erforderlich, was einer Realisierung in analoger Schaltungstechnik entgegenkommt.The actual value of the slip frequency is derived from the measured currents and voltages of the machine are calculated by first adding that of the rotor flux as an auxiliary variable induced rotor emf is determined in a stator-fixed coordinate system. on In this way, no coordinate transformation of the column sizes is required, which is beneficial for implementation in analog circuit technology.
Das beschriebene Verfahren hat jedoch, wenn es in einem Mikrorechner realisiert wird, den Nachteil, daß die Berechnung der Läufer-EMK in einem ständerfesten Bezugssystem relativ kurze Abtastzeiten erfordert, da es sich um Wechselgrößen handelt.However, the method described has when it is in a microcomputer is realized, the disadvantage that the calculation of the rotor EMF in a stator The reference system requires relatively short sampling times because the variables involved are changing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren zur Regelung einer über einen Umrichter mit Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine anzugeben, das eine rasche Korrektur des vom Maschinenmodell vorgesteuert vorgegebenen Schlupffrequenzsollwertes in Abhängigkeit von den meßbaren Strömen und Spannungen ermöglicht und dabei in einfacher Weise in einem Mikrorechner realisiert werden kann.The invention is based on the object of a control method for control specify an asynchronous machine fed by a converter with an intermediate circuit, this is a rapid correction of the slip frequency setpoint pre-controlled by the machine model depending on the measurable currents and voltages enabled and thereby in can be easily implemented in a microcomputer.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved by the features characterized in claim 1 solved.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Korrektur des Schlupffre- quenzsollwertes mit Hilfe des Leistungsregelkreises statisch wie dynamisch stets das geforderte Drehmoment eingestellt wird. Es ist vorteilhaft keine Tachometermaschine notwendig. Die Ermittlung des Sollwertes wie des Istwertes der Ständerleistung ist in einfacher Weise möglich, da hierzu lediglich die Kenngrößen Strom und Spannung erfaßt werden müssen. Für die Kompensation der Läuferzeitkonstanten brauchen keine besonderen Maßnahmen getroffen werden, da der unterlagerte Leistungsregelkreis den Temperatureinfluß ausgleicht.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that by correcting the slip frequency setpoint with the help of the power control loop, statically and dynamically, always the required torque is set. It is advantageous not to need a tachometer machine. The investigation the setpoint as well as the actual value of the stator power is possible in a simple manner, because for this only the parameters current and voltage have to be recorded. For the compensation of the rotor time constants do not require any special measures because the subordinate power control circuit compensates for the temperature influence.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung und Regeleinrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention and control devices for carrying out the control method according to the invention are set out in the subclaims marked.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.The invention is illustrated below with reference to the in the drawings Embodiment explained.
Es zeigen: Fig. 1 ein läuferflußbezogenes d/q-Koordinatensystem mit dem Zeigerbild der interessierenden Größen, Fig. 2 die Struktur des Maschinenmodells, Fig. 3 die Struktur der Regeleinrichtung, Fig.4 bis 6 drei Varianten zur Ermittlung eines Asynchronmaschinenkippens.1 shows a rotor flux-related d / q coordinate system the vector image of the variables of interest, Fig. 2 the structure of the machine model, 3 shows the structure of the control device, FIGS. 4 to 6 three variants for the determination an asynchronous machine tilting.
In Fig. 1 ist das läuferflußbezogene d/q-Koordinatensystem mit dem Zeigerbild der interessierenden Größen dargestellt. Die d-Achse des Koordinatensystems soll mit der Richtung des Raumzeigers des Läuferflusses 99 2 zusammenfallen. Die Projektion des Raumzeigers des Ständerstromes i1 auf die d-Achse ergibt die d-Komponente ild des Ständerstromes, die Projektion auf die q-Achse liefert die q-Komponente i1q. Die Projektion des Raumzeigers der Ständerspannung U1 auf die d-Achse führt zur d-Komponente Uld der Ständerspannung, bei Projektion auf die q-Achse ergibt sich die q-Komponente U1q. Der Winkel zwischen dem Raumzeiger des Ständerstromes i1 und der d-Achse ist mit Fig i1 und der Winkel zwischen dem Raumzeiger der Ständerspannung U1 und der d-Achse ist mit kL U1 bezeichnet.In Fig. 1, the rotor flux-related d / q coordinate system with the Vector image of the quantities of interest shown. The d-axis of the coordinate system should coincide with the direction of the space vector of the rotor flow 99 2. the Projection of the space vector of the stator current i1 onto the d-axis results in the d-component ild of the stator current, the projection on the q-axis supplies the q-component i1q. The projection of the space vector of the stator voltage U1 onto the d-axis leads to the d component Uld of the stator voltage, when projected onto the The q-axis results in the q-component U1q. The angle between the space vector of the Stator current i1 and the d-axis is with Fig i1 and the angle between the space vector the stator voltage U1 and the d-axis is denoted by kL U1.
In Fig. 2 ist die Struktur des Maschinenmodells dargestellt. Zur Bildung der Ständerstromsollwerte des läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystems und der Ständerfrequenz ist ein erstes Entkopplungsnetzwerk vorgesehen.In Fig. 2 the structure of the machine model is shown. For education the stator current setpoints of the rotor flux-related d / q coordinate system and the Stator frequency, a first decoupling network is provided.
Der Läuferfluss-Sollwert Y 2d* wird einem P-Glied 1 zugeführt. Das P-Glied 1 multipliziert die Eingangsgröße mit dem Faktor 1/Xh, wobei Xh die Hauptreaktanz darstellt Ausgangsseitig ist das P-Glied 1 mit einer Additionsstelle 2 sowie mit einem Differenzierer 3 verbunden, wobei der Differenzierer 3 die Eingangsgröße mit der Läuferzeitkonstante T2 multipliziert und ausgangsseitig ebenfalls an der Additionsstelle 2 liegt. Bei geringeren Ansprüchen an die Dynamik kann auf den Differenzierer 3 verzichtet werden. An der Additionsstelle 2 ist der Sollwert für die d-Komponente des Ständerstromes 11d abgreifbar.The rotor flux setpoint Y 2d * is fed to a P element 1. That P element 1 multiplies the input variable by the factor 1 / Xh, where Xh is the main reactance represents the output side is the P element 1 with an addition point 2 and with a differentiator 3 connected, the differentiator 3 having the input variable the rotor time constant T2 multiplied and on the output side also at the addition point 2 lies. If the demands on the dynamics are lower, the differentiator 3 be waived. At the addition point 2 is the setpoint for the d component of the stator current 11d can be tapped.
Einem Dividierer 4 wird als Dividend der Drehmoment-Sollwert m * und als Divisor der Läuferfluß-Sollwert * t 2d zugeleitet. Ausgangsseitig ist der Dividierer 4 mit einem P-Glied 5 verbunden, das die Eingangsgröße mit einem Quotient X2/Xh multipliziert, wobei X2 die Läuferreaktanz darstellt. Als Ausgangsgröße ist dem P-Glied 5 der Sollwert für die q-Komponente des Ständerstromes * iiq entnehmbar.The torque setpoint m * and The rotor flux setpoint value * t 2d is supplied as a divisor. The output is the divider 4 connected to a P element 5, which the input variable with a quotient X2 / Xh multiplied, where X2 represents the rotor reactance. The output variable is that P element 5, the setpoint for the q component of the stator current * iiq can be taken.
Einem Verzögerungsglied 6 wird eingangsseitig der Wert iid* zugeleitet, wobei das Verzögerungsglied 6 die Eingangsgröße mit der Zeitkonstanten T2 verzögert und aus gangsseitig mit einem P-Glied 7 verbunden ist. Diese Ausgangsgröße stellt den Sollwert des Magnetisierungsstromes id* dar. Das P-Glied 7 multipliziert die Eingangsgröße mit s gT2, wobei GJ B eine Bezugsfrequenz darstellt. Die AusgangsgröRe des P-Gliedes liegt einem Dividierer 8 als Divisor an. Als Dividend wird dem Dividierer 8 der Wert iiq zugeführt. Ausgangsseitig ist dem Dividierer 8 der Schlupffrequenz-Sollwert C) 2* entnehmbar.A delay element 6 is fed the value iid * on the input side, the delay element 6 delays the input variable with the time constant T2 and from is connected to a P element 7 on the output side. This output variable represents the nominal value of the magnetizing current id *. The P element 7 multiplies the input variable with s gT2, where GJ B represents a reference frequency. The output variable of the P element is applied to a divider 8 as a divisor. The dividend is called the divider 8 the value iiq is supplied. On the output side, the divider 8 is the slip frequency setpoint C) 2 * removable.
Zur Bildung der Ständerspannungs-Sollwerte des läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystems mit Hilfe der Ständerstromsollwerte ist ein weiteres Entkopplungsnetzwerk vorgesehen. Der Magnetisierungsstrom-Sollwert iFd* wird einem P-Glied 10 zugeleitet, das die Eingangsgröße mit dem Quotient X2h/X2 multipliziert. Ausgangsseitig ist das P-Glied 10 mit einem Differenzierer 11 und einem Multiplizierer 12 verbunden. Der Differenzierer 11 multipliziert die Eingangsgröße mit dem Wert 1/ ç B.To form the stator voltage setpoints of the rotor flux-related d / q coordinate system with the help of the stator current setpoints is another decoupling network intended. The magnetizing current setpoint iFd * is fed to a P element 10, that multiplies the input variable with the quotient X2h / X2. Is the output side the P element 10 is connected to a differentiator 11 and a multiplier 12. The differentiator 11 multiplies the input variable by the value 1 / ç B.
Der Ständerstromsollwert imid* wird einem P-Glied 13 zugeleitet, das die Eingangsgröße mit dem Ständerwiderstand R1 multipliziert. Ausgangsseitig ist das P-Glied 13 mit einem Differenzierer 14, einer Additionsstelle 15 sowie einem Multiplizierer 16 verbunden. Der Differenzierer 74 multipliziert die Eingangsgröße mit g T1, wobei G den Streukoeffizient und T1 die Ständerzeitkonstante darstellen. Die Additionsstelle 15 empfängt eingangsseitig die Ausgangssignale der Differenzierer 14 und 11 und gibt ausgangsseitig den Sollwert für die d-Komponente der Ständerspannung U1d ab.The stator current setpoint imid * is fed to a P element 13, the the input variable is multiplied by the stator resistance R1. Is the output side the P element 13 with a differentiator 14, an addition point 15 and a Multiplier 16 connected. The differentiator 74 multiplies the input variable with g T1, where G represents the scattering coefficient and T1 the stator time constant. The addition point 15 receives the output signals of the differentiators on the input side 14 and 11 and provides the setpoint for the d component of the stator voltage on the output side U1d from.
Der Multiplizierer 16 empfängt als weitere Eingangsgröße die Ständerfrequenz D 1 und ist ausgangsseitig mit einem P-Glied 17 verbunden, das die Eingangsgröße mit dem Produkt GJ B G T1 multipliziert.The multiplier 16 receives the stator frequency as a further input variable D 1 and is connected on the output side to a P element 17, which is the input variable multiplied by the product GJ B G T1.
Ein weiterer Multiplizierer 18, dem eingangsseitig ebenfalls die Ständerfrequenz cJ 1 anliegt, ist ausgangsseitig mit einem P-Glied 19 verbunden, das die Eingangsgröße mit dem Produkt # B #T1 multipliziert und dessen Ausgangssignal der Additionsstelle 15 mit negativem Vorzeichen zugeführt wird.Another multiplier 18, which also has the stator frequency on the input side cJ 1 is applied, is connected on the output side to a P element 19, which is the input variable multiplied by the product # B # T1 and its output signal of the addition point 15 is supplied with a negative sign.
Der Ständerstromsollwert ilq wird einem P-Glied 20 zugeführt, der das Eingangssignal mit R1 multipliziert und ausgangsseitig mit dem Multiplizierer 18, einer Additionsstelle 21 und einem Differenzierer 22 verbunden ist.The stator current setpoint ilq is fed to a P element 20, which the input signal is multiplied by R1 and on the output side by the multiplier 18, an adder 21 and a differentiator 22 is connected.
Der Differenzierer 22 multipliziert das Eingangssignal mit dem Produkt # T1. Die Additionsstelle 21 empfängt die Ausgangssignale des P-Gliedes 17, des Differenzierers 22 sowie des Multiplizierers 12 und gibt ausgangsseitig einen Sollwert für die q-Komponente der Ständerspannung U1q* ab.The differentiator 22 multiplies the input signal by the product # T1. The adder 21 receives the output signals of the P element 17, des Differentiator 22 and the multiplier 12 and gives a setpoint on the output side for the q component of the stator voltage U1q *.
Zur Berechnung des Sollwertes der Ständerleistung P1 sind zwei Multiplizierer 40, 41 sowie eine Additionsstelle 42 vorgesehen. Dem Multiplizierer 40 werden der Ständerspannungssollwert U1d * und der Ständerstromsollwert i1d eingangsseitig zugeleitet. Ausgangsseitig gibt der Multiplizierer 40 das Produkt U1d* . i1d* an die Additionsstelle 42 ab. Dem Multiplizierer 41 werden der Ständerspannungssollwert Uiq * und der Ständersstromsoll-* wert i1q* eingangsseitig zugeführt, ausgangsseitig gibt der Multiplizierer 41 das Produkt U1q* . i1q* an die Additionsstelle 42 ab. Die von der Additionsstelle 42 gebildete Summe beider Produkte ist der Sollwert der Ständerleistung P1 u Das durch die Bauteile 1 bis 8, 10 bis 22 und 40 bis 42 gebildete Maschinenmodell ist lediglich ein Ausführungsbeispiel und kann durch andere bekannte Maschinenmodelle * ersetzt werden. Die Führungsgrößen m* und Y 2d dieses Modells werden beispielsweise durch überlagerte Drehzahl- bzw. Spannungsregler vorgegeben.Two multipliers are used to calculate the nominal value of the stator power P1 40, 41 and an addition point 42 are provided. The multiplier 40 becomes the Stator voltage setpoint U1d * and the stator current setpoint i1d supplied on the input side. On the output side, the multiplier 40 gives the product U1d *. i1d * to the addition point 42 from. The stator voltage setpoint Uiq * and the stator current setpoint * value i1q * is supplied on the input side, on the output side the multiplier 41 gives this Product U1q *. i1q * to the addition point 42. The from addition point 42 The sum of the two products is the nominal value of the stator power P1 u Das through the components 1 to 8, 10 to 22 and 40 to 42 formed machine model is only an exemplary embodiment and can be replaced by other known machine models * will. The reference variables m * and Y 2d this Model are for example specified by superimposed speed or voltage controllers.
Fig. 3 zeigt die Struktur der Regeleinrichtung ohne Drehfrequenzrückführung. Das Maschinenmodell aus Fig. 2 ist in einem Block zusammengefaßt.Fig. 3 shows the structure of the control device without rotational frequency feedback. The machine model from FIG. 2 is combined in one block.
Bei einem Antriebssystem mit I-Wechselrichter (stromeingeprägter Wechselrichter) werden die Ständerstromsollwerte i1q* und ild* mittels eines Koordinatenwandlers 23 vom Kartesischen- in das Polarkoordinatensystem zum Betrags-Sollwert des Ständerstromes ii1*j und zum Winkelsollwert für die Ständerstromphasenlage + i1* (Winkelsollwert zwischen Ständerstrom i1 und d-Achse im läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystem) umgewandelt. Der Betrags-Sollwertlil*lwird einer Vergleichsstelle 24 zugeleitet, die ausgangsseitig mit einem PI-Regler 25 (Strombetragsregler) verbunden ist. Der PI-Regler 25 gibt einem Gleichrichter 26 den Zwischenkreisspannungs-Sollwert Ud* vor.In the case of a drive system with I-inverter (current-controlled inverter) the stator current setpoints i1q * and ild * are converted by means of a coordinate converter 23 from the Cartesian to the polar coordinate system for the nominal value of the stator current ii1 * j and to the angle setpoint for the stator current phase position + i1 * (angle setpoint between stator current i1 and d-axis in the rotor flux-related d / q coordinate system) converted. The setpoint value lil * l is sent to a comparison junction 24, which is connected on the output side to a PI controller 25 (current regulator). Of the PI controller 25 gives a rectifier 26 the intermediate circuit voltage setpoint Ud * before.
Der Gleichrichter 26 wird eingangsseitig von einem Drehstromnetz gespeist und versorgt ausgangsseitig-einen Gleichstromzwischenkreis mit Drossel 27 und angeschlossenem selbstgeführten Wechselrichter 28. Der selbstgeführte Wechselrichter 28 speist ausgangsseitig eine dreiphasige Asynchronmaschine 29. Zur Erfassung des Zwischenkreisstromes id ist ein Stromwandler 30 vorhanden.The rectifier 26 is fed on the input side by a three-phase network and on the output side supplies a direct current intermediate circuit with a choke 27 and a connected Self-commutated inverter 28. The self-commutated inverter 28 feeds on the output side a three-phase asynchronous machine 29. To detect the intermediate circuit current id a current transformer 30 is present.
Zur Ermittlung der Zwischenkreisspannung Ud wird eine nicht dargestellte Spannungserfassungseinrichtung eingesetzt.A not shown is used to determine the intermediate circuit voltage Ud Voltage detection device used.
Dem selbstgeführten Wechselrichter 28 werden als Führungsgrößen der Winkelsollwert + i1* und die Ständerfrequenz AJ1 1 zugeleitet. Der Zwischenkreisstrom id wird der Vergleichsstelle 24 mit negativem Vorzeichen als Betrags-Istwert des Ständerstromesliljzugeführt.The self-commutated inverter 28 are used as reference variables Angle setpoint + i1 * and the stator frequency AJ1 1 supplied. The intermediate circuit current id is assigned to the comparison junction 24 with a negative sign as the actual value of the Stator currentslilj supplied.
Bei einem Antriebssystem mit U-Wechselrichter (spannungseingeprägter Wechselrichter) werden die Ständerstrom-Sollwerte i i1q* und i1d mittels eines Koordinatenwandlers 31 vom Kartesischen- in das Polarkoordinatensystem zum Betrags-Sollwert des Ständerstromes i1 umgewandelt und einer Vergleichsstelle 32 zugeführt. Der Vergleichsstelle 32 liegt ferner der Betrags-Istwert des Ständerstromes mit negativem Vorzeichen an. Ausgangsseitig ist die Vergleichsstelle 32 mit einem PI-Regler (Strombetragsregler) 33 verbunden, der einen Zusatz-Spannungssollwert b U1 * für die Ständerspannung an eine Additionsstelle 34 abgibt.In the case of a drive system with U inverter (voltage-dependent Inverter), the stator current setpoint values i i1q * and i1d are converted by means of a coordinate converter 31 from the Cartesian to the polar coordinate system for the nominal value of the stator current i1 converted and fed to a comparison junction 32. The comparison junction 32 the actual value of the stator current is also applied with a negative sign. On the output side, the reference junction 32 is with a PI controller (current regulator) 33 connected, which is an additional voltage setpoint b U1 * for the stator voltage delivers to an addition point 34.
Zur Bildung des der Additionsstelle 34 zuzuführenden Betrags-Sollwertes der StänderspannunglU1*§ist ein Koordinatenwandler 35 vorgesehen, der eingangsseitig die Ständerspannungs-Sollwerte U1d* und U1q* empfängt und diese Kartesischen Koordinaten in PolarkoordinatenlU1*l und # U1* umwandelt, wobei # U1* den Winkel-Sollwert für die Ständerspannungs-Phasenlage, d.h. den Winkelsollwert zwischen der Ständerspannung U1 und der d-Achse im läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystem darstellt.To form the setpoint value to be supplied to addition point 34 the stator voltage lU1 * § is a coordinate converter 35 provided on the input side receives the stator voltage setpoint values U1d * and U1q * and these Cartesian coordinates into polar coordinateslU1 * l and # U1 *, where # U1 * is the angle setpoint for the stator voltage phase position, i.e. the angle setpoint between the stator voltage U1 and the d-axis in the rotor flux-related d / q coordinate system.
Der Winkelsollwert 4 U1*, die Ständerfrequenz CJ 1 und das Ausgangssignal der Additionsstelle 34 werden einem selbstgeführten Wechselrichter 36 zugeleitet. Ausgangsseitig speist der Wechselrichter 36 eine dreiphasige Asynchronmaschine 37, die mit der Drehfrequenz GJ rotiert. Eingangsseitig wird der Wechselrichter 36 durch einen Gleichspannungszwischenkreis mit Kondensator 38 gespeist, wobei der Gleichspannungszwischenkreis an einen eingangsseitig an einem Drehstromnetz liegenden Gleichrichter 39 angeschlossen ist.The angle setpoint 4 U1 *, the stator frequency CJ 1 and the output signal the addition point 34 is fed to a self-commutated inverter 36. On the output side, the inverter 36 feeds a three-phase asynchronous machine 37, which rotates with the rotational frequency GJ. On the input side, the inverter 36 is through fed a DC voltage intermediate circuit with capacitor 38, the DC voltage intermediate circuit connected to a rectifier 39 connected to a three-phase network on the input side is.
Der Sollwert der Ständerleistung P1 * wird einer Additionsstelle 43 zugeleitet. Der Additionsstelle 43 liegt des weiteren der Istwert der Ständerleistung P1 mit negativem Vorzeichen an. Als dritte Größe liegt der Additionsstelle 43 ein zusätzliches Leistungssignal A Pl mit negativem Vorzeichen an. Das Signal P1 - P1 * - 1 P1 wird einem PI-Leistungsregler 44 eingegeben, der ausgangsseitig ein zusätzliches Leistungssignal b) * an eine Additionsstelle 45 abgibt. Als weitere Eingangsgröße wird der Additionsstelle 45 der vom Maschinenmodell gebildete Schlupffrequenz-Sollwert GJ 2 zugeführt. Der Additionsstelle 45 ist ausgangsseitig die dem Maschinenmodell und dem selbstgeführten Wechselrichter 28 bzw. 36 zuzuleitende Ständerfrequenz a 1 entnehmbar.The nominal value of the stator power P1 * is an addition point 43 forwarded. The addition point 43 is located furthermore the actual value the stator power P1 with a negative sign. The addition point is the third variable 43 an additional power signal A Pl with a negative sign. The signal P1 - P1 * - 1 P1 is input to a PI power controller 44, the output side emits an additional power signal b) * to an addition point 45. As another The input variable of the addition point 45 is the slip frequency setpoint value formed by the machine model FY 2 supplied. The addition point 45 is on the output side that of the machine model and the stator frequency a to be fed to the self-commutated inverter 28 or 36 1 can be removed.
Der Istwert der Ständerleistung P1 kann sowohl aus den im Zwischenkreis des Umrichters als auch den auf der Ständerseite gemessenen Strömen und Spannungen berechnet werden. Bei der ersten Möglichkeit ist ein Multiplizierer 46 vorgesehen, dem eingangsseitig der Zwischenkreisspannungs-Istwert Ud und der Zwischenkreisstrom id anliegen und der sein Ausgangssignal einer Vergleichsstelle 47 mit positivem Vorzeichen zuleitet. Die Vergleichsstelle 47 empfängt eingangsseitig die Verlustleistung PV des Wechselrichters mit negativem Vorzeichen und gibt ausgangsseitig den Istwert der Ständerleistung P1 ab.The actual value of the stator power P1 can be obtained from the values in the intermediate circuit of the converter as well as the currents and voltages measured on the stator side be calculated. In the first possibility, a multiplier 46 is provided, the DC link voltage actual value Ud and the DC link current on the input side id are present and the output signal of a comparison junction 47 with a positive Leading sign. The comparison junction 47 receives the power loss on the input side PV of the inverter with a negative sign and gives the actual value on the output side the stator power P1.
Bei der zweiten Möglichkeit sind zwei Multiplizierer 48, 49 mit nachgeschalteter Additionsstelle 50 erforderlich.In the second possibility, two multipliers 48, 49 are connected downstream Addition point 50 required.
Der Multiplizierer 48 empfängt die oC -Komponenten der Ständerspannung U1o& und des Ständerstromes i1w sowie der Multiplizierer 49 die ffi -Komponenten der Ständerspannung U1» und des Ständerstromes i1t3 , jeweils im ständerfesten ol ß -Koordinatensystem. Die Produkte der Multiplizierer 48, 49 werden der Additionsstelle 50 zugeleitet, die hieraus den Istwert der Ständerleistung P1 bildet.The multiplier 48 receives the oC components of the stator voltage U1o & and the stator current i1w and the multiplier 49 are the ffi components the stator voltage U1 »and the stator current i1t3, each in the stator ol ß coordinate system. The products of the multipliers 48, 49 become the addition point 50, which forms the actual value of the stator power P1 from this.
Das ständerfeste c4 / F -Koordinatensystem, bei dem die cm -Achse z.B. mit dem Strang der Phase R zusammenfällt und das läuferflußbezogene d/q-Koordinatensystem können zu einem gemeinsamen System zusammengefaßt werden, wie in Fig. 1 angedeutet ist. Das läuferflußbezogene d/q-Koordinatensystem rotiert mit der Frequenz a 1 im Bezug zum ständerfesten ob / p -Koordinatensystem. In Fig. 1 sind auch die Komponenten i1 , i1 bzw. U1y , des Ständerstromes i1 bzw. der Ständerspannung U1 eingezeichnet.The stand-fixed c4 / F -coordinate system in which the cm -axis E.g. coincides with the strand of phase R and the rotor flux-related d / q coordinate system can be combined to form a common system, as indicated in FIG is. The rotor flux-related d / q coordinate system rotates with the frequency a 1 im Relation to the stand-fixed ob / p coordinate system. Also in Fig. 1 are the components i1, i1 and U1y, the stator current i1 and the stator voltage U1 are shown.
Der Leistungsregelkreis arbeitet bei allen Drehzahlen zufriedenstellend, bis auf den Bereich kleiner Frequenzen, etwa unterhalb 5 der Nenndrehzahl, wo die Spannung so klein wird, daß eine genügend genaue Erfassung und damit eine genaue Leistungsberechnung nicht mehr möglich ist. In diesem Bereich muß die Ständerfrequenz D 1 gesteuert vorgegeben werden, z.B. indem der Leistungsistwert P1 zu Null gesetzt wird, so daß der Regler mit Hilfe des Sollwertes P1 * soweit hochlaufen kann, bis die Frequenz X 1 genügend groß ist und auf die Leistungsregelung umgeschaltet werden kann.The power control loop works satisfactorily at all speeds, except for the range of low frequencies, roughly below 5 the rated speed, where the The voltage becomes so small that a sufficiently accurate detection and thus an accurate one Calculation of benefits is no longer possible. The stator frequency must be in this range D 1 can be specified in a controlled manner, e.g. by setting the actual power value P1 to zero so that the controller can run up using the setpoint P1 * until the frequency X 1 is sufficiently large and the power control can be switched over can.
Für die Kompensation der Läuferzeitkonstanten T2 während des Betriebes der Asynchronmaschine brauchen keine Maßnahmen getroffen werden, da der unterlagerte Leistungsregelkreis die infolge Temperatureinfluß bewirkte LäuferzeitRonstanten-nderung ausgleicht. Die Regeldifferenz Null am Leistungsregler 44 stellt sich erst dann ein, wenn über die Vorgabe der Ständerfrequenz bJ1 die richtige Schlupffrequenz eingestellt ist, die der aktuellen Läufertemperatur entspricht.For the compensation of the rotor time constant T2 during operation of the asynchronous machine, no measures need to be taken because the subordinate Power control loop the change in the rotor time caused by the influence of temperature compensates. The control difference zero at the power regulator 44 is only then established on, if the correct slip frequency is above the specification of the stator frequency bJ1 that corresponds to the current rotor temperature.
Ein zusätzliches Problem ergibt sich dadurch, daß sich der im Maschinenmodell enthaltene Parameter Xh während des Betriebes infolge magnetischer Sättigung ändert. Als Folge hieraus ändert sich die Läuferreaktanz X2, was wiederum eine Anderung der Läuferzeitkonstante T2 bewirkt. Die Hauptreaktanz Xh kann zur Vermeidung einer solchen Änderung der Läuferzeitkonstanten in einem Modell nachgebildet werden, das die Magnetisierungskennline der Maschine enthält und an dem die Sollwerte für Fluß und Moment als Eingangsggrößen anliegen. Das so ermittelte Xh wird als Parameter in die Rechenschaltungen eingesetzt.An additional problem arises from the fact that the contained parameters Xh changes during operation due to magnetic saturation. as As a result, the rotor reactance X2 changes, which in turn causes a change in the rotor time constant T2. The main reactance Xh can be used to Avoidance of such a change in the rotor time constants simulated in a model that contains the magnetization characteristic of the machine and on which the setpoints for flux and moment are available as input variables. The Xh determined in this way is called Parameters used in the computing circuits.
Die Einzelheiten dieser zusätzlichen Schaltung zur Nachführung der sättigungsabhängigen Hauptreaktanz Xh sind in Fig. 2 dargestellt. Einem P-Glied 51 wird eingangsseitig der Drehmoment-Sollwert m* zugeführt. Das P-Glied 51 multipliziert die EingangsgröRe mit der Läufer-Streureaktanz X2 6 und ist ausgangsseitig mit einem Dividierer 52 verbunden. Dem Dividierer 52 liegt als weitere Eingangsgröße der Läuferfluß-Sollwert t 2d an. Dieser Läuferfluß-Sollwert Y 2d* entspricht der d-Komponente des Hauptfluß-Sollwertes Y hd im läuferflußbezogenen d/q-Koordinatensystem und wird ferner einem Koordinatenwandler 53 zugeleitet. Die dem Koordinatenwandler 53 zuzuführende q-Komponente des Hauptfluß-Sollwertes * t hq wird dem Dividierer 52 ausgangsseitig entnommen.The details of this additional circuit for tracking the The saturation-dependent main reactance Xh is shown in FIG. A P-element 51, the torque setpoint m * is supplied on the input side. The P element 51 multiplies the input variable with the rotor leakage reactance X2 6 and on the output side with a Divider 52 connected. The divider 52 is the rotor flux setpoint value as a further input variable t 2d on. This rotor flux setpoint Y 2d * corresponds to the d component of the main flux setpoint Y hd in the rotor flux-related d / q coordinate system and is also used as a coordinate converter 53 forwarded. The q component of the main flow setpoint to be fed to the coordinate converter 53 * t hq is taken from the divider 52 on the output side.
Der Koordinatenwandler 53 wandelt die kartesischen Koordinaten w hq Y hd* hd um in den Hauptfluß-Sollwert t h* (Polarkoordinate). Dieser Hauptfluß-Sollwert t wird einem die Magnetisierungskennlinie enthaltenden Kennliniengeber 54 zugeführt, dem die Hauptreaktanz Xh ausgangsseitig entnehmbar ist.The coordinate converter 53 converts the Cartesian coordinates w hq Y hd * hd um in the main flow target value t h * (polar coordinate). This main flow setpoint t is fed to a characteristic generator 54 containing the magnetization characteristic, from which the main reactance Xh can be taken on the output side.
Durch die Korrektur des aus dem Maschinenmodell vorgesteuert vorgegebenen Schlupffrequenz-Sollwertes ç 2* mit dem dem Leistungsregler 44 entnehmbaren zusätzlichen Frequenzsignal ba * ist die Gefahr des Kippens der Asynchronmaschine 29 bzw. 37 bei Vorgabe einer zu hohen Ständerfrequenz & 1 gegeben (Uberschreitung des Kippschlupfes). Zur Verhinderung eines derartigen Kippens dient die Vorgabe des zusätzlichen Leistungssignals S P1, d.h. das Leistungssignal t P1 wird bei einem Kippen der Asynchronmaschine aufgeschaltet und verstärkt bzw. ersetzt den bei kippender Maschine sinkenden Einfluß des Istwertes P1 der Ständerleistung. Nach Aufschaltung von d P1 gibt der Leistungsregler 44 ein sich bei positivem Drehmoment verkleinerndes zusätzliches Drehfrequenzsignal a SJ * an die Additionsstelle 45 ab, was eine Herabsetzung der Ständerfrequenz U 1 und eine Stabilisierung der Maschine zur Folge hat. Bei negativem Drehmoment vergröert sich bU *. Dabei kann das zusätzliche Leistungssignal # P1 = K . P1 * aus dem vom Maschinenmodell vorgebbaren Sollwert P1 * der Ständerleistung abgeleitet werden.By correcting the pre-controlled preset from the machine model Slip frequency setpoint value ç 2 * with the additional that can be taken from the power controller 44 Frequency signal ba * is the risk of the asynchronous machine 29 or 37 overturning if too high is specified Stator frequency & 1 given (exceeded of the overturning slip). The default is used to prevent this type of tilting of the additional power signal S P1, i.e. the power signal t P1 is at a Tilting the asynchronous machine switched on and amplified or replaced the tilting machine Machine decreasing influence of the actual value P1 of the stator power. After activation of d P1, the power regulator 44 outputs a value that decreases in the case of a positive torque additional rotational frequency signal a SJ * to the addition point 45, which is a reduction the stator frequency U 1 and stabilization of the machine. at negative torque increases bU *. The additional power signal # P1 = K. P1 * from the setpoint P1 * of the stator power that can be specified by the machine model be derived.
In den Fig. 4 bis 6 sind drei Möglichkeiten angegeben, wie ein Kippen der Asynchronmaschine rasch und zuverlässig erkannt werden kann. In Fig. 4 ist hierzu gemäß einer ersten Variante eine Vergleichsstelle 55 vorgesehen, der der Betragssollwert der StänderspannunglU1*lals Ständerspannungssollwert und mit negativem Vorzeichen ein Wert U1' als Ständerspannungsistwert eingegeben werden. Die Sollwert-Istwert-DifferenziUi*i- U11 wird über ein Verzögerungsglied 56 einem Komparator 57 aufgeschaltet, der bei Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Sollwert-Istwert-Differenz das zusätzliche Leistungssignal s P1 = K . P1* an die Additionsstelle 43 abgibt.In FIGS. 4 to 6, three possibilities are given, such as tilting the asynchronous machine can be recognized quickly and reliably. In Fig. 4 is this According to a first variant, a comparison junction 55 is provided, which is the desired amount the stator voltage lU1 * l as the stator voltage setpoint and with a negative sign a value U1 'can be entered as the actual stator voltage value. The setpoint / actual value difference iUi * i- U11 is connected to a comparator 57 via a delay element 56, which at Exceeding a specifiable maximum setpoint / actual value difference the additional Power signal s P1 = K. P1 * delivers to the addition point 43.
Das zusätzliche Leistungssignal a P1 wird von einem Multiplizierer 58 gebildet. Diese Variante gemäß Fig. 4 nützt den Sachverhalt aus, daß der Ständerspannungsistwert beim Kippen der Maschine fällt.The additional power signal a P1 is generated by a multiplier 58 formed. This variant according to FIG. 4 makes use of the fact that the stator voltage actual value falls when the machine tilts.
Bei einem Antrieb mit I-Wechselrichter ist zur Bildung des Betragssollwertes der Ständerspannung 1u1*f ein zu- sätzlicher Koordinatenwandler 59 vorzusehen, der aus den * Kartesischen Koordinaten U1d*, U1q des Maschinenmodells die Polarkoordinate 1u1*I formt. Der Ständerspannungsistwert U1 wird beim Antrieb mit I-Wechselrichter mit Hilfe eines die Ständerspannungen erfassenden Spannungsmeßgliedes 60 gebildet.In the case of a drive with an I-inverter, the amount setpoint is generated the stator voltage 1u1 * f a additional coordinate converter 59 to be provided from the * Cartesian coordinates U1d *, U1q of the machine model the polar coordinate 1u1 * I forms. The stator voltage actual value U1 is used in the drive with I-inverter with the help of a voltage measuring element that detects the stator voltages 60 formed.
Bei einem Antrieb mit U-Wechselrichter sind sowohl der Ständerspannungssollwert als auch der Ständerspannungsistwert ohne zusätzlichen Aufwand direkt abgreifbar. Der Betragssollwert der StänderspannunglU1*lwird vom Koordinatenwandler 35 vorgegeben. Der Ständerspannungsistwert entspricht dem dem Wechselrichter 36 zugeführten Ausgangssignal U1 =jU1 ß U1 * der Addjtionsstelle 34.In the case of a drive with a U inverter, both the stator voltage setpoint are as well as the actual stator voltage value can be tapped directly without additional effort. The nominal value of the stator voltage IU1 * I is specified by the coordinate converter 35. The actual stator voltage value corresponds to the output signal fed to the inverter 36 U1 = jU1 ß U1 * of the addition point 34.
In Fig. 5 ist eine zweite Variante zur Erkennung des Kippens der Asynchronmaschine dargestellt. Es ist eine Vergleichsstelle 61 vorgesehen, der ein Leistungsfaktor-Sollwert cos f * mit positivem Vorzeichen sowie ein Leistungsfaktor-Istwert cos f mit negativem Vorzeichen zugeleitet werden. Die Sollwert-Istwert-Differenz cos / * - cos t wird über ein Verzögerungsglied 62 einem Komparator 63 aufgeschaltet, der bei Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Sollwert-Istwert-Differenz der Leistungsfaktoren das zusätzliche Leistungssignal ß P1 an die Additionsstelle 43 abgibt, wobei ein Multiplizierer 64 die Ausgangsgröße des Komparators 63 mit P1 multipliziert. Diese Variante gemäß Fig. 5 nützt den Sachverhalt aus, daß der Leistungsfaktor-Istwert beim Kippen der Maschine kleiner wird.In Fig. 5 is a second variant for detecting the tilting of the asynchronous machine shown. A comparison junction 61 is provided which has a power factor setpoint value cos f * with a positive sign and a power factor actual value cos f with a negative sign Leading sign. The setpoint-actual value difference cos / * - cos t becomes switched on via a delay element 62 to a comparator 63, which when exceeded a specifiable maximum setpoint / actual value difference of the power factors that emits additional power signal ß P1 to the addition point 43, with a multiplier 64 multiplies the output of the comparator 63 by P1. This variant according to Fig. 5 takes advantage of the fact that the power factor actual value when tilting the Machine gets smaller.
Allgemein läßt sich der Leistungsfaktor-Istwert cos durch Gleichsetzen der Zwischenkreisleistung (Pd = Ud . id) und der Ständerleistung (P1 = 3 U1U1 i1i1 ' cos f ) zu cos # = Ud . id / (3 U1u1 il) bestimmen.In general, the power factor actual value cos can be equated the intermediate circuit power (Pd = Ud. id) and the stator power (P1 = 3 U1U1 i1i1 'cos f) to cos # = Ud. determine id / (3 U1u1 il).
Bei einem Antrieb mit U-Wechselrichter entspricht Ud/-U1 = K1 dem Kehrwert der Aussteuerung einer vorgebbaren Konstante und der Leistungsfaktor-Istwert beträgt cos # = K1 id / i1. Der Zwischenkreisstrom id wird vom Stromwandler 65a erfaßt. Zur Erfassung des Ständerstrom-Istwertes i1, ist ein Stromwandler 65bvorgesehen. Der Leistungsfaktor-Sollwert cos f * entspricht dem cos (# U1* - # i1*), da # * = # U1* - # i1* . Der Winkelsollwert für die Ständerspannungsphasenlage q: Ul U wird dem Koordinatenwandler 35 entnommen, während der Winkelsollwert für die Ständerstromphasenlage + i1 * am Koordinatenwandler 31 abgreifbar ist.In the case of a drive with a U inverter, Ud / -U1 = K1 corresponds to that Reciprocal value of the modulation of a specifiable constant and the actual power factor value is cos # = K1 id / i1. The intermediate circuit current id is from the current transformer 65a recorded. A current transformer 65b is provided for recording the actual stator current value i1. The power factor setpoint cos f * corresponds to cos (# U1 * - # i1 *), since # * = # U1 * - # i1 *. The angle setpoint for the stator voltage phase position q: Ul U is taken from the coordinate converter 35, while the angle setpoint for the stator current phase position + i1 * can be tapped off at the coordinate converter 31.
Bei einem Antrieb mit I-Wechselrichter entspricht id/i1 einer vorgebbaren Konstante K2 und der Leistungsfaktor-Istwert beträt cos # = K2 Ud/U1. Der Zwischenkreisspannungsistwert Ud wird mit Hilfe eines Spannungsmeßgliedes 66 ermittelt, während der Ständerspannungsistwert U1 am Ausgang des ansteht. Der Leistungsfaktor-Sollwert cos # * entspricht wiederum dem cos( + U1* - # i1*), wobei der Winkelsollwert für die * Ständerspannungsphasenlage 4 U1 dem Koordinatenwandler 59 und der Winkelsollwert für die Ständerstromphasenlage + i1* dem Koordinatenwandler 23 entnehmbar sind.In the case of a drive with an I inverter, id / i1 corresponds to a specifiable constant K2 and the actual power factor value is cos # = K2 Ud / U1. The intermediate circuit voltage actual value Ud is determined with the aid of a voltage measuring element 66, while the stator voltage actual value U1 at the output of the pending. The power factor setpoint cos # * corresponds in turn to cos (+ U1 * - # i1 *), whereby the angle setpoint for the * stator voltage phase position 4 U1 can be taken from the coordinate converter 59 and the angle setpoint for the stator current phase position + i1 * from the coordinate converter 23.
In Fig. 6 ist eine dritte Variante zur Erkennung des Kippens der Asynchronmaschine dargestellt. Es ist eine Vergleichsstelle 67 vorgesehen, der der Ständerleistungs-Sollwert P1 * mit positivem Vorzeichen sowie der Ständerleistungs-Istwert P1 mit negativem Vorzeichen zugeleitet werden. Die Sollwert-Istwert-Differenz P1* - P1 wird über ein Verzögerungsglied 68 einem Komparator 69 aufgeschaltet, der bei Überschreiten einer vorgebbaren maximalen Sollwert-Istwert-Differenz der Ständerleistungen das zusätzliche Leistungssignal b P1 an die Additionsstelle 43 abgibt, wobei ein Multiplizierer 70 das Ausgangssignal des Komparators 69 mit P1 * multipliziert. Diese Variante gemäß Fig. 6 nützt den Sachverhalt aus, daß sich der Ständerleistungsistwert bei Kippen der Maschine verringert.6 shows a third variant for detecting the tilting of the asynchronous machine shown. It is one Comparison junction 67 is provided, the Stator power setpoint P1 * with a positive sign as well as the stator power actual value P1 are fed with a negative sign. The setpoint / actual value difference P1 * - P1 is connected to a comparator 69 via a delay element 68, which at Exceeding a specifiable maximum setpoint / actual value difference of the stator powers outputs the additional power signal b P1 to the addition point 43, where a Multiplier 70 multiplies the output of comparator 69 by P1 *. This variant according to FIG. 6 makes use of the fact that the actual stator power value reduced when the machine tips over.
Der Ständerleistungssollwert P1* wird vom Maschinenmodell vorgegeben. Der Ständerleistungsistwert P1 kann wie beschrieben entweder aus den im Zwischenkreis des Umrichters gemessenen Strömen und Spannungen Ud, id oder aus den auf der Ständerseite gemessenen Strömen und Spannungen U1 , U1 , i1, , i1 berechnet werden.The stator power setpoint P1 * is specified by the machine model. As described, the stator power actual value P1 can either be derived from the values in the intermediate circuit of the converter measured currents and voltages Ud, id or from the on the stator side measured currents and voltages U1, U1, i1,, i1 can be calculated.
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