DE3533277A1

DE3533277A1 - Arrangement for regulating a motor

Info

Publication number: DE3533277A1
Application number: DE19853533277
Authority: DE
Inventors: Gerhard Becker
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1985-09-18
Filing date: 1985-09-18
Publication date: 1987-03-19
Also published as: DE3533277C2

Abstract

The current regulation for the windings (1, 2, 3) of a motor is carried out by coarse regulation using a two-point regulator (5, 11), and fine regulation using a PI regulator (8, 15). Fine regulation is in this case switched to two-point regulation as a regulating variable. This current regulation is carried out in an identical manner for both windings (1, 2) of the asynchronous motor. The third winding (3) of the asynchronous motor is regulated by means of two-point regulation, using evaluation of the control errors (A, B) of the PI regulators (8, 15) of the other motor windings (1, 2), and evaluation of an actual value sum signal (14) from the two other motor windings (1, 2). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Rege lung eines Motors, dessen drei Motorwicklungen aus einem Drehstromnetz gespeist werden.The invention relates to an arrangement for rain a motor whose three motor windings consist of one Three-phase network.

Die Stromregelung von bürstenlosen Motoren aus dem drei phasigen Netz erfolgt üblicherweise über Zweipunkt- oder PI-Regler. Dabei schalten Transistoren oder Thyristoren als Leistungsschalter die Motorwicklungen an die Netz spannung. Die Leistungsschalter werden über eine Ansteu erelektronik geregelt. Für jede der drei Motorwicklungen u, v, w wird eine eigene Ansteuererlektronik eingesetzt. Über Stromwandler wird dabei der Iststrom durch jede Motorwicklung erfaßt, mit einem festgelegten Sollstrom verglichen (Soll-Ist-Wert-Komparator) und regelnd in die Ansteuerelektronik eingegriffen. Beim Zweipunktregler wird somit der Strom durch die Motorwicklungen zwischen einer oberen Einschaltsschwelle und einer unteren Ein schaltschwelle geschaltet. The current control of brushless motors from the three-phase network is usually carried out via two-point or PI controllers. Transistors or thyristors as circuit breakers switch the motor windings to the mains voltage. The circuit breakers are controlled by control electronics. Separate control electronics are used for each of the three motor windings u, v, w . The actual current through each motor winding is recorded via current transformers, compared with a specified nominal current (nominal-actual-value comparator) and intervening in the control electronics. In the two-point controller, the current through the motor windings is switched between an upper switch-on threshold and a lower switch-on threshold.

Eine andere Lösung wird durch einen PI-Regler erzielt, bei dem eine kontinuierliche Regelung erfolgt. Dies wird durch Soll-Istwertvergleich der Motorströme durch Opera tionsverstärker mit nachgeschalteter Pulsdauermodulation erreicht.Another solution is achieved with a PI controller, where there is continuous regulation. this will by comparing the target and actual values of the motor currents by Opera tion amplifier with downstream pulse duration modulation reached.

Sinn einer Motorregelung ist es, einen Istwert an einen Sollwert anzupassen. Beim Einsatz von Zweipunktreglern können sich prinzipbedingt bleibende Regelabweichungen ergeben. Ein derartiger Regler ist zwar sehr einfach aufgebaut, erfüllt aber keine optimalen Regelaufgaben. Bei PI-Reglern treten leicht Probleme mit einer Überbe stimmung der Regelkreise auf. Wenn zwei Phasen mit PI- Reglern geregelt werden, stellt sich für die dritte Pha se automatisch ein Differenzstrom ein. Wenn jetzt die dritte Phase auch noch geregelt wird, ist das Regelsy stem überbestimmt. Der PI-Regler ist gegenüber dem Zwei punktregler langsamer, aufwendiger in der Schaltungs technik und schwieriger anzupassen.The purpose of a motor control is to send an actual value to one Adjust setpoint. When using two-point controllers there can be permanent deviations due to the principle surrender. Such a controller is very simple built up, but does not fulfill optimal control tasks. With PI controllers, problems with overbeing easily occur control loops. If two phases with PI- Controllers are regulated, arises for the third Pha automatically a residual current. If now that third phase is also regulated, is the Regelsy stem over-determined. The PI controller is opposite the two point controller slower, more complex in the circuit technology and more difficult to adapt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Regler zu finden, der die Nachteile von Zweipunkt- und PI-Reglern vermeidet und nur deren Vorteile aufweist. Es soll also eine Kombination eines Zweipunktreglers mit einem PI- Regler gefunden werden.It is therefore an object of the invention to provide a regulator find the disadvantages of two-point and PI controllers avoids and only has their advantages. So it should a combination of a two-point controller with a PI Controller can be found.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patent anspruches 1 erreicht. Ausgestaltungen sind aus den Un teransprüchen ersichtlich.According to the invention, this is due to the features of the patent Claim 1 reached. Refinements are from the Un claims can be seen.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Re gelung eines Motors ist besonders die sehr genaue Ein stellung der Motorströme. Drehmomentschwankungen, die besonders bei Werkzeugmaschinen sehr nachteilig sind, können dadurch weitgehend vermieden werden. Bei Motoren erfolgt die Drehzahlregelung durch Verändern von Fre quenz und Phasenlage eines eingeprägten zeitveränderlichen Stromes. Dies läßt sich mit der neuen Regelung sehr einfach bewerkstelligen.Advantageous in the arrangement according to the invention for Re engine is particularly precise position of the motor currents. Torque fluctuations are particularly disadvantageous for machine tools, can be largely avoided. For engines the speed is controlled by changing Fre frequency and phase position of an embossed time-varying current. This can be done with the new one Implement regulation very easily.

Vorteilhaft ist weiter, daß mit einer einfachen Zwei punktregelung eine Grobregelung vorgenommen wird, wäh rend über eine PI-Regelung eine Feinregelung bzw. die Mittelwertkorrektur erfolgt.Another advantage is that with a simple two a rough regulation is made, wäh a fine control or the The mean value is corrected.

Da die Summe von zwei Phasen die dritte Phase ergibt, können bei der Bemessung für die Regelung der dritte Phase wesentliche Bauteile der beiden anderen Phasen eingespart werden. So findet beispielsweise bei der dritten Phase kein PI-Regler Verwendung, weil die Regel abweichungen der beiden anderen Phasen zur Regelung der dritten Phase mit verwendet werden. Damit ergibt sich zwar bei der dritten Phase neben der Zweipunktregelung auch eine PI-Regelung, nur wird diese Regelung in ein fachster Art ausgeführt.Since the sum of two phases makes up the third phase, can be the third in the design for regulation Phase essential components of the other two phases be saved. For example, at third phase no PI controller use because the rule deviations of the other two phases to regulate the third phase can be used with. This results in in the third phase in addition to the two-point control also a PI regulation, only this regulation becomes one of the most professional kind.

Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Regelanordnung sind aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.Further advantages of the control arrangement according to the invention are evident from the description below.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown below explained in more detail with reference to the drawing.

An die drei Phasen u,v,w eines Drehstromnetzes ist ein Motor mit seinen drei Wicklungen 1, 2, 3 angeschaltet. Auf die Klemmen w 1, w 2, w 3 am Eingang der erfindungsgemäßen Regelschaltung wird jeweils ein eingeprägter, zeitverän derlicher Sollwertstrom als Führungsgröße gegeben. Die Regelung für die Phase u zwischen der Eingansklemme w 1 und der Wicklung 1 besteht aus der Reihenschaltung eines Summenpunktes 4, eines Zweipunktreglers 5, einer Lei stungsendstufe 6 und einer Stromistwerterfassung 7.A motor with its three windings 1 , 2 , 3 is connected to the three phases u, v, w of a three-phase network. On the terminals w 1 , w 2 , w 3 at the input of the control circuit according to the invention, an impressed, time-varying setpoint current is given as a reference variable. The control for the phase u between the input terminal w 1 and the winding 1 consists of the series connection of a summation point 4 , a two-point controller 5 , a power output stage 6 and a current actual value detection 7 .

An die Eigangsklemme w 1 ist ebenfalls noch über einen Summenpunkt 16 ein PI-Regler 8 mit nachfolgendem Inver ter 13 angeschaltet. Der Summenpunkt 16 erhält einen Stromistwert von der Stromerfassung 7. Das Ergebnis des Summenpunktes 16 wird über den PI-Regler 8 und den In verter 13 als Regelsignal auf den Summenpunkt 4 geführt. Auf den Summenpunkt 4 werden neben dem sinusförmigen Stromsollwert von der Phase u und dem Regelsignal des PI-Reglers 8 noch der Stromistwert aus der Stromerfas sung 7 und ein Dreiecksignal aus einem nicht gezeigten Taktgenerator geführt. In dem Summenpunkt 4 erfolgt eine Bewertung der eingegebenen Werte, so daß ein Regelsignal auf den nachgeschalteten Zweipunktregler 5 geführt wird. Je nach Regelabweichung am Summenpunkt 4 schaltet also der Zweipunktregler 5 an oder aus.At the input terminal w 1 , a PI controller 8 with the subsequent inverter 13 is also connected via a summation point 16 . The summation point 16 receives an actual current value from the current detection 7 . The result of the summation point 16 is routed via the PI controller 8 and the inverter 13 as a control signal to the summation point 4 . In addition to the sinusoidal current setpoint of the phase u and the control signal of the PI controller 8 , the actual current value from the current detection solution 7 and a triangular signal from a clock generator (not shown ) are carried to the summation point 4 . At the summation point 4 , the entered values are evaluated so that a control signal is fed to the downstream two-point controller 5 . Depending on the control deviation at the sum point 4 , the two-point controller 5 switches on or off.

In der nachfolgenden Leistungsendstufe 6 wird der Strom für die Motorwicklung 1 gebildet. Die nachgeschaltete Stromistwerterfassung 7 bildet ein Signal, das dem wah ren Strom durch die Motorwicklung 1 entspricht.The current for the motor winding 1 is formed in the subsequent power output stage 6 . The downstream current actual value detection 7 forms a signal which corresponds to the wah ren current through the motor winding 1 .

Die in der Zeichnung nur andeutungsweise dargestellte Regelanordnung der Motorwicklung 2 weist dieselben Bau glieder wie die Motorwicklung 1 auf und wird auch genau so geregelt. Aus Gründen der besseren Übersicht wurde deshalb darauf verzichtet, alle Einzelheiten noch einmal darzustellen und zu beschreiben. Vor der Motorwicklung 2 ist allerdings wieder eine Stromistwerterfassung 9 vor gesehen, die den wahren Strom erfaßt. Der PI-Regler die ses Regelkanals ist mit 15 bezeichnet. Sein nachgeschal teter Inverter mit 17. The control arrangement of the motor winding 2 , which is only hinted at in the drawing, has the same construction elements as the motor winding 1 and is also regulated in exactly the same way. For the sake of a better overview, we have therefore omitted to present and describe all details again. Before the motor winding 2 , however, a current actual value detection 9 is seen before, which detects the true current. The PI controller of this control channel is designated 15 . His downstream inverter at 17 .

Die Regelschaltung an der Klemme w 3 zur Ansteuerung der Motorwicklung 3 des Motors weist eine Reihenschaltung eines Summenpunktes 10, eines Zweipunktreglers 11, und eines Leistungsverstärkers 12 auf.The control circuit at terminal w 3 for controlling the motor winding 3 of the motor has a series connection of a summation point 10 , a two-point regulator 11 , and a power amplifier 12 .

Von den Stromistwerterfassungen 7 und 9 der Phasen u und v wird ein Signal abgegriffen und auf einen Summierer 14 geführt, weil die Summe der Ströme der beiden anderen Phasen u und v den Strom der Phase w ergeben muß. Der am Ausgang des Summierers 14 anstehende Stromistwert für die Phase w wird auf den Summenpunkt 10 geführt. Weiter hin wird auf diesen Summenpunkt 10 das Ausgangssignal A des PI-Reglers 8 der Phase u und das Ausgangssignal B des gestrichelt dargestellten PI-Reglers 5 der Phase v gelegt. Es wird also hier in vorteilhafter Weise der Einsatz eines weiteren PI-Reglers dadurch vermieden, daß die Summe der beiden Stellgrößen der Regler 8 und 15 aus den Regelkanälen der Eingansklemmen w 1 und w 2 verwendet werden.A signal is tapped from the current actual value detections 7 and 9 of phases u and v and fed to a summer 14 because the sum of the currents of the other two phases u and v must result in the current of phase w . The current actual value for the phase w at the output of the summer 14 is led to the summation point 10 . The output signal A of the PI controller 8 of phase u and the output signal B of the PI controller 5 of phase v , shown in broken lines, are applied to this sum point 10 . The use of a further PI controller is thus advantageously avoided by using the sum of the two manipulated variables of the controllers 8 and 15 from the control channels of the input terminals w 1 and w 2 .

Der Summenpunkt 10 der Phase w wird selbstverständlich auch vom zeitveränderlichen Stromsollwert und dem dreieckförmigen Taktsignal angesteuert. Das Ergebnis des Summenpunktes 10 stellt die Regelabweichung für den dritten Regelkanal dar, so daß die nachgeschalteten Bau glieder 11 und 12 einen korrekten Strom für die Motor wicklung 3 liefern.The sum point 10 of phase w is of course also controlled by the time-variable current setpoint and the triangular clock signal. The result of the sum point 10 represents the control deviation for the third control channel, so that the downstream construction members 11 and 12 supply a correct current for the motor winding 3 .

In den Summenpunkten 4 und 10 werden niederfrequente zeitveränderliche Sollwerte mit hochfrequenten dreieck förmigen Signalen verglichen. Als Ergebnis stellt sich eine Pulsdauermodulation ein, die zur Ansteuerung der Leistungsendstufe eingesetzt wird. Da die Zweipunktreg ler 5 und 11 für die Endstufen 6 und 12 einen dauernde Regelabweichung um den Mittelwert aufweisen, werden er findungsgemäß parallel zu den Zweipunktreglern an den Eingangsklemen w 1 und w 2 PI-Regler 5 und 15 zusätzlich angeordnet. Dabei regeln die Zweipunktregler die großen und schnellen Soll-Istwertschwankungen (Grobregelung) der Motorströme aus, während die PI-Regler langsame Schwankungen um den Mittelwert ausgleichen (Feinregelung).In the sum points 4 and 10 , low-frequency time-variable setpoints are compared with high-frequency triangular signals. The result is pulse duration modulation, which is used to control the power output stage. Since the two-point controllers 5 and 11 for the output stages 6 and 12 have a permanent control deviation around the mean, according to the invention, they are additionally arranged in parallel to the two-point controllers on the input terminals w 1 and w 2 PI controllers 5 and 15 . The two-point controllers regulate the large and fast setpoint / actual value fluctuations (rough control) of the motor currents, while the PI controllers compensate for slow fluctuations around the mean value (fine control).

Die Grobregelung der Phase u besteht dabei aus dem Sum mierer 4 und dem Zweipunktregler 5, und die Feinregelung aus dem Summierer 16 und dem PI-Regler 8. Die Regelung für die Motorwicklung 1 erfolgt gleichartig der Motor wicklung 2.The coarse control of the phase u consists of the sum mierer 4 and the two-point controller 5 , and the fine control of the summer 16 and the PI controller 8 . The control for the motor winding 1 takes place in the same way as the motor winding 2 .

Durch den erfindungsgemäßen Stromzweipunktregler mit Mittelwertregelung ergibt sich nicht nur eine vorteil hafte Grob- und Feinregelung, es werden auch wesentliche Bauteile bei der Regelung für die dritte Phase (w) ein gespart. So kann auf den dritten Stromerfassungswandler verzichtet werden, weil die Wandler 7 und 9 gemeinsam diese Aufgabe übernehmen. Es kann aber auch auf einen weiteren PI-Regler in der Phase w verzichtet werden, weil die Regelgrößen A und B der Regler 8 und 15 die Regelung der Phase w mitübernehmen.The current two-point controller according to the invention with mean value control not only results in an advantageous coarse and fine control, it also saves essential components in the control for the third phase (w) . The third current detection converter can thus be dispensed with because converters 7 and 9 jointly take on this task. However, there is also no need for a further PI controller in phase w because the controlled variables A and B of the controllers 8 and 15 also take over the control of the phase w .

Claims

1. Arrangement for controlling a motor whose three motor windings are fed from a three-phase network, characterized in that for the control of the winding ( 1 ) of the motor from the input terminal ( w 1 ) a two-point control by the series connection of a sum menpunktes ( 4 ) one Two-point controller ( 5 ), a power output stage ( 6 ) and a current actual value detection ( 7 ) and that in addition between the input terminal ( w 1 ) and the sum point ( 4 ), the series connection of a further sum point ( 16 ) and a PI controller ( 8 ) is switched, so that this results in a parallel PI control,
that the sum point ( 4 ) can be controlled by the setpoint from the input terminal ( w 1 ) an actual value from the current actual value detection ( 7 ), a triangular signal and the controller signal (A) from the PI controller ( 8 ) and that the sum menpunkt ( 16 ) can be evaluated by the setpoint from the input terminal ( w 1 ) and the actual value from the current actual value acquisition ( 7 ),
that for the control of the winding ( 2 ) of the motor from the input terminal ( w 2 ) also a two-point control by the series connection of sum point, two-point controller, power output stage and current actual value detection with a parallel PI control, and
that for the third motor winding ( 3 ) of the motor a two-point control by the series connection of a sum menpunktres ( 10 ), a two-point controller ( 11 ) and a power output stage ( 12 ) is provided, with an additional connection of the control deviations (A, B) from the PI controllers ( 8 , 15 ) and the sum of the current actual values ( 7 , 9 ) from the control for the other two motor windings ( 1 , 2 ).

2. Arrangement for controlling a motor, characterized in that a totalizer ( 14 ) forms the actual value for the summation point ( 10 ) from the current actual value detections ( 7 , 9 ).

3. Arrangement for controlling a motor, characterized in that the PI controllers ( 8 , 15 ) each have an inverter ( 13 , 17 ) connected downstream.