DE3323100A1

DE3323100A1 - Method and device for oscillation-damped control or regulation of a converter-supplied asynchronous machine

Info

Publication number: DE3323100A1
Application number: DE19833323100
Authority: DE
Inventors: Leonhard Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Reng
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1983-06-27
Publication date: 1985-01-10
Also published as: JPS6028786A

Abstract

An asynchronous machine (1) is supplied via a converter (2) whose output amplitude is controlled corresponding to the magnitude of a desired current vector which is determined by a desired slip-frequency value <IMAGE> and a desired magnetisation current value (i psi 1*). The frequency is controlled as a function of the measured rotor rotation speed <IMAGE> corresponding to the rotation speed of the desired vector. In order in this case to damp out oscillations which occur primarily at load angles above 45 DEG , an additional variable is added to the frequency desired value such that, at load angles above 45 DEG , a change in the slip-frequency desired value temporarily causes a change in the converter frequency which opposes the frequency change caused by the change in the desired value. At least at load angles above 45 DEG , the additional variable is selected to be approximately proportional to the negative change in the desired slip-frequency value. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtung zur pendelungsbedämpf tenMethod and device for pendulum-damping

Steuerung oder Regelung einer stromrichtergespeisten Asynchronmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum pendelungsbedämpften Betrieb einer stromrichtergespeisten Asynchronmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichx tung hierzu.Control or regulation of a converter-fed asynchronous machine The invention relates to a method for oscillation-damped operation of a converter-fed converter Asynchronous machine according to the features of the preamble of claim 1. The invention also relates to a device for this purpose.

Wird der eine Asynchronmaschine speisende Strom i in Abhängigkeit von zwei Sollwerten i#1*, i#2* so gesteuert, daß für den Betrag des Ständerstromes bei einer gemessenen Läuferdrehzahl n = #s und für die Frequenz #s des Stromes im stationären Fall s = #s + const. i #2*/i#1* bzw. bei Berücksichtigung dynamiscner Vorgänge is = #s+## arc tg (i#2*/i#1*) + const.#i#2*/i#1* gilt, so ergibt sich, daß sich das Feld der Asynchronmaschine bezüglich des Läufers mit einer Schlupffrequenz tf0L= const..i#2*/i#1* = (rL/xh) 2 i L h bewegt, wobei mit r der Läuferwiderstand und mit x die Hauptfeldinduktivität der Maschine bezeichnet ist.If the current i feeding an asynchronous machine is controlled as a function of two setpoint values i # 1 *, i # 2 * so that for the amount of the stator current at a measured rotor speed n = #s and for the frequency #s of the current in the stationary case s = #s + const. i # 2 * / i # 1 * or if dynamic processes are taken into account is = #s + ## arc tg (i # 2 * / i # 1 *) + const. # i # 2 * / i # 1 * applies, so it results that the field of the asynchronous machine moves with respect to the rotor with a slip frequency tf0L = const..i # 2 * / i # 1 * = (rL / xh) 2 i L h, where r is the rotor resistance and x is the Main field inductance of the machine is designated.

Bekanntlich können der Ständerstrom, die Ständerspannung und das Hauptfeld einer Drehfeldmaschine. durch einen entsprechenden Ständerstromvektor i, Ständerspannungsvektor u bzw. Flußvektor # dargestellt werden, -wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Wird am raumfesten Ständer eine- raumfest ("ständerorientierte") Bezugsachse α und eine mit dem Läufer verbundene ("läuferorientierte") Bezugsachse Ä festgelegt, so ist die Richtung des Flußvektors # durch den ständerorientierten Winkel #s zwischen # und α bzw. de. läuferorientierten Winkel #L zwischen dem Flußvektor # und der mit der Frequenz #c= s= d ( 5)/dt umlaufenden Läuferachse Ä gegeben. Die Richtung des Ständerstromvektors i ist entsprechend durch den ständerorientierten Stromwinkel #s bzw. durch den als "Las-twinkel" bezeichneten Winkel = £s - #L s zwischen dem Ständerstromvektor i und dem Flußvektor ä bestimmt.As is known, the stator current, the stator voltage and the main field a induction machine. through a corresponding Stator current vector i, stator voltage vector u and flux vector # are shown - as shown in Fig. 1 is shown. Is fixed on the fixed stand ("stand-oriented") Reference axis α and a reference axis connected to the rotor ("rotor-oriented") Ä defined, the direction of the flux vector # is determined by the stand-oriented Angle #s between # and α or de. rotor-oriented angle #L between the flux vector # and the rotor axis rotating with the frequency # c = s = d (5) / dt Ä given. The direction of the stator current vector i is correspondingly through the stator-oriented Current angle #s or by the angle referred to as "Las-twinkel" = £ s - #L s determined between the stator current vector i and the flux vector ä.

Der Betrag # des Flußvektors ist dabei physikalisch durch # = xh . iµ1 bestimmt, weshalb die zum Fluß # parallele kartesische Ständerstromkomponente als "Magnetisierungsstrom" bezeichnet ist. Für das Moment M der Drehfeldmaschine ergibt sich der Zusammenhang M = # 2 so daß bei konstant gehaltenem Flußbetrag # mit der als "Wirkstrom" bezeichneten feldsenkrechten Komponente i 2 direkt das Drehmoment und somit die Drehzahl linear beeinflußt werden kann.The amount # of the flow vector is physically given by # = xh. iµ1 determines why the Cartesian stator current component parallel to the flux # is referred to as "magnetizing current". For the moment M of the induction machine the result is the relationship M = # 2 so that if the flow amount is kept constant # with the field-perpendicular component i 2 referred to as the "active current" directly the torque and thus the speed can be influenced linearly.

Bei der oben angegebenen Steuerung oder Regelung einer Asynchronmaschine kann also durch Vorgabe eines konstanten Sollwertes i #1 für den Magneti'sierungsstrom ein konstanter Fluß vorgegeben werden, während, der Sollwert i 2 als Wirkstromsollwert zur Einstellung eines gewünschten Drehmomentes oder einer gewünschten Drehzahl verwendet werden kann. Man entnimmt dabei, daß durch den Wirkstromsollwert i#2* direkt die Schlupffrequenz d #/dt = ç L geführt wird.In the case of the above-mentioned control or regulation of an asynchronous machine can therefore be achieved by specifying a constant setpoint i # 1 for the magnetizing current a constant flux can be specified while the setpoint i 2 is the active current setpoint used to set a desired torque or a desired speed can be. It can be seen that through the active current setpoint i # 2 * the Slip frequency d # / dt = ç L is performed.

Eine derartige Vorrichtung ist z.B. aus der deutschen Patentschrift 1 563 228 bekannt, bei der aus der Dreh-. zahlabweichung #n zwischen Drehzahlistwert und Drehzahlsollwert mittels eines Drehzahlreglers der einem Wirkstromsollwert proportionale Schlupffrequenzsollwert aebildet wird. Um den Ständerstrombetrag entsprechend dem vorgegebenen- Wirkstrom zu regeln, wird der Sollwert einem Funktionsbildner mit einer fest eingegebenen Funktion zugeführt, wobei durch die Vorgabe der Funktion auch der Magnetisierungsstromsollwert bzw. der Fluß eingestellt ist. Dabei ist zusätzlich vorgesehen, den Ständerstrombetrag aus der Regelabweichung des Betragssollwertes und eines gemessenen Betragistwertes zu steuern.Such a device is known, for example, from German patent specification 1 563 228, in which from the rotary. Number deviation #n between the actual speed value and the speed setpoint by means of a speed controller that generates a slip frequency setpoint proportional to an active current setpoint. To the stator current amount To regulate according to the specified active current, the setpoint is fed to a function generator with a permanently entered function, the magnetizing current setpoint or the flux being set by specifying the function. It is also provided that the stator current amount can be controlled from the control deviation of the set value and a measured actual value.

Fer.ner bildet ein weiterer Funktionsgeber aus dem eingegebenen Wirkstromsollwert und dem fest eingestellten Magnetisierungssollwert den entsprechenden Winkel ##, aus dem ein nachgeschalteter Umsetzer eine der Änderung dieses Lastwinkels proportionale Größe bildet. Die Summe des Schlupffrequenzsollwertes, der gemessenen Läuferdrehzahl und der Lastwinkeländerung bildet die Steuergröße für die Frequenz £ des Ständerstromvektors.Fer.ner creates another function generator from the entered active current setpoint and the fixed magnetization setpoint the corresponding angle ##, from which a downstream converter produces a proportional change in this load angle Size forms. The sum of the slip frequency setpoint, the measured rotor speed and the change in the load angle forms the control variable for the frequency £ of the stator current vector.

Durch die Aufschaltung der gemessenen Läuferdrehzahl ÅS wird die elektrische Struktur der Maschine von der durch die Läuferschwungmasse gegebenen mechanischen Struktur der Maschine entkoppelt. Es verbleibt dabei ein Eigenverhalten, das durch die charakteristische Gleichung 1 + 2 d . # . s + #² . s² = 0 mit der Dämpfung d = cos tr= i<f1/i und der Zeitkonstanten r = T . cos £ mit der Hauptfeld2eitkonstante T beschrieben ist. Diese Dämpfung nimmt mit steigendem Lastwinkel ## ab. Bei üblichen Maschinen wird bis.zu einem Lastwinkel von etwa 700 belastet, die Dämpfung beträgt somit d = cos 700 = 0,34. Die Asynchronmaschine neigt somit insbesondere bei großen Lastwinkeln noch zu störenden Pendelungen.- Aufgabe der Erfindung ist es, diese Pendelungen besser zu bedämpfen.By switching on the measured rotor speed ÅS, the electrical Structure of the machine from the mechanical given by the rotor flywheel Structure of the machine decoupled. There remains an inherent behavior that comes through the characteristic equation 1 + 2 d. #. s + # ². s² = 0 with the damping d = cos tr = i <f1 / i and the time constant r = T. cos £ with the main field time constant T is described. This damping decreases with increasing load angle ##. With usual Machines are loaded up to a load angle of about 700, the damping is thus d = cos 700 = 0.34. The asynchronous machine is therefore particularly prone to large Load angles still to disturbing oscillations. Object of the invention is to better dampen these oscillations.

Diese Aufgabe ist besonders dann von Bedeutung, wenn sowie beim angegebenen Stand der Technik) der Schlupffrequenzsteuerung ein Drehzahlregler oder Momentenregler überlagert ist. Gemäß der Beziehung M = Y. 2 ist nämlich das Drehmoment proportional zu i '. sind . cosv = i..sin sin In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Drehmoment und dem Lastwinkel mit dem Strombetrag i als Parameter aufgetragen. Für einen Lastwinkel von 450 ergibt sich dabei ein Maximum und Lastwinkeländerungen wirken sich mit unterschiedlichem Vorzeichen auf das Drehmoment aus, je nachdem.ob der Lastwinkel größer,oder kleiner als 45,0 ist.This task is particularly important when and with the specified State of the art) the slip frequency control a speed controller or torque controller is superimposed. Namely, according to the relationship M = Y.2, the torque is proportional to i '. are . cosv = i..sin sin In Fig. 2 is the relationship between the torque and the load angle with the amount of current i plotted as a parameter. For a load angle of 450 there is a maximum and changes in the load angle have different effects Sign on the torque, depending on whether the load angle is larger or smaller than 45.0.

Für kleine Lastwinkel ist der,Magnetisierungsstrom und somit der Fluß nahezu konstarit. Pendelungen des Lastwinkels wirken bei einem derartigen Arbeitspunkt demnach hauptsächlich über den Wirkstrom'auf das Drehmoment und' somit die Drehzahländerung. Sie können .über die Steuerung des Wirkstromes stabilisiert werden.For small load angles, the magnetizing current and thus the flux almost constant. Oscillations of the load angle act at such an operating point therefore mainly via the active current 'on the torque and' thus the change in speed. They can be stabilized by controlling the active current.

Je näher jedoch der Lastwinkel bei +90° liegt, umso weniger ändert sich bei Pendelungen der Wirkstrom, vielmehr wirken sich Winkeländerungen nunmehr hauptsächlich auf den Magnetisierungsstrom und somit a,uf den'Fluß aus.However, the closer the load angle is to + 90 °, the less changes The active current changes in the case of oscillations, rather angle changes now have an effect mainly on the magnetizing current and thus on the flux.

Eine Winkelvergrößerung bewirkt dabei, daß der Fluß und daher auch das Drehmoment bzw. die Drehzahl kleiner wird.An increase in the angle causes the flow and therefore also the torque or the speed is lower.

Der Drehzahlregler reagiert darauf mit einer Erhöhung des Wirdstomsollwertes i#2*, wodurch sich der Lastwinkel weiter erhöht. Der Drehzahlregler wirkt also dann entdämpfend auf Pendelungen des Lastwinkels. Für Arbeitspunkte mit Lastwinkeln über 450 ist daher eine spezielle Dämp-fungsmaßnahme vorzusehen, z.B. ein Eingriff auf die Steuerung des Magnetisierungsstromes, etwa mittels einer, überlagerten Flußregelung. Dies ist jedoch nicht immer möglich, vor allem nicht bei kleinen Drehzahlen.The speed controller reacts to this by increasing the actual current setpoint i # 2 *, which further increases the load angle. The speed controller then acts de-damping on oscillations of the load angle. For working points with load angles above 450 a special damping measure must therefore be provided, e.g. an intervention on the control of the magnetizing current, for example by means of a superimposed flux control. However, this is not always the case possible, especially not with small ones Speeds.

Ausgangspunkt der Erfindung ist somit ein Verfahren, bei dem der eine Asynchronmaschine speisende Stromrichter durch Vorgabe eines Sollwertes für die Schlupffrequenz und Einstellung eines Sollwertes für den Magnetisi-erungsstrom bezüglich der Amplitude des Stromrichterausgangsstromes entsprechend der Amplitude eines durch die Sollwerte festgelegten Sollstromvektors gesteuert oder geregelt wird. Die Stromrichterfrequenz wird entsprechend der Summe der gemessenen Läufer frequenz h s und der auf die Läuferachse Ä bezogenen Umlaufgeschwindigkeit (£y + t L) des Sollstromvektors gesteuert. Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, daß durch einen geeigneten Eingriff, der vor allem bei Lastwinkel über 450 auf die Einstellung des Flusses bzw. des Lastwinkels wirkt, Lastwinkelpendelungen bedämpft werden sollen.The starting point of the invention is thus a method in which the one Asynchronous machine feeding converters by specifying a setpoint for the Slip frequency and setting of a target value for the magnetizing current with regard to the amplitude of the converter output current corresponding to the amplitude of a through the setpoints specified setpoint current vector is controlled or regulated. The converter frequency is corresponding to the sum of the measured rotor frequency h s and that on the rotor axis Ä related rotational speed (£ y + t L) of the setpoint current vector controlled. Of the Invention is now based on the idea that by a suitable intervention that especially at load angles over 450 on the setting of the flux or the load angle acts, load angle oscillations should be dampened.

Davon ausgehend ist zur Lösung der zugrunde gelegten Aufgabe ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 vorgesehen. Vorteilhafte, Weiterbildungen des Verfahrens sowie einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Proceeding from this, there is a method for solving the underlying problem according to claim 1 provided. Advantageous, further developments of the process as well a preferred device for performing this method are defined in the subclaims marked.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen und vier weiteren Figuren wird die Erfindung näher erläutert.On the basis of two exemplary embodiments and four other figures, the invention explained in more detail.

Es zeigt: Fig. 1 die bereits besprochende Vektordarstellung von Ständerstrom und Maschinenfluß, Fig. 2 den bereits besprochenen Zusammenhang zwischen Drehmoment und Lastwinkel, Fig. 3 eine schematische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, Fig.. 4 eine nach dem Verfahren arbeitende Vorrichtung mit einem stromeinprägenden Umrichter zur Speisung der Asynchronmaschine, Fig. 5 eine Vektordarstellung des Zusammenhangs zwischen der einem StrOmrichter eingeprägten Spannung und dem Ausgangsstrom des Stromrichters und Fig. 6 eine Anordnung mit einem spannungseinprägenden Stromrichter zur Speisung der Asynchronmaschine.It shows: FIG. 1 the already discussed vector representation of stator current and machine flow, FIG. 2 the relationship between torque already discussed and load angle, FIG. 3 shows a schematic arrangement for carrying out the method, 4 shows a device operating according to the method with a current impressing device Inverter to supply the Asynchronous machine, FIG. 5 is a vector illustration the relationship between the voltage impressed on a converter and the Output current of the converter and FIG. 6 shows an arrangement with a voltage impressing Converter for feeding the asynchronous machine.

Den Ständerwicklungen der Asynchronmaschine 1 (Fig. 3) wird von einem Stromrichter 2 eine vorgegebene Spannung oder ein vorgegebener Strom als-eingeprägte Eingangsgröße eingegeben. Hierzu wird der Leistungsteil 3, des Stromrichters von einem Steuersatz 4 so gesteuert, daß sich einevorgegebene Amplitude und eine vorgegebene Phasenlage oder Frequenz der eingeprägten elektrischen Größe ausbildet. Die, jeweils nicht eingeprägte elektrische Größe stellt sich dabei entsprechend dem Lastzustand der Maschine von' selbst ein.The stator windings of the asynchronous machine 1 (Fig. 3) is from a Converter 2 a predetermined voltage or a predetermined current as-impressed Input variable entered. For this purpose, the power section 3, the converter of a control set 4 controlled so that a predetermined amplitude and a predetermined Phases or frequency of the impressed electrical variable forms. The, respectively Electrical quantity that is not impressed is set according to the load condition the machine by itself.

In Fig. 3 ist durch je einen Steuereingang für Amplitude und Frequenz angedeutet, daß in jedem Fall dem Stromrichter nur diese beiden Freiheitsgrade vorgegeben werden können, selbst wenn im konkreten Fall der Steuersatz einen zusätzlichen.Ejngang zu einer Phasensteuerung besitzt oder, wie z.B. im Falle eines Direktumrichters, für j-ede Ausgangsphase des Stromrichters eine eigene sinusförmige Referenz.spannung eingegeben wird. Unter Umständen kann, wie es auch bei der erwähnten deutschen Patentschrift 1 563 228 vorgesehen ist, einem Steuereingang des Umrichters 4 ein Regler vorgeschaltet sein. Dies ist in Fig. 3 durch einen Amplitudenregler angedeutet, der einen Amplitudensollwert mit einem an den Ständerzuleitungen der Asynchronmaschine 1 abgegriffenen Amplitudenistwert vergleicht.In Fig. 3 is through a control input for amplitude and frequency indicated that in each case only these two degrees of freedom are given to the converter can be, even if in the specific case the tax rate is an additional to a phase control or, e.g. in the case of a direct converter, a separate sinusoidal reference voltage for each output phase of the converter is entered. Under certain circumstances, as is the case with the aforementioned German patent 1 563 228 is provided, a control input of the converter 4 is connected upstream of a controller be. This is indicated in FIG. 3 by an amplitude controller which has an amplitude setpoint with an actual amplitude value tapped from the stator leads of the asynchronous machine 1 compares.

An der Asynchronmaschine 1 wird ferner die Läuferdrehzahl abgegriffen, wås durch den Tachogenerator 5 angedeutet ist.The rotor speed is also tapped on the asynchronous machine 1, wås is indicated by the tachometer generator 5.

Im Falle einer drehzahlgeregelten Asynchronmaschine ist aus der g-emessenen Läuferdrehzahl und einem Drehzahlsollwert die Drehzahl-Regelabweichung bn gebildet und einem überlagerten Drehzahlregler 6 zur Bildung des Wirkstromsollwertes i* 2 bzw. des dazu proportionalen Schlupffrequenzsollwertes <eL* zugeführt. Ein Sollwert für den Flußbetrag bzw. ein dazu proportionaler Magnetisierungsstrom-Sollwert i* kann extern-vorgegeben oder in der die Steuergrößen für die Steuersätze 4 liefernden Steuereinrichtung 7 intern eingestellt sein.In the case of a speed-controlled asynchronous machine, the g-measured Rotor speed and a speed setpoint, the speed control deviation bn is formed and a superimposed speed controller 6 for forming the active current setpoint i * 2 or the proportional slip frequency setpoint <eL * supplied. A setpoint for the amount of flux or a proportional magnetizing current setpoint i * can be specified externally or in which the control variables for the tax rates 4 are supplied Control device 7 be set internally.

Die Steuereinrichtung bildet nun in Abhängigkeit von der Läuferdrehzahl #s und den Sollwerten i#1*, i#2* derartige Steuergrößen für den Umrichter 2, daß sich der yektor i des Ausgangs stromes des Stromrichters in Frequenz und Amplitude entsprechend dem durch die Sollwerte vorgegebenen Sollstromvektor i einstellt. Hierzu kann z.B. die Steuereinrichtung 7 intern die Änderung des zum * Sollstromvektor gehörenden Lastwinkel-Sollwertes er bilden, so daß aus der Summe dieser Lastwinkeländerung ##*, der Läuferfrequenz #s und des Schlupffrequenz-Sollwertes #L' = (rL/#*) . i#2* die entsprechende Umlauffrequenz #s* des Stromsollvektors i* gebildet wird.The control device now forms as a function of the rotor speed #s and the setpoints i # 1 *, i # 2 * such control variables for the converter 2 that the yektor i of the output current of the converter in frequency and amplitude according to the setpoint current vector i specified by the setpoint values. For this For example, the control device 7 can internally change the current vector to the * setpoint corresponding load angle setpoint he form, so that from the sum of this load angle change ## *, the rotor frequency #s and the slip frequency setpoint value #L '= (rL / # *). i # 2 * the corresponding rotational frequency # s * of the current setpoint vector i * is formed.

Um nun Lastwinkelpendelungen der Asynchronmaschine zu dämpfen, wird die Frequenz des Umrichters so gesteuert-, daß bei Lastwinkeln über 450 eine Änderung des Schlupffrequenzsollwertes vorübergehend eine Änderung der Stromrichterfrequenz bewirkt, die der durch die Sollwertänderung bedingten Frequenzänderung des Sollvektors entgegengesetzt gerichtet ist.In order to dampen load angle oscillations of the asynchronous machine, the frequency of the converter is controlled in such a way that it changes at load angles above 450 of the slip frequency setpoint, a temporary change in the converter frequency causes the change in frequency of the setpoint vector caused by the setpoint change is directed in the opposite direction.

Wie bereits eingangs erwähnt wurde, bewirkt bei Lastwin-, keln über 450 eine Lastwinkelvergrößerung eine Erniedrigung des Flusses und des Drehmomentes, auf die der Drehzahlregler mit einer Erhöhung des Wirkstromsollwertes $#2* reagiert. Die Frequenz des Umrichters wird daher vorteilhaft nicht nach der bloßen Summe ( xs + te L + E gesteuert, vielmehr wird dieser Summe eine Größe # aufgeschaltet, die zumindest bei Lastwinkeln über 450 ungefähr proportional der negativen Änderung diy2 /dt des Schlupffrequenzsollwertes ist. Die Aufschaltung dieser Zusatzgröße t z.u-der erwähnten Summe ist in Fig. 3 durch das Subtraktionsglied 8 angedeutet. Diese Zusatzgröße # kann, ebenso wie die Größe ##* = d(arc tg i#2*/i#1*)/dt an einem von den Sollwerten gespeisten Übertragungsglied 9 abgegriffen'werden.As already mentioned at the beginning, causes over at load angles 450 an increase in the load angle a decrease in the flux and the torque, to that of the speed controller with an increase in the active current setpoint $ # 2 * reacted. The frequency of the converter is therefore advantageous not after the bare Sum (xs + te L + E controlled, rather a quantity # is added to this sum, which is roughly proportional to the negative change, at least at load angles above 450 diy2 / dt of the slip frequency setpoint. The activation of this additional variable t for the sum mentioned is indicated in FIG. 3 by the subtraction element 8. This additional variable #, like the variable ## * = d (arc tg i # 2 * / i # 1 *) / dt on a Transmission element 9 fed by the setpoint values are tapped.

Diese Anordnung ist in Fig. 4 etwas genauer für den Fall dargestellt, daß dem Stromrichter 2 als Steuergrößen direkt der Strombetrag i* und die Frequenz #s* des ständerorientierten Maschinenstromes vorgegeben wird. Es handelt sich bei dem Stromrichter also um eine stromeinprägende Schaltung. Der Steuersatz des Stromrichters ist nicht näher ausgeführt, vielmehr ist lediglich ein Integrator 11 angedeutet, der die Sollfrequenz in eine entsprechende Sollphase für den Strom in den einzelnen, Ausgängen des-Stromrichters umwandelt. Man kann also anstelle der Frequenzen auch von den Winkeln selbst ausgehen oder, sofern der Steuersatz z.B. getrennte Steuereingänge für Frequenz und Phase hat, eine Dämpfungsgröße, die entspricht, auf den Phasensteuereingang aufschalten.This arrangement is shown somewhat more precisely in FIG. 4 for the case where the current amount i * and the frequency # s * of the stator-oriented machine current are given directly to the converter 2 as control variables. The converter is therefore a current-impressing circuit. The control rate of the converter is not detailed, rather only an integrator 11 is indicated, which converts the setpoint frequency into a corresponding setpoint phase for the current in the individual outputs of the converter. So instead of the frequencies, you can also start from the angles themselves or, if the tax rate has, for example, separate control inputs for frequency and phase, an attenuation variable that connect to the phase control input.

In Fig. 4 verteilt ein maschinenseitiger Wechsel'richter 12, der über einen Stromzwischenkreis mit einem vorgegebenen Gleichstrom gespeist wird, . diesen Gleichstrom entsprechend dem durch gegebenen Phasenwinkel -auf -die an den Stromrichter angeschlossenen Ständerzuleitungen der Maschine 1. Die durch den Wechselrichter-Eingangsstrom bestimmte Amplitude dieser Ständerströme und somit die Amplitude des Ständerstromvektors kann durch einen netzseitigen Gleichrichter 13 entsprechend dem Strombetragssollwert i* gesteuert oder geregelt werden.In FIG. 4, a machine-side inverter 12, which is fed with a predetermined direct current via an intermediate circuit, distributes. this direct current according to the through given phase angle -to -the stator leads of the machine connected to the converter 1. The amplitude of these stator currents determined by the inverter input current and thus the amplitude of the stator current vector can be controlled or regulated by a network-side rectifier 13 according to the current value setpoint i *.

Das Übertragungsglied 9 erhält den Magnetisierungsstromsollwert i #1 über ein Ubertragungsglied 14, das auf den jeweiligen Hauptfeld-Induktivitätsparameter x h abgestimmt ist, aus einem Eingang für den Flußsollwert LI, *, während der Wirkstromsollwert i 92 am Ausgang des Drehzahlreglers 6 direkt abgegriffen werden kann. Der Sollstromvektor i* ist dem Übertragungsglied 9 somit bezüglich seiner kar-tesischen feldorientierten Komponenten vorgegeben, aus denen ein handelsüblicher kartesisch-polarer Koordinaten--wandler 15 den Ständerstrombetrag und den Lastwinkel ty* = arc tg i* -% 1 2 + i Y2 2 (e2 /i 1 ) bildet. The transfer element 9 receives the magnetizing current setpoint i # 1 via a transfer element 14, which is matched to the respective main field inductance parameter xh, from an input for the flux setpoint LI, *, while the active current setpoint i 92 can be tapped directly at the output of the speed controller 6. The nominal current vector i * is thus given to the transmission element 9 with regard to its Cartesian field-oriented components, from which a commercially available Cartesian-polar coordinate converter 15 determines the stator current amount and the load angle ty * = arc tg i * -% 1 2 + i Y2 2 (e2 / i 1) forms.

Mittels eines weiteren Proportionalgliedes 16, das auf L den Parameter r des Läuferwiderstandes und den eingestellten Fluß t * abgestimmt ist, wird am Drehzahlreglerausgang der Schlupffrequenzsollwert yp L abgegriffen und zusammen mit der am Tachogenerator 5 abgegriffenen Läuferdrehzahl X s und der über ein Differenzierglied 17 am Koordinatenwandler 15 abgegriffenen Ableitung-des Lastwinkelsollwertes ey einer Additionsstelle 20 zugeführt, der auch die Zusatzgröße ç aufgeschaltet ist.By means of a further proportional element 16, which is set to L the parameter r of the rotor resistance and the set flux t * is matched on Speed controller output the slip frequency setpoint yp L tapped and put together with the rotor speed X s picked up at the tachometer generator 5 and that via a differentiating element 17 at the coordinate converter 15 tapped derivation of the load angle setpoint ey an addition point 20, to which the additional variable ç is also applied.

Als Zusatzgröße wird in diesem Fall die Ableitung des Ständerstrombetrages i* mittels eines differenzierenden -Gl-iedes 21 gebildet, das aus einer einfachen RC-Schaltung bestehen kann. Das Ausgangssignal dieses differenzierenden Gliedes 21 wird im motorischen Betrieb der Additionsstelle 20 direkt negativ aufgeschaltet, es kann aber auch die Polarität dieser Zusatzgröße » für generatorischen Betrieb umgekehrt werden. Hierzu dient der Umschalter 22, der entsprechend dem an einem Grenzwertmelder- 23 abgegriffenen Vorzeichen des Wirkstormsollwertes i#2* betätigt werden kann.In this case, the derivation of the stator current is used as an additional variable i * formed by means of a differentiating link 21, which consists of a simple RC circuit can exist. The output of this differentiating element 21 is switched directly negative to the addition point 20 in motor operation, However, the polarity of this additional quantity can also be used for generator operation be reversed. The changeover switch 22 is used for this purpose Limit indicator- 23 tapped sign of the active current setpoint i # 2 * actuated can be.

Wegen ist die am differenzierenden Glied 21 abgegriffene Zusatzgröße zwar für kleine Lastwinkel nur klein, jedoch wirkt in,, diesem Bereich der Eingriff des Wirkstromsollwertes über den Drehzahlregler 6 stark dämpfend. Für Lastwinkel über 450 ändert sich der Sinus des Lastwinkels bei Pendelungen nur wenig, die Zusatzgröße ist also annähernd proportional der Wirkstromänderu.ng. Vergrößert sich al-so infolge der Pendelung der Lastwinkel', so würden sich ohne einen besonderen Eingriff auf den Stromwinkel £s der Fluß und das Drehmoment verringern und der Drehzahlregler 6 liefert entsprechend Fig. 2 einen größeren Wirkstromsollwert-, also einen noch.steigenden Lastwinkel-Sollwert. Entsprechend-einer Wirkungskette über den Fluß, das Drehmoment und die Drehzahl wird aber dieser pendelungsbedingte steigende Wirkstromsollwert erkannt und derart a;uf die Winkel- bzw. Frequenzsteuerung aufgeschaltet., daß sich insgesamt die für die Pendelungsdämpfung benötigte, Abnahme der Sollfrequenz ergibt.Because If the additional variable picked up at the differentiating element 21 is only small for small load angles, however, the intervention of the active current setpoint via the speed controller 6 has a strong dampening effect in this area. For load angles above 450, the sine of the load angle changes only slightly in the case of oscillations, so the additional variable is approximately proportional to the change in active current. If the load angle increases as a result of the oscillation, the flux and the torque would decrease without any special intervention on the current angle ε s and the speed controller 6 supplies a larger active current setpoint value, i.e. a still increasing load angle, as shown in FIG Setpoint. Corresponding to a chain of effects via the flux, the torque and the speed, however, this oscillation-related rising active current setpoint is recognized and applied to the angle or frequency control in such a way that the overall decrease in setpoint frequency required for oscillation damping results.

Bei üblicher Dimensionierung des Drehzahlreglers wird die Proportionalverstärkung der jeweiligen Schwungmassen-Zeitkonstante Th der Asynchronmaschine angepaßt. Die Einstellung der Dämpfungsbeschaltung kann dann unabhängig von Th vorgenommen werden, so daß die Aufschaltung der ,Zusatzgröße über ein RC-Glied mit unveränderlicher Zeitkonstante realisiert werden kann.With the usual dimensioning of the speed controller, the proportional gain is adapted to the respective flywheel time constant Th of the asynchronous machine. the The damping circuit can then be set independently of Th, so that the activation of the, additional variable via an RC element with unchangeable Time constant can be realized.

Als Zusatzgröße kann dem Additionsglied 20 natürlich auch die Änderung des Schlupffrequenzsollwertes selbst auf geschaltet werden, die z.B. mittels eines RC-Gliedes direkt am Ausgang des Drehzahlreglers 6 abgreifbar ist. Damit diese Auf schaltung erst bei.größeren Lastwinkeln, also bei größeren Wirkstromsoilwerten, wirksam wird, kann in diesem Fall -der Wirkstromsollwert. dem differenzierenden RC-Glied über ein Sperrglied (z.B. Zenerdioden) zugeführt werden, das nur bei hinreichend großen Werten des Wirkstromsollwertes das differenzierende Glied freigibt, wie im Zusammenhang Fig. 6 noch erläutert werden soll.The addition element 20 can of course also include the change as an additional variable of the slip frequency setpoint itself can be switched to, e.g. by means of a RC element can be tapped directly at the output of the speed controller 6. So that this on switching only at larger load angles, that is with larger active current coil values, becomes effective, in this case -the active current setpoint. the differentiating RC element can be fed in via a blocking element (e.g. Zener diodes), which is only possible when there is sufficient the differentiating element releases large values of the active current setpoint, as in Relation to Fig. 6 is to be explained.

In manchen Fällen, z.B. bei einem Pulssteuerverfahren, ist es vorteilhaft, anstelle des mit einem eingeprägten Eingangsgleichstrom gespeisten Umrichters 12 in Fig 4 einen mit einer eingeprägten Eingangsgleichspannung arbeitenden Wechselrichter zu verwenden. Prinzipiell ist es gleichgültig, ob ein stromeinprägender oder ein spannungseinprägender Stromrichter, durch dessen Steuerspannungen dann der Ständerspannungsvektor u der Asynchronmaschine vorgegeben wird, verwendet ist. In diesem Fall müssen lediglich die den Stromsollvektor festlegenden Eingangssollwerte i#1*, i#2* so umgerechnet werden, daß daraus geeignete Steuergrößen für einen Spannungssollvektor u* entstehen. Der Spannungsvektor ist dann in Frequenz und Amplitude so festzulegen, daß sich entsprechend den Gegebenheiten der Maschine ein Stromvektor einstellt, der dem durch die Sollwerte vorgegebenen Stromsollvektor entspricht.In some cases, e.g. with a pulse control method, it is advantageous to instead of the converter 12 fed with an impressed input direct current 4 shows an inverter operating with an impressed DC input voltage to use. In principle, it does not matter whether it is a current-impressing or a Voltage-impressing converter, through whose control voltages then the stator voltage vector u the asynchronous machine is specified, is used. In this case you just have to the input setpoints i # 1 *, i # 2 * defining the current setpoint vector are converted in this way that suitable control variables for a voltage setpoint vector u * arise therefrom. The frequency and amplitude of the voltage vector is then to be determined in such a way that adjusts a current vector according to the conditions of the machine, which corresponds to the the setpoints corresponds to the specified current setpoint vector.

In Fig. 5 ist in feldorientierter Vektordarstellung angegeben, wie bei gegebenem Fluß Cy, durch den somit auch der darauf senkrecht stehende EMK-Vektor E = . YE gegeben ist, und bekannten Werten für den Ständerwiderstand rs und die Streuinduktivität Lein durch den Betrag u und den ständerorientierten Richtungswinkel $5 gegebener 5 Spannungsvektor u mit dem sich dann frei einstellenden Stromvektor i zusammenhängt. Um daher den durch i 91 i # #2 feldorientiert gegebenen Stromsollvektor in den entsprechenden Spannungssollvektor umzurechnen, braucht lediglich zu der durch #* gegebenen EMK der entsprechende Vektor rS. i* des ohmschen Spannungsabfalles und der Vektor L# . #s . 1* der induktiven Streuspannungen addiert zu werden. Geeignete Schaltungen zur Durchführung dieser Rechenoperationen bereiten dem Fachmann keine Schwierigkeiten und sind als "Entkoppelungsnetzwerke" bekannt. Ein derartiges Netzwerk bewirkt, daß ein Eingriff auf den Steuereingang für i#1* oder i#2* zu solchen Änderungen der entsprechenden Sollwerte für die Spannung führt,.daß sich im Ausgangsstrom eines mit diesen Spannungssollwerten gesteuerten Stromrichters jewei'ls nur die zum geänderten Stromsollwert gehörende Istwertkomponente ändert.In Fig. 5 it is indicated in a field-oriented vector representation how for a given flow Cy, through which the EMF vector standing perpendicular to it E =. YE is given, and known values for the stator resistance rs and the Leakage inductance Lein by the amount u and the stator-oriented direction angle $ 5 given 5 voltage vector u with the then freely adjusting current vector i related. Therefore, around the current setpoint vector given by i 91 i # # 2 in a field-oriented manner to convert it into the corresponding voltage setpoint vector only for the emf given by # * the corresponding vector rS. i * of the ohmic voltage drop and the vector L #. #s. 1 * of the inductive stray voltages to be added. Suitable Circuits for performing these arithmetic operations are not available to the person skilled in the art Difficulties and are known as "decoupling networks". Such a network causes an intervention on the control input for i # 1 * or i # 2 * to result in such changes of the corresponding setpoints for the voltage, .that there is a converter controlled with these voltage setpoints only those for the changed The actual value component belonging to the current setpoint changes.

Fig-. 6 zeigt dementsprechend eine Anordnung nach Fi'g. 3, bei'der als Umrichter 3 ein- Direktumrichter verwendet ist.Fig-. 6 accordingly shows an arrangement according to FIG. 3, both A direct converter is used as converter 3.

Als Übertragungsglied 9 dient jetzt ein entsprechend Fig. 5 aufgebautes Entkoppelungsnetzwerk 9a, das die kartesischen feldorientiérten Komponenten des Sollstromvektors i* in die entsprechenden feldoritentierten kartesischen Komponenten u#1*, u#2* eines Spannungssollvektors u* umwandelt Mittels eines kartesisch-polaren Koordinatenwandlers 9b wird daraus einerseits die Steuergröße u* für den Spannungsbetrag und eine Steuergröße ##* für den feldorientierten Spannungswinkel «f* gebildet. Die Eingabe der Stromsollwerte i#1*, i#2* geschieht wie in Fig. 5, wobei das Proportionalglied 16 durch einen Spannungsteiler 16' dargestellt ist. An der Additionsstelle 20, die auf die dargestellte Weise vorteilhaft durch Operat'ionsverst,ärker realisiert werden kann,. werden wiederum die gemessene Läuferdrehzahl #s und der Schlupffrequenzsollwert #L* zusammen mit einer Zusatzgröße # und einer Winkeländerung zu einer Frequenzsteuergröße zusammengesetzt. Anstelle der die Lastwinkeländerung beschreibenden Größe ##* wird nunmehr die hierzu gehörige Änderung des physikalisch gleichwertigen feldorientierten Spannungswinkels «t* aufgeschaltet.The transmission element 9 is now a one constructed in accordance with FIG. 5 Decoupling network 9a, which the Cartesian field-oriented components of the Setpoint current vector i * into the corresponding field-oriented Cartesian components u # 1 *, u # 2 * of a voltage setpoint vector u * converts by means of a Cartesian-polar Coordinate converter 9b becomes on the one hand the control variable u * for the voltage amount and a control variable ## * for the field-oriented stress angle «f * is formed. The current setpoints i # 1 *, i # 2 * are entered as in FIG. 5, with the proportional term 16 is represented by a voltage divider 16 '. At the addition point 20, the can advantageously be implemented in the manner shown by operational amplifiers can,. the measured rotor speed #s and the slip frequency setpoint are in turn # L * together with an additional variable # and an angle change to a frequency control variable composed. Instead of the variable describing the change in load angle, ## * is used now the associated change of the physically equivalent field-oriented Voltage angle «t * switched on.

Von dem Stromrichtersteuersatz 4 (Fig. 3) ist,in Fig. 6 lediglich der Referenzspannungsgenerator 4' dargestellt.From the converter control set 4 (FIG. 3), in FIG. 6 only the reference voltage generator 4 'is shown.

* In ihm wird der Frequenzsollwert o( mittels eines Intes grators 11' in einen entsprechenden Winkelsollwert αs* umgerechnet, aus dem ein Sinusgenerator 25 drei um 120 phasenverschobene Sinusschwingungen bildet. Durch Multiplikation mit dem Sollspannungsbetrag u* entstehen somit 3 Steuerspannungen uR*, uS*, uT*, mit denen auf übliche, hier nicht näher erläuterte Weise die Teilumrichter des Direktumrichters 3 gesteuert werden. Genauere Einzelheiten des jeweils verwendeten Stromrichters und seiner Steuerung, sowie evtl. noch vorgesehene unterlagerte Regelungen, die der Fachmann zweckmäßigerweise vornehmen kann, sind für das Wesen der Erfindung unwesentlich. * The frequency setpoint o (by means of an integrator 11 'converted into a corresponding target angle value αs *, from which a sine generator 25 forms three sinusoidal oscillations out of phase by 120. By multiplication with the nominal voltage value u * there are thus 3 control voltages uR *, uS *, uT *, with which the partial converters of the direct converter are used in the usual manner that is not explained in detail here 3 can be controlled. More precise details of the converter used in each case and its control, as well as any subordinate regulations that may be provided the skilled person can expediently make are essential to the essence of the invention insignificant.

Abweichend von Fig. 4 ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 die Zusatzgröße y nach der bereits beschriebenen Variante gebildet, daß der Wirkstromsollwert i #2 über eine Sperrschaltung aus zwei gegeneinander geschalteten Zenerdioden 26 abgegriffen und einem als differenzierendes Glied wirkenden RC-Glied 21 zugeführt ist. Eine Vorzeichenumkehr der Zusatzgröße g beim Übergang vom motorischen zu generatorischen Betrieb ist hierbei nicht erforderlich, da der Wirkstrom i 2 sein Vorzeichen bereits selbst in der für die Pendelungsdämpfung erforderlichen Weise ändert.Notwithstanding FIG. 4, the embodiment of FIG. 6 is the Additional variable y formed according to the variant already described, that the active current setpoint i # 2 via a blocking circuit made up of two Zener diodes 26 connected against one another tapped and fed to an RC element 21 acting as a differentiating element is. A sign reversal of the additional variable g during the transition from motor to generator Operation is not required here, since the active current i 2 already has its sign changes even in the manner required for sway damping.

- L e e r s e i t e -- L e r s e i t e -

Claims

Patent claims 1 method for operating a converter-fed Asynchronous machine (1), the rotor speed (#) being measured and the converter (2) depending on the rotor speed (#s), a set target value (i # 1 *) for the magnetizing current and a specified nominal value (i # 2) for the slip frequency (#L) SO is controlled that its output current (i) in frequency (# and amplitude (i) adjusts according to a setpoint vector determined by the setpoint values, d a d u.r c h e k e n n z e i.c h n e t 'that for damping' load angle oscillations the frequency of the asynchronous machine is controlled so that at load angles (£ y) via 450 a change in the slip frequency setpoint (# L * = i # 2 *. rL / # *) temporarily a change in the converter frequency () causes the change in the setpoint due to the frequency change of the Sollvekotrs is directed in the opposite direction.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g.e -k e n n z e i c It should be noted that the converter frequency is controlled according to a setpoint frequency (# s *) is determined by the sum (xs + #L + ##) of the measured rotor speed, the slip frequency setpoint and the change in the angle of the target vector related to the rotor axis as well as an additional variable (t) is given, the additional variable (= = di # 2 / dt) at least at load angles over 45 approximately proportional to the negative change in the slip frequency setpoint is. (Fig. 3)

3. The method according to claim 2,: d a d u r c h g e -k e n n z e i c Not that the change in the slip frequency setpoint is an additional variable for load angles over 450 is formed (Fig. 6).

4. The method according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the change evaluated with the sign of the load angle as an additional variable the amount of the total vector is formed (Fig. 4).

5. The method according to ein.der claims 1 to 4, d a -d u r c h g e it is not indicated that the magnetizing current setpoint is used as a flux setpoint proportional field-parallel component of a target stator current vector and as a slip frequency target value an output variable that defines the component of the target, -Ständerstromvek.tors perpendicular to the flow of a speed controller is entered.

6. Device for sway-damped control or regulation of a converter-fed asynchronous machine (1), the control variables (amplitude, Frequency) of the converter (2) supplied by a control device (7) who, the setpoint values that define a stator current setpoint vector for the magnetizing current and the active current are specified, which means that the frequency of the converter proportional to the output variable (* s) of an adder (20) is controllable. next to the sum of the measured rotor speed (s) dem the slip frequency setpoint (t L) proportional to the active current setpoint and the change of the load angle at least at load angles over 450 an additional variable (#) negative is connected, which is approximately proportional to the change in the slip frequency setpoint is. (Fig. 3)

7. Apparatus according to claim 6, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the addition element (20) as an additional variable (t) has a differentiating Element (21) tapped off at a transmission element (2-1) fed by the setpoint values Amount of the setpoint current vector over a switch (22) switched on which reverses the polarity of the additional variable in generator operation (Fig. 4>.

8. Apparatus according to claim 7, d a d u t c h g e -k e n n z e i c h n e t that the addition element (20) as an additional variable (-der via a differentiating Member (21) tapped slip frequency setpoint is connected. (Fig. 6)

9. Device according to claim 8, g e k e n n z e i c h -n e t - d u r c h a locking member (26), the the differentiating element only if the values of the active current setpoint are sufficiently high releases (Fig. 6).

10. Device according to one of claims 6 to 9, d a -d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the, transmission link is a Cartesian-polar Coordinate converter (15) in a current-impressing converter or in a voltage-impressing converter contains a decoupling network.