Изобретение относится к способу эксплуатации вентильного преобразователя для соединения выполненной для работы на переменном напряжении электрической машины с сетью переменного напряжения, у которого подключенный к сети переменного напряжения инвертор вентильного преобразователя на стороне сети электрически соединяется при помощи промежуточной цепи постоянного тока с подключенным к электрической машине инвертором вентильного преобразователя на стороне машины, причем преобразование электрической энергии инвертором на стороне сети управляется сетевым управляющим сигналом, а преобразование электрической энергии инвертором на стороне машины управляется машинным управляющим сигналом блока управления. Кроме того, изобретение охватывает компьютерный программный продукт. Наконец, изобретение охватывает также блок управления для эксплуатации вентильного преобразователя для соединения выполненной для работы на переменном напряжении электрической машины с сетью переменного напряжения, с целью которой вентильный преобразователь имеет подключенный к сети переменного напряжения инвертор на стороне сети и подключенный к электрической машине инвертор на стороне машины, которые для электрического соединения подключены к промежуточной цепи постоянного тока, причем блок управления имеет разъем на стороне сети для подключения к инвертору на стороне сети и выполнен для того, чтобы предоставлять на разъеме на стороне сети сетевой управляющий сигнал для управления инвертором на стороне сети, и причем блок управления имеет разъем на стороне машины для подключения к инвертору на стороне машины и выполнен для того, чтобы предоставлять на разъеме на стороне машины машинный управляющий сигнал для управления инвертором на стороне машины.
Соответствующие изобретению способы для эксплуатации таких вентильных преобразователей, а также блоки управления для управления ими известны в уровне техники, например из документа DE 10 2000 11079 995, который раскрывает способ эксплуатации приводного блока. Вентильные преобразователи соответствующего типа служат для того, чтобы соединять одну или несколько электрических машин, в частности вращающихся электрических машин, с сетью переменного напряжения, в частности многофазной, предпочтительно трехфазной сетью переменного напряжения. Как правило, такие вентильные преобразователи используются при больших мощностях, например при одном или нескольких МВт или более. При таких больших мощностях возникают особые требования, так как эксплуатация электрической машины через вентильный преобразователь может приводить к взаимодействиям с сетью переменного напряжения. Так как электрическая машина, как правило, выполнена для работы с переменным напряжением или переменным током, является необходимым, чтобы вентильный преобразователь устанавливал энергетическое соединение между переменным напряжением или переменным током на стороне сети и переменным напряжением или переменным током на стороне машины. С этой целью предусмотрен инвертор на стороне сети, который своей стороной переменного напряжения или переменного тока подключен к сети переменного напряжения, а своей стороной постоянного тока к промежуточной цепи постоянного тока. Сверх этого, вентильный преобразователь включает в себя второй инвертор на стороне машины, который стороной постоянного тока подключен к промежуточной цепи постоянного тока, а стороной переменного напряжения или переменного тока к электрической машине. Оба инвертора электрически соединены друг с другом таким образом промежуточной цепью постоянного тока, так что может иметь место поток энергии от сети переменного напряжения к электрической машине и предпочтительно также наоборот.
Инвертор является электрическим устройством, которое служит для преобразования энергии. Инвертор устанавливает электрическое соединение между переменным напряжением или переменным током на одной стороне и постоянным напряжением или постоянным током на другой стороне. С этой целью инвертор включает в себя, как правило, множество полупроводниковых переключателей, которые соответствующим образом управляются на основе управляющего сигнала, а именно сетевого сигнала или машинного сигнала, для того чтобы заданным образом выполнять преобразование энергии. При преобразовываемых в данном случае мощностях предусмотрены в качестве полупроводниковых переключателей, как правило, тиристоры. Однако полупроводниковые переключатели могут быть также образованы по существу транзисторами, например биполярными транзисторами, полевыми транзисторами или тому подобным.
Если вентильный преобразователь включает в себя только инвертор на стороне машины и на стороне сети, то поданная одним из инверторов в промежуточную цепь постоянного тока электрическая энергия должна снова отводиться другим из обоих инверторов. Преобразованная мощность должна таким образом регулироваться за счет управления обоими инверторами при помощи согласованных с ними управляющих сигналов блока управления. В качестве накопителя энергии промежуточной цепи постоянного тока служит электрическая катушка с выбранной в соответствии с аккумулируемой электрической энергией индуктивностью.
В электрической машине могут возникать при нормальной эксплуатации маятниковые моменты, в частности интергармонические маятниковые моменты, которые могут вызываться вследствие того, что сторона сети и сторона машины вентильного преобразователя не всегда могут полностью разъединяться. Как правило, амплитуды маятниковых моментов сравнительно малы, зачастую меньше 2% номинального момента. Однако если возбуждаются механические собственные частоты электрической машины, например собственные частоты, которые меньше 50 Гц, то на стороне машины могут вызываться существенно более высокие маятниковые моменты, в частности высокие маятниковые моменты, которые могут повлечь за собой в частности также критические рабочие состояния.
Для предотвращения этой проблематики может быть предусмотрено, что номинальная частота и число пар полюсов электрической машины выбираются для установившегося режима таким образом, что критические возбуждения собственных частот могут предотвращаться, например с использованием диаграммы Кэмпбелла. Эти меры подходят естественно только для электрических машин, эксплуатируемых в установившемся режиме с жесткими заданными условиями эксплуатации.
Если же предусмотрено, что электрическая машина может принимать различные рабочие состояния, может быть предусмотрено, что задаются так называемые полосы гашения, которые определяют частотные диапазоны, которые при нормальной работе не могут проходиться в установившемся режиме. Несмотря на то, что этот способ хорошо себя зарекомендовал, недостатком в этом отношении, тем не менее, оказывается то, что он негибок в отношении нагрузки электрической машины. Это оказывается затруднительным среди прочего в отношении выполнения процесса, так как необходимые при определенных условиях рабочие состояния могут работать не в установившемся режиме. Если изменяется именно нагрузка или частота сети, то это может привести, например, к тому, что определенные частотные диапазоне больше не подходят к фактически имеющимся собственным частотам, и тем самым описанная ранее проблематика возбуждений маятниковых моментов не может больше предотвращаться.
Дальнейшая возможность заключается в том, чтобы фактические моменты или фактические крутящие моменты регистрировать подходящими датчиками и демпфировать за счет соответствующего управления при помощи блока управления. Подобный порядок действий известен, например, из WO 2006/113230 A1, а также из EP 2073375 A1. Однако эти меры имеют тот недостаток, что необходимы затраты на измерение в отношении механических свойств у электрической машины. В частности при изменяющихся комбинациях вентильных преобразователей с электрическими машинами это может повлечь за собой высокие затраты не только в отношении конструктивных требований, но и в отношении реализации подходящей системы управления.
В основе изобретения лежит задача указать улучшенный способ эксплуатации вентильного преобразователя, а также блок управления для него.
Для решения задачи изобретением предлагается способ, компьютерный программный продукт, а также блок управления согласно независимым пунктам формулы изобретения.
Дальнейшие предпочтительные варианты осуществления проистекают из признаков зависимых пунктов формулы изобретения.
В отношении соответствующего способа изобретением предлагается в частности то, что способ включает в себя этапы:
- определение относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины из электрических токов электрической машины,
- регистрация фактического значения для магнитного потока,
- определение фактического значения крутящего момента электрической машины посредством связывания зарегистрированного магнитного потока с относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины,
- определение разности крутящих моментов между фактическим значением крутящего момента машины и заданным значением крутящего момента электрической машины,
- фильтрация разности крутящих моментов при помощи полосового фильтра, который настроен на собственную частоту на стороне машины,
- определение компенсирующего сигнала посредством обработки выходного сигнала полосового фильтра и
-наложение компенсирующего сигнала на сетевой управляющий сигнал и/или машинный управляющий сигнал.
В отношении компьютерного программного продукта изобретением предлагается в частности то, что компьютерный программный продукт включает в себя программу для блока вычислительной машины с участками программного кода программы для выполнения этапов способа согласно изобретению, если программа выполняется блоком вычислительной машины, так что блок вычислительной машины определяет, по меньшей мере, один компенсирующий сигнал для сетевого управляющего сигнала и/или машинного управляющего сигнала.
В отношении соответствующего типу блока управления изобретением предлагается в частности то, что блок управления выполнен:
- определять относящуюся к крутящему моменту составляющую тока машины из электрических токов электрической машины,
- регистрировать фактическое значение для магнитного потока,
- определять фактическое значение крутящего момента электрической машины посредством связывания зарегистрированного магнитного потока с относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины,
- определять разность крутящих моментов между фактическим значением крутящего момента машины и заданным значением крутящего момента электрической машины,
- фильтровать разность крутящих моментов при помощи полосового фильтра, который настроен на собственную частоту на стороне машины,
- определять компенсирующий сигнал посредством обработки выходного сигнала полосового фильтра и
-накладывать компенсирующий сигнал на сетевой управляющий сигнал и/или машинный управляющий сигнал.
Изобретение базируется на том принципе, что посредством модуляции коэффициента заполнения может модулироваться мощность электрической машины. Посредством такой модуляции может создаваться мощность качания в электрической машине и тем самым также маятниковый момент в воздушном зазоре, при помощи которого интергармоники могут компенсироваться в электромагнитном моменте. В частности изобретение нуждается лишь в величинах, которые и без того имеются в распоряжении на стороне вентильного преобразователя. Сверх этого, не должны иметься в распоряжении технические данные, касающиеся электрической машины, в частности в отношении ее механических свойств. Предпочтительно не требуются по существу никакие механические данные электрической машины или всей цепи вала, тогда как электрические данные машины, как правило, всегда известны с регулировочными параметрами, за исключением, например, момента инерции или собственной частоты силовой передачи, в частности цепи вала, которая может включать в себя электрическую машину.
Активный магнитный поток может определяться из зарегистрированных выходных напряжений или выходных токов инвертора на стороне машины. Эти электрические величины имеются в распоряжении в вентильном преобразователе. Вследствие этого может также определяться эффективный крутящий момент электрической машины.
Обработка выходного сигнала полосового фильтра осуществляется при помощи преобразования Парка, для того чтобы определять d-компонент и q-компонент, причем определяются средние значения для d-компонента и q-компонента, средние значения регулируются на ноль при помощи ПИ-регулятора, и посредством обратного преобразования Парка определяется компенсирующий сигнал. Таким образом, с незначительными затратами можно определять компенсирующий сигнал из выходного сигнала полосового фильтра. Наиболее предпочтительно этот вариант осуществления можно использовать в том случае, если речь идет о многоимпульсной электрической машине, например 6-импульсной или 12-импульсной электрической машине или тому подобном. Вследствие этого проведение способа может существенно упрощаться в отношении управления вентильным преобразователем. Так, например, возможно использовать блок вращения вектора, который выходной сигнал фильтра получает как входной сигнал и по отношению к опорному углу предоставляет вращающуюся с опорным углом систему координат. Так как в этом случае должен использоваться лишь один входной компонент, d-компонент и q-компонент в качестве выходных сигналов блока вращения вектора могут таким образом предоставлять постоянную составляющую и составляющую с двойной опорной частотой. Посредством усреднения составляющая с двойной опорной частотой может затем сокращаться или даже полностью гаситься.
Согласно предпочтительному усовершенствованию предлагается, что частотные диапазоны для интергармоник определяются на основе частоты сети и частоты машины. Таким образом, частотные диапазоны для интергармоник можно простым образом определять на основе имеющихся в распоряжении в вентильном преобразователе величин. То есть отдельные датчики и/или тому подобное не требуются.
Согласно предпочтительному усовершенствованию предлагается, что способ выполняется только для выявленных интергармоник. В основе этого усовершенствование лежит то познание, что лишь для интергармоник требуются соответствующие меры, для того чтобы предотвращать образование критических колебательных состояний. Поэтому за пределами частотных диапазонов для интергармоник не должно выполняться управление способа, из-за чего вмешательство в управление вентильным преобразователем или в блок управления может сокращаться. Вследствие этого воздействия на качество управления вентильным преобразователем могут удерживаться на низком уровне.
Сверх этого, предлагается, что для d-компонента и q-компонента в каждом случае предусматривается собственный ПИ-регулятор. Вследствие этого d-компонент и q-компонент могут регулироваться независимо друг от друга.
Дальнейший вариант осуществления предлагает то, что преобразование Парка и обратное преобразование Парка выполняются при помощи блока вращения вектора с использованием опорного угла. Вследствие этого преобразование Парка может выполняться простым образом. Сверх этого, возможно, если блок управления уже и без того включает в себя блок вращения вектора, использовать его одновременно также для того, чтобы выполнять соответствующий изобретению способ.
Предпочтительно опорный угол определяется, по меньшей мере, с учетом угла сети, частоты сети, частоты машины и угла магнитного потока электрической машины. Вследствие этого может предоставляться опорный угол, который подходит для самых разных применений в рамках соответствующего изобретению проведения способа.
Изобретением предлагается далее компьютерный программный продукт, включающий в себя программу для блока вычислительной машины с участками программного кода программы для выполнения этапов способа согласно изобретению, если программа выполняется блоком вычислительной машины, так что блок вычислительной машины определяет, по меньшей мере, один компенсирующий сигнал. Наиболее предпочтительно компьютерный программный продукт включает в себя машиночитаемое средство, на котором сохранены участки программного кода. Сверх этого, программа может быть непосредственно загружена во внутреннюю память блока вычислительной машины. Так, например, возможно скачивать программу из сети с источника данных, например с сервера, и загружать во внутреннюю память блока вычислительной машины, так что вычислительная машина может выполнять программу. Предпочтительно блок вычислительной машины интегрирован в блок управления. Блок вычислительной машины может также одновременно предоставлять блок управления.
Указанные для соответствующего изобретению способа преимущества и эффекты равным образом справедливы для компьютерного программного продукта, а также для блока управления.
Дальнейшие признаки и преимущества могут быть позаимствованы из последующего описания примеров осуществления на основе фигур приложенного чертежа. На фигурах одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые признаки и функции.
На чертеже показаны:
фиг. 1 - на схематичном изображении блок-схемы первый вариант осуществления вентильного преобразователя, который выполнен в виде 6-импульсного вентильного преобразователя;
фиг. 2 - схематичное изображение блок-схемы для второго варианта осуществления вентильного преобразователя, который выполнен в виде 12-импульсного вентильного преобразователя и имеет две отдельные промежуточные цепи постоянного тока, которые в каждом случае имеют индуктивность промежуточной цепи, причем индуктивности обеих промежуточных цепей магнитно соединены друг с другом;
фиг. 3 - на схематичном изображении блок-схемы третий вариант осуществления вентильного преобразователя, который выполнен в виде 24-импульсного вентильного преобразователя и имеет две отдельные промежуточные цепи постоянного тока с магнитно соединенными индуктивностями промежуточных цепей;
фиг. 4 - на схематичном изображении диаграммы представление диаграммы Кэмпбелла для системы согласно фиг. 2;
фиг. 5 - схематичное изображение диаграммы, основанное на фиг. 4, на котором представлена зависимость опорной частоты от частоты машины; и
фиг. 6 - схематичная блок-схема блока управления согласно изобретению.
Фиг. 1 показывает на схематичном изображении блок-схемы 6-импульсный вентильный преобразователь 10, который имеет инвертор 18 на стороне сети и инвертор 24 на стороне машины. Инвертор 18 и инвертор 24 электрически соединены друг с другом промежуточной цепью 20 постоянного тока. Промежуточная цепь 20 постоянного тока имеет с этой целью индуктивность 22.
Инвертор 18 подключен на стороне переменного напряжения или переменного тока к вторичной обмотке трансформатора 14. Трансформатор 14 имеет первичную обмотку, которая подключена к трехфазной сети 16 переменного напряжения, в данном случае к сети энергоснабжения общего пользования. Трансформатор 14 выполнен в виде трехфазного трансформатора, причем его первичная обмотка подключена в соединении треугольником, а его вторичная обмотка в соединении звездой.
Инвертор 24 подключен на стороне переменного напряжения или переменного тока к вращающейся электрической машине 12, которая рассчитана для трехфазной работы. Вращающаяся электрическая машина 12 является в данном случае синхронной машиной.
Фиг. 2 показывает альтернативный вариант осуществления вентильного преобразователя 48, который выполнен в данном случае в виде 12-импульсного вентильного преобразователя. С этой целью вентильный преобразователь 48 имеет два инвертора 18 на стороне сети, а также два инвертора 24 на стороне машины, причем в каждом случае один из инверторов 18 электрически соединен промежуточной цепью 20 постоянного тока с индуктивностью 22 промежуточной цепи с одним соответствующим из обоих инверторов 24 на стороне машины. В данном случае предусмотрено, что обе индуктивности 22 обеих промежуточных цепей 20 магнитно соединены друг с другом. Однако в альтернативном исполнении может быть также предусмотрено, что подобное соединение не предусмотрено.
Вентильный преобразователь 48 предоставляет в распоряжение на стороне машины 6-фазную сеть переменного напряжения или переменного тока, к которой подключена оборудованная соответствующим образом вращающаяся электрическая машина 46. На стороне сети вентильный преобразователь 48 подключен через трансформатор 44 к трехфазной сети 16 переменного напряжения. Трансформатор 44 имеет для этого первичную обмотку в соединении треугольником, которая непосредственно подключена к сети 16 переменного напряжения. Сверх этого, трансформатор 44 включает в себя две вторичные обмотки, из которых одна выполнена в соединении звездой, а другая в соединении треугольником. В каждом случае одна из обеих вторичных обмоток подключена к одному из обоих инверторов 18 вентильного преобразователя 48 на стороне сети.
Фиг. 3 показывает схематичную блок-схему для дальнейшего варианта осуществления вентильного преобразователя 50, который выполнен в данном случае в виде 24-импульсного вентильного преобразователя. С этой целью вентильный преобразователь 50 включает в себя два инвертора 24 на стороне машины, которые - как уже было разъяснено в отношении фиг. 2 - подключены к вращающейся электрической машине 46. На стороне сети вентильный преобразователь 50 имеет четыре инвертора 18, которые на стороне постоянного тока, будучи попарно последовательно соединены, подключены в каждом случае к одной из двух промежуточных цепей 20 постоянного тока. Каждая из промежуточных цепей 20 постоянного тока снова имеет индуктивность 22 промежуточной цепи, которые в данном случае магнитно соединены. Также здесь магнитное соединение опционально и может в альтернативных исполнениях отсутствовать. Каждая соединенная последовательно пара инверторов 18 на стороне сети электрически соединена таким образом соответствующей промежуточной цепью 20 постоянного тока с одним из инверторов 24 на стороне машины.
Вентильный преобразователь 50 подключен через два трансформатора 52 к трехфазной сети 16 переменного напряжения. С этой целью каждый из обоих трансформаторов 52 имеет первичную обмотку, которая выполнена в данном случае в соединении зигзагом. На стороне вторичных обмоток каждый из обоих трансформаторов 52 выполнен как трансформатор 44, то есть каждый из обоих трансформаторов 52 имеет две вторичные обмотки, из которых одна выполнена в соединении звездой, а другая в соединении треугольником.
В каждом случае один из обоих трансформаторов 52 подключен к одной из пар инверторов 18 на стороне сети, причем одна из вторичных обмоток подключена к первому из последовательно соединенных инверторов 18 на стороне сети, а другая из обеих вторичных обмоток в каждом случае к другому из инверторов 18 на стороне сети. Вследствие этого каждый трансформатор 52 соединяет одну из обеих промежуточных цепей 20 постоянного тока через соответствующие инверторы 18 на стороне сети с сетью 16 переменного напряжения.
Изображенные здесь лишь в качестве примера концепты для вентильных преобразователей 10, 48, 50 используются, как правило, при больших мощностях, например в диапазоне примерно одного МВт или больше. Однако эти концепты могут использоваться в принципе также при меньших мощностях.
При подобных концептах привода могут возникать так называемые интергармонические маятниковые моменты в силовой передаче или электрической машине, которые могут вызываться тем, что сторона сети и сторона машины, как правило, не могут полностью электрически разъединяться. Как правило, амплитуды таких маятниковых моментов сравнительно малы, например меньше 2% номинального момента или рабочего момента. Однако если возбуждаются механические собственные частоты в области электрической машины 12, 46, которые зачастую находятся в частотном диапазоне менее 50 Гц, то маятниковый момент может принимать существенно большее значение, которое может быть даже критическим с механической точки зрения.
Этой проблематике посвящается изобретение. Мощность промежуточной цепи в одной из промежуточных цепей 20 постоянного тока или в части промежуточной цепи постоянного тока может определяться по формуле:
Pd=Ud*Id+ΣνΣμUDν*cos(ων*t-φν)*Ιdμ*cos(ωμ*t-φμ)Ud.
Гармоники напряжения, которые имеют частоты 0 Гц, 6*fN, 6*fM, 12*fN, 12*fM,… и тому подобное, и гармоники тока, которые имеют такие же частоты, вызывают благодаря определенной умножением мощности промежуточной цепи сведенные в следующую таблицу частоты:
12*fn (равно)
18*fn (против)
18*fn (против)
24*fn (равно)
6*fm+6*fn (равно)
6*fm+12*fn (против)
12*fm+6*fn (против)
12*fm+12*fn (равно)
В таблице первая строка и первый столбец согласованы с током или напряжением. Дальнейшие значения таблицы относятся к мощностям. Обозначенные в таблице как ʺравноʺ значения совпадают по фазе в обеих промежуточных цепях 20 постоянного тока у 12-импульсного вентильного преобразователя 48 согласно фиг. 2, в то время как обозначенные как ʺпротивʺ значения противоположны по фазе.
Особое внимание следует обратить на следующие интергармоники в мощности промежуточной цепи, которые указаны в таблице в правой нижней области, а именно:
6*fm+/-6*fn,
6*fm+/-12*fn,
12*fm+/-6*fn,
12*fm+/-12*fn.
Эти значения становятся пренебрежимо малыми или равными нулю поблизости с fM=0,5*fN, fM=fN и fM=2*fN. В этих позициях существует опасность низкочастотных колебаний мощности в сети и в электрической машине, что равносильно соответствующим низкочастотным колебаниям крутящего момента.
У 12-импульсного вентильного преобразователя, такого как вентильный преобразователь 48, с двумя отдельными промежуточными цепями 20 постоянного тока могут благодаря фазовому положению в обеих промежуточных цепях 20 постоянного тока получаться следующие интергармоники во всей мощности промежуточной цепи:
6*fM+/-6*fN и 12*fM+/-12*fM.
В этом месте критичен затем в частности диапазон около fM=fN.
Хотя вышеизложенные соображения были представлены для 12-импульсного вентильного преобразователя с двумя промежуточными цепями постоянного тока, тем не менее они в равной степени применимы к соответствующим другим вентильным преобразователям, в частности к 6-импульсному преобразователю, такому как вентильный преобразователь 10, или к 24-импульсному вентильному преобразователю, такому как вентильный преобразователь 50.
Для того чтобы предотвращать вызванную интергармониками проблематику, изобретением предлагается то, что посредством модуляции коэффициента заполнения модулируется мощность электрической машины 12, 46. Посредством этой модуляции может создаваться мощность качания в электрической машине и тем самым маятниковый момент в воздушном зазоре, который подходит для того, чтобы компенсировать интергармоники в электромагнитном моменте. С этой целью может использоваться DFT-регулятор (тонкопленочный транзистор) для минимизации внутренних гармоник, как это будет разъясняться еще в дальнейшем.
Фиг. 4 показывает на схематичном графическом изображении диаграмму Кэмпбелла для вентильного преобразователя согласно фиг. 2. Абсцисса диаграммы согласно фиг. 4 согласована с частотой машины, в то время как ордината согласована с механической частотой электрической машины 12, 46. В литературе абсцисса, в отличие от представленного изображения, зачастую согласована также с частотой вращения электрической машины. Ссылочной позицией 54 обозначена критическая механическая частота силовой передачи на диаграмме согласно фиг. 4. Далее на фиг. 4 изображены по отношению к частоте сети углы 56 и 58. Угол 56 согласован с 12*|fmot-fNetz|. Угол 58 согласован с 6*|fmot-fNetz|. Из точек пересечения углов 56, 58 с критической частотой 54 получаются частоты f1, f2, f3 и f4, которые представляют собой критические собственные частоты вращающейся электрической машины, в частности в отношении механической силовой передачи. Из точек пересечения получаются таким образом частоты машины, при которых возбуждается критическая собственная частота цепи валов. Так как в данном случае критичны только эти частоты, также лишь при этих частотах необходимо регулирование согласно изобретению. Механические собственные частоты на стороне машины базируются, среди прочего, на указаниях производителя. Так как здесь следует учитывать допуски, в данном случае предусмотрено, что соответствующее регулирование или проведение способа осуществляется не только точно на соответствующих частотах, но и в определенном диапазоне вокруг частот f1, f2, f3 и f4.
Проведение способа использует предпочтительно систему отсчета, которая учитывает, среди прочего, механизм действия в отношении интергармоник. Система отсчета включает в себя в частности опорный угол 42, который при уже существующих блоках 26 управления (фиг. 6) для вентильных преобразователей 10, 48, 50 используется, для того чтобы управлять ими.
Фиг. 5 показывает на дальнейшей схематичной диаграмме опорную частоту для регулирования до нуля интергармонических мощностей качения. Абсцисса снова согласована с частотой машины, в то время как ордината согласована с опорной частотой. Ссылочной позицией 54 снова обозначена прямая, которая параллельна абсциссе и обозначает критическую частоту силовой передачи. Можно увидеть, что в области частот f1, f2, f3 и f4 критическая частота 54 не имеет постоянного значения, а представлена вокруг соответствующих вышеуказанных частот прямым участком 60, 62, 64, 66. Опорная частота устанавливается за пределами поля допуска вокруг частот f1, f2, f3 и f4 на критическую частоту. Внутри поля допуска вокруг частот f1, f2, f3 и f4 опорная частота проводится согласно механизму возникновения интергармоник с 6*(fn+/-fmot) или 12*(fn+/-fmot) по прямым участкам 60, 62, 64, 66. Таким образом, благодаря подходящему проведению способа может достигаться, что соответствующие интергармоники сильно гасятся.
Фиг. 6 показывает теперь схематичную блок-схему для блока 26 управления согласно изобретению, который выполнен для того, чтобы реализовывать проведение способа для гашения критических мощностей качания. Данный пример осуществления разъясняется для вентильного преобразователя 48 согласно фиг. 2. Критическая частота соответствует в данном случае собственной частоте цепи валов, которая включает в себя вал электрической машины.
Сначала определяются относящиеся к крутящему моменту составляющие тока машины из электрических токов электрической машины 46. С этой целью из шести токов, которые предоставляются на стороне вентильного преобразователя для электрической машины 46, вычисляются образующие момент составляющие тока машины. Это может осуществляться вследствие того, что определяется составляющая пространственного указателя тока, которая проходит перпендикулярно к пространственному указателю потока. Затем определяется фактическое значение для магнитного потока электрической машины 46, и образующая момент составляющая тока машины связывается с выявленным фактическим значением для магнитного потока посредством умножения умножителем 72. При этом частоты интергармоник могут определяться из 6*(fnetz-fmot) или 12*(fnetz-fmot). Порядковый номер может быть назначен вследствие того, в какой области согласно фиг. 4 находится частота машины. Между обозначенными на фиг. 4 областями проведение способа или регулирование может деактивироваться.
Опорный угол 42 назначается в данном случае из углов, которые образуют систему отсчета для управляющих данных и тем самым также для всех высших гармоник сети и машины:
опорный угол = 6 * (угол сети - угол потока)
или
опорный угол = знак 12 * (угол сети - угол потока).
С этой целью блок 26 управления включает в себя блок 68 системы отсчета.
Блок 26 управления использует цифровую обработку сигналов, для того чтобы выполнять проведение способа. С этой целью блок 26 управления включает в себя неизображенный блок вычислительной машины, который управляется выполненной подходящим образом вычислительной программой, так что блоком 26 управления обеспечивается необходимая функция.
При этом в данном случае посредством обнаружения боковых сторон опорного угла 42 создается в конце каждого периода интергармоник сигнал сброса. Так как все сигналы дискретизируются с целью цифровой обработки сигналов, возникает в этом случае дрожание в отношении количества интервалов дискретизации в соответствующем периоде.
Из фактического значения крутящего момента вычитается вычитателем 70 заданное значение для крутящего момента Msoll. Итоговый сигнал вычитания вычитателем 70 подается в полосовой фильтр 28. Полосовой фильтр 28 выполнен в данном случае в виде фильтра второго порядка. Полосовой фильтр 28 настроен на механическую собственную частоту силовой передачи или электрической машины 12, 46: 6*(fnetz-fmot) или 12*(fnetz-fmot).
Выходной сигнал 32 полосового фильтра 28 подается на блок вращения вектора38, при помощи которого предоставляется согласно преобразованию Парка вращающаяся с опорным углом 42 система координат. Так как в данном случае имеется лишь один единственный входной компонент, создаются таким образом при каждом из компонентов, а именно d-компоненте и q-компоненте, блоком вращения вектора38 постоянная составляющая и составляющая с двойной опорной частотой. Затем d-компонент и q-компонент подаются на усреднитель 74, который выполняет усреднение для обоих компонентов в течение периода опорной частоты. Вследствие этого составляющая, касающаяся двойной опорной частоты, гасится или исключается. С этой целью при помощи триггерного блока 76 может создаваться из опорного угла 42 триггерный сигнал 78 для усреднителя 74.
Предоставленные усреднителем 74 усредненные компоненты подаются затем в каждом случае на собственный ПИ-регулятор 34, 36, которые регулируют их в каждом случае на ноль. Соответствующие выходные сигналы ПИ-регуляторов 34, 36 преобразовываются затем обратно другим блоком вращения вектора 40, так что предоставляется предпочтительно синусоидальный модулирующий сигнал, который служит для модуляции или накладывания на сетевой управляющий сигнал и/или машинный управляющий сигнал.
Модулирующий сигнал
= выход_d регулятора * cos(опорного угла) + выход_q регулятора * sin(опорного угла).
Благодаря изобретению таким образом возможно то, что для проведения способа требуются лишь величины, которые и без того имеются в вентильном преобразователе 10, 48, 50. То есть никакие дальнейшие измеряемые значения электрической машине не требуются, в частности относительно предоставленного на валу электрической машины 12, 46 крутящего момента. Изобретение не требует для своей реализации по существу также никаких данных о силовой передаче или электрической машине в отношении ее механических свойств.
В итоге благодаря изобретению возникают следующие преимущества:
Электромагнитная мощность и электромагнитный момент электрической машины должны рассчитываться лишь из фактического значения электрического напряжения и фактического значения электрического тока для электрической машины.
Выбор порядковых номеров для соответствующих интергармоник может осуществляться при помощи диаграммы Кэмпбелла. При этом выбор может осуществляться в зависимости от частоты вращения электрической машины, которая не возбуждает критическую механическую собственную частоту электрической машины или силовой передачи. Как правило, самая низкая из механических собственных частот оказывается наиболее критичной. Основываясь на этом, определяются диапазоны частоты вращения, которые учитывают порядковые номера и принимают во внимание допуски в отношении механических собственных частот, причем регулирование активировано предпочтительно лишь в этих диапазонах частоты вращения. Сверх этого, выбор порядковых номеров может также осуществляться в зависимости от соответствующей топологии вентильного преобразователя. При других топологиях вентильных преобразователей могут выбираться другие порядковые номера или комбинации порядковых номеров.
Система отсчета для интергармоник может определяться из сетевой ФАПЧ (фазовой автоподстройки частоты), угла потока (основы для управляющего набора на стороне машины) и порядковых номеров. Система отсчета включает в себя опорную частоту и опорный фазовый угол или опорный угол.
Фильтрация при помощи опорной частоты, в частности полосовая фильтрация, фактического значения электромагнитного момента, из которого перед этим может вычитаться еще заданное значение крутящего момента, может выполняться, причем опорная частота зависит от частоты сети и частоты вращения машины и соответственно одновременно имеется.
Далее может быть предусмотрено векторное вращение с опорным углом и усреднением отфильтрованного сигнала, причем векторное вращение соответствует цифровому преобразованию Фурье (ЦПФ). Полученные благодаря векторному вращению выходные сигналы описывают оба декартовых компонента ЦПФ.
Предпочтительно оба декартовых компонента подаются на два ПИ-регулятора, которые регулируют эти компоненты на ноль. Полученные вследствие этого выходных сигналы ПИ-регуляторов могут при помощи векторного вращения с использованием опорного угла преобразовываться снова обратно, так что получается модулирующий сигнал, который может быть предпочтительно синусоидальным.
При помощи модулирующего сигнала или компенсирующего сигнала 30 инверторы могут управляться таким образом, что прикладывается мощность качания, которая компенсирует соответствующую интергармоническую электромагнитную мощность и тем самым соответствующий интергармонический электромагнитный момент.
Вышеприведенные примеры осуществления должны лишь разъяснять изобретение и не ограничивать его. Естественно, специалист предусмотрит при необходимости соответствующие вариации и адаптации, не покидая основной идеи изобретения.
Естественно, также отдельные признаки могут в соответствии с потребностями произвольно комбинироваться друг с другом.
Сверх этого, естественно, признаки устройства могут быть также указаны соответствующими шагами способа и наоборот.
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления инвертором вентильного преобразователя, питающего электродвигатель от сети переменного тока. Техническим результатом является компенсация колебаний вращающего момента на собственных частотах электрической машины. Способ эксплуатации вентильного преобразователя (10, 48, 50) для соединения выполненной для работы на переменном напряжении электрической машины (12, 46) с сетью (16) переменного напряжения включает этапы: определение относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины из электрических токов электрической машины (12); регистрацию фактического значения для магнитного потока; определение фактического значения крутящего момента электрической машины (12, 46) посредством связывания зарегистрированного магнитного потока с относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины; определение разности крутящих моментов между фактическим значением крутящего момента машины и заданным значением крутящего момента электрической машины (12, 46); фильтрацию разности крутящих моментов при помощи полосового фильтра (28), который настроен на собственную частоту на стороне машины; определение компенсирующего сигнала (30) посредством обработки выходного сигнала (32) полосового фильтра (28); наложение компенсирующего сигнала (30) на сетевой управляющий сигнал и/или машинный управляющий сигнал. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.
1. Способ эксплуатации вентильного преобразователя (10, 48, 50) для связи выполненной для работы на переменном напряжении электрической машины (12, 46) с сетью (16) переменного напряжения, в котором подключенный к сети (16) переменного напряжения инвертор (18) вентильного преобразователя (10, 48, 50) на стороне сети электрически соединяют при помощи промежуточной цепи (20) постоянного тока с подключенным к электрической машине (12) инвертором (24) вентильного преобразователя (10, 48, 50) на стороне машины, причем преобразованием электрической энергии посредством инвертора (18) на стороне сети управляют с помощью сетевого управляющего сигнала, а преобразованием электрической энергии посредством инвертора (24) на стороне машины управляют с помощью машинного управляющего сигнала блока (26) управления, включающий в себя этапы:
- определение относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины из электрических токов электрической машины (12),
- регистрация фактического значения для магнитного потока,
- определение фактического значения крутящего момента электрической машины (12, 46) посредством связывания зарегистрированного магнитного потока с относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины,
- определение разности крутящих моментов между фактическим значением крутящего момента машины и заданным значением крутящего момента электрической машины (12, 46),
- фильтрация разности крутящих моментов при помощи полосового фильтра (28), который настроен на собственную частоту на стороне машины,
- определение компенсирующего сигнала (30) посредством обработки выходного сигнала (32) полосового фильтра (28) и
- наложение компенсирующего сигнала (30) на сетевой управляющий сигнал и/или машинный управляющий сигнал,
отличающийся тем, что
обработку выходного сигнала (32) полосового фильтра (28) осуществляют при помощи преобразования Парка, для определения d-компонента и q-компонента, определяют средние значения для d-компонента и q-компонента, средние значения регулируют на ноль при помощи ПИ-регулятора (34, 36), и посредством обратного преобразования Парка определяют компенсирующий сигнал (30).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что частотные диапазоны для интергармоник определяют на основе частоты сети и частоты машины, в частности частоты вращения машины.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что способ выполняют только для выявленных интергармоник.
4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что для d-компонента и q-компонента в каждом случае предусматривают собственный ПИ-регулятор (34, 36).
5. Способ по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что преобразование Парка и обратное преобразование Парка выполняют при помощи блока (38, 40) вращения вектора с использованием опорного угла (42).
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что опорный угол (42) определяют по меньшей мере с учетом угла сети, частоты сети, частоты машины и угла магнитного потока.
7. Компьютерный программный продукт, включающий в себя программу для блока вычислительной машины с участками программного кода программы для выполнения этапов способа по любому из пп. 1-6, если программа выполняется блоком вычислительной машины, так что блок вычислительной машины определяет по меньшей мере один компенсирующий сигнал (30) для сетевого управляющего сигнала и/или машинного управляющего сигнала.
8. Компьютерный программный продукт по п. 7, отличающийся тем, что компьютерный программный продукт включает в себя машиночитаемое средство, на котором сохранены участки программного кода.
9. Блок (26) управления для эксплуатации вентильного преобразователя (10, 48, 50) для связи выполненной для работы на переменном напряжении электрической машины (12, 46) с сетью (16) переменного напряжения, с этой целью вентильный преобразователь (10, 48, 50) имеет подключенный к сети (16) переменного напряжения инвертор (18) на стороне сети и подключенный к электрической машине (12) инвертор (24) на стороне машины, которые для электрической связи подключены к промежуточной цепи (20) постоянного тока, причем блок (26) управления имеет разъем на стороне сети для подключения к инвертору (18) на стороне сети и выполнен для предоставления на разъеме на стороне сети сетевого управляющего сигнала для управления инвертором (18) на стороне сети, и причем блок (26) управления имеет разъем на стороне машины для подключения к инвертору (24) на стороне машины и выполнен для предоставления на разъеме на стороне машины машинного управляющего сигнала для управления инвертором (24) на стороне машины, причем блок (26) управления выполнен с возможностью:
- определять относящуюся к крутящему моменту составляющую тока машины из электрических токов электрической машины (12, 46),
- регистрировать фактическое значение для магнитного потока,
- определять фактическое значение крутящего момента электрической машины (12, 46) посредством связывания зарегистрированного магнитного потока с относящейся к крутящему моменту составляющей тока машины,
- определять разность крутящих моментов между фактическим значением крутящего момента машины и заданным значением крутящего момента электрической машины (12, 46),
- фильтровать разность крутящих моментов при помощи полосового фильтра (28), который настроен на собственную частоту на стороне машины,
- определять компенсирующий сигнал (30) посредством обработки выходного сигнала (32) полосового фильтра (28) и
- накладывать компенсирующий сигнал (30) на сетевой управляющий сигнал и/или машинный управляющий сигнал,
отличающийся тем, что
блок (26) управления выполнен таким образом, что обработка выходного сигнала (32) полосового фильтра (28) включает в себя преобразование при помощи преобразования Парка, для определения d-компонента и q-компонента, определения средних значений для d-компонента и q-компонента, регулирования средних значений на ноль при помощи ПИ-регулятора (34, 36) и определения посредством обратного преобразования Парка компенсирующего сигнала (30).
| УНИВЕРСАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОГРУЖНЫМ ЭЛЕКТРОНАСОСОМ | 2010 |
|
RU2430273C1 |
| СПОСОБ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ НА РОТОРЕ И ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ЭТОГО СПОСОБА | 1998 |
|
RU2141719C1 |
| УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРОМ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВЕКТОРОМ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2006 |
|
RU2392732C1 |
| DE 102011079995 A1 (SIEMENS AG), 31.01.2013 | |||
| JP 3679915 B2 (TOSHIBA CORP), 03.08.2005 | |||
| US 7173399 B2 (GEN ELECTRIC), 06.02.2007 | |||
| KR 20160002300 A (SNU R&DB FOUNDATION), 07.01.2016 | |||
