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Dokumentenidentifikation DE60210458T2 30.11.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001402622
Titel VERFAHREN ZUR ANKOPPLUNG EINES WECHSELRICHTERS AN WECHSELSPANNUNG
Anmelder ABB Oy, Helsinki, FI
Erfinder HEIKKILÄ, Samuli, FIN-00420 Helsinki, FI;
VERTANEN, Mikko, FIN-02600 Espoo, FI
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 60210458
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.06.2002
EP-Aktenzeichen 027432863
WO-Anmeldetag 13.06.2002
PCT-Aktenzeichen PCT/FI02/00515
WO-Veröffentlichungsnummer 2021003889
WO-Veröffentlichungsdatum 27.12.2002
EP-Offenlegungsdatum 31.03.2004
EP date of grant 05.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.2006
IPC-Hauptklasse H02P 27/06(2006.01)A, F, I, 20060314, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H02M 7/48(2006.01)A, L, I, 20060314, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Koppeln eines Wechselrichters an eine alternierende Spannung, wobei der Wechselrichter eine Stromkontrolleinheit umfasst, die Phasenströme steuert und Referenzstrom verwendet.

Wenn ein Wechselrichter verwendet wird, ist es oft notwendig, ihn mit einer alternierenden Spannungsquelle zu koppeln. Dies tritt zum Beispiel während eines Tempostarts eines Permanentmagnetmotors, eines Tempostarts eines asynchronen Motors, wenn ein Rotor einen Restfluss aufweist, oder während der Synchronisierung eines Netzwechselrichters mit einem elektrischen Netz auf. Ein Tempostart bezeichnet eine Situation, in der eine in einer unkontrollierten Art rotierende elektrische Maschine durch einen Wechselrichter gesteuert werden soll. In all den zuvor erwähnten Situationen kann der Tempostart oder die Synchronisierung auf der Rotation von Spannung oder Fluss basieren und auf der Beobachtung dieser Rotation, da zum Beispiel ein rotierender magnetisierter Rotor bekannterweise eine alternierende Spannung in einer Windung eines den Rotor umgebenden Stators erzeugt.

In einem bekannten Verfahren zum Koppeln eines Wechselrichters an eine alternierende Spannungsquelle wird die Ausgangsspannung auf Null gesetzt, oder für eine vorbestimmte Zeitspanne wird ein Zeiger auf Null gesetzt und das Verhalten des Stroms beobachtet. Diese Arten von Verfahren werden in EP 0,653,116 B1 für einen asynchronen Motor, WO 9,534,125 für einen Netzwechselrichter, und EP 0,994,561 A2 für einen synchronen Permanentmagnetmotor offenbart. Alle Veröffentlichungen offenbaren ein Verfahren, in dem Nullzeiger des Wechselrichters zwei oder mehr Stromimpulse oder Kurzschlüsse erzeugen, welche dazu verwendet werden, die Flussrichtung, Rotationsfrequenz und Amplitude, falls benötigt, zu bestimmen. Diese Verfahren bieten eine schnelle Durchführung, wenn die Spannung hoch genug ist.

Ein Problem mit den Verfahren des Standes der Technik besteht darin, dass Synchronisationsberechnungen auf einzelnen und momentanen Strommessungen basieren, die Störwechselwirkungen zu viel Bedeutung beimessen. Das führt unweigerlich zu Ungenauigkeit, die bei niedrigen Stromwerten deutlicher ausgeprägt ist, d. h. bei niedrigen Spannungen der Spannungsquelle. Darüber hinaus wird die Frequenzbestimmung mit abnehmender Frequenz weniger genau und erfordert außerdem ein längeres Zeitintervall zwischen den Kurzschlüssen.

Die Verfahren des Standes der Technik basieren auf dem Beobachten des Stromverhaltens. Im Fall eines asynchronen Motors erfordert dies Daten über Kurzschlussinduktivität, einen ungenauen Parameter, der mehr Fehler beim Durchführen des Verfahrens produziert. In Verbindung mit einem asynchronen Motor funktioniert das Verfahren nicht sehr zuverlässig, wodurch es nur bei speziellen Anwendungen verwendet werden kann. Das Verwenden der Verfahren des Standes der Technik erfordert ferner eine spezielle Modulationslogik in einem Modulator des Wechselrichters zum Implementieren erforderlicher Nullvektoren, die die Synchronisation ermöglichen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren mit keinem der zuvor erwähnten Nachteile bereitzustellen, das es ermöglicht, einen Wechselrichter an eine alternierende Spannungsquelle zuverlässiger als zuvor und mit ähnlichen Messungen elektrischer Größen wie bei den Verfahren des Stands der Technik zu koppeln. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren Schritte des Gebens von Nullstrom als Referenzstrom für die Stromkontrolleinheit, Bestimmen von Phasenspannungen des Wechselrichters, Bestimmen der Frequenz der alternierenden Spannungsquelle aus den bestimmten Phasenspannungen und Synchronisieren und Koppeln des Wechselrichters an die bestimmte Frequenz der alternierenden Spannungsquelle umfasst.

Gemäß einer grundlegenden Idee des Verfahrens der Erfindung beträgt der Referenzstrom des Wechselrichters während der Synchronisation Null. Der Wechselrichter verwendet einen von einer Stromsteuereinheit erhaltenen Referenzstrom. Die Nullstromsteuerung ergibt daher automatisch eine Wechselrichterausgangsspannung, die in der Amplitude und dem Phasenwinkel innerhalb der Grenzen der Leistungsfähigkeit der Stromsteuerung gleich der Spannung der Spannungsquelle ist, und eine Veränderung des Phasenwinkels kann ferner dazu verwendet werden, die Frequenz der Spannungsquelle zu berechnen. Auf die einfachste Art wird die Wechselrichterausgangsspannung basierend auf einer Zwischenstromkreisspannung und Informationen über Schalterstellungen (Schützstellungen) bestimmt. Weitere Integration der Ausgangsspannung ergibt die Amplitude und den Phasenwinkel des Statorflusses. Diese Information kann zum Initialisieren und Synchronisieren einer Normalsteuerung verwendet werden, wie etwa einer Vektorsteuerung.

In Verfahren des Standes der Technik wird die Spannung auf Null gesetzt und der Strom wird überwacht. In dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht das Ziel darin, den Strom auf Null zu steuern und die Ausgangsspannung des Wechselrichters oder gemäß einer Ausführungsform der Erfindung das Integral der Spannung, d. h. den Statorfluss, zu überwachen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet gegenüber früheren Verfahren beträchtliche Vorteile. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Spannung während der Synchronisation integriert, um die Auswirkung von Rauschen und anderen Störwirkungen zu verringern und um eine verlässliche Schätzung des Statorflusses zu erhalten, die weiter verwendet werden kann, um eine Normalsteuerung zu aktivieren. Das erfindungsgemäße Verfahren ist unabhängig von allen Motor/Netzwerk-Modellparametern wie etwa Induktivitäten oder Widerständen. Daher wird das Verfahren überhaupt nicht durch zum Beisiel möglicherweise zwischen dem Wechselrichter und der alternierenden Spannung vorgesehenen Ausgangsfiltern gestört.

Ein Problem mit einem einen elektrischen Motor oder Ähnliches betreffenden allgemeinen Spannungsmodell besteht in dem sich aus einem Fehler beim Widerstand ergebenden Driften. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Strom so genau wie möglich auf Null gesteuert, so dass ein Widerstandsfehler in dem Modell die Genauigkeit des Flusses nicht beeinflusst. Darüber hinaus erfordert das Verfahren keine zusätzlichen Anregungssignale und kann durch einen gewöhnlichen Modulator und eine Stromsteuerung implementiert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, wobei

1 allgemein einen Wechselrichter zeigt und

2 einen Graphen des Statorflusses während der Aktivierung des Verfahrens zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

1 zeigt allgemein einen Wechselrichter, oder einen Frequenzkonverter. Der Ausgang des in der Figur gezeigten Wechselrichters ist dazu angeschlossen, einen Motor 3 anzutreiben. In einer vereinfachten Form besteht der Wechselrichter aus Hochleistungshalbleiterkomponenten 2, einem einen Direktspannungszwischenschaltkreis darstellenden Kondensator 1 und einem Schalterkomponenten (Schützkomponenten) steuernden Modulator 4. Der Modulator bildet eine Schalterkombination auf der Basis einer speziellen Modulationslogik und einer Bezugsspannung, einem Bezugsstrom oder einer anderen in den Modulator eingegebenen Bezugsgröße.

Wenn das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, wird das Modulieren oder Steuern zuerst in dem Wechselrichter zugelassen. Dann, wenn eine Last, wie der Motor in 1, eine alternierende Spannung in dem Wechselrichterausgang erzeugt hat, d. h. wenn die Last einen rotierenden Fluss aufweist, beginnt sich die Ausgangsspannung des Wechselrichters zu vergrößern, vorausgesetzt, dass die selbe Schalterstellung wie etwa ein Nullzeiger, für eine ausreichend lange Zeitspanne eingestellt ist. Ein Nullzeiger bezieht sich üblicherweise auf einen während Kurzschließens der Last gebildete Spannungzeiger.

Erfindungsgemäß erhält die Stromsteuereinheit einen Nullstrom als den Referenzstrom. Um den Betrieb der Stromsteuereinheit zu ermöglichen, werden Ausgangsströme des Wechselrichters bestimmt. In einem Drei-Phasen-System erfolgt dies zum Beispiel durch Messen von Strömen zweier Phasen und nachfolgendem Berechnen des Stroms in der dritten Phase aus den zwei bestimmten Strömen, vorausgesetzt, dass das System keinen Nullleiter umfasst. Die Stromsteuereinheit versucht, den Strom auf Null zu halten, und der Modulator erhält daher eine Referenzspannung uref = –kcis, wobei uref = uref,x + juref,y ein Bezugsspannungsvektor ist, der zum weiteren Berechnen phasenspezifischer Bezugsspannungen verwendet wird, is = isx + jisy ein auf der Basis von zwei oder drei gemessenen Phasenströmen bestimmter Statorstromvektor ist und kC ein geeigneter Gain der Steuereinheit ist, dessen Wert durch Experimente oder nach einer Regel erhalten wird. Zum Beispiel ist es möglich, kC = L&Dgr;t zu wählen, wobei L die in dem Wechselrichterausgang gesehene Induktivität ist und &Dgr;t die Länge einer Steuerperiode ist, wobei die Steuereinheit daher darauf abzielt, den Bezugsstrom (= 0) während einer Steuerperiode zu implementieren. Wie weithin bekannt ist, kann ein Dreiphasensystem vermittels eines komplexen Vektors beschrieben werden, der als ein Raumvektor oder ein Zeiger bezeichnet wird. Die obenstehenden Gleichungen sind speziell in der Form von Raumvektoren angegeben.

Die Erfindung umfasst das Bestimmen von Wechselrichterphasenspannungen, die bevorzugt aus der Zwischenschaltkreisspannung und den Informationen über Schalterstellungen berechnet werden. Die Genauigkeit der Spannungsberechnung kann weiter dadurch erhöht werden, dass Schwellenwertspannungen und Schaltverzögerungen von Schalterkomponenten miteinbezogen werden. Da der Strom auf Null gesteuert wird, haben die Widerstände eine minimale Wirkung auf die Größe der Ausgangsspannung. Bei der Erfindung wird die Änderungsgeschwindigkeit des Spannungsvektors in dem Wechselrichterausgang dazu verwendet, die Frequenz der alternierenden Spannung zu bestimmen, an die der Wechselrichter angeschlossen ist, da die alternierende Spannung und die Wechselrichterspannung genau gleich sind, wenn die Stromsteuereinrichtung den Ausgangsstrom auf Null steuert. Die Stromkontrolleinheit verhindert das Fließen von Strom, und dies ist nur möglich, wenn die zuvor erwähnten Spannungen gleich sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst das Berechnen eines Statorflussvektors, wenn die Nullstromsteuereinheit aktiv ist, wobei uS die tatsächliche Statorspannung ist und RS der bei dem Wechselrichterausgang gesehene Widerstand ist, d. h. in Verbindung mit einem Motor ist der Widerstand der Statorwiderstand.

Die Gleichung (1) beginnt bei einem anfänglichen Flusswert von Null, wobei in Wirklichkeit der Fluss einen von Null verschiedenen Anfangswert gemäß der Gleichung wobei &PSgr;0 der anfängliche Flusswert ist. Bezüglich der Berechnung ist der anfängliche Flusswert wichtig, da bei reiner Integration ohne Rückwirkung der anfängliche Wert niemals verschwinden wird. Der links in 2 gezeigte Flusskreis ist ein Ergebnis einer Integration nach Gleichung (1), bei der der Anfangswert der Flussschätzung Null beträgt, obwohl der tatsächliche Anfangsflusswert ein anderer Wert ist. Der Mittelpunkt des Kreises hat eine umgedrehte Phase, d. h. er befindet sich bei einer 180° Phasenverschiebung bezüglich des tatsächlichen anfänglichen Flusswertes. Wenn die Gleichung (1) für eine ausreichend lange Zeitspanne integriert wurde, zum Beispiel für einen oder mehrere volle Kreisumläufe, kann der Mittelpunkt des Kreises auf einfache Art bestimmt werden.

In der Praxis jedoch muss der Mittelpunk, oder der anfängliche Flusswert, so schnell wie möglich erhalten werden, und die Flussschätzung muss auf einen ursprungszentrierten Orbit mit der tatsächlichen Flussgröße gesetzt werden. Drei alternative bevorzugte Ausführungsformen zum Herausfinden des anfänglichen Flusswertes und zum Setzen der Flussschätzung in einen ursprungszentrierten Orbit ähnlich dem rechts in 2 gezeigten Flusskreis werden nachfolgend angegeben.

(A) Anwenden des Verfahrens der kleinsten quadratischen Abweichung

Es wird angenommen, dass der tatsächliche Fluss sich auf einem ursprungszentrierten Orbit mit einem konstanten oder sich langsam ändernden Radius bewegt. Eine derartige Situation tritt zum Beispiel bei einem asynchronen Motor, einem Permanentmagnetmotor oder in einem elektrischen Netz auf. Die tatsächliche Flussamplitude und der tatsächliche Phasenwinkel sind nicht bekannt, wenn das Bestimmen des Flusszentrums beginnt. Eine Flussschätzung wird aus Gleichung (1) berechnet, d. h. aus dem Anfangswert Null. Die Flussschätzung erfüllt die Kreisgleichung (&PSgr;sx,1 – rx)2 + (&PSgr;sy,1 – ry)2 = rx2 + ry2,(3) wobei &PSgr;sx,1, &PSgr;sy,1 x- und y-Komponenten des Flusses sind, und r = rx + jry Koordinaten des Kreismittelpunktes sind. Der Kreismittelpunkt rx, ry befindet sich in einer 180° Phasenverschiebung zut dem tatsächlichen anfänglichen Flusswert, d. h. r = –&PSgr;0.(4)

Gleichung (3) reduziert sich daher auf die Form &PSgr;sx,12 + &PSgr;sy,12 = 2&PSgr;sx,1rx + 2&PSgr;sy,1ry.(5)

Das Lösen für zwei Unbekannte erfordert mindesten zwei Gleichungen, d. h. zwei von Null verschiedene Werte für Flussschätzungen &PSgr;sx,1, &PSgr;sy,1. Eine genauere und nützlichere Anordnung besteht jedoch darin, mehr als zwei Punkte, z. B. 10 bis 100 Punkte bei einer Bogenlänge von etwa 20° bis 45° zu verwenden. Es ist daher möglich, ein Fitten durch Anwenden linearer Regression oder des Verfahrens kleinster quadratischer Abweichung durchzuführen. In der Praxis kann es schwierig sein, eine große Datenmenge in einem Echtzeitsystem zu verarbeiten, weshalb ein Off-Line-Algorithmus vorzugsweise mit dem rekursiven Verfahren der kleinsten quadratischen Abweichung (RLS; engl. recursive least square) ersetzt werden sollte. Gleichung (5) hat bereits eine Form, auf die der RLS-Algorithmus angewendet werden kann, wie durch die Bezeichnungen unten klarer dargestellt wird. y = xTr = [2&PSgr;sx,1 2&PSgr;sy,1][rx ry]T,(6) wobei y = &PSgr;sx,12 + &PSgr;sy,12, xT = [2&PSgr;sx,1 2&PSgr;sy,1].

Die Gleichungen für die kleinste quadratische Abweichung für die iterative Lösung für den Mittelpunkt sind wie folgt [Åström, Wittenmark: Adaptive control, 1989] K(t) = P(t – 1)x(t)(I + xT(t)P(t – 1)x(t))–1P(t) = (I – K(t)xT(t))P(t – 1) r(t) = r(t – 1) + K(t)(y(t) – xT(t)r(t – 1),(7) wobei t die aktuelle Berechnungsperiode bezeichnet, d. h. den aktuellen diskreten Zeitpunkt, und t – 1 die vorhergehende Berechnungsperiode bezeichnet.

Das RLS-Verfahren berechnet während jeder Berechnungsrunde eine neue und genauere Schätzung für den Kreismittelpunkt und für einen gegenüberliegenden Wert des anfänglichen Flusswertes. Der ursprungszentrierte Fluss aus Gleichung (2) ergibt daher eine Schätzung &PSgr;s,2 = &PSgr;s,1 – r.(8)

Die Durchführung des oben beschriebenen Algorithmus im Fall eines echten Wechselrichters und eines 15 kW Motors wird in 2 in dem rechten Flusskreis gezeigt, bei dem die korrigierte Flussschätzung in weniger als 10 ms gegen eine ursprungszentrierte Form konvergiert. Die Figur zeigt nur die Durchführung von Nullstromsteuerung und keinen der mit einem normalen Start verbundenen Schritte.

(B) Flussbereehnung mit Tiefpassfilterung

Es wird angenommen, dass der tatsächliche Fluss sich auf einem ursprungszentrierten kreisförmigen Orbit mit einem konstanten oder sich wenig verändernden Radius bewegt, wie zum Beispiel in Verbindung mit einem asynchronen Motor, einem Permanentmagnetmotor oder einem elektrischen Netz. Die tatsächliche Flussamplitude und der tatsächliche Phasenwinkel sind nicht bekannt, wenn die Flussberechnung begonnen wird. Anstelle der reinen Integration nach Gleichung (1) wird der Fluss durch Filtern der Spannung mit einem Tiefpassfilter der ersten Ordnung berechnet, sodass der anfängliche Wert nicht länger bedeutsam ist und die Flussschätzung gegen einen ursprungszentrierten kreisförmigen Orbit konvergiert. Daher wird anstelle von Gleichung (1) die folgende Gleichung für die Flussschätzung erhalten wobei &tgr;f eine Zeitkonstante der Tiefpassfilterung ist. Bei einer kleinen Zeitkonstante wird der anfängliche Wert schnell vergessen und die Flussschätzung konvergiert schnell gegen eine ursprungszentrierte Form. Ein Nachteil besteht darin, dass die Tiefpassfilterung dafür bekannt ist, das Signal Amplituden- und Winkelfehlern auszusetzen, die von der Filterungszeitkonstanten und der Signalfrequenz gemäß der Gleichungen abhängen wobei G eine Transfertunktion für Tiefpassfilterung und &tgr;f, &ohgr; sich auf die Filterzeitkonstante und Signalfrequenz beziehen. Wenn die Flussschätzung konvergiert, können die sich aus der Filterung ergebenden Amplituden- und Winkelfehler mittels der Gleichungen (10) korrigiert werden, um die folgende Abschätzung für den tatsächlichen Fluss zu erhalten

(C) Verfahren eines Skalarprodukts von Fluss und Spannung, wenn die Flussamplitude bekannt ist

Es wird angenommen, dass der tatsächliche Fluss sich entlang eines ursprungszentrierten kreisförmigen Orbits mit konstantem Radius bewegt. Die tatsächliche Flussamplitude ist bekannt, aber der Phasenwinkel ist nicht bekannt. Eine derartige Situation tritt z. B. in Verbindung mit einem Permanentmagnetmotor und einem elektrischen Netz auf. Es ist ferner möglich, das Verfahren von Punkt A anzuwenden, wenn eine der Koordinaten für den Mittelpunkt des Flusskreises bekannt ist. Die Gleichungen wären daher jedoch ziemlich kompliziert und würden z. B. die Berechnung der Quadratwurzel erfordern. Daher ist ein einfacheres Verfahren nützlicher.

Die Flussamplitude ist bekannt, wie ein Fluss eines Permanentmagneten oder die Netzspannung, die über den Zwischenschaltkreis des erfindungsgemäßen Wechselrichters gemessen wird. Die Flussschätzung wird ferner aus einem anfänglichen Wert von Null mittels Gleichung (1) berechnet. Die Amplitude der Flussschätzung kann auf die tatsächliche Flussamplitude zugesteuert werden, um einen in der Richtung des Flusses durchzuführende Korrekturwert zu bieten &Dgr;&PSgr;d = ka(&PSgr;2m – |&PSgr;s|2),(12) wobei &PSgr;m die bekannte tatsächliche Flussamplitude ist und ka ein geeigneter Korrekturkoeffizient ist. Ein weiterer Korrekturterm für den Winkel der Flussschätzung wird aus der erforderlichen rechtwinkligen Ausrichtung der Flussschätzung und seiner Ableitung erhalten, d. h. das Skalarprodukt daraus ist Null. Die Ableitung des Flusses kann durch die bloße Spannung ersetzt werden, da der Strom Null beträgt. Eine in der Richtung der Flusstangente durchzuführende Korrektur lautet &Dgr;&PSgr;q = kp&PSgr;s·us,(12) wobei kp ein geeigneter Korrekturkoeffizient ist, der außerdem das Vorzeichen der Frequenz berücksichtigt. Der Korrekturwert wird daher basierend auf dem Skalarprodukt der Fluss- und Spannungsvektoren berechnet. Das Kombinieren von (1), (12) und (13) ergibt die folgende Gleichung für die Flussabschätzung

Dieses Verfahren des Punktes C nimmt an, dass die Amplitude des Flusses konstant und bekannt ist, was bei asynchronen Motoren üblicherweise nicht der Fall ist. Jedoch kann auch bei einem asynchronen Motor die Flussamplitude während einer Nullstromsteuerung geschätzt werden, wenn die Motorzeitkonstante des Motors bekannt ist. In einem derartigen Fall überlappen sich die Stator- und Rotorflüsse des asynchronen Motors und die folgende Gleichung gilt für ihre Amplituden &PSgr;.s = &PSgr;.r = –(1/&tgr;r)&PSgr;s = –(1/&tgr;r)&PSgr;r,(15) wobei &tgr;r die Rotorzeitkonstante ist. Die Flussamplitude kann aus dieser Gleichung ziemlich genau berechnet werden, wenn der Flusswert am Ende des laufenden Modus bekannt ist.

Wenn das zuvor erwähnte Nullstromsteuern und die Flussberechnung aktiviert sind, wird gleichzeitig eine Frequenzschätzung aus einer Veränderung des Flusswinkels berechnet. Die Frequenzabschätzung wird mit der Transformation der Flussschätzung in eine ursprungszentrierte Form zunehmend genauer.

Die Nullstromsteuerung kann angehalten werden, wenn bekannt ist, dass die Flussschätzung gegen den tatsächlichen Fluss konvergiert hat. Die Konvergenz wird als vollständig erklärt, wenn die Flussschätzung Null oder einen anderen niedrigen Schwellenwert überschreitet, aber sich die Amplitude nicht länger verändert, oder die Änderungsgeschwindigkeit der Amplitude unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes liegt. Wenn andererseits die Flussschätzung konstant bei Null bleibt, kann gesagt werden, dass die Last keinen rotierenden Fluss aufweist und der Wechselrichterausgang daher keine alternierende Spannung aufweist, woraufhin die Nullstromsteuerung beendet werden kann.

Wenn die Nullstromsteuerung beendet ist, wird eine normale Steuerung mit den vorliegenden Fluss- und Frequenzschätzungswerten initialisiert. Beim Steuern eines Permanentmagnetmotors und eines Netzwechselrichters kann Geschwindigkeits- oder Frequenzsteuerung sofort aktiviert werden, wenn gewünscht, und ein maximales Drehmoment wird verwendet. Bei einer asynchronen Maschine werden der Stator- und Rotorfluss auf nominale Werte oder dem Betriebspunkt entsprechende Werte erhöht, wonach das maximale Drehmoment verwendet wird. Zuvor ist das maximale Drehmoment entweder auf Null beschränkt, in welchem Fall der gesamte Strom zum Erhöhen des Flusses verwendet werden kann, oder das Drehmoment ist auf einen zu dem Quadrat des Flusses proportionalen Wert beschränkt.

Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass die grundlegende Idee der Erfindung bei Fortentwicklung der Technologie auf verschiedene Arten angewendet werden kann. Daher sind die Erfindung und ihre Ausführungsformen nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können innerhalb des Rahmens der Ansprüche variieren.


Anspruch[de]
Eine Methode zur Kopplung eines Wechselrichters an eine alternierende Spannungsquelle, wobei der Wechselrichter eine Stromkontrolleinheit, die Phasenströme kontrolliert und Referenzstrom verwendet, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte umfasst:

Geben von Nullstrom als Referenzstrom für die Stromkontrolleinheit,

Bestimmung von Phasenspannungen des Wechselrichters,

Bestimmung der Frequenz der alternierenden Spannungsquelle aus den bestimmten Phasenspannungen und

Synchronisierung und Kopplung des Wechselrichters an die bestimmte Frequenz der alternierenden Spannungsquelle.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Methode weiterhin umfasst die Schritte:

Berechnen einer Flussschätzung, basierend auf der bestimmten Spannung,

Korrektur der berechneten Flussschätzung, so dass sie ursprungszentriert ist, um einen Fluss zu erhalten,

Bestimmung des Phasenwinkels und der Amplitude des Flusses,

Bestimmung der Änderungsgeschwindigkeit des Flussphasenwinkels, d.h. der Flussfrequenz, und

Synchronisierung und Kopplung des Wechselrichters an die alternierende Spannungsquelle in Übereinstimmung mit den Flusseigenschaften.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Flussschätzung die Schritte umfasst:

Anpassung der Flussschätzung an eine Kreisgleichung und

Lösen eines initialen Flusswertes aus der Kreisgleichung nach der Anpassung.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Flussschätzung einen Schritt umfasst:

Tiefpassfilterung der Phasenspannungen während der Berechnung der Flussschätzung, wobei die Schätzung dann gegen einen ursprungszentrierten Fluss konvergiert.
Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die Flussamplitude bekannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Flussschätzung die Schritte umfasst:

Korrektur der Flussschätzung gemäß der bekannten Flussamplitude in der Richtung des Flusses,

Korrektur der Flussschätzung gemäß einem Skalarprodukt des Flusses und der Statorspannung in der Richtung der Flusstangente.






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