AT395664B - Ansteuerschaltung fuer pulsumrichter - Google Patents
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Description
AT 395 664 B
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung fürPulsumrichter mit einem ersten Koordinatenwandler, an dessen drei Eingänge die verketteten Spannungen des speisenden Drehstromnetzes gelegt sind.
Die Entwicklung mehrphasiger Pulsumrichter hoher Taktzahl ermöglicht die Realisierung hochdynamischer Antriebe mit Wechselstrommaschinen, die beispielsweise als Hauptspindelantriebe von Werkzeugmaschinen breite 5 Anwendung finden.
Als Einspeiseeinrichtung eines Pulsumrichtersystems wird, um die Rückführung der Energie bei Bremsbetrieb der Antriebsmaschine ins Netz zu ermöglichen, die Anordnung zweier Pulsumrichter mit gleichspannungsseitig»: Kopplung über einen Zwischenkreis vorgesehen, die je nach Betriebszustand als Pulsgleich- bzw. Pulswechselrichterarbeiten. 10 Aus der DE-OS 32 36 071 ist es bei Wechselrichtern bekannt, mit Hilfe von Koordinatenwandian und
Vektoranalysatoren den Frequenzsteuereingang des Stellgliedes eines Phasenreglers auf Null zu regeln. Die dabei verwendeten Pulswechselrichter haben üblicherweise Stelleingänge für Betrag und Frequenz der zu erzeugenden Spannung. EineTransfoimationsschaltungmitKoordinatenwandlerformtdieorthogongalen Spannungskomponenten in ein raumfestes Koordinatensystem um. In diesem Bezugssystem werden dann Winkelsignale berechnet, die 15 Komponenten des in Richtung des Spannungsvektors weisenden Einheitsvektors sind. Die Phasen R, S, T des Netzes bilden voraussetzungsgemäß ein symmetrisches System.
Mittels eines Reglers für die Zwischenkreisspannung ist es möglich, Netzstromsollwerte vorzugeben, die über eine entsprechende Steuerung des den Zwischenkreis speisenden Umrichters eingeprägt werden und den Leistungsfluß in den Zwischenkreis definieren. Als Fieiheitsgrad besteht der Phasenwinkel der Netzstrom-Grundschwingung. 20 Da im Idealfall leistungselektronische Systeme keine magnetischen oder elektrischen Energiespeicher enthalten und bei rein sinusförmigen Strömen bzw. Spannungen der Energieinhalteines symmetrischen dreiphasigen elektrischen oder magnetischen Speichers zeitlich konstant ist, sodaß über alle Phasen summiert im Zeitaugenblick kein Leistungsfiuß zwischen Netz und Speicher auftritt, muß mittels des, diesen Energiespeicher „simulierenden“ Stromrichtersystems nur eine Umverteilung der Energie zwischen den Phasen »folgen. Dies ist allerdings nur bei 25 Vorhandensein eines rein sinusförmigen, symmetrischen Netzspannungssystems einfach möglich, da bei nichtsinusförmigen unsymmetrischen Netzverhältnissen dieOberschwingungenBeiträge zu den Leistungsflüssenliefem und somit eine Grundschwingung nicht einfach ermittelbar ist, womit alle auf die Grundschwingungen bezogenen, üb» eine Periode gemittelten Werte, wie Wirk- und Blindleistung d» klassischen Wechselstromrechnung vollkommen ungeeignet zur Charakterisierung der Änderung der momentanen energetischen Verhältnisse eines Systems 30 sind.
Eine Ansteuerschaltung für die diese Einschränkung nicht gilt, ist nach dem Kennzeichen des Patentanspruches gestaltet.
Der damit verbundene Vorteil liegt darin, daß eine entkoppelte Vorgabe der Momentanwerte der Wirk- und Blindleistung auch in unsymmetrischen Dreileitemetzen nicht sinusförmig» Spannungsform ermöglicht ist 35 Das Prinzip d» Erfindung soll nachfolgend anhand eines Schaltungsbeispieles näh» erläutert w»den.
Die Fig. 1 zeigt eine »findungsgemäße Schaltung, die auf einer Weiterentwicklung des bish» nur für rotierende Maschinen bekannten Raumzeigerkalküls basiert
Eine einfache prägnante Darstellungsweise, auch für elektrische Größen, ist bekanntlich der Vektor, der auch die Wirkungsrichtung angibt Beim Raumzeigerkalkül wird ein komplexes Koordinatensystem - eine Gauß’sche 40 Zahlenebene - verwendet Dannkann anstelle eines Vektors ein komplex» Zeig» zur Festlegung vonRichtung und
Amplitude elektromagnetisch» Größen benützt werden. Zur Schaffung definierter Verhältnisse wird in ansich willkürlich» Weise die Richtung der reellen Achse auf einen Zeiger des Raumzeigerdiagrammes bezogen.
Der Raumzeiger ist für an sich beliebige Augenblicks werte der durch ihn repräsentierten Phasengrößen definiert, wobei diese Phasengrößen beliebige, insbesondere voneinander unabhängige Werte haben dürfen. Diese 45 Augenblicksw»te müssen also keineswegs Ausschnitte aus einem eingeschwungenen Betriebszustand mit phasen symmetrischen, sinusförmigen Größen sein. p(t) = u. i cos φ q(t) = uisü^ 50 φ... Winkel zwischen Spannungs- und Stromzeig» dies güt auch für Raumzeiger g, j, wobei φ, u = Igl und i = IjJ eine beliebige zeitliche Variation aufweisen dürfen. ll=ua+j.Uß 55 p=Re{g.i} q=Im{g.i} l=ia+jiß in komplex» Schreibweise ... Momentanwerte -2-
AT 395 664 B p=Re {(ua+jup) (ia+jiß)} = ua ia - Ußiß q=Im {(ua+juß) (ia+jiß)} = ia Uß + ua iß Nach der Cramer’sehen Regel ergibt dies i«* = - “a -p* -- uß a (ua2+uß2) (ua2+uß2) io --p* +-q* <ua2+uß2) (ua2 + uß2)
Es wird mittels der in einem Dreileitersystem meßbaren verketteten Spannungen (ugg, Ugp u-pß) der Netzspannungsraumzeiger erfaßt und in zwei Komponenten (ua) und (Uß) zerlegt Dazu ist ein erster Koordinatenwandler (1) vorgesehen. Dieser weist drei mit den verketteten Spannungen des speisenden Drehstromnetzes beaufschlagte Eingänge (2,3,4) auf, wobei in bekannter Weise aus der Verknüpfung der Signale des ersten Einganges (2) und des dritten Einganges (4) in einer ersten Summierstelle (5) und durch Abschwächung auf 1/3 in einem ersten Meßspannungsteiler (6) am ersten Ausgang (7) ein der Rechengröße (ua) entsprechendes Signal gewonnen wird und durch Abschwächung des am zweiten Eingang (3) auftretenden Signals auf 1/V3 in einem zweiten Meßspannungsteiler (8) am zweiten Ausgang (9) ein der Rechengröße (ug) entsprechendes Signal gewonnen wird.
Anschließend erfolgen Verknüpfungen, die der Endformel der mathematischen Herleitung entsprechen. So wird die am ersten Ausgang (7) des Koordinatenwandlers (1) auftretende Größe, die dem Wert (ua) entspricht, sowohl einem ersten Quadrierer (10) als auch dem Zählereingang eines ersten Dividieres (11) zugeführt. In gleicher Weise wird die am zweiten Ausgang (9) des Koordinatenwandlers (1) auftretende Größe, die dem Wert (Uß) entspricht, sowohl einem zweiten Quadrierer (12) als auch dem Zählereingang eines zweiten Dividierers (13) zugeführt. Die Ausgangssignale der Quadrierer (10,12) werden summiert und den Nennereingängen der Dividierer (11,13) zugeführt. An den Ausgängen der Dividierer (11,13) treten daher Signale auf, die den Quotienten der obigen Endformeln entsprechen und zwar am Dividierer (11) der den Zähler (ua) enthaltende und am Dividierer (13) der den Zähler (Uß) enthaltende Quotient Diese Ausgangsgrößen können nun unabhängig voneinander in je zwei Multiplizierern (14,15) bzw. (16,17) mit entsprechenden Größen (p*) und (q*) für Wirk- und Blindleistungsmomentansollwerte verknüpft werden und zwar die Ausgangssignale des Dividierers (11) in den Multiplizierern (14,17) und die Ausgangssignale des Dividierers (13) in den Multiplizierern (15,16). Durch Verknüpfung der Ausgangsgrößen jeweils zweier Multiplizierer (14,16) bzw. (15,17) treten letztlich an den Summierstellen (18) bzw. (19) zwei der Endformel für (ia) bzw. (iß) entsprechende Signale auf. Diese werden in einem zweiten Koordinatenwandler (20) auf die an dessen drei Ausgängen (21,22,23) auftretenden Sollwerte (iß*, ig*, ij·*) für nachgeschaltete Phasenstromregler aufgespalten.
Diese Regler (24,25,26) wirken in bekannter Weise auf Steuersätze, die die Ansteuerimpulse für die elektronischen Schalter liefern, die in den drei Zweigen der Drehstrombrücke angeordnet sind. Zur Erhöhung da* Anschaulichkeit wurde diese bekannte Anordnung wesentlich vereinfacht derart dargestellt, daß die Regler (24,25,26) direkt auf Umschalter (27,28,29) wirken, an deren Wurzeln über Stromwandler (30,31,32) die Phasen (R, S, T) liegen. Als Sollwert dienen den Reglern die von der erfindungsgemäßen Schaltung gelieferten Stiomsoll-werte (iß*, ig*, ip*), die Istwerte stammen von den Stromwandlem. Die Gleichstromausgänge (46) der Dreh-strombriieke (33) speisen den Zwischenkreis (34).
Die an die Eingänge (2,3,4) des ersten Koordinatenwandlers gelegten verketteten Spannungen werden mittels eines aus drei Summierstellen (42, 43, 44) gebildeten Differenzbildners (45) aus den Differenzen der an den Phasenleitem (R, S, T) liegenden Potentialwerten gewonnen.
Bei dem zweiten an sich bekannten Koordinatenwandler (20), der bezüglich der Transformationsrichtung zum ersten Koordinatenwandler (1) invers ist wird das am Eingang (35) auftretende Signal sowohl direkt dem Ausgang (21) zugeführt als auch in einer Summierstelle (36) von dem am Eingang (37) auf tretenden und über einen Verstärk» (38) mit dem Beiwert Abgeleiteten Signal subtrahiert. Das Ausgangssignal der Summierstelle (36) wird übereinen Sollstromteiler (40) mit dem Beiwat 1/2 sowohl dem Ausgang (22) als auch einer Summierstelle (39) zugeführt, in der von ihm das vom Eingang (37) über den Verstärker (38) geleitete Signal subtrahiert wird. Das Ausgangssignal der Summierstelle (39) ist an den Ausgang (23) geführt.
Ist z. B. für ein Pulsgleichrichtersystcm ohmsches Verhalten am Netz gefordert, kann dies einfach üb» q* = 0 vorgegeben werden. Es treten dann bei idealer Umsetzung der Sollwerte in Istwerte durch das Umrichtersystem nur -3-
Claims (1)
10 AT 395 664 B Ströme auf, die einen über die Phasen summierten resultierenden momentanen Leistungsfluß aus dem Netz bzw. in das Netz bewirken. Das Auftreten von Stromkomponenten, die in Summe nicht zum Energiefluß beitragen, also Komponenten dieEnergievoneineraufeineanderePhase transportieren, wird unterbunden. Die Energieübertragung erfolgt dann mit minimaler Verlustleistung. PATENTANSPRUCH Ansteuerschaltung für Pulsumrichter mit einem ersten Koordinaten wandler, an dessen dreiEingängen die verketteten 15 Spannungen des speisenden Drehstromnetzes gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des ersten Ausganges (7) des ersten Koordinatenwandlers (1) dem Zählereingang eines ersten Dividierers (11) sowie einem ersten Quadrierer (10) und einer Summierstelle (41) zugeführt ist, daß analog das Signal des zweiten Ausganges (9) des ersten Koordinatenwandlers (1) dem Zählereingang eines zweiten Dividierers (13) sowie einem zweiten Quadrierer (12) und der Summierstelle (41) zugeführt ist, wobei das Ausgangssignal der Summierstelle (41) den Nennerein· 20 gängen (N) der Dividierer (11,13) und das Ausgangssignal des ersten Dividierers (11) einem Eingang eines ersten Multiplizierers (14) sowie eines vierten Multiplizierers (17) zugeführt ist und das Ausgangssignals des zweiten Dividierers (13) einem Eingang eines dritten Multiplizierers (16) sowie eines zweiten Multipliziems (15) zugeführt ist, wobei am jeweils anderen Eingang des ersten und zweiten Multiplizierers (14,15) ein erstes, als Sollwert für den Wirkleistungs-Momentanwert vorgebbares Steuersignal (p*) und am jeweils anderen Eingang des dritten und 25 vierten Multiplizierers (16, 17) ein zweites, als Sollwert für den Blindleistungs-Momentanwert vorgebbares Steuersignal (q*) geführt ist, daß das Ausgangssignal des dritten Multiplizierers (16) in einer Summierstelle (18) vom Ausgangssignal des osten Multiplizierers (14) subtrahiert wird und das resultierende Signal einem ersten Eingang (35) eines, bezüglich der Transfarmationsrichtung zum ersten Koordinatenwandler (1) inversen, zweiten Koordinatenwandlers (20) zugeführt ist, daß die Ausgangssignale des zweiten und vierten Multiplizierers (15,17) 30 in einer Summierstelle (19) summiert werden und das Summensignal einem zweiten Eingang (37) des zweiten Koordinatenwandlers(20)zugefiihnistiinddaßan den drei Ausgängen(21,22,23)des zweiten Koordinatenwandlers (20) die Sollwerte für die Phasenstromregler (24,25,26) des Pulsumrichtersystems abgreifbar sind. 35 Hiezu 1 Blatt Zeichnung 40 45 50 -4- 55
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012203204B3 (de) * | 2012-03-01 | 2013-06-20 | Beckhoff Automation Gmbh | Einspeise-Rückspeise-Umrichter |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3236071A1 (de) * | 1982-07-09 | 1984-01-12 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur paralleleinspeisung in ein wechsel- oder drehstromnetz |
-
1990
- 1990-07-18 AT AT151990A patent/AT395664B/de not_active IP Right Cessation
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|---|---|---|---|---|
| DE3236071A1 (de) * | 1982-07-09 | 1984-01-12 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur paralleleinspeisung in ein wechsel- oder drehstromnetz |
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| DE102012203204B3 (de) * | 2012-03-01 | 2013-06-20 | Beckhoff Automation Gmbh | Einspeise-Rückspeise-Umrichter |
| US9467069B2 (en) | 2012-03-01 | 2016-10-11 | Beckhoff Automation Gmbh | Feed-in/feedback converter with phase current transform |
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|---|---|
| ATA151990A (de) | 1992-06-15 |
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