CH657946A5

CH657946A5 - Rotating-field machine circuit arrangement for regulating operating modes at different rotation speeds

Info

Publication number: CH657946A5
Application number: CH2401/79A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Prof Dr Zwicky
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1986-09-30
Also published as: DE2914613C2; DE2914613A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehfeldmaschinen-Schaltungsanordnung für die Regelung von Betriebszuständen mit unterschiedlichen Drehzahlen, insbesondere auf eine drehzahlgeregelte Antriebseinrichtung, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. The invention relates to an induction machine circuit arrangement for the control of operating states with different speeds, in particular to a speed-controlled drive device, according to the preamble of patent claim 1.

Mit diesem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Schaltungsanordnungen zum Betrieb von Drehfeldmaschinen Bezug, wie er in der DE-OS 28 54 798 beschrieben ist. Dort sind die Statorklemmen einer mit einem Drehfeld erregten Synchronmaschine an einen selbstgeführten Stromrichter eines Umrichters mit Gleichstrom-Zwischenkreis angeschlossen, während die Rotorklemmen über eine Umschalteinrichtung mit einem Drehstromnetz verbunden sind. In niedrigen Drehzahlbereichen weisen das Stator- und Rotorfeld die gleiche Drehrichtung auf. Beim Uebergang zu oder von einem oberen Drehzahlbereich, wenn die Statorspannung gleich der Summe aus der Kommutierungsspannung und der doppelten Höhe der Statorstillstandsspannung wird, bzw. wenn die Statorfrequenz gleich der Summe aus der Mindestkommutierungs-frequenz und der doppelten Rotorfrequenz wird, erfolgt eine Umschaltung der relativen Drehrichtung des Drehfeldes. Infolge dieser Umschaltung können die Stromrichter des Umrichters für kleinere Leistung dimensioniert werden. Eine Regelschaltung für die Maschinendrehzahl ist nicht angegeben. With this preamble, the invention relates to a prior art of circuit arrangements for operating induction machines, as described in DE-OS 28 54 798. There the stator terminals of a synchronous machine excited with a rotating field are connected to a self-commutated converter of a converter with a DC link, while the rotor terminals are connected to a three-phase network via a switching device. In low speed ranges, the stator and rotor fields have the same direction of rotation. At the transition to or from an upper speed range, when the stator voltage equals the sum of the commutation voltage and twice the stator standstill voltage, or when the stator frequency equals the sum of the minimum commutation frequency and twice the rotor frequency, the relative is switched Direction of rotation of the rotating field. As a result of this switchover, the converters of the converter can be dimensioned for lower power. A control circuit for the machine speed is not specified.

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, The invention as defined in claim 1

löst die Aufgabe, eine Schaltunganordnung zur Regelung von Drehfeldmaschinen anzugeben, mit der bei gleicher Festfrequenz und Maximaldrehzahl ein niedrigerer Maximalwert der veränderlichen Frequenz ausreicht. solves the task of specifying a circuit arrangement for regulating induction machines with which a lower maximum value of the variable frequency is sufficient for the same fixed frequency and maximum speed.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Sollwert-Istwert-Abweichungen der Maschinendrehzahl schnell verringert werden können. An advantage of the invention is that setpoint-actual value deviations in the machine speed can be reduced quickly.

Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf die DE-OS 24 13 266 sowie auf A. Läuger, Proceedings of the 2nd IFAC-Symposium, Düsseldorf 1977, S. 619 bis 626, Perga-mon Press 1977 hingewiesen. Es haldelt sich hierbei um doppeltgespeiste, d.h. über die Stator- und Rotorwicklung leistungaufnehmende oder -abgebende Drehfeldmaschinen, die sich im wesentlichen entsprechend wie Synchronmaschinen verhalten und gelegentlich auch als solche oder als kommutatorlose Gleichstrommaschinen bezeichnet werden. Gegenüber einem Regarding the relevant prior art, reference is also made to DE-OS 24 13 266 and to A. Läuger, Proceedings of the 2nd IFAC Symposium, Düsseldorf 1977, pp. 619 to 626, Perga-mon Press 1977. It is a question of double-fed, i.e. Via the stator and rotor winding, power-absorbing or emitting induction machines, which essentially behave like synchronous machines and are sometimes referred to as such or as commutatorless DC machines. Opposite one

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Betrieb als Induktionsmaschine besteht der Unterschied darin, dass Frequenz und Drehsinn des Rotor-Drehfeldes nicht durch Schlupf gegenüber dem Stator-Drehfeld, sondern durch Einprä-gung von aussen bestimmt sind. Die als vorzeichengerechte Differenz zwischen eingeprägter Stator- und Rotor-Drehfeldfre-quenz gegebene Drehzahl bzw. Drehfrequenz kann daher als die jeweilige Synchrondrehzahl aufgefasst werden. Im übrigen sind Stator- und Rotorwicklung auch hier hinsichtlich des Leistungsaustausches gleichwertig und können daher vertauscht werden, sofern die damit verbundene Drehrichtungsänderung des Rotors berücksichtigt wird. Gleichzeitige Drehsinnumkehr von Stator- und Rotor-Drehfeld (bezüglich der betreffenden Wicklung) bedeutet also Drehsinnumkehr des Rotors (bezüglich der Umwelt), d.h. mechanische Drehrichtungsumkehr. Operation as an induction machine, the difference is that the frequency and direction of rotation of the rotor's rotating field are not determined by slipping in relation to the stator rotating field, but by external impressions. The rotational speed or rotational frequency given as the correct sign between the impressed stator and rotor rotating field frequency can therefore be understood as the respective synchronous speed. Otherwise, the stator and rotor windings are also equivalent in terms of power exchange and can therefore be interchanged if the associated change in the direction of rotation of the rotor is taken into account. Simultaneous reversal of the direction of rotation of the stator and rotor rotating fields (with regard to the winding in question) means reversal of the direction of rotation of the rotor (with respect to the environment), i.e. mechanical reversal of direction of rotation.

Bei den Schaltungsanordnungen der vorgenannten Art werden Stator- und Rotorwicklung mit Drehfeldern gleichen Drehsinnes betrieben, also beide rechtsläufig oder beide linksläufig, so dass die mechanische Drehrichtung (Rotor-Drehsinn bezüglich Umwelt) bei überwiegendem Betrag der Stator-Drehfeld-frequenz gleich dem Drehsinn des Statorfeldes und bei überwiegendem Betrag der Rotor-Drehfeldfrequenz entgegengesetzt zum Drehsinn des Rotorfeldes und damit wiederum entgegengesetzt zum Drehsinn des Statorfeldes ist. Die Maschine läuft also bei überwiegender Statorfrequenz mit dem Statorfeld und bei überwiegender Rotorfrequenz gegen das Statorfeld. In Anlehnung an den letztgenannten Fall wird die gesamte vorliegende Betriebsart gelegentlich auch als «gegensynchron» bezeichnet. Wie eine Bilanz von Stator-, Rotor- und Wellenleistung zeigt, ist der Leistungsfluss zwischen Statorwicklung und zugehöriger Quelle einerseits sowie Rotorwicklung und zugehöriger Quelle andererseits bei dieser Betriebsart immer entgegengesetzt gerichtet, so dass sich bei Leistungsrückführung über eine Kaskadenschaltung üblicher Art eine Zirkulation einer der beiden Leistungen ergibt. Mechanische Leistungsabgabe (Motorbetrieb) ist demgemäss bei entsprechender Frequenzsteuerung eines Drehfeldes zwischen Stillstand und Maximaldrehzahl möglich, wobei die veränderliche Frequenz im ganzen Verstellbereich grösser als die festgehaltene Frequenz ist. Dies ermöglicht eine Kaskadenschaltung mit unmittelbarem Netzanschluss einer Wicklung und Netzanschluss der anderen Wicklung über einen maschi-nenseitig frequenzgesteuerten Umrichter, beispielsweise einen Zwischenkreis-Umrichter, wobei infolge der vergleichsweise hohen veränderlichen Frequenz immer ausreichende Spannung der betreffenden Wicklung für eine Fremdführung, insbesondere Maschinenführung (maschinenseitige Kommutierung) zur Verfügung steht. Als nachteilig ist anzusehen, dass für die Maximaldrehzahl ein vergleichsweise hoher Betrag der veränderlichen, im allgemeinen mittels eines Stromrichters erzeugten Drehfeldfrequenz erforderlich ist. Dies hat erhöhten Aufwand hinsichtlich der Stromrichterventile sowie u.U. der Zündsteuerung zur Folge. Ausserdem muss dieser Stromrichter, wie die Leistungsbilanz dieser Betriebsart zeigt, für die Summe von Stator- und Rotorleistung ausgelegt sein, was insbesondere bei hohen Frequenzen aufwendig ist. In the circuit arrangements of the aforementioned type, the stator and rotor windings are operated with rotating fields of the same direction of rotation, i.e. both clockwise or both counterclockwise, so that the mechanical direction of rotation (rotor rotation with respect to the environment) is predominantly equal to the direction of rotation of the stator field, with the stator rotating field frequency being predominant and with a predominant amount of the rotor rotating field frequency opposite to the direction of rotation of the rotor field and thus in turn opposite to the direction of rotation of the stator field. The machine therefore runs at a predominant stator frequency with the stator field and at a predominant rotor frequency against the stator field. In line with the latter case, the entire operating mode is sometimes also referred to as “counter-synchronous”. As a balance of stator, rotor and shaft power shows, the power flow between the stator winding and the associated source on the one hand and the rotor winding and associated source on the other hand is always opposite in this operating mode, so that when power is returned via a cascade connection of the usual type, one of the two is circulated Performance results. Mechanical power output (motor operation) is accordingly possible with appropriate frequency control of a rotating field between standstill and maximum speed, the variable frequency in the entire adjustment range being greater than the fixed frequency. This enables a cascade connection with direct mains connection of one winding and mains connection of the other winding via a frequency-controlled converter on the machine side, for example an intermediate circuit converter, and because of the comparatively high variable frequency, the winding in question always has sufficient voltage for external control, in particular machine control (machine-side commutation ) is available. A disadvantage is that a comparatively high amount of the variable rotating field frequency, which is generally generated by means of a converter, is required for the maximum speed. This has increased effort with regard to the converter valves and possibly the ignition control. In addition, as shown by the power balance of this operating mode, this converter must be designed for the sum of the stator and rotor power, which is expensive, particularly at high frequencies.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen (Fig. 5-7) erläutert. The invention is explained below using exemplary embodiments (FIGS. 5-7).

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 das Prinzipschema einer Drehfeldmaschinen-Schaltungsanordnung mit Doppelspeisung und Drehsinnumschaltung eines Feldes, 1 shows the schematic diagram of a three-phase machine circuit arrangement with double supply and a change of direction of rotation of a field,

Fig. 2 ein Diagramm des Drehmomentes M über der auf die Statorfrequenz fsT bezogenen Drehfrequenz fn mit den verschiedenen möglichen Betriebsarten einer doppelt gespeisten Drehfeldmaschine, 2 shows a diagram of the torque M over the rotational frequency fn related to the stator frequency fsT with the different possible operating modes of a double-fed induction machine,

Fig. 2a und 2b je für eine Drehrichtung ein Diagramm der Stator- und Rotorspannung Ust, Uro über der Drehfrequenz f„ mit Betriebsartumschaltung an der Grenze zwischen zwei Drehzahlbereichen I und II, 2a and 2b each show a diagram of the stator and rotor voltages Ust, Uro over the rotational frequency f "for one direction of rotation with mode switching at the boundary between two speed ranges I and II,

Fig. 3 und 4 je ein Diagramm der Rotor- bzw. Statorspannung über der Drehfrequenz f„ mit Betriebsartumschaltung und Drehrichtungsumschaltung für variable Rotorfrequenz bzw. Statorfrequenz, 3 and 4 each a diagram of the rotor or stator voltage over the rotational frequency f "with mode changeover and direction of rotation changeover for variable rotor frequency or stator frequency,

Fig. 5 das Prinzipschema einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit Umrichterkaskade und Drehzahlsteuerung, 5 shows the basic diagram of a circuit arrangement according to the invention with converter cascade and speed control,

Fig. 6a und 6b jeweils ein Schema der Leistungsbilanz in beiden Drehzahlbereichen bzw. Betriebsarten für eine Schaltungsanordnung nach Fig. 5 und 6a and 6b each show a diagram of the power balance in both speed ranges or operating modes for a circuit arrangement according to FIGS. 5 and

Fig. 7 das Wirkschaltbild einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung mit Drehzahl-Regelkreis und verschiedenen Hilfsregelkreisen. 7 shows the circuit diagram of an inventive circuit arrangement with a speed control loop and various auxiliary control loops.

In den Ausführungsbeispielen ist der Übersichtlichkeit halber im allgemeinen eine feste Statorfrequenz in Verbindung mit variabler Rotorfrequenz angenommen. Nicht nur können diese Verhältnisse grundsätzlich umgekehrt werden, vielmehr ist gegebenenfalls auch ein Betrieb mit Veränderung oder Umschaltung beider Drehfeldfrequenzen möglich, etwa im Interesse bestimmter Drehzahl- und Frequenzabstufungen, z.B. mit Hilfe von polumschaltbaren Wicklungen u. dgl. Ferner ist es grundsätzlich möglich, etwa im Bereich des Drehzahl-Nulldurchganges, zusätzlich andere als die beiden hauptsächlich vorgesehenen Betriebsarten bzw. Leistungsbilanzen einzustellen oder zu durchlaufen. Wesentlich ist in jedem Fall der Übergang von einer Betriebsart mit gleichsinnigen zu einer solchen mit gegensinnigen Drehfeldern. For the sake of clarity, a fixed stator frequency in conjunction with a variable rotor frequency is generally assumed in the exemplary embodiments. Not only can these relationships be reversed in principle, but operation with a change or switchover of both rotating field frequencies is also possible, for example in the interest of certain speed and frequency graduations, e.g. with the help of pole-changing windings u. The like. It is also fundamentally possible, for example in the area of the zero speed crossing, to set or run through other operating modes or power balances than the two main ones. It is essential in any case to change from an operating mode with the same direction to one with opposite rotating fields.

Nach Fig. 1 ist eine doppelt gespeiste Drehfeldmaschine DM statorseitig über eine Drehsinn-Umsteuereinrichtung DUS mit einer Drehstromquelle DQS und rotorseitig mit einer Drehstromquelle DQR verbunden. Die in der Statorwicklung WST herrschende Drehfeldfrequenz fST wird mit der in einem Drehzahl-Messglied M„ ermittelten Drehzahl bzw. der Drehfrequenz fn in einem Rotorfrequenz-Messglied MfRo zur Rotorfrequenz Îro überlagert und zur Synchronisierung des in der Rotorwicklung WRO herrschenden Drehfeldes verwendet. Die Betriebsartumschaltung wird in Abhängigkeit von der Drehfrequenz fn durch eine Drehzahlbereichs-Umschalteinrichtung BU mittels eines Bereichs-Umsteuersignals Su ausgelöst. Die Abhängigkeit zwischen su und fn ist schematisch innerhalb des Blockes dieser Umschalteinrichtung angedeutet, und zwar mit einer Hystereseschleife zur Vermeidung hoher Schaltfrequenzen im Übergangsbereich. According to FIG. 1, a double-fed three-phase machine DM is connected on the stator side to a three-phase current source DQS via a sense of rotation reversing device DUS and on the rotor side to a three-phase current source DQR. The rotating field frequency fST prevailing in the stator winding WST is superimposed on the rotational speed determined in a speed measuring element M "or the rotational frequency fn in a rotor frequency measuring element MfRo to the rotor frequency Îro and used to synchronize the rotating field prevailing in the rotor winding WRO. The operating mode changeover is triggered as a function of the rotational frequency fn by a speed range changeover device BU by means of a range changeover signal Su. The dependency between su and fn is indicated schematically within the block of this switching device, specifically with a hysteresis loop to avoid high switching frequencies in the transition area.

In Fig. 2 entsprechen die Bereiche A und D der Betriebsart mit gleichsinnigen Drehfeldern, wobei A für aufgenommene mechanische Leistung (Bremsbetrieb) und D für abgegebene mechanische Leistung (Motorbetrieb) gilt. Die Bereiche B und E gelten für gegensinnige Drehfelder mit mechanischer Leistungsabgabe in B und mechanischer Leistungsaufnahme in E. Die Bereiche C und F entsprechen der im vorliegenden Fall verwendeten zweiten Betriebsart, ebenfalls mit gegensinnigen Drehfeldern, jedoch mit bezüglich der Statorfrequenz höherer Rotorfrequenz im motorischen Bereich C und im wesentlichen auch im generatorischen Bereich F. Wenn von der Drehsinn-Umschaltung des Statorfeldes der Übersichtlichkeit halber abgesehen wird, so entspricht der Übergang von der ersten in die zweite Betriebsart beim Hochlaufen im Motorbetrieb einem Übergang aus dem Bereich D in den Bereich C. Der Betriebspunkt wandert also beim Hochlaufen zunächst im Bereich D von rechts nach links und sodann im Bereich C von links nach rechts. In FIG. 2, areas A and D correspond to the operating mode with rotating fields of the same direction, A being valid for absorbed mechanical power (braking mode) and D for mechanical power output (motor mode). The areas B and E apply to opposing rotating fields with mechanical power output in B and mechanical power consumption in E. The areas C and F correspond to the second operating mode used in the present case, also with opposing rotating fields, but with a higher rotor frequency in the motor area C with regard to the stator frequency and essentially also in the generator area F. If the direction of rotation changeover of the stator field is left out for the sake of clarity, the transition from the first to the second operating mode when starting up in motor operation corresponds to a transition from area D to area C. The When starting up, the operating point therefore moves from right to left in area D and then from left to right in area C.

In Fig. 2a und 2b sind die Verhältnisse im einzelnen dargestellt, und zwar einschliesslich der für die Frequenzen fsT, fRo und fn geltenden, jeweils Betrag und Drehsinn wiedergebenden Zeiger und ihrer Verknüpfung im Sinne der Schlupfgleichung fn 2a and 2b, the relationships are shown in detail, including the pointers for the frequencies fsT, fRo and fn, each representing the amount and direction of rotation, and their combination in the sense of the slip equation fn

= fsT — fRO- = fsT - fRO-

Im Drehzahlbereich I entsprechend dem Betriebszustand D gemäss Fig. 2 innerhalb der Betriebsart A/D variiert die Drehfrequenz zwischen den Werten fni und fn2, wobei im letztge5 In the speed range I corresponding to the operating state D according to FIG. 2 within the operating mode A / D, the rotational frequency varies between the values fni and fn2, in the last

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nannten Bereich die Umschaltung in den Drehzahlbereich II mit Übergang zum Betriebszustand C gemäss Fig. 2 innerhalb der Betriebsart C/F erfolgt. Diese Umschaltung erfolgt mit ausreichendem Abstand oberhalb einer Drehfrequenz - fns, bei welcher die Rotorfrequenz dem doppelten Betrag der Statorfrequenz entspricht. Die Rotorspannung Uro geht also bei der Umschaltung nur auf einen endlichen Wert zurück, der dem Kommutierungsspannungsbedarf eines speisenden Stromrichters entspricht. Anschliessend steigt die Rotorspannung mit steigender Rotorfrequenz und steigendem Drehzahlbetrag wieder an. Weiter ist angedeutet, dass der Bereich I den Stillstand übergreift, was eine für manche Anwendungen zweckmässige Erweiterung des Betriebszustandes darstellt. Hier ist der Betrag der Rotorfrequenz kleiner als derjenige der Statorfrequenz, beide Drehfelder sind aber gleichsinnig. named range, the switchover to speed range II takes place with the transition to operating state C according to FIG. 2 within operating mode C / F. This switchover takes place at a sufficient distance above a rotational frequency - fns at which the rotor frequency corresponds to twice the stator frequency. During the switchover, the rotor voltage Uro only goes back to a finite value which corresponds to the commutation voltage requirement of a supplying converter. The rotor voltage then rises again with increasing rotor frequency and increasing speed. It is also indicated that area I spans standstill, which is an expedient extension of the operating state for some applications. Here, the amount of the rotor frequency is smaller than that of the stator frequency, but both rotating fields are in the same direction.

In Fig. 2b sind die entsprechenden Verhältnisse mit Drehrichtungsumkehr angedeutet. The corresponding relationships with reversal of the direction of rotation are indicated in FIG. 2b.

In Fig. 3 und 4 ist die Abhängigkeit der Rotorspannung Uro bzw. der Statorspannung Ust von der Drehfrequenz f„ jeweils für feste Statorfrequenz fsr und veränderliche Rotorfrequenz bzw. umgekehrt für feste Rotorfrequenz fRo und veränderliche Statorfrequenz mit Drehrichtungsumschaltung im Stillstand und hystereseartiger Überlappung der Drehzahlbereiche I und II angedeutet. Die Gleichartigkeit der Verhältnisse unter Berücksichtigung der Drehrichtungsumkehr für Vertauschung von Stator und Rotor sind aus dieser Darstellung ersichtlich. Mit ansteigendem Betrag der Drehfrequenz erfolgt die Umschaltung von I nach II jeweils bei einem Drehfrequenz-Grenzwert, der — wie durch die Umschaltpfeile angedeutet — höher liegt als der Drehfrequenz-Grenzwert für den umgekehrten Übergang von II nach I. Bei einer Drehzahlsteuerung oder Drehzahlregelung im Übergangsbereich mit Drehzahlschwankungen innerhalb der Hysteresebreite wird dadurch ein unerwünscht häufiges Umschalten zwischen beiden Bereichen vermieden und damit ein gleichmässiger Steuer- bzw. Regelvorgang gewährleistet. 3 and 4, the dependency of the rotor voltage Uro or the stator voltage Ust on the rotational frequency f "is in each case for a fixed stator frequency fsr and a variable rotor frequency or vice versa for a fixed rotor frequency fRo and a variable stator frequency with a change in direction of rotation at standstill and hysteresis-like overlap of the speed ranges I. and II indicated. The similarity of the conditions, taking into account the reversal of the direction of rotation for swapping the stator and rotor, can be seen from this illustration. As the rotational frequency increases, the switch from I to II takes place at a rotational frequency limit that is - as indicated by the switch arrows - higher than the rotational frequency limit for the reverse transition from II to I. With speed control or speed control in the transition range With fluctuations in speed within the hysteresis range, an undesirably frequent switching between the two areas is avoided and a uniform control or regulation process is thus ensured.

Bei der Ausführung nach Fig. 5 wird die statorseitige Dreh-stromquelle DQS durch ein Drehstromnetz N und die rotorseiti-ge Drehstromquelle DQR durch einen in Kaskade an das Netz angeschlossenen Zwischenkreis-Umrichter mit maschinenseiti-gem Stromrichter SRM, Zwischenkreis Z und netzseitigem Stromrichter SRN gebildet. Wie durch Pfeile schematisch angedeutet, erfolgt die Taktung der beiden Stromrichter vom Drehstromkreis des Rotors bzw. vom Netz aus. Damit ist der Synchronbetrieb entprechend der Schlupfbeziehung fn = fsT — fRo selbsttätig erfüllt. Für die Änderung der Drehzahl über die Rotorfrequenz ist eine schematisch angedeutete Frequenzsteuereinrichtung SFR vorgesehen, die — wie noch näher gezeigt wird — als Drehzahlregelkreis ausgestaltet sein kann. 5, the stator-side three-phase current source DQS is formed by a three-phase network N and the rotor-side three-phase source DQR is formed by an intermediate circuit converter connected in cascade to the network with machine-side converter SRM, intermediate circuit Z and line-side converter SRN . As indicated schematically by arrows, the two converters are clocked from the three-phase circuit of the rotor or from the network. This means that synchronous operation is automatically fulfilled in accordance with the slip relationship fn = fsT - fRo. A schematically indicated frequency control device SFR is provided for changing the speed via the rotor frequency and, as will be shown in more detail below, can be designed as a speed control loop.

In Fig. 5 sind Zählpfeile für die Netzleistung Pn, die Statorleistung Pi, die Rotorleistung P2 und die mechanische Wellenleistung Pn eingetragen. Bei dieser Vorzeichenübereinkunft hat die Statorleistung jeweils bei einer Drehrichtung, die gleichsinnig zum Statorfeld als positiv gerechnet wird, gleiches Vorzeichen und damit bezüglich der Maschine umgekehrte Richtung in Bezug auf die Wellenleistung. Ferner hat die Rotorleistung bei positivem Vorzeichen der Differenz fsr — fn gleiches Vorzeichen, also bezüglich der Maschine umgekehrte Richtung in Bezug auf die Statorleistung. In FIG. 5, counting arrows for the network power Pn, the stator power Pi, the rotor power P2 and the mechanical shaft power Pn are entered. With this sign convention, the stator power has the same sign with a direction of rotation that is counted as positive in the same direction as the stator field, and thus with respect to the machine in the opposite direction with respect to the shaft power. Furthermore, the rotor power with the positive sign of the difference fsr-fn has the same sign, that is to say the opposite direction with respect to the machine with respect to the stator power.

Damit ergeben sich für die Drehzahlbereiche I und II im Motorbetrieb gemäss Fig. 6a bzw. Fig. 6b die dort durch Richtungspfeile angegebenen Leistungsflussrichtungen innerhalb der graphisch veranschaulichten Leistungsbilanzen. Im Bereich I ergibt sich demgemäss eine von der Maschine abgegebene, also negative Statorleistung Pi, die über das Netz N und den Zwischenkreis-Umrichter SRN, Z, SRM zurück zur Maschine zirkuliert. Ausserdem überträgt der Umrichter innerhalb der von ihm getragenen, der Maschine zufliessenden und daher negativen Rotorleistung P2 einen Leistungsanteil, welcher der This results in the power flow directions indicated by directional arrows within the graphically illustrated power balances for the speed ranges I and II in engine operation according to FIGS. 6a and 6b. In area I there is accordingly a stator power Pi which is emitted by the machine, that is to say circulates back to the machine via the network N and the intermediate circuit converter SRN, Z, SRM. In addition, the converter transmits a power component within the rotor power P2 which it carries and which flows to the machine and is therefore negative

Netzleistung Pn und der Wellenleistung Pn entspricht. Im Beispielsfall mit einem angenommenen Wert fsT — fRo = 2 muss der Umrichter also für die doppelte Wellenleistung dimensioniert sein. Ein solcher Wert wird erfindungsgemäss praktisch nicht erreicht, weil vorher der Übergang zum Bereich II mit Umkehrung des Drehsinnes mittels der Umsteuereinrichtung DUS erfolgt. In diesem Bereich sind die Leistungen Pi und P2 gleichsinnig zur Maschine hin gerichtet, so dass der Stromrichter mit P2 nur einen Bruchteil der Netzleistung Pn und damit der Wellenleistung Pn übertragen muss, während der restliche Teil unmittelbar vom Netz über die Maschine in Wellenleistung umgesetzt wird. Im angenommenen Beispiel mit fsr — fRo = —1 entspricht also die Rotor- und Umrichterleistung nur der halben Netz- und Wellenleistung. Network power Pn and the wave power Pn corresponds. In the example with an assumed value of fsT - fRo = 2, the converter must therefore be dimensioned for twice the shaft power. Such a value is practically not achieved according to the invention because the transition to area II with reversal of the direction of rotation takes place beforehand by means of the reversing device DUS. In this area, the powers Pi and P2 are directed towards the machine in the same direction, so that the converter with P2 only has to transmit a fraction of the network power Pn and thus the shaft power Pn, while the rest is directly converted into wave power by the network via the machine. In the assumed example with fsr - fRo = —1, the rotor and converter power corresponds to only half the line and shaft power.

Die Schaltung nach Fig. 7 stellt eine Weitererbildung der schematisch in Fig. 5 wiedergegebenen Anordnung mit Drehzahlregelung und unterlagerter Stromregelung dar, hier beispielsweise mit dem Umrichterstrom, und zwar speziell dem Zwischenkreisstrom Iz, als Hilfsregelgrösse. Hierfür ist ein Sollwert-Istwertvergleicher SIV1 mit nachgeordnetem Regler Ri sowie einem Steuersatz ZPn für die Erzeugung der Zündimpulse des netzseitigen Stromrichters SRN vorgesehen. Zur netzsynchronen Taktung steht ZPn ferner in Steuerverbindung mit dem Netzanschluss von SRN. Gleiches gilt im übrigen für den Steuersatz ZPm von SRM mit Bezug auf den Rotor-Drehstrom-kreis. The circuit according to FIG. 7 represents a further development of the arrangement shown schematically in FIG. 5 with speed control and subordinate current control, here for example with the converter current, specifically specifically the intermediate circuit current Iz, as an auxiliary control variable. For this purpose, a setpoint-actual value comparator SIV1 with a downstream controller Ri and a headset ZPn are provided for generating the ignition pulses of the line-side converter SRN. For network synchronous clocking, ZPn is also in control connection with the network connection of SRN. The same applies to the SRM ZPm headset with reference to the rotor three-phase circuit.

Der überlagerte Drehzahl-Regelkreis weist einen Sollwert-Istwertvergleicher SIV2 mit nachgeordnetem Umpolschalter Sii für das Stellgrössensignal bzw. die Sollwert-Istwertdifferenz sowie mit nachfolgendem Regler R2 auf, welch letzterer die Füh-rungsgrösse des unterlagerten Stromregelkreises an SIVi liefert. Die Drehfrequenz fn als Regelgrösse bzw. Istwertsignal wird in einer die Schlupfbeziehung realisierenden Messschaltung Mfn erzeugt, die mit fsT und fRo beaufschlagt wird. Ein willkürlich steuerbarer Drehzahl-Sollwertgeber GSn liefert ein positives Betragssignal an SIV2, während eine Drehrichtungsumkehr durch ein willkürliches Richtungssignal r über eine Drehrichtungs-Umschalteinrichtung RU zur Vorzeichenumkehr an Sii eingeleitet wird. Dieses Signal gelangt auch zur Drehsinn-Umsteuerein-richtung DUR von SRM in der Synchronsteuerverbindung zur rotorfrequenten Taktung dieses Stromrichters über ZPm sowie ferner zu einem dem Betriebsart- bzw. Drehzahlbereich-Um-schalter BU nachgeordneten Umpolschalter SI2 zur gleichzeitigen Umkehr beider Drehfelder. Innerhalb von RU ist eine Auslösesperre mit einem Grenzwertschalter Gr und einer Logikschaltung LO vorgesehen, mittels deren ein UmSteuerbefehl bei zu grossen Drehzahlwerten bis zu einer ausreichenden Drehzahlabsenkung auf einen den Stillstand einschliessenden Bereich blockiert wird. Die Umschaltung zwischen den Drehzahlbereichen bzw. Betriebsarten I und II erfolgt mittels BU in Abhängigkeit von fn über die im Schaltungsblock von BU angedeutete Funktion des Umschaltsignals su von fn. The superimposed speed control loop has a setpoint / actual value comparator SIV2 with a downstream polarity reversal switch Sii for the manipulated variable signal or the setpoint / actual value difference, as well as a subsequent controller R2, which supplies the command variable of the lower-level current control loop to SIVi. The rotational frequency fn as a controlled variable or actual value signal is generated in a measuring circuit Mfn which realizes the slip relationship and to which fsT and fRo are applied. An arbitrarily controllable speed setpoint generator GSn supplies a positive magnitude signal to SIV2, while a reversal of the direction of rotation is initiated by an arbitrary direction signal r via a direction of rotation changeover device RU for sign reversal to Sii. This signal also goes to the direction of rotation reversing device DUR from SRM in the synchronous control connection for the rotor-frequency clocking of this converter via ZPm and also to a reversing switch SI2 downstream of the operating mode or speed range switch BU for simultaneous reversal of both rotating fields. A trigger lock is provided within RU with a limit switch Gr and a logic circuit LO, by means of which a reversing command is blocked if the speed values are too high until the speed is reduced sufficiently to a range that includes the standstill. The changeover between the speed ranges or operating modes I and II takes place by means of BU depending on fn via the function of the changeover signal su of fn indicated in the circuit block of BU.

Für den Stromrichter SRM ist ferner ein Ventilschonzeit-Hilfsregelkreis mit einem Sollwert-Istwertvergleicher SIV3 und Regler R3 vorgesehen, dessen Stellgrössensignal st auf ZPm einwirkt. Die Regelgrösse tiS( der Ventilschonzeit wird über eine Messschaltung Mt vom Stromrichter SRM abgeleitet, der Sollwert tsoii von aussen vorgegeben. Wesentlich ist eine über ein Summierglied SU dem Stellgrössensignal st überlagerte oder auch in nicht dargestellter Weise den Sollwert erhöhende Stör-grössenaufschaltung, die hier zu einer bezüglich des Ventilstromes oder einer zugeordneten Grösse gleichsinnigen Veränderung der Schonzeit führt. Vorteilhaft ist vielfach insbesondere eine Abhängigkeit der Schonzeit gleichsinnig zu einer dem Ventilstrom oder einer entsprechenden Grösse zeitlich nachgebend, d.h. differentiell, zugeordneten Grösse. Im Beispiel ist Iz als den Ventilstrom abbildende Grösse verwendet. Es kann aber auch in nicht näher dargestellter Weise mit Hilfe einer ganz ent5 A valve-gentle auxiliary control circuit with a setpoint / actual value comparator SIV3 and controller R3 is also provided for the converter SRM, whose manipulated variable signal st acts on ZPm. The controlled variable tiS (the valve protection time is derived from the converter SRM via a measuring circuit Mt, and the setpoint tsoii is predefined from the outside. What is essential is an interference variable superimposition on the manipulated variable signal st via a summing element SU or also increasing the setpoint in a manner not shown, which here a change in the closed season in the same direction with respect to the valve flow or an assigned variable. In many cases, a dependency of the closed period in the same direction on a variable that is temporally yielding, ie differentially, assigned is advantageous. In the example, Iz is used as the variable representing the valve current However, it can also be done in a manner not shown with the help of a completely

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sprechenden Störgrössenaufschaltung eine gegensinnige Abhängigkeit der Schonzeit von der Ventil-Sperrspannung oder einer zugeordneten Grösse erreicht werden. speaking disturbance variable connection an opposite dependence of the closed season on the valve blocking voltage or an assigned variable can be achieved.

Endlich ist im Beispiel ein Feldschwächungs-Hilfsregelkreis mit einem Sollwert-Istwertvergleicher SIV4 und Regler R4 sowie mit einem richtungsabhängigen Begrenzungsglied Gf vorgesehen. Das Stellgrössensignal sf dieser Regelung wird durch Vergleich einer der Umrichterspannung zugeordneten Regelgrösse Uist mit einem vorgegebenen Grenzwert Ug erzeugt und in Gf in ein modifiziertes Stellgrössensignal SFm umgesetzt, das nur im positiven Bereich von sf wirksam ist. Der Eingriff in die hier zur Feldschwächung unterlagerte Schonzeit- bzw. nun Löschwinkelregelung erfolgt durch Überlagerung von SFm additiv in SIV3 und/oder über eine Dioden-Prioritätsschaltung DP mittels 5 des Summiergliedes SU der Strom-Störgrössenaufschaltung. Finally, in the example, a field weakening auxiliary control loop with a setpoint / actual value comparator SIV4 and controller R4 and with a direction-dependent limiting element Gf is provided. The manipulated variable signal sf of this control is generated by comparing a controlled variable Uist assigned to the converter voltage with a predetermined limit value Ug and converted into Gf into a modified manipulated variable signal SFm which is only effective in the positive range of sf. The intervention in the closed-time or lowering angle control, which is subordinate to the field weakening, takes place by superimposing SFm additively in SIV3 and / or via a diode priority circuit DP by means of 5 of the summing element SU of the current disturbance variable connection.

Diese Hilfsregelkreise ermöglichen in ihrer Kombination, gegebenenfalls für geringere Anforderungen aber auch jeweils für sich in Verbindung mit einer Drehzahlregelung oder -Steuerung einen störungsfreien Betrieb unter den verschiedenen Ein-10 satzbedingungen. In their combination, these auxiliary control loops enable fault-free operation under the various operating conditions, if necessary for lower requirements, but also individually in connection with a speed control or control.

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5 Blätter Zeichnungen 5 sheets of drawings

Claims

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1. Three-phase machine circuit arrangement for the control of operating states with different speeds, in particular for a speed-controlled drive device, with at least one three-phase machine (DM) with a three-phase stator winding (WST) and a three-phase rotor winding (WRO), each with a three-phase source (DQS, DQR ) for the stator and rotor winding, of which three-phase sources at least one (DQR) is a converter (SRM, Z, SRN), which is connected on the one hand to one of the two three-phase windings (WRO) and on the other hand to a three-phase network (N) and which with respect to the phase sequence of its machine-side output currents can be reversed, which inverter can be controlled with regard to its frequency (îro) and with regard to its power consumption or power output, a frequency control device (SFR) being provided on at least one of the three-phase sources (DQR), which on the input side has one of the two three-phase windings ( WRO, WST) in tax connection see tht, characterized in that a speed control loop (DM, Mn, SFR, DUS; DM, Mn, SFR, DQR) is provided with a controlled variable that is dependent on the machine speed (fn) and which has the control output current of the converter (DQR) as the manipulated variable.

2. Three-phase machine circuit arrangement for the control of operating states with different speeds, in particular for a speed-controlled drive device, with at least one three-phase machine (DM) with a three-phase stator winding (WST) and a three-phase rotor winding (WRO), each with a three-phase source (DQS, DQR ) for the stator and rotor winding, of which three-phase sources at least one (DQR) is a converter (SRM, Z, SRN), which is connected on the one hand to one of the two three-phase windings (WRO) and on the other hand to a three-phase network (N) and which with respect to The phase sequence of its machine-side output currents can be reversed, which inverter can be controlled with regard to its frequency (fRo) and with regard to its power consumption or power output, with a frequency control device (SFR) being provided on at least one of the three-phase sources (DQR), which is connected on the input side to one of the two three-phase windings ( WRO, WST) in tax connection see tht, characterized in that a speed control loop (DM, Mn, SFR, DUS; DM, Mn, SFR, DQR) is provided with a controlled variable dependent on the machine speed (f "), which has a control signal for at least one converter (SRM, SRN) of the converter (DQR) as the manipulated variable.

2nd

PATENT CLAIMS

3. induction machine circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the speed control loop (DM, Mn, SFR, DUS; DM, Mn, SFR, DQR) a current control loop (SIVi, Ri, ZPn, DQR) with which the induction machine ( DM) supplying the converter current as a controlled variable.

4, characterized in that the manipulated variable signal (sf ™) is dependent in the same direction on a variable assigned to the converter current feeding the induction machine (DM) or differentially assigned to the intermediate circuit current (Iz) of the converter (DQR).

4. induction machine circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that for the machine-side converter (SRM) of the converter (DQR), a valve protection auxiliary control circuit (SRM, Mt, SIV3, R3, ZPm) with a valve protection time (t, -st) is provided as the control variable and that a controller (R3) of this auxiliary control loop on the input side (SIV3) or output side (SU) has a manipulated variable signal (sFm) of a field weakening auxiliary control loop (UjSt, SIV4, 'R4, Gf, SIV3, R3, ZPm, DQR; Ui5t, SIV4, R4, GF, DP, SU, ZPM, DQR; I2, SU, ZPm, DQR) is supplied.

5. induction machine circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the manipulated variable signal (SFm) in the same direction depends on the inverter current feeding the induction machine (DM) or on the intermediate circuit current (I2) of the inverter (DQR).

6. induction machine circuit arrangement according to claim

7. induction machine circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the manipulated variable signal (SFm) in the opposite direction is dependent on a valve blocking voltage (UiSt) of the converter (DQR).

8. induction machine circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the valve blocking voltage (UjSt) of the converter (DQR) in a direction-dependent limiting element (Gf) of the field weakening auxiliary control loop (UiSt, SIV4, R4, Gf, SIV3, R3s ZPm, DQR; Uact, SiV4, R4, GF, DP, SU, ZPm, DQR) is limited to values below a predetermined limit value (Ug).

9. induction machine circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, with a direction of rotation switching device (RU) for the three-phase sources (DQR, DQS) of both three-phase windings (WRO, WSD), characterized in that the direction of rotation switching device (RU) has a trigger lock (Gr, LO), which only enables the changeover triggering in a speed range that includes standstill.