Anordnung zur Drehzahlregelung eines stromrichtergespeisten Gleichstrommotors
Zur Regelung von stromrichtergespeisten Gleichstrommotoren sind verschiedene Verfahren
bekannt, bei welchen in Abhängigkeit von verschiedenen Größen die Feldgrößen, also
insbesondere der Erregerstrom, so geregelt und eingestellt werden, daß der gewünschte
Effekt, beispielsweise die Konstanthaltung der Leistung oder der Drehzahl, eintritt.
Diese bekannten Methoden haben den Nachteil, daß Instabilitäten bzw. Pendelungserscheinungen
nur schwer oder gar nicht unterdrückt werden können. Die Ursache für derlei Instabilitäten
ist in der verhältnismäßig großen Zeitkonstante des Erregerstromkreises zu suchen.
Man kann die Ausregelung von Abweichungen bzw. von Schwankungen vorgegebener Betriebsgrößen
dann stabil vornehmen, wenn für die Regelvorgänge relativ nur wenig Zeit in Anspruch
genommen wird. Bei der Feldregelung stromrichtergespeister Gleichstrommotoren kann,
auch bei vergleichsweise ho-hem Aufwand, die Zeit für die Änderung der Feldgrößen
nicht beliebig weit heruntergedrückt werden, weil die Induktivität des Erregerstromkreises
nicht beliebig weit herabsetzbar ist und die Zeitkonstante des Erregerstromkreises
im allgemeinen so groß ist, daß die bereits erwähnten Pendelungserscheinungen beim
Regelvorgang kaum vermeidbar sind.Arrangement for speed control of a converter-fed direct current motor
There are various methods for regulating DC motors fed by converters
known in which, depending on different sizes, the field sizes, so
in particular the excitation current can be regulated and adjusted so that the desired
Effect, for example keeping the power or the speed constant, occurs.
These known methods have the disadvantage that instabilities or oscillation phenomena
can only be suppressed with difficulty or not at all. The cause of such instabilities
is to be looked for in the relatively large time constant of the excitation circuit.
It is possible to compensate for deviations or fluctuations in given operating parameters
then make stable when the control processes take relatively little time
is taken. In the field control of converter-fed DC motors,
even with a comparatively high effort, the time for changing the field sizes
not be pushed down arbitrarily, because the inductance of the excitation circuit
cannot be reduced to any desired extent and the time constant of the excitation circuit
is generally so great that the already mentioned oscillation phenomena at the
Control process are hardly avoidable.
Die geschilderten Nachteile lassen sich aber dadurch vermeiden, daß
Regelvorgänge zuerst im wesentlichen nur den Ankerstromkreis beeinflussen und Änderungen
der Feldgrößen erst durch den Eingriff im Ankerstromkreis ausgelöst werden. Der
Vorteil dieses der Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens ist offenkundig. Die
Zeitkonstante des Ankerstromkreises ist klein, verglichen mit der Zeitkonstante
des Erregerstromkreises. Wird also die Regelung zuerst praktisch nur im Ankerstromkreis
vorgenommen, so kann sie auch ohne besonderen Aufwand so rasch ablaufen, daß Pendelungserscheinungen
oder Instabilitäten nicht auftreten. Unmittelbar im Anschluß an die Regelung im
Ankerstromkreis können die Feldgrößen so geregelt werden, daß am Ende eines Regelvorganges
die Ausgangsspannung des Ankerstromrichters auf etwa ihren Wert vor Beginn des Regelvorganges
zurückgeführt wird.The disadvantages outlined can be avoided in that
Control processes initially only affect the armature circuit and make changes
of the field variables are only triggered by intervention in the armature circuit. Of the
The advantage of this method on which the invention is based is obvious. the
The time constant of the armature circuit is small compared to the time constant
of the excitation circuit. So the regulation is initially only practically in the armature circuit
made, it can run so quickly without any special effort that pendulum phenomena
or instabilities do not occur. Immediately following the regulation in
Armature circuit, the field sizes can be controlled so that at the end of a control process
the output voltage of the armature converter to approximately its value before the start of the control process
is returned.
An Hand des Diagramms in Fig. 1 sei dieses Regelverfahren erläutert.
In dem Diagramm sind auf der positiven Abszissenachse die Ankerstromstärke IA, auf
der, negativen Abszissenachse die Drehzahl n, auf der Ordinatenachse die induzierte
Spannung E bzw. die Ankerklemmenspannung U sowie das Drehmoment Md aufgetragen.
Für Gleichstrommotoren gelten die bekannten Gleichungen U = E -f- IA
- RA, (1)
Md = K1 0 IA, E = K2 O n.
(3)
Es bedeutet: E induzierte Spannung, IA Ankerstrom, K1 Konstante, K2 Konstante,
Md Drehmoment, n Drehzahl, Fluß, RA Ankerwiderstand, U Ankerklemmenspannung. In
dem Diagramm der Fig. 1 sind die Kennlinien 1. 2, 3 für ein bestimmtes Erregerfeld
$ eingetragen. Es herrscht zunächst ein bestimmter Betriebszustand, der durch die
Größen Md i, IA i, Ui, Ei und n1 gekennzeichnet ist. Es wird nun das Regelverfahren
betrachtet unter, der Voraussetzung, daß die Drehzahl konstant gehalten werden soll
und daß das Drehmoment des Gleichstrommotors plötzlich von außen von Mdi auf Md2
erhöht wird. In diesem Falle bleibt die Erregung der Gleichstrommaschine zuerst
konstant. Die Erhöhung des Drehmomentes auf den Wert Md, hat also, wie auf der Charakteristik
2 abzulesen ist, eine Erhöhung des Ankerstromes auf den Wert IA3 zur Folge. Dieser
Strom kann bei gleichbleibender Drehzahl ein dann fließen, wenn die Ankerklemmenspannung
des Gleichstrommotors vom Wert U, auf den Wert U3 erhöht wird. Im Anschluß an die
Regelung im Ankerstromkreis tritt nun verhältnismäßig langsam die Rückführung der
Ausgangsspannung des Ankerstromrichters auf ihren ursprünglichen Wert Ui und gleichzeitig
die Änderung, in diesem speziellen Falle die Herabsetzung des Erregerstromes, ein.
Am
Ende des Regelvorganges ist der Erregerstrom auf einen Wert herabgesetzt,
zu dem die Kennlinien 2' und 3' gehören. Dann wird sich, dem Drehmoment 111d2 entsprechend,
eine Ankerstromstärke 1A2 einstellen, welche bei einer Ankerklemmenspannung U1 einer
induzierten Spannung E2 entspricht und diese wieder gemäß Kennlinie 3' einer Drehzahl
ial.This control method is explained with the aid of the diagram in FIG. In the diagram, the armature current IA is plotted on the positive abscissa axis, the speed n is plotted on the negative abscissa axis, and the induced voltage E or the armature terminal voltage U and the torque Md are plotted on the ordinate axis. For DC motors, the well-known equations U = E -f- IA - RA, (1) Md = K1 0 IA, E = K2 O n. (3) It means: E induced voltage, IA armature current, K1 constant, K2 constant, Md torque, n speed, flux, RA armature resistance, U armature terminal voltage. In the diagram of FIG. 1, the characteristic curves 1, 2, 3 are entered for a specific exciter field $. There is initially a certain operating state, which is characterized by the variables Md i, IA i, Ui, Ei and n1. The control method is now considered under the prerequisite that the speed is to be kept constant and that the torque of the direct current motor is suddenly increased from the outside from Mdi to Md2. In this case, the excitation of the DC machine remains constant at first. As can be seen from characteristic 2, increasing the torque to the value Md results in an increase in the armature current to the value IA3. This current can flow in at the same speed if the armature terminal voltage of the DC motor is increased from the value U to the value U3. Following the regulation in the armature circuit, the return of the output voltage of the armature converter to its original value Ui and at the same time the change, in this special case the reduction of the excitation current, occurs relatively slowly. At the end of the control process, the excitation current is reduced to a value to which the characteristics 2 'and 3' belong. Then, in accordance with the torque 111d2, an armature current strength 1A2 will be set which, given an armature terminal voltage U1, corresponds to an induced voltage E2 and this again corresponds to a speed ial according to characteristic curve 3 '.
Bei bekannten Anordnungen zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors,
bei denen der Gleichstrommotor im Anker- und Erregerstromkreis über getrennt gittergesteuerte
Stromrichter gespeist wird, wobei die Speisung im Ankerstromkreis mit konstantem
Strom erfolgt, hat man, um die Feldregelung weniger träge zu gestalten, vorübergehend
eine wesentlich erhöhte Erregerspannung an die Erregerwicklung gelegt. Dies erfordert
jedoch einen wesentlich größer bemessenen Erregerstromrichter, und dazugehörigen
Transformator. als sonst erforderlich. Um diesen Aufwand nicht zu groß werden zu
lassen, hat man dabei eine Begrenzung des Erregerstromes in Abhängigkeit von der
Drehzahl des Motors vorgesehen. Trotzdem ist der Aufwand noch unerwünscht groß.In known arrangements for regulating the speed of a DC motor,
in which the DC motor in the armature and excitation circuit is via separately grid-controlled
Converter is fed, the feed in the armature circuit with constant
If there is electricity, you have to temporarily make the field control less sluggish
a significantly increased excitation voltage is applied to the excitation winding. This requires
however, a much larger field converter and associated
Transformer. than otherwise required. In order not to make this effort too great
let, you have a limitation of the excitation current depending on the
Engine speed provided. Nevertheless, the effort is still undesirably great.
Die Anordnung gemäß der. Erfindung vermeidet diese Nachteile. Sie
gewährleistet eine einwandfreie Regelung, ohne daß es erforderlich ist, in der bekannten
Weise eine vorübergehend wesentlich erhöhte Erregerspannung vorzusehen. Dies wird
dadurch ermöglicht, daß bei einer Anordnung zur Drehzahlregelung eines im Anker-
und Erregerstromkreis über getrennt gesteuerte Stromrichter gespeisten Gleichstrommotors
erfindungsgemäß der Ankerstromrichter in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und
der Erregerstromrichter in Abhängigkeit von der Ankerspannung gesteuert wird. Dabei
ergibt es sich ohne weiteres in einfacher Weise, daß bei Beginn des Regelvorganges,
wenn die Feldregelung infolge der ihr eigenen Zeitkonstante verzögert einsetzt,
die Regelung zuerst im Ankerstromkreis wirksam wird. Der unwirtschaftliche Aufwand
bekannter, eine beschleunigte Feldregelung bewirkender Anordnungen ist dabei vermieden.The arrangement according to the. Invention avoids these disadvantages. she
ensures perfect regulation without it being necessary in the known
Way to provide a temporarily significantly increased excitation voltage. this will
thereby made possible that, in an arrangement for speed control, one in the armature
and excitation circuit via separately controlled power converters fed DC motor
according to the invention the armature converter as a function of the engine speed and
the excitation converter is controlled depending on the armature voltage. Included
it follows easily in a simple manner that at the beginning of the control process,
if the field control starts with a delay due to its own time constant,
the regulation first becomes effective in the armature circuit. The wasteful effort
known arrangements effecting accelerated field control are avoided.
Die Zeichnung zeigt in Fig.2 ein Ausführungsbeispiel für eine Anordnung
nach der Erfindung. Der Anker 4 des Gleichstrommotors wird von einem Ankerstromrichter
5, die Erregerwicklung 6 von einem Erregerstromrichter 7 gespeist. Mechanisch fest
gekuppelt mit dem Anker 4 ist ein Spannungsgeberdynamo 8, dessen Spannung drehzahlproportional
ist und als Regelgröße für die Steuerung der Ausgangsspannung des Ankerstromrichters
5 dient. die Spannung des Spannungsgeberdynamos 8 stellt die Istgröße dar, welcher
die einstellbare oder regelbare Gleichspannungsquelle 9 als Sollspannung gegenübersteht.
Der. Ankerstromrichter 5 liefert so lange eine konstante Spannung, wie die Spannungen
der Schaltungselemente 8 und 9 sich gegenseitig aufheben. t`Tberwiegt die Soll-
oder Istspannung, so wird die Ausgangsspannung des Ankerstromrichters 5 gehoben
oder gesenkt. Die Steuerung des Erregerstromrichters 7 geschieht durch Vergleich
der Ankerklemmenspannung als Istspannung mit einer Sollspannung, welche z. B. von
einer regelbaren bzw. einstellbaren Gleichspannungsquelle 10 abgegriffen werden
kann. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, die Sollspannung im Steuerstromkreis
des Erregerstromrichters in einem festen Verhältnis zu der die Stromrichter speisenden
Netzspannung zu halten. Dies läßt sich leicht dadurch verwirklichen, daß als Sollspannung
an Stelle der vorbeschriebenen Gleichspannungsquelle 10 ein von der Netzspannung
gespeister Gleichrichtersatz 11 in Verbindung mit einem Widerstand 12 verwendet
wird.The drawing shows an exemplary embodiment for an arrangement in FIG
according to the invention. The armature 4 of the DC motor is controlled by an armature converter
5, the excitation winding 6 is fed by an excitation converter 7. Mechanically firm
coupled to the armature 4 is a voltage generator dynamo 8, the voltage of which is proportional to the speed
and as a control variable for controlling the output voltage of the armature converter
5 serves. the voltage of the voltage generator dynamo 8 represents the actual value, which
the adjustable or controllable DC voltage source 9 is opposite as the setpoint voltage.
Of the. Armature converter 5 supplies a constant voltage as long as the voltages
of the circuit elements 8 and 9 cancel each other out. t`T predominates the target
or actual voltage, the output voltage of the armature converter 5 is increased
or lowered. The excitation converter 7 is controlled by comparison
the anchor terminal voltage as the actual voltage with a nominal voltage, which z. B. from
a controllable or adjustable DC voltage source 10 can be tapped
can. However, it is particularly advantageous to use the setpoint voltage in the control circuit
of the field converter in a fixed ratio to that of the converter
Maintain mains voltage. This can easily be achieved in that as a target voltage
Instead of the above-described DC voltage source 10, one of the mains voltage
powered rectifier set 11 used in conjunction with a resistor 12
will.
Eine besonders genaue Regelung wird ermöglicht durch Einfügung einer
dem Ankerstrom proportionalen Kompensationsspannung mit Hilfe an sich bekannter
Schaltanordnungen in den Steuerstromkreis des Erregerstromrichters, um den Spannungsabfall
des Motors ganz oder teilweise berücksichtigen zu können. In Fig. 2 ist eine derartige
Kompensationsschaltanordnung schematisch als Rechteck 13 eingezeichnet.A particularly precise regulation is made possible by inserting a
the armature current proportional compensation voltage with the help of known
Switching arrangements in the control circuit of the field converter to control the voltage drop
of the engine can be taken into account in whole or in part. In Fig. 2 is such a
Compensation switching arrangement is shown schematically as a rectangle 13.