DE1806768A1

DE1806768A1 - Statischer Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis zur Drehzahlsteuerung eines Drehstrommotors

Info

Publication number: DE1806768A1
Application number: DE19681806768
Authority: DE
Inventors: Blaschke Dipl-Ing Felix; Rippberger Dipl-Ing Herbert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-09-02
Filing date: 1968-11-02
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1806768B2; SE361571B; GB1279277A; NL6912386A; US3612971A; CH499235A; FR2017208A1; ES371105A1; JPS4822246B1; AT292135B

Description

Statischer Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis zur Drehzahlsteuerung eines Drehstrommotors

(Es wird die Priorität der Schweizer Anmeldung Mr.13151/68 vom 2.September 1968 beansprucht) .

Die vorliegende Erfindung betrifft einen statischen umrichter mit von einem steuerbaren Stromrichter gespeisten, mindestens eine G-lättungsdrossel enthaltenden Gleichstromzwischenkreis, zur Drehzahlsteuerung eines Drehstrommotors, dessen Ständerwicklungen ein eingeprägter Strom vorgegeben ist. Ein derartiger Umrichterantrieb ist bereits vorgeschlagen worden und weist den Vorteil auf, daß bei Lastwechsel des in seiner Drehzahl gesteuerten Motors, d.h. bei dessen Übergang von motorischem in generatorischen Betrieb keine besonderen Eückarbeitsdioden zur Rüokspeisung in das Netz erforderlich werden, sondern lediglich der netzseitige Stromrichter vom Gleich- in den Wechselrichterbetrieb zu steuern ist.

Es ist die Aufgabe vorliegender Erfindung, auf eine besonders einfache und schnell wirksame Weise die Stromeinprägung für die Ständerwicklungen des drehzahlgesteuerten Motors zu erzielen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spannung an dem dem netzseitigen Stromrichter zugeordneten Ende der Glättungsdrossel der an ihrem anderen Ende auftretenden Spannung nachgeführt ist. Grundgedanke der Erfindung ist es also, dafür zu sorgen, daß unabhängig von den Rückwirkungen des der Glättungsdrossel nachgeordneten maschinenseitigen Stromrichters stets dafür gesorgt wird, daß die Spannungsdifferenz an der Drossel praktisch bis auf den durch ihren Wicklungswiderstand bedingten Spannungsabfall verschwindet. Durch diese Entkopplung des der Glättungsdrossel nachgeschalteten otromkreisteiles täcommt diese den Charakter eines rückwirkungsfrei arbeitenden Glättungsgliedes, bzw. bei vernachläasigbarem V/icklungswiderstand derselben, eines rückwirkungs-

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frei arbeitenden Integrators. Das Kennzeichen derartiger rückwirkungsfrei arbeitender Glieder ist, daß ihr Strom ausschließlich von ihren Eingangsparametern bestimmt, d.h. "eingeprägt" werden kann. Die Nachführung der Drosseleingangsspannung auf den Wert ihrer Ausgangsspannung kann in einer Ausgestaltung der Erfindung in besonders einfacher V/eise dadurch erfolgen, daß die Drosselausgangsspannung zusätzlich der den Steuerwinkel des Stromrichters bestimmenden Steuerspannung aufgeschaltet ist. Hierzu kann es sich gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung als vorteilhaft erweisen, einen Funktionsgeber vorzusehen, der dem Steuersatz des Stromrichters vorgeordnet ist zur Linearisierung der Abhängigkeit des arithmetischen- Mittelwertes seine Ausgangsspannung von der Steuerspannung. Damit kann praktisch über den gesamten Aussteuerbereich des Stromrichters Übereinstimmung zwischen den an beiden Drosselenden auftretenden Spannung erzielt werden.

Als Funktionsgeber eignen sich zum Zwecke der Erfindung an. sich bekannte elektronische Verstärker, bei welchen im Eingangs- und/oder Rückkopplungskreis vorgespannte Schwellwertdioden vorgesehen sind.

Pur sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der zeitlichen Konstanz der Stromeinprägung bei unveränderter Steuerspannung werden bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die beiden Spannungen an den Enden der Drossel subtraktiv dem Eingangskreis eines den Steuersatz beaufschlagenden Reglers zugeführt. Es ist zweckmäßig, wenn dabei dieser Regler ein integrales Verhalten aufweist.

Die Erfindung samt ihren weiteren Ausgestaltungen soll im folgenden anhand der Figuren näher veranschaulicht werden.

In Fig. 1 ist ein Umrichterantrieb für einen Drehstrommotor dargestellt, der in Verbindung mit der Erfindung sowohl ein Drehstromasynchron- als auch ein Drehstromsynchronmotor sein kann. An die Phasen R, S, T eines Drehstromnetzes ist ein

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steuerbarer Stromrichter 2 in Dr ehstromb rückenschal tung angeschlossen. Im Gleichstromzwischenkreis ist zur Glättung bzw. Siebung ein T-Glied angeordnet, welches aus zwei Glättungsdrosseln 3 und 4 sowie dem Glättungskondensator C "besteht. Vom Grleichstromzwischenkreis wird ein selbstgeführter Stromrichter gespeist, welcher gesteuerte Hauptventile 6 in Drehstrombrückenschaltung sowie diesen über Kommutierungskondensatoren 7 parallel angeordnete gesteuerte Kommutierungsventile 8 enthält. Die Kondensatoren 7 können über die Ventile 6 und 8 durch eine entsprechende Steuerung derselben mit den ihnen zugeordneten Phasenwioklungen des Motors 1 zu Schwingkreisen zusammengeschaltet werden zur Erzeugung der für die Löschung der Hauptventile 6 erforderlichen Kommutierungsspannungen, welche als Ladespannungen an den Kondensatoren 7 .bereitgestellt werden.

Zur Stromvorgabe für den maschinenseitigen Stromrichter 5 ist ein Stromregler 9 vorgesehen, dem als Sollwert eine Größe I₂ ⁺ und als Istwert der mittels eines Gleichstromwandlers 10 erfaßte Eingangsstrom Ip des Stromrichters 5 zugeführt ist. Die mit E bezeichnete Ausgangsgröße des Stromreglers 9 bestimmt den Steuerwinkel α des netzseitigen Stromrichters 2, dessen Steuerelektroden an die Ausgänge eines Steuersatzes 11 angeschlossen sind.

Zur schnellen Elimination der durch etwaige Änderungen der Gegenspannung des maschinenseitigen Stromrichters 5 bzv/. der Spannung U₂ am Glättungskondensator hervorgerufenen Rückwirkungen auf den Strom I₁ der Glättungsdrossel und damit auch auf den Motorstrom I₂ ist der Steuerspannung E über einen Summierverstärker 12 die Spannung U₂ am Glättungskondensator, d.h. die an dem den netzseitigen Gleichrichter 2 abgewandten Ende der Glättungsdrossel 3 anstehende Spannung aufgeschaltet. Durch die mitkoppelnde Wirkung der Spannung U ist der Strom I durch die Glättungsdrossel '5 eingeprägt, da er lediglich von der Steuerspannung E, nicht aber von irgendwelchen Veränderungen der Gegenspannung U₂ abhängt. Denn bei unverändertem Wert der Steuerspannung S wird jede Änderung der Gegenspannung U₂ eine ent-

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sprechend gleich große Änderung der Eingangsspannung U₁ der _t Drossel 3 hervorrufen.

Kr geringe Aussteuerbereiche der Ausgangsspannung des netzseitigen Stromrichters 2 besteht zwischen dem Steuerwinkel α und ihrem arithmetischen Mittelwert ein annähernd linearer Zusammenhang, so daß es genügen kann, den Ausgang des Summierverstärkers 12 direkt auf den Steuersatz 11 wirken zu lassen. Wird dagegen ein größerer Aussteuerbereich in Betracht gezogen, so muß der dann nicht mehr lineare Zusammenhang zwischen dem Steuerwinkel α und dem arithmetischen Mittelwert der Stromrichte raus gangsspannung U.. berücksichtigt werden. Dies erfolgt beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mittels des Funktionsgebers 13» welcher als sogenannter Entzerrer wirkt und dessen nachzubildende Funktion sich anhand folgender Überlegungen ergibtί

Besteht beim Steuersatz 11 die in seinem Blocksymbol dargestellte Abhängigkeit zwischen seiner Eingangsspannung U und einer dem Steuerwinkel α proportionalen Spannung α· = ^ - TJVk₁, gilt andererseits die Beziehung für den arithmetischen Mittelwert der Stromrichterausgangsspannung TJ₁ = tf . cos α, wobei K₁ und Kp Konstanten sind, dann wird zum Zwecke der Linearisierung dem Steuersatz 1 Γ ein Funktionsgeber vorgeordnet, bei dem zwischen seiner Eingangsgröße £ und seiner Ausgangsgröße TJ die allgemeine Beziehung besteht:

U = K₁ . arc sin £. Kp.

Bei hinreichend genauer Nachbildung dieser Funktion ist dann im gesamten Aussteuerbereich des netzseitigen Stromrichters 2 die Eingangsgröße £ des Funktionsgebers 13 gleich dem arithmetischen Mittelwert der Ausgangsspannung des netzseitigen Stromrichters 2.

In Fig. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt.

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Die... Spanniing Ug am Glättungskondensator C und die über . ein" besonderes Glättungsglied 14 geführte Ausgangs!Spannung IL des netzseitigen Stromrioliters 2 werden subtraktiv dem Eingangskreis eines den Steuersatz 11 beaufschlagenden PI-Reglers 15 zugeführt. Der Funktionsgenerator 13 ist hierbei entbehrlich* seineAufgabe wird vom Hegler 15 mitüber-

■ hommen, welcher im übrigen dafür sorgt, daß analog wie bei der Einrichtung nach Fig. 1- die Ausgangs spannung des netz-

-''Seitigen- Stromrichters 2-dem Wert der am Glättungskondensator ö auftretenden Spannung U₂ im Sinne einer Regelung nachgeführt wird. Die Anordnung, bestehend aus den Elemen- ä ten 11, 14 und 15 kann für sich gewissermaßen als ein linearer· Steuersatz angesehen werden, bei dem mittels einer Regelung eine strenge Proportionalität zwischen der Steuerspannung E und dem Mittelwert der gleichgerichteten Spannung IL erzwungen wird und zwar völlig unabhängig von ITetzspannungsänderungen, welche die Betriebsspannung der Glieder 11 und 15 sowie die Aus gangs spannung des netzseiti— gen Stromrichters 2 beeinflussen.

Fig. 3 zeigt eine gerätetechnische Realisierungsmöglichkeit für den in Fig. T dargestellten Funktionsgenerator 13 in Form eines einem gegengekoppelten elektronischen Verstärkers 16, in dessen Eingangskreis eine Anzahl von vorgespannten ύ Schwellwertdioden in Reihe mit abgestuften Eingangswiderständen parallel angeordnet ist, wobei eine Gruppe von Dioden kathodenseitig an die Abgriffe eines mit einer positiven Gleichspannung + IT gespeisten Potentiometers 17 und. eine zweite Gruppe von Dioden anodenseitig an die Abgriffe eines von einer negativen Gleichspannung - U gespeisten Potentiometers 18 angeschlossen sind. Bewegt .sich das Potehtial des Punktes 20 von Foil- oder Massepotential ausgehend in positiver Richtung, dann werden nacheinander die dem Potentiometer 18 zugeordneten Schwellwertdioden durchlässig und liefe.rn dem feratarker 16 über die^mit ihnen.in Reihe .; geschalteten Eingangswiderstände zusätzliche Eingangsströme.

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Entsprechendes gilt für die dem Potentiometer Sehwellwertdiödeh* wenn sieh das Potenzial, des Piink#es._2ß, in negativer Richtung bewegt. Wird der bisitec besejqrielaeneri Anordnung noch,.ein IJmfcehrverstärker .21 ^üggordiiet* .dann ,ergibt sich zwischen der seinem Eingang zjigeführten Güecfße £, und der am Ausgang des TerstärJcers 1.6 atinehmba^en äpannttng V die in.Pig. 4 dargestellte Charakteristik:. Die JCnie|Epjmfcte dieser Kennlinie sind durch .die Abgriff e_; der Potejitiometer 17 und 18 einstellbar, während sich die zugeordnete Steigung der · Kennlinie an diesen Knickpunkten aus dem Quotienten van öegenkopplungswiderstand Rg und dem Parallelwiderstand sämtlicher jeweils stromdurehflossener Eingangswiderstände ergibt. Durch eine entsprechend große Anzahl .der vorgespannten -Schwellwertdiod'en läßt sich auf diese W.eise eine, beliebige Annäherung der sich ergebenden Knickkennlinie-an die-'gewünschte Funktion erzielen. Es ist selbstverständlich auch möglich, in analoger Weise die vorgespannten Schweliwertdioderi im Gregenkopplungskreis des Verstärkers 16 anzuordnen, ohne etv/as' an der prinzipiellen Wirkungsweise' des Punktionsgebers zu ändern/

Bs ist abschließend noch hervorzuheben, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen Spannungsnachführung für die Bemessung der Drossel nur eine hinreichende Grlättung der durch die'Anschnitts- -spannUngen des" netzseitigen Stromrichters erzeugten Strom-, oberweilen maßgebend ist, während sonst auch die vom maschinenseitigen Stromrichter erzeugten Stromoberwellen berücksichtigt und die Drossel, demzufolge wesentlich größer ausgelegt werden müßte.. -· ■: ... .--.,·.'■ ■,: , . _-■ -■... r.. .. "_ ...-■: .-.. ■ .--,-■·/ .

7 Patentansprüche
4 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Statische^;..Umrichter mit von einem steuerbaren Stromrichter gespeisten, mindestens eine Glättungsdrossel enthaltenden Gleichstromzwischenkreis, zur Drehzahlsteuerung eines Drehstrommotors, dessen Ständerwicklungen ein eingeprägter Strom vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung an dem dem netzseitigen Stromrichter (2) zugeordneten Ende der GlättungsdrQssel (3) der an ihrem anderen Ende auftretenden Spannung nachgeführt ist.

2. Umrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die am anderen Drosselende auftretende Spannung (U₂) zusätzlich der den Steuerwinkel (tr) des Stromrichters (2) bestimmenden Steuerspannung (E) aufgeschaltet ist.

3. Umrichter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Funktionsgeber (13), der dem Steuersatz des Stromrichters vorgeordnet ist zur Linearisierung der Abhängigkeit, des arithmetischen Mittelwertes seiner Ausgangsspannüng (U₁) von der Steuerspannung (R).—

4. Umrichter nach Anspruch 3* gekennzeichnet durch einen mit vorgespannten Schwellwertdioden im Eingangs- und/oder Gegenkopplungskreis versehenen elektronischen Verstärker (16) als Punktionsgeber.

5. Umrichter nach' Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungen an den Enden der Drossel (3) subtraktiv dem Eingangskreis eines den Steuersatz (1·) beaufschlagenden Reglers (15) zugeführt sind.

6. Umrichter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, da3 der den Steuersatz (11) beaufschlagende Hegler (15) ein integrales Verhalten aufweist.

7. Umrichter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den Steuersatz des Stromrichters (2) beeinflussenden Hegler (9) für den Motorstrom. 009813/1051

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