DE1806768C - Verfahren und Anordnung zur Drehzahlsteuerung einer über Umrichter gespeisten Drehstrommaschine - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Drehzahlsteuerung einer über Umrichter gespeisten DrehstrommaschineInfo
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Description
1 2
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Für sehr hohe Anforderungen hinsichtlich der
Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer durch Konstanz der Stromeinprägung, insbesondere auch
Konstanthaltung des Zwischenkreisstromes mit ein- bei Netzspannungsschwankungen, wird bei einer
geprägtem ' Ständerstrom betriebenen Drehstrom- weiteren Ausgestaltung der Anordnung zur Durchmaschine
über einen Umrichter, bestehend aus einem 5 führung des erfindungsgemäßen Verfahrens dem
netzseitigen, steuerbaren Stromrichter und einem Steuersatz des netzseitigen Stromrichters ein Regler
von einem mindestens eine Glättungsdrossel enthal- vorgeordnet, dem zusätzlich noch die am netzseitigen
tenen Gleichstromzwischenkreis gespeisten maschinen- Drosselende auftretende Spannung im gegenkoppelnseitigen
Stromrichter. den Sinn zugeführt ist. Zur Erzielung einer höheren
Gemäß der britischen Patentschrift 1106 583 ist io Genauigkeit sollte dieser Regler ein integrales Veres
bekannt, derartige zwischenkreisstromgeregelte halten aufweisen.
Umrichter, bei welchen im Gegensatz zu den ent- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im
sprechend den Seiten 165 bis 171 der deutschen folgenden an Hand der Figuren erläutert. Es zeigen
Zeitschrift »AEG-Mitteilungen«, 54, 1964, bekannten F i g. 1 und 2 zwei Varianten für einen drehzahl-
zwischenkreisspannungsgeregelten Umrichtern bei einer 15 steuerbaren Umrichterantrieb, während
Energierichtungsumkehr keine sogenannten Rück- F i g. 3 und 4 den Schaltungsaufbau sowie die
Energierichtungsumkehr keine sogenannten Rück- F i g. 3 und 4 den Schaltungsaufbau sowie die
arbeitsdioden erforderlich sind, zur Drehzahlsteue- Kennlinie eines linearisierenden Funktionsgenerators
rung von Drehstrommaschinen einzusetzen. darstellen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, In F i g. 1 ist ein Umrichterantrieb mit einem
ein Verfahren zur Konstanthaltung des Zwischen- ao Drehstrommotor 1 dargestellt, der sowohl ein Drehkreisstromes
anzugeben, mit dem den lastbedingten stromasynchron- als auch ein Drehstromsynchron-Störungen
schnell entgegengewirkt wird. motor sein kann. An die Phasen R, S, T eines Dreh-
Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der ein- Stromnetzes ist ein steuerbarer Stromrichter 2 in
gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Span- Drehstrombrückenschaltung angeschlossen. Im Gleichnung
an dem dem netzseitigen Stromrichter züge- 35 stromzwischenkreis ist zur Glättung bzw. Siebung
ordneten Ende der Glättungsdrossel der an ihrem ein T-Glied angeordnet, welches aus zwei Glättungsanderen
Ende auftretenden Spannung nachgeführt ist. drosseln 3 und 4 sowie dem Glättungskondensator C
Grundgedanke der Erfindung ist es also, dafür besteht. Vom Gleichstromzwischenkreis wird ein
zu sorgen, daß unabhängig von den Rückwirkungen Stromrichter 5 gespeist, welcher gesteuerte Hauptdes
der Glättungsdrossel nachgeordneten maschinen- 30 ventile 6 in-Drehstrombrückenschaltung sowie diesen
seitigen Stromrichters stets die Spannungsdifferenz über Kommutierungskondensatoren 7 parallel anan
der Drossel praktisch bis auf den durch ihren geordnete gesteuerte Kommutierungsventile 8 ent-Wicklungswiderstand
bedingten Spannungsabfall ver- . hält. Die Kondensatoren 7 können über die Ventile 6
schwindet. Durch diese Entkopplung des der Glättungs- und 8 durch eine entsprechende Steuerung derselben
drossel nachgeschalteten Stromkreisteiles bekommt 35 mit den ihnen zugeordneten Phasenwicklungen des
diese den Charakter eines rückwirkungsfrei arbeiten- Motors 1 zu Schwingkreisen zusammengeschaltet
den Glättungsgliedes, bzw. bei vernachlässigbarem werden zur Erzeugung der für die Löschung der
Wicklungswiderstand derselben eines rückwirkungs- Hauptventile 6 erforderlichen Kommutierungsspanfrei
arbeitenden iniegraiuib. Das Besondere derartiger nungen, welche als Ladespannungen an den Konrückwirkungsfrei
arbeitender Glieder ist, daß ihr 40 densatoren7 bereitgestellt werden.
Strom ausschließlich von ihren Eingangsparametern Zur Stromvorgabe für den maschinenseitigen Strombestimmt, d. h. »eingeprägt« werden kann. Damit richter 5 ist ein Zwischenkreisstromregler 9 vorgesesind auch die lastbedingten Störungen schnell elimi- hen, dem als Sollwert eine Größe /a+ und als Istwert niert. Außerdem ergibt sich noch der Vorteil, daß der mittels eines Gleichstromwandlers 10 erfaßte für die Bemessung der Drossel nur eine hinreichende 45 Eingangsstrom /a des Stromrichters 5 zugeführt ist. Glättung der durch die Anschnittsspannungen des , Die mit E bezeichnete Ausgangsgröße des Zwischennetzseitigen Stromrichters erzeugten Stromoberwellen Stromreglers 9 bestimmt den Steuerwinkel « des netzmaßgebend ist, während sonst auch die vom maschi- seitigen Stromrichters 2, dessen Steuerelektroden an nenseitigen Stromrichter erzeugten Stromoberwellen die Ausgänge eines Steuersatzes 11 angeschlossen sind, berücksichtigt und die Drossel demzufolge wesentlich so Zur schnellen Elimination der durch etwaige Ändegrößer ausgelegt werden müßte. rungen der Gegenspannung des maschinenseitigen
Strom ausschließlich von ihren Eingangsparametern Zur Stromvorgabe für den maschinenseitigen Strombestimmt, d. h. »eingeprägt« werden kann. Damit richter 5 ist ein Zwischenkreisstromregler 9 vorgesesind auch die lastbedingten Störungen schnell elimi- hen, dem als Sollwert eine Größe /a+ und als Istwert niert. Außerdem ergibt sich noch der Vorteil, daß der mittels eines Gleichstromwandlers 10 erfaßte für die Bemessung der Drossel nur eine hinreichende 45 Eingangsstrom /a des Stromrichters 5 zugeführt ist. Glättung der durch die Anschnittsspannungen des , Die mit E bezeichnete Ausgangsgröße des Zwischennetzseitigen Stromrichters erzeugten Stromoberwellen Stromreglers 9 bestimmt den Steuerwinkel « des netzmaßgebend ist, während sonst auch die vom maschi- seitigen Stromrichters 2, dessen Steuerelektroden an nenseitigen Stromrichter erzeugten Stromoberwellen die Ausgänge eines Steuersatzes 11 angeschlossen sind, berücksichtigt und die Drossel demzufolge wesentlich so Zur schnellen Elimination der durch etwaige Ändegrößer ausgelegt werden müßte. rungen der Gegenspannung des maschinenseitigen
Die Nachführung der Drosseleingangsspannung Stromrichters 5 bzw. der Spannung U2 am Glättungsauf
den Wert ihrer Ausgangsspannung kann in einer kondensator hervorgerufenen Rückwirkungen auf den
Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Strom /, der Glättungsdrossel und damit auch auf
Verfahrens in besonders einfacher Weise dadurch 55 den Motorstrom /a ist der Steuerspannung E über
erfolgen, daß ein Regler für den Zwischenkreisstrom einen Summierverstärker 12 die Spannung t/2 am
vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung zusammen Glättungskondensator, d. h. die an dem dem netzmit
der im mitkoppelnden Sinn wirkenden, am anderen seitigen Gleichrichter 2 abgewandten Ende der Glät-Drosselende
auftretenden Spannung einem Steuersatz tungsdrossel 3 anstehende Spannung aufgeschaltet,
zugeführt ist. Hierzu kann es sich als vorteilhaft 60 Durch die mitkoppelnde Wirkung der Spannung i/a
erweisen, den Steuersatz des netzseitigen Stromrichters ist der Strom Z1 durch die Glättungsdrossel 3 eineinen
Funktionsgeber vorzuordnen zur Linearisierung geprägt, da er lediglich von der Steuerspannung E,
der Abhängigkeit des arithmetischen Mittelwerts nicht aber von irgendwelchen Veränderungen der
seiner Ausgangsspannung von der Steuerspannung. Gegenspannung U2 mehr abhängt. Denn bei un-Damil
kann praktisch über den gesamten Aussteuer- 65 verändertem Wert der Steuerspaniuing /; wird jede
bereich des Stromrichters Übereinstimmung zwischen Änderung der Gegenspannung U->
eine entsprechend den an beiden Drosselnden auftretenden Spannungen gleich große Änderung der Eingangsspunniing U1 der
er/iell werden. Drossel 3 hervorrufen.
Für geringe Aussteueibereicbe der Ausgangsspannung
des netzseitigen Stromrichters 2 besteht zwischen dem Steuerwinkel» und ilueni arithmetischen
Mittelwert ein annähernd linearer Zusammenhang, so daß es genügen kann, den Ausgang des Summier- S
Verstärkers 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 Stromrichterausgangsspannung V1 berücksichtigt werden. Dies erfolgt
beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 mittels des Funktionsgebers 13, welcher als sogenannter Entzerrer
wirkt und dessen nachzubildende Funktion sich an Hand folgender Überlegungen ergibt:
Besteht beim Steuersatz 11 die in csinem Blocksymbol dargestellte Abhängigkeit zwischen seiner Eingangsspannung
Ua und einer dem Steuerwinkel « proportionalen Spannung
gilt andererseits die Beziehung für den arithmetischen Mittelwert der Stromrichterausgangsspannung
U1 =
• cos tx,
wobei K1 und K2 Konstanten sind, dann wird zum
Zwecke der Linearisierung dem Steuersatz 11 ein Funktionsgeber
vorgeordnet, bei dem zwischen seiner Eingangsgröße ε und seiner Ausgangsgröße Ua die allgemeine
Beziehung besteht:
Ua= K1- arc sin ε · K2.
35
Bei hinreichend genauer Nachbildung dieser Funktion ist dann im gesamten Aussteuerbereich des netzseitigen
Stromrichters 2 die Eingangsgröße ε des Funktionsgebers 13 gleich dem arithmetischen Mittelwert
der Ausgangsspannung des netzseitigen Stromrichters 2.
In F i g. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel
dargestellt.
Die Spannung U9 am Glättungskondensator C und
die über ein besonderes Glättungsglied 14 geführte Ausgangsspannung U1 des netzseitigen Stromrichters
2 werden subtraktiv dem Eingangskreis eines den Steuersatz 11 beaufschlagenden PI-Reglers 15 zugeführt.
Der Funktionsgenerator 13 ist hierbei entbehrlich, seine Aufgabe wird vom Regler 15 mitübernommen,
welcher im übrigen dafür sorgt, daß analog wie bei der Einrichtung nach F i g. 1 die Ausgangsspannung
des netzseitigen Stromrichters 2 dem Wert der am Glättungskondensator C auftretenden Spannung
U2 im Sinne einer Regelung nachgeführt wird. Die Anordnung, bestehend aus den Elementen 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 U1 erzwungen wird, und zwar völlig unabhängig von Netzspannungsänderungen,
welche die Betriebsspannung der Glieder 11 und 15 sowie die Ausgangsspannung des netzseitigen Stromrichters2
beeinflussen.
F i g. 3 zeigt eine gerätetechnische Realisierungsmöglichkeit für den in F i g. I dargestellten Funk
tionsgenerator 13 in Form eines einem gegengekoppelten elektronischen Verstärkers 16, in dessen Eingangskreis
eine Anzahl von vorgespannten Schwellwertdioden in Reihe mit abgestuften Eingangswiderständen
parallel angeordnet ist, wobei eine Gruppe von Dioden kathodenseitig an die Abgriffe eines mit einer positiven
Gleichspannung + U 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 Potential des Punktes 20 von Nulloder Massepotential ausgehend in positiver Richtung,
dfinn werden nacheinander die dem Potentiometer 18
zugeordneten Schwellwertdioden durchlässig und liefern dem Verstärker 16 über die mit ihnen in Reihe
geschalteten Eingangswiderstände zusätzliche Eingangsströme.
Entsprechendes gilt für die dem Potentiometer 17 zugeordneten Schwellwertdioden, wenn sich das
Potential des Punktes 20 in negativer Richtung bewegt. Wird der bisher beschriebenen Anordnung noch ein
Umkehrverstärker 21 zugeordnet, dann ergibt sich zwischen der seinem Eingang zugeführten Großes
und der am Ausgang des Verstärkers 16 abnehmbaren Spannung Un die in F i g. 4 dargestellte Charakteristik.
Die Knickpunkte dieser Kennlinie sind durch die Abgriffe der Potentiometer 17 und 18 einstellbar,
während sich die zugeordnete Steigung der Kennlinie an diesen Knickpunkten aus dem Quotienten von
Gegenkopplungswiderstand Rg und dem Parallelwiderstand sämtlicher jeweils stromdurchflossener Eingangswiderstände
ergibt. Durch eine entsprechend große Anzahl der vorgespannten Schwellwertdioden
läßt sich auf diese Weise eine beliebige Annäherung der sich ergebenden Knickkennlinie an die gewünschte
Funktion erzielen. Es ist selbstverständlich auch möglich, in analoger Weise die vorgespannten Schwellwertdioden
im Gegenkopplungskreis des Verstärkers 16 anzuordnen, ohne etwas an der prinzipiellen Wirkungsweise
des Funktionsgebers zu ändern.
Claims (5)
1. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer durch Konstanthaltung des Zwischenkreisstromes
mit eingeprägtem Ständerstrom betriebenen Drehstrommaschine über einen Umrichter, bestehend
aus einem netzseitigen, steuerbaren Stromrichter und einem von einem mindestens eine Glättungsdrossel
enthaltenden Gleichstromzwischenkreis gespeisten maschinenseitigen Stromrichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung
an dem dem netzseitigen Stromrichter zugeordneten Ende der Glättungsdrossel der an
ihrem anderen Ende auftretenden Spannung nachgeführt ist.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Regler (9) für den Zwischenkrcisstrom (JJ
vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung (£') zusammen
mit der im mitkoppelnden Sinn wirkenden, am anderen Drosselendc auftretenden Spannung
(U2) einem Steuersatz (11) zugeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen dem Steuersatz des netzseitigen Stromrichters
(2) vorgeordnelen l'unktionsgeber (13) zur Linearisierung der Abhängigkeit des arith-
metischen Mittelwertes seiner Ausgangsspannung (U1) von der Steuerspannung.
4. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen dem Steuersatz (11) des netzseitigen
Stromrichters (2) vorgeordneten Regler (15), dem zusätzlich noch die am netzseitigen Drosselende
auftretende Spannung (U1) im gegenkoppelnden
Sinn zugeführt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Steuersatz (11) vorgeordneten
Regler (15) ein integrales Verhalten aufweist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Family
ID=
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2657712A1 (de) * | 1976-12-20 | 1978-06-22 | Siemens Ag | Regelschaltung fuer einen steuerbaren stromrichter |
DE2657762A1 (de) * | 1976-12-20 | 1978-06-22 | Siemens Ag | Regelschaltung fuer einen steuerbaren stromrichter |
DE2914595A1 (de) * | 1978-04-10 | 1979-10-18 | Gen Electric | Einrichtung zum steuern bzw. regeln des drehmoments eines wechselstrommotors |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2657712A1 (de) * | 1976-12-20 | 1978-06-22 | Siemens Ag | Regelschaltung fuer einen steuerbaren stromrichter |
DE2657762A1 (de) * | 1976-12-20 | 1978-06-22 | Siemens Ag | Regelschaltung fuer einen steuerbaren stromrichter |
DE2914595A1 (de) * | 1978-04-10 | 1979-10-18 | Gen Electric | Einrichtung zum steuern bzw. regeln des drehmoments eines wechselstrommotors |
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