DE1806768C - Verfahren und Anordnung zur Drehzahlsteuerung einer über Umrichter gespeisten Drehstrommaschine - Google Patents

Description

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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

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

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 U_a 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 U_a die allgemeine Beziehung besteht:

U_a= K₁- arc sin ε · K₂.

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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 U_n 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)

Patentansprüche:

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