DE19524985A1 - Verfahren zum Steuern einer Drehfeldmaschine - Google Patents

Verfahren zum Steuern einer Drehfeldmaschine

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Description

Technisches Gebiet
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zum Steuern einer Drehfeldmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der DE 41 38 256 A1 bekannt ist. Dort ist ein Mehrsystemkonzept für den Antrieb von Schienenfahrzeugen mit länderübergreifendem Einsatz angegeben, das sowohl für eine Energieeinspeisung mit einer Wechselspannung von z. B. 15 kV als auch mit Gleichspannungen von z. B. 1,5 kV und 3 kV geeignet ist. Dabei werden die Statorwicklungen einer elektrischen Maschine in 1. und 2. Teilwicklungen aufgeteilt und in Abhängigkeit von der vorliegenden Betriebsspannung umgeschaltet. Die 2 Wicklungssysteme sind in der Maschine um 30°/p versetzt sowie als 2p-polige Wicklungen ausgeführt, p = Polpaarzahl. 2 Antriebsstromrichter erzeugen bei Gleichspannungsbetrieb je ein 3-phasiges Spannungssystem. Beide Spannungssysteme sind um einen Phasenwinkel von vorzugsweise 30°el. gegeneinander versetzt. Dies erfordert eine relativ aufwendige Steuerung für 6 unterschiedliche Phasen.
Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzlich auf die DE 42 15 917 A1 verwiesen, aus der ein Verfahren und eine Regelschaltung zur Regelung einer Drehfeldmaschine bekannt sind, welche in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung von Steuersignalen für die Wechselrichter anwendbar sind.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, ein Verfahren zum Steuern einer Drehfeldmaschine der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß eine einfachere Steuerung möglich ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Anzahl der unterschiedlichen Steuerbefehle für die Wechselrichter reduziert wird. Das ermöglicht die Verwendung eines einfacheren Modulators.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Antriebsschaltung für 2 Drehfeldmaschinen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Über einer Kondensatorbatterie bzw. einem Kondensator (C) fällt zwischen einem Pluspol (1) und einem Minuspol (4) eine Zwischenkreisgleichspannung oder Netzgleichspannung (U) von z. B. 3 kV ab, die bei Wechselspannungsbetrieb von einem an sich bekannten Gleichspannungszwischenkreis oder bei Gleichspannungsbetrieb von einem nicht dargestellten Bahnnetz geliefert wird. An einem 1. Stromrichterkondensator (C1), dessen positive Anschlußklemme an den Pluspol (1) und dessen negative Anschlußklemme an einen Minuspol (2) angeschlossen ist, fällt eine 1. Stromrichtergleichspannung (U1) ab, welche mittels eines Spannungswandlers bzw. Spannungsdetektors (5) detektiert und einem 1. Eingang eines Summierers (19) zugeführt wird. An einem 2. Stromrichterkondensator (C2), dessen positive Anschlußklemme an einen Pluspol (3) und dessen negative Anschlußklemme an den Minuspol (4) angeschlossen ist, fällt eine 2. Stromrichtergleichspannung (U2) ab, welche mittels eines Spannungswandlers bzw. Spannungsdetektors (6) detektiert und einem 2. Eingang des Summierers (19) zugeführt wird, welcher die Summe U = U1 + U2 bildet und einem Spannungseingang einer Regelschaltung mit Modulator (20), wie sie z. B. in der eingangs genannten DE 42 15 917 A1 beschrieben ist, zur Verfügung stellt.
Mit (S1) und (S2) sind Schalter bezeichnet, welche in der ausgezogen dargestellten Position eine Parallelschaltung der beiden 1. und 2. Stromrichterkondensatoren (C1, C2) bewirken und in der gestrichelt dargestellten Position deren Reihenschaltung. Die Parallelschaltung wird bei einer Netzgleichspannung (U) von 1,5 kV benutzt und die Reihenschaltung bei einer Netzgleichspannung (U) von z. B. 3 kV, da die üblicherweise in Wechselrichtern (7-14) verwendeten GTO-Thyristoren nur eine maximale Eingangsspannung von 3,4 kV erlauben. An den gleichspannungsseitig parallelgeschalteten Wechselrichtern (7-9) liegt die l. Stromrichtergleichspannung (U1) an; wechselspannungsseitig speisen sie mit Phasenströmen (i1R, i1S, i1T) von Wechselstromphasen (R, S, T) in Stern geschaltete l. Teilwicklungen (W1) einer Asynchron- bzw. Drehfeldmaschine (M1). An ebenfalls gleichspannungsseitig parallelgeschalteten Wechselrichtern (10-12) liegt die 2. Stromrichtergleichspannung (U2) an; wechselspannungsseitig speisen sie mit Phasenströmen (i2R, i2S, i2T) in Stern geschaltete 2. Teilwicklungen (W2) der Drehfeldmaschine (M1).
Die Phasenströme (i1R, i1S, i1T) und (i2R, i2S, i2T) werden mittels Stromwandlern bzw. Stromdetektoren (15) erfaßt und ihnen proportionale Signalwerte Summierern (16-18) zugeführt, welche aus den zur gleichen Wechselstromphase (R, S, T) gehörenden Phasenströmen Phasenstrommittelwerte (iR, iS, iT) bilden gemäß:
iR = 0,5 · i1R + 0,5 · i2R,
iS = 0,5 · i1S + 0,5 · i2S
iT = 0,5 · i1T + 0,5 · i2T,
die Stromeingängen der Regelschaltung mit Modulator (20) zugeführt sind. Ausgangsseitig liefert die Regelschaltung mit Modulator (20) nur 3 unterschiedliche Steuersignale (St) für die Wechselrichter (7-12), je eines für jede Wechselstromphase (R, S, T), wobei aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nur die Signalleitungen zu den Wechselrichtern (9) und (12) dargestellt sind. Auch die Wechselrichter (8) und (11) sowie (7) und (10) erhalten jeweils gleiche Steuersignale (St), ohne gegenseitige Phasenverschiebung.
Mit (21) sind Steuer- und Regelgrößen bezeichnet, welche der Regelschaltung mit Modulator (20) eingangsseitig von einem Fahrzeugführer und von einem nicht dargestellten Drehzahldetektor, welcher die Drehzahl der Drehfeldmaschine (M1) erfaßt, zugeführt sein können.
Es versteht sich, daß auf gleiche Weise ein oder mehrere weitere Drehfeldmaschinen (M2) über Wechselrichter (13) bzw. (14) betrieben werden können, welche gleichspannungsseitig an die 1. bzw. 2. Stromrichtergleichspannung (U1) bzw. (U2) angeschlossen sind; sie erhalten die gleichen Steuersignale (St) wie die Wechselrichter (7-12).
In Parallelschaltung zu den 1. und 2. Stromrichterkondensatoren (C1, C2) können an sich bekannte Bremssteller vorgesehen sein. Die Wechselrichter (7-14) können mit herkömmlichen Schutzeinrichtungen gegen Überspannungen und Fehlzündungen ausgerüstet sein.
Statt in Sternschaltung können die Teilwicklungen (W1, W2) der Drehfeldmaschinen (M1, M2) in Dreieck- oder allgemein in n- Eckschaltung, bei mehr als 3 Wechselstromphasen (R, S, T), geschaltet sein (nicht dargestellt).
Ferner versteht es sich, daß die Netzgleichspannung (U) mittels Schaltern und Stromrichterkondensatoren in mehr als 2 Stromrichtergleichspannungen (U1, U2) aufgeteilt werden kann und jeweils zur Speisung einer separaten Wechselstromlast über einen separaten Wechselrichter dient (nicht dargestellt).
Bezugszeichenliste
1 Pluspol von C1
2 Minuspol von C1
3 Pluspol von C2
4 Minuspol von C2
5, 6 Spannungswandler, Spannungsdetektoren
7-14 Wechselrichter
15 Stromwandler, Stromdetektoren
16-19 Summierer
20 Regelschaltung mit Modulator
21 Steuer- und Regelgrößen für 20
C Kondensator
C1, C2 1. bzw. 2. Stromrichterkondensatoren
iR, iS, iT, i1R, i1S, i1T, i2R, i2S, i2T Phasenströme der Wechselstromphasen (R, S, T)
M1, M2 Drehfeldmaschinen, Asynchronmaschinen
S1, S2 Schalter
St Steuersignale für 7-14
U Netzgleichspannung
U1, U2 1. bzw. 2. Stromrichtergleichspannung
W1, W2 Teilwicklungen von M1

Claims (3)

1. Verfahren zum Steuern einer Drehfeldmaschine (Ml, M2),
  • a) die über mindestens 2 mehrphasige Wechselrichter (7- 14) gespeist wird,
    dadurch gekennzeichnet,
  • b) daß die mindestens 2 Wechselrichter (7-14) je Wechselstromphase (R, S, T) mit gleichen, nicht phasenverschobenen Steuersignalen (St) gesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale (St) je Wechselstromphase (R, S, T) in Abhängigkeit von Mittelwerten von Istwerten von Phasenströmen (i1R, i1S, i1T) einer 1. elektrischen Last (W1) und von Phasenströmen (i2R, i₂S, i2T) mindestens einer 2. elektrischen Last (W2) gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignale (St) in Abhängigkeit von der Summe einer 1. Stromrichtergleichspannung (U1) und mindestens einer weiteren Stromrichtergleichspannung (U2) gebildet werden.
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