DE19537354A1

DE19537354A1 - Erkennung der Leistungsteilstromstärke digital geregelter Leistungsteile

Info

Publication number: DE19537354A1
Application number: DE1995137354
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl Ing Donat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-10-06
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 1997-04-10
Anticipated expiration: 2015-10-07
Also published as: DE19537354B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine dazugehörige Vorrichtung zur Erkennung der Leistungsteilstromstärke digi tal geregelter Leistungsteile, insbesondere von Antrieben.

In der Leistungselektronik wie beispielsweise der Antriebs technik ist es eine häufig wiederkehrende Aufgabe, bei der Inbetriebnahme beispielsweise eines Antriebes in Verbindung mit einer numerischen Steuerung bei Kenntnis des Motors alle Regelparameter zu berechnen.

Herkömmlicherweise werden dazu über die numerische Steuerung die Regelparameter des Leistungsteils und des Motors einer Achse separat eingegeben. Aus dieser Motor-Leistungsteil kombination können dann im Antrieb die entsprechenden Para meter berechnet werden. Eine automatische Leistungsteiler kennung hingegen ist herkömmlicherweise nicht realisiert.

Aus diesem Grunde wäre es für die Antriebstechnik förderlich, die Stromstärke des Leistungsteiles, welches verwendet wird, automatisch erkennen zu können. Dies hätte den Vorteil, daß bei der Inbetriebnahme des Antriebes bei Kenntnis des Motors alle Regelparameter direkt berechnet werden könnten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine dazugehörige Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß insbesondere bei der Inbetriebnahme eines Leistungsteiles und insbesondere eines Antriebes die Stromstärke des verwendeten Leistungsteils automatisch erkannt wird und daraus alle erforderlichen Regelparameter bestimmt werden können. Der dazu erforderliche Aufwand und die damit verbundenen Kosten sollen möglichst gering gehalten werden. Aus diesem Grunde werden Leistungsteile eingesetzt, die das Kompensationsstromwandlerprinzip zur Generierung eines Stromistwertes verwenden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit folgenden Verfah rensschritten gelöst:

1.1 ein vorhandener Kompensationsstromwandler wird bei Impulssperre, also einem Primärstrom von Null, betrieben,
1.2 auf den Stromistwertkanal des Kompensationsstromwandlers wird eine Stromquelle mit definierter Stromstärke aufge schaltet,
1.3 es wird die durch die Stromquelle erzeugte Spannung über einem Bürdenwiderstand ermittelt,
1.4 aus ermittelter Bürdenspannung und bekannter Stromstärke wird der Wert des Bürdenwiderstandes ermittelt,
1.5 im Betrieb des Kompensationsstromwandlers bei abgetrenn ter Stromquelle wird aus diesem bekannten Wert des Bürdenwiderstandes und der jeweils gemessenen Bürden spannung die Leistungsteilstromstärke bestimmt.

Um ein solches vorteilhaftes Verfahren zur Erkennung der Leistungsteilstromstärke digital geregelter Leistungsteile, insbesondere von Antrieben, gemäß der Erfindung auf einfache Art und Weise zu realisieren, wird die Aufgabe mittels einer Vorrichtung gelöst, welche folgende Elemente beinhaltet:

2.1 auf Seiten des Leistungsteils ist ein Kompensations stromwandler mit Bürdenwiderstand am Stromistwertkanal vorgesehen,
2.2 auf Seiten der Regelungshardware ist eine Stromquelle mit definierter Stromstärke vorgesehen, welche über eine Schaltstufe mit dem Stromistwertkanal des Kompensations stromwandlers elektrisch verbindbar ist,
2.3 es ist ein Mittel zur Bestimmung der Bürdenspannung vor gesehen, welches mit dem Stromistwertkanal verbunden ist.

In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung wird erreicht, daß die Erkennung der Leistungsteilstromstärke besonders genau erfolgt und darüber hinaus eine Schnittstelle zu digital geregelten Leistungsteilen wie Antrieben direkt hergestellt bzw. einbe zogen wird. Dies erfolgt mit folgenden Elementen:

3.1 als Mittel zur Bestimmung der Bürdenspannung ist ein Analog-Digital-Wandler vorgesehen,
3.2 es sind Mittel zur Bestimmung des Wertes des Bürdenwider standes aus der Bürdenspannung und definierter Strom stärke vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein besonders effizient arbeitender Kompensationsstromwandler eingesetzt, welcher darüber hinaus mit einfachen Mitteln zu realisieren ist und zuverlässig arbeitet. Dieser ist folgendermaßen ausgeprägt:

4.1 der Kompensationsstromwandler besteht aus einem magne tischen Kern mit einer Primärwicklung sowie einer Sekun därwicklung, die über einen von einer am magnetischen Kreis angebrachten Magnetfeldsonde angesteuerten Kompen sationsregler gespeist wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Flexibilität bei der Ausgestaltung des Kompensationsstromwandlers weiter er höht, indem dieser mit Hilfe einfacher Schaltungsmaßnahmen unabhängig vom Wicklungssinn der Eingangs- und Ausgangswick lung sicher betrieben werden kann. Dies geschieht durch folgendes weiteres Merkmal:

5.1 besitzen Primärwicklung sowie Sekundärwicklung den gleichen Wicklungssinn, so ist der Kompensationsregler als invertierender Kompensationsregler ausgebildet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde re darin, daß eine Erkennung der Leistungsteilstromstärke bei digital geregelten Leistungsteilen wie Antrieben automatisch erfolgt und alle benötigten Regelparameter automatisch be rechnet werden können. Der dazu erforderliche Aufwand wird durch die Verwendung von Leistungsteilen nach dem Kompensa tionsstromwandlerprinzip durch die vorliegende Erfindung besonders einfach, effektiv und kostengünstig ermöglicht. Es ist nur eine geringe Anzahl zusätzlicher Bauelemente notwen dig, welche darüber hinaus besonders günstig sind. Deswei teren werden viele bereits vorhandene Bauelemente zur Lösung der Aufgabe einbezogen. Dadurch kann mit Hilfe der vorliegen den Erfindung die Leistungsteilstromstärke digital geregelter Antriebe hinreichend präzise ermittelt werden.

Weitere Vorteile und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 einen Kompensationsstromwandler mit Stromquelle zur Bürdenmessung.

In Fig. 1 ist ein Kompensationsstromwandler KSW mit einer zu sätzlich eingeführten Stromquelle IQ zur Bürdenmessung ge zeigt, wie er beispielsweise für einen digital geregelten Antrieb zum Einsatz gelangen kann. Der Kompensationsstrom wandler KSW besteht aus einem magnetischen Kern MK, welcher eine Primärwicklung W_P, die einen Primärstrom I_P führt und eine Sekundärwicklung W_S, welche einen Sekundärstrom I_S führt, besitzt. Der Kompensationsstromwandler KSW mißt das Magnetfeld in dem geschlossenen magnetischen Kreis MK und regelt den Kompensationsstrom, den Sekundärstrom I_S so, daß das Magnetfeld verschwindet. Der Kompensationsstrom bzw. Sekundärstrom I_S ist dabei über das Übersetzungsverhältnis W_P/W_S proportional zum Primärstrom I_P, wobei die Zahl der Sekundärwicklungen W_S höher als die Zahl der Primärwicklungen W_P ist. Dazu mißt eine Magnetfeldsonde MSF das Magnetfeld des geschlossenen magnetischen Kreises MK und führt den Meßwert einem Kompensationsregler KR zu, welcher einen Strom in die Sekundärwicklung speist, der das Magnetfeld kompensiert.

Für den Fall, daß Primärwicklung W_P und Sekundärwicklung W_S den gleichen Wicklungssinn aufweisen, ist der Kompensations regler KR so ausgebildet, daß er ein invertiertes Ausgangs signal erzeugt und auf diese Weise einen Sekundärstrom I_S ge neriert, welcher trotz gleichem Wicklungssinn des Magnetfeld des magnetischen Kreises MK kompensiert.

Neben dem im Ausführungsbeispiel gezeigten Kompensations stromwandler können selbstverständlich auch andere Wandler prinzipien wie beispielsweise kapazitive Wandler eingesetzt werden.

Darüber hinaus ist ein Bürdenwiderstand R_B vorhanden, der vom Kompensationsstrom bzw. Sekundärstrom I_S durchflossen wird, wodurch eine Bürdenspannungen U_RB über ihm abfällt. Diese Bürdenspannung U_RB ist aufgrund des Kompensationsstromwand lerprinzips proportional zum Primärstrom I_P. Die beschriebe nen Komponenten bilden den Leistungsteil L der erfindungsge mäßen Anordnung.

Ein Reglungsteil R besteht aus einer Stromquelle IQ, welche einen definierten Meßstrom I_meß erzeugt. Diese ist über einen Schalter S an den Stromistwertkanal SIWK, dem Meßpunkt der Bürdenspannung U_RB, zuschaltbar. Desweiteren ist ein Analog- Digital-Wandler ADW gezeigt.

Will man die Leistungsteilstromstärke automatisch erkennen, so ergibt sich das Problem, daß diese über den Wert des Bürdenwiderstandes R_B verschlüsselt ist. Daher wird erfin dungsgemäß bei der Initialisierung eines Antriebes der Strom istwert bei Impulssperre - d. h. es erfolgt kein Stromfluß - dazu genutzt, um den Bürdenwiderstand R_B auf dem Leistungs teil L zu ermitteln. Dazu wird von der Regelungshardware die Stromquelle IQ auf den Stromistwertkanal SIWK geschaltet. Durch die Impulslöschung ist garantiert, daß kein Primärstrom I_P fließt, wodurch die Stromquelle IQ auf der Regelungsseite R eingeschaltet werden kann. Die Stromquelle IQ erzeugt am Bürdenwiderstand R_B des Kompensationsstromwandlers KSW eine Spannung U_RB, die proportional zum Bürdenwiderstand U_R ist. Der Spannungsabfall U_RB am Bürdenwiderstand R_B wird somit allein durch den bekannten Meßstrom I_meß der Stromquelle IQ erzeugt. Der Kompensationsstromwandler KSW liefert keinen zusätzlichen Strom, da der Kompensationsstrom bzw. Sekundärstrom I_S proportional zum Primärstrom I_P und aufgrund der Impulslöschung damit Null ist. Der Kompensa tionsstromwandler KSW arbeitet somit nicht gegen die am Bürdenwiderstand R_B abfallende, durch den Meßstrom I_meß erzeugte Spannung U_RB. Die Bürdenwiderstandsmessung ist vollkommen unabhängig von der Messung des Stromistwertes. Die Spannung U_RB wird direkt über den Stromistwertkanal SIWK der Regelungshardware R zugeführt und durch einen dort in der Regel vorhandenen Analog-Digital-Wandler ADW digitalisiert. D.h., daß keine weiteren Digitalisierungskomponenten erfor derlich sind. Das Leistungsteil L bzw. die Bürdenspannung U_RB, welche durch die Stromquelle IQ respektive den dadurch erzeugten genau definierten Meßstrom I_meß erzeugt wird, kann ohne zusätzlichen Bauelementeaufwand auf der Regelungshard wareseite R erkannt werden.

Da der Meßstrom I_meß der aufgeschalteten Stromquelle IQ genau bekannt ist, läßt sich aus der gemessenen und im Analog- Digital-Wandler ADW digitalisierten Bürdenspannung U_RB der Wert des Bürdenwiderstandes R_B exakt ermitteln. Dieser Wert wird gespeichert und im weiteren Betrieb des Kompensations stromwandlers zur Generierung des Stromistwertes verwendet. Ein vom Kompensationsstromwandler KSW generierter Kompensa tionsstrom bzw. Sekundärstrom I_S ist proportional zum Primär strom I_P. Dieser Kompensationsstrom bzw. Sekundärstrom I_S er zeugt über den Bürdenwiderstand R_B eine Bürdenspannung U_RB, welche von der Regelungshardware R gemessen und im Analog- Digital-Wandler ADW zur weiteren Verarbeitung, insbesondere zur Bestimmung der erforderlichen Regelparameter, digitali siert wird. Mit Hilfe des vorher ermittelten Wertes des Bürdenwiderstandes R_B läßt sich nun auf einfache Art und Weise der tatsächliche Wert der Leistungsteilstromstärke be rechnen, ohne daß das Leistungsteil L mit einem zusätzlichen Bauelementeaufwand belastet wird. Auch auf Seite der Rege lungshardware R wird zur Ermittlung des Bürdenwiderstandes R_B kein zusätzlicher Analog-Digital-Wandler erforderlich, da dazu ein bereits vorhandener Analog-Digital-Wandler ADW der Stromistwertmessung genutzt werden kann. Mit Hilfe der auf dieser Art und Weise exakt bestimmten Leistungsteilstrom stärke läßt sich nun eine weitere Berechnung der digitalen Regelparameter zur digitalen Regelung eines Antriebes vor nehmen.

Die vorangehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungs form nach der Erfindung ist zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben. Diese ist nicht erschöpfend. Auch ist die Erfin dung nicht auf die genaue angegebene Form beschränkt, sondern es sind zahlreiche Modifikationen und Änderungen im Rahmen der vorstehend angegebenen technischen Lehre möglich. Eine bevorzugte Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die prinzipiellen Details der Erfindung und praktische An wendungen zu verdeutlichen, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu realisieren. Eine Vielzahl be vorzugter Ausführungsformen sowie weitere Modifikationen kommen bei speziellen Anwendungsgebieten in Betracht.

Claims

1. Verfahren zur Erkennung der Leistungsteilstromstärke digital geregelter Leistungsteile, insbesondere von Antrie ben, mit folgenden Verfahrensschritten:

1.1 ein vorhandener Kompensationsstromwandler (KSW) wird bei Impulssperre, also einem Primärstrom (I_P) von Null, betrieben,
1.2 auf den Stromistwertkanal (SIWK) des Kompensationsstrom wandlers (KSW) wird eine Stromquelle (IQ) mit definierter Stromstärke (I_meß) aufgeschaltet,
1.3 es wird die durch die Stromquelle (IQ) erzeugte Spannung (U_RB) über einem Bürdenwiderstand (R_B) ermittelt,
1.4 aus ermittelter Bürdenspannung (U_RB) und bekannter Strom stärke (I_meß) wird der Wert des Bürdenwiderstandes (R_B) ermittelt,
1.5 im Betrieb des Kompensationsstromwandlers (KSW) bei ab getrennter Stromquelle (IQ) wird aus diesem bekannten Wert des Bürdenwiderstandes (R_B) und der jeweils gemesse nen Bürdenspannung (U_RB) die Leistungsteilstromstärke bestimmt.

2. Vorrichtung zur Erkennung der Leistungsteilstromstärke digital geregelter Leistungsteile, insbesondere von Antrie ben, mit folgenden Elementen:

2.1 auf Seiten des Leistungsteils (L) ist ein Kompensations stromwandler (KSW) mit Bürdenwiderstand (R_B) am Stromist wertkanal (SIWK) vorgesehen,
2.2 auf Seiten der Regelungshardware (R) ist eine Stromquelle (IQ) mit definierter Stromstärke (I_meß) vorgesehen, welche über eine Schaltstufe (S) mit dem Stromistwert kanal (SIWK) des Kompensationsstromwandlers (KSW) elek trisch verbindbar ist,
2.3 es ist ein Mittel zur Bestimmung der Bürdenspannung (U_RB) vorgesehen, welches mit dem Stromistwertkanal (SIWK) ver bunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, mit folgenden Elementen:

3.1 als Mittel zur Bestimmung der Bürdenspannung (U_RB) ist ein Analog-Digital-Wandler (ADW) vorgesehen,
3.2 es sind Mittel zur Bestimmung des Wertes des Bürdenwider standes (R_B) aus der Bürdenspannung (U_RB) und definierter Stromstärke (I_meß) vorgesehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, mit folgendem Element:

4.1 der Kompensationsstromwandler (KSW) besteht aus einem magnetischen Kern (MK) mit einer Primärwicklung (W_P) sowie einer Sekundärwicklung (W_S), die über einen von einer am magnetischen Kreis (MK) angebrachten Magnet feldsonde (MFS) angesteuerten Kompensationsregler (KR) gespeist wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, mit folgendem Merkmal:

5.1 besitzen Primärwicklung (W_P) sowie Sekundärwicklung (W_S) den gleichen Wicklungssinn, so ist der Kompensations regler (KR) als invertierender (-1) Kompensationsregler ausgebildet.