DE19537354B4

DE19537354B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromwertes eines digital geregelten Leistungsteils

Info

Publication number: DE19537354B4
Application number: DE19537354A
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: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2015-10-07
Also published as: DE19537354A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Stromwertes eines digital geregelten Leistungsteils, insbesondere eines Antriebes, wobei der Leistungsteil (L) einen Kompensationsstromwandler (KSW) aufweist mit folgenden Verfahrensschritten:
a) der Leistungsteil (L) wird zunächst nicht betrieben, so dass kein Primärstrom (I_P) im Kompensationsstromwandler (KSW) fließt,
b) eine Stromquelle (IQ) erzeugt einen definierten Messstrom (I_meß), der durch einen Bürdenwiderstand (R_B) des Kompensationsstromwandlers (KSW) fließt,
c) eine infolge des fließenden Stromes der Stromquelle (IQ) am Bürdenwiderstand (R_B) des Kompensationsstromwandlers (KSW) abfallende Spannung (R_B) wird ermittelt,
d) in Abhängigkeit der ermittelten Bürdenspannung (U_RB) und des definierten Stromwertes (I_meß) wird ein Wert des Bürdenwiderstandes (R_B) berechnet und abgespeichert,
e) im anschließenden Betrieb des Leistungsteils (L), bei dem der Primärstrom (I_P) im Kompensationswandler (KSW) fließt und einen Sekundärstrom (I_S), der durch den Bürdenwiderstand (R_B) fließt erzeugt, wird die Stromquelle (IQ) durch Öffnen eines Schalters (S) abgeschaltet und aus jeder gemessenen Bürdenspannung (U_RB) des Kompensationsstromwandlers (KSW)...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine dazugehörige Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromwertes eines digital geregelten Leistungsteils, insbesondere eines Antriebes, wobei der Leistungsteil einen Kompensationsstromwandler aufweist.
In der Leistungselektronik wie beispielsweise der Antriebstechnik, 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-Leistungsteilkombination können dann im Antrieb die entsprechenden Parameter berechnet werden. Eine automatische Leistungsteilerkennung 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. Aus der DE 42 30 939 C2 ist es zwar bekannt, eine Kalibrierung eines mit einem Stromregler verbundenen Kompensationsstromwandlers vorzunehmen. Dazu wird bei fehlenden Primärstrom ein Prüfstrom in eine Wicklung eingespeist und es werden die Kompensationsströme zur rechnergestützten Kalibrierung ermittelt. Ein Bürdenwiderstand wird jedoch nicht ermittelt.

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 erkannt wird. 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 den in den Ansprüchen 1 und 2 dazu angegebenen merkmalen gelöst.

In einer 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 magnetischen Kern mit einer Primärwicklung sowie einer Sekundärwicklung, die über einen von einer am magnetischen Kreis angebrachten Magnetfeldsonde angesteuerten Kompensationsregler gespeist wird.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Flexibilität bei der Ausgestaltung des Kompensationsstromwandlers weiter erhöht, indem dieser mit Hilfe einfacher Schaltungsmaßnahmen unabhängig vom Wicklungssinn der Eingangs- und Ausgangswicklung 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 insbesondere darin, daß eine Erkennung der Leistungsteilstromstärke bei digital geregelten Leistungsteilen wie Antrieben automatisch erfolgt und alle benötigten Regelparameter automatisch berechnet werden können. Der dazu erforderliche Aufwand wird durch die Verwendung von Leistungsteilen nach dem Kompensationsstromwandlerprinzip durch die vorliegende Erfindung besonders einfach, effektiv und kostengünstig ermöglicht. Es ist nur eine geringe Anzahl zusätzlicher Bauelemente notwendig, welche darüber hinaus besonders günstig sind. Desweiteren werden viele bereits vorhandene Bauelemente zur Lösung der Aufgabe einbezogen. Dadurch kann mit Hilfe der vorliegenden Erfindung die Leistungsteilstromstärke digital geregelter Antriebe hinreichend präzise ermittelt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 einen Kompensationsstromwandler mit Stromquelle zur Bürdenmessung.
In 1 ist ein Kompensationsstromwandler KSW mit einer zusätzlich eingeführten Stromquelle IQ zur Bürdenmessung gezeigt, wie er beispielsweise für einen digital geregelten Antrieb zum Einsatz gelangen kann. Der Kompensationsstromwandler 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 Korpensationsstrom, 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 Kompensationsregler KR so ausgebildet, daß er ein invertiertes Ausgangssignal erzeugt und auf diese Weise einen Sekundärstrom I_S generiert, welcher trotz gleichem Wicklungssinn des Magnetfeld des magnetischen. Kreises MK kompensiert.
Neben dem im Ausführungsbeispiel gezeigten Kompensationsstromwandler können selbstverständlich auch andere Wandlerprinzipien 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 Kompensationsstromwandlerprinzips proportional zum Primärstrom I_P. Die beschriebenen Komponenten bilden den Leistungsteil L der erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäß bei der Initialisierung eines Antriebes der Stromistwert bei Impulssperre – d.h. es erfolgt kein Stromfluß – dazu genutzt, um den Bürdenwiderstand R_B auf dem Leistungsteil 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 Kompensationsstromwandler KSW arbeitet somit nicht gegen die am Bürdenwiderstand Rg 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 erforderlich sind. Das Leistungs-teil 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 Regelungshardwareseite 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 Kompensationsstromwandlers zur Generierung des Stromistwertes verwendet. Ein vom Kompensationsstromwandler KSW generierter Kompensationsstrom bzw. Sekundärstrom I_S ist proportional zum Primärstrom I_P. Dieser Kompensationsstrom bzw. Sekundärstrom I_S erzeugt 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, digitalisiert wird. Mit Hilfe des vorher ermittelten Wertes des Bürdenwiderstandes R_B läßt sich nun auf einfache Art und Weise der tatsächliche Wert der Leistungsteilstromstärke berechnen, ohne daß das Leistungsteil L mit einem zusätzlichen Bauelementeaufwand belastet wird. Auch auf Seite der Regelungshardware R wird zur Ermittlung des Bürdenwiderstandes RB 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 Leistungsteilstromstärke läßt sich nun eine weitere Berechnung der digitalen Regelparameter zur digitalen Regelung eines Antriebes vornehmen.
Die vorangehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist zum Zwecke der Veranschaulichung angegeben. Diese ist nicht erschöpfend. Auch ist die Erfindung 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 Anwendungen zu verdeutlichen, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu realisieren. Eine Vielzahl bevorzugter Ausführungsformen sowie weitere Modifikationen kommen bei speziellen Anwendungsgebieten in Betracht.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Stromwertes eines digital geregelten Leistungsteils, insbesondere eines Antriebes, wobei der Leistungsteil (L) einen Kompensationsstromwandler (KSW) aufweist mit folgenden Verfahrensschritten: a) der Leistungsteil (L) wird zunächst nicht betrieben, so dass kein Primärstrom (I_P) im Kompensationsstromwandler (KSW) fließt, b) eine Stromquelle (IQ) erzeugt einen definierten Messstrom (I_meß), der durch einen Bürdenwiderstand (R_B) des Kompensationsstromwandlers (KSW) fließt, c) eine infolge des fließenden Stromes der Stromquelle (IQ) am Bürdenwiderstand (R_B) des Kompensationsstromwandlers (KSW) abfallende Spannung (R_B) wird ermittelt, d) in Abhängigkeit der ermittelten Bürdenspannung (U_RB) und des definierten Stromwertes (I_meß) wird ein Wert des Bürdenwiderstandes (R_B) berechnet und abgespeichert, e) im anschließenden Betrieb des Leistungsteils (L), bei dem der Primärstrom (I_P) im Kompensationswandler (KSW) fließt und einen Sekundärstrom (I_S), der durch den Bürdenwiderstand (R_B) fließt erzeugt, wird die Stromquelle (IQ) durch Öffnen eines Schalters (S) abgeschaltet und aus jeder gemessenen Bürdenspannung (U_RB) des Kompensationsstromwandlers (KSW) wird mittels des abgespeicherten Wertes des Bürdenwiderstandes (R_B) ein Stromwert des Leistungsteils (L) berechnet.
Vorrichtung zur Bestimmung eines Stromwertes eines digital geregelten Leistungsteils, insbesondere eines Antriebes, wobei der Leistungsteil L eineng Kompensationsstromwandler (KSW) mit ausgangsseitigem Bürdenwiderstand (R_B) aufweist, wobei eine Regelungshardware (R) mit dem Bürdenwiderstand (R_B) des Kompensationsstromwandlers (KSW) verbunden ist, wobei diese Regelungshardware (R) eine Stromquelle (IQ) mit einem vorbestimmten Stromwert (I_meß) aufweist, die über einen Schalter (S) mit dem Bürdenwiderstand (R_B) verbunden ist, wobei die Regelungshardware (R) ein Analgo-Digital-Wandler (ADW) zur Bestimmung eines Wertes des Bürdenwiderstandes (R_B) und ein dem Analog-Digital-Wandler (ADW) nachgeschalteter Rechner zur Berechnung von Stromwerten aus den am Bürdenwiderstand (A_B) abfallenden Bürdenspannungen (U_RB) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Kompensationsstromwandler (KSW) aus einem magnetischen Kern (MK) mit einer Primärwicklung (WP) und einer Sekundärwicklung (WS) besteht, wobei die Sekundärwicklung (WS) über einen von einer am magnetischen Kreis (MK) angebrachten Magnetfeldsonde (MFS) angesteuerten Kompensationsregler (KR) gespeist wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei bei gleichem Wicklungssinn der Primärwicklung (Wp) und der Sekundärwicklung (WS), der Kompensationsregler (KR) als invertierender (–1) Kompensationsregler ausgebildet ist.