DE2144422C2 - Einrichtung zum Steuern oder Regeln einer Asynchronmaschine - Google Patents

Description

KireSrSr!«S^Son«er. ^ ^Sg^-^

des einen Integrators ^J^J^J^L· es also, die ^«^dJ™S5S^m_VOnenten so _?u kennzeichnet, daß jeden, m«^a«r(«. » «J

ssrss^ÄSUSi*.·«*--·,

S;e²rtÄS^_g ^MS^1Wer^rechende„ « ^^»ξietÄ^- Größe vorgesehen ist. ₄ „_ekennzeichnet Multiplizierer ™8*J»J _erverstärkers verbunden sind,

--~^»^-- -^ÄSeSÄf^{die Bi1dung}

P^ÄnafS^dS betrag ^F* , %-ΧΧ«£Α™Λ⁸ΰ5Ξ:

feldachse (/) ist.

ι J^- f IrAlSP VIII yC3V<nvt··

an

Das Hauptpatent 1 941 312 betrifft eine Einrichtung zum Steuern oder Regeln einet Asynchron- ... __ maschine, deren Ständerstrom in Abhängigkeit 6o einer dr von zwei elektrischen drehfeldachsenbezogenen lieh um Größen gebracht ist, von welchen die eine nur die nenten ι Größe einer parallel und die andere nur die Größe einer senkrecht zur momentanen Drehfeldachic liegenden Komponente des Ständerstromvektors beeinflußt, die in einer, dort in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildung von einem Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Gleichstrom, mit

lieh \fä_inkewSwMigk=itd,/<). - >

„emen des J''«"lÄ'Sfcndert Ständerstrom

hnete Achse dieses orthogonalen Koordinaten-Tion nA der Richtung der Wicklungsachse der R zusammenfallen. Die feldorientierte Steueh/W Regelung des Ständerstromvektors nach Spirent bett** nun darin, tfesen mittels " orthogonaler, auf die sich gegenüber dem Koordinatensysteme; mit der Winkel-Sigeit dß/dt - β drehenden Drehfeld- f bezogener Komponenten I_b und /_M. vnrzuwoS die Größe /„ parallel und /_w senkrecht Drehfeldachse / liegt. Für jeden ^.

klemme 9 eine dem
I* und JJ^gebüdete» jg nale Große J· welche als So kreisstromregler 10 dient bein auf die Ε^^^^

JJ ^l°_en ^P _Zwf_schen- _{{ wirkt}

Gl^chnchterausgangs^annun ^ g ^ _den doch mcht naher dargesteUten Steue^ ^ ^

Komponentensr^nung«co^_omJ_{on über} sechs emem Winkelschalter Wj>ane™ _{d Steuer}.

W^ltl^uyn pro Umd^ug

vektors

2b

^nde Variante des Hauptpatentes bestehen die Stell-Sßen S Ständerstromvektors in dessem Betrag / Sd π dSsen Winkellage, bezüglich oer Drehfeldu f Soll beispielsweise wie im Vektorschaubild tr J₁Ix «ΕΚ*», die feldsenkrechte Kompo-S,; '"durch Vorgabe eines neuen Sollwertes I·· farVßert werden, dann sollen sich die einzelnen S lÄäTderungen U und ./ mitemander so verändern, daß die Spitze des Summenvektors / + I / S stets nur in feldsenkrechter Richtung bewegt una dahc keine Veränderung der feldparallelen Kompo-/1 des Ständerstromvektors erfolgt. Dasselbe natürlich in analoger Weise für den FallIgelten. S ledigUch die feldparallele Ständerstromkompoen, c verändert wird. Allgemein soll sich die Spit« 3e" Ständerstromvektors - betrachtet in einem feldachsenbezogenen Koordinatensystem - auf einer geraden bewegen, für deren Neigungswinkel >■ bezug-

Hch der Drehfeldachse / gilt

cos ß*
tisch

30

38ϊϊε

von den feldsenkn Komponenten /·

^fT^S^S^M dieser also nach und /f des Standers!rom«»,

Betrag (/*) und P^nlage ^g

Da es »d>-be, der η,F^g. 2 darjp* _Zwiäc

um einen bmnchter mi ei w ^_leichstromzwik-sgleujsuom handelt η^essem ^^

schenkreis eine: ^™ | _{d AuS}g_ang_Sspannung L, wird sich eine^ «stellung α β _{vissen Vef}_

des G^chnch ers2a ers^« _Änderung des

™8«ung voll in einer «upre _{efl während}

Z^^^^^Ä^ der Winkelverstellung

_{bei Änd}erung der Steuer? nicht besteht. Mit der bisher _{würde die}s dazu fuhren. |_{d der den} Ständer-

oen Komponenten der entstets früher erreicht wird ab

solche

großen <cos ^
bes^chnebenen

und if* die gegenüber einem zuvor beschriebenen sutionaren

dächten, durch 1»Κ beschriebenen sutionaren Ausland neu vorgegebenen Sollwerte für den Standerdem und
f omes v

Anted des ^

_{unmittdbar mil} welche in dem

Tg^rhierz.zweiRealisierungsmöglichkei^ trfchelt «Wandet sind dabei jeweils die Elemente, zusätzlich zu denen der Einrichtung nach dem getreten sind, ^e fsynchronmasch^

Gleichrichter 2a und einem Wechselrichter

mit ^^^^{fiSufichtagt. welche in dem

Kfmponente^rechne^a g _{Mlschslelle u} zum

J^J^^^ed.enkreisstromreglere IO ad-Au f ngs^s g _{Vorsteuergröße} , _roportlOnal dem

!;:_tl,chenDifferential_quot,enten %

induktivität 12 entspricht

SSSa

gelter Elektromotoren vorgeschlagen worden. Sie hat den Charakter eines Verzögerungsgliedes, gestattet in vorliegendem Falle also insbesondere, sprunghafte Sollwertberehie /** und /**, wi«; sie von den überlagertem Drehzahlregler 18 bzw. Feldregler 19 ausgegeben werden können, in die sich stetig verändernden Ständerstromsollwerte J*., I* umformen, welche den Eingangsklemmen 20 und 21 des Komponentenrechnirs 4 zugeführt sind.

Eine zweite Variante zur Bildung der Vorsteuergröße /* ergibt sich bei der Anordnung nach F i g. 2, wenn die mit 22 bezeichnete Schaltbrücke in ihre untere Lage gebracht wird, so daß die MischsteUe 14 mit der Ausgangsklemme 23 einer Multiphziereinrichtung 24 verbunden ist. Diese Multipliziereinrichtung bildet in einer später noch zu erläuternden Weise die Vorsteuergröße /* aus den differenzierten Ständerstrornsollwcrtkomponenten I* und /* sowie aus zwei feldachsenbezogenen Komponenten cos f* und sin t* eines in Richtung des Ständerstromvektors zeigenden Einheitsvektors, welche an den Klemmen 27 und 28 des Komponentenrechners 4 ausgegeben werden. Für den Fall, daß der Umformer 15 zur gleitenden Sollwertvorgabe gegengekoppelte Integratoren enthält, deren Ausgangssignale die Sollwerte /*, und /* sind, werden bei dieser Variante keine besonderen Differenzierglieder erforderlich, da dann die benötigten differenzierten Werte der Ständerstromsollwertkomponenten 7*. und /* bereits als Eingangsgrößen dieser gegengekoppeften Integratoren dann zur Verfügung stehen. Auch wird hierbei eine überaus exakte Differentiation erreicht, da die bei sonst üblichen Diflerentiationsgliedern in Kauf zu nehmende parasitäre Zeitkonstante nicht vorhanden ist.

Um lastbedingten Störungen schnell entgegenwirken zu können, wird die Spannung U₁ an dem dem netzseitigen Stromrichter zugeordneten Ende der Giättungsdrossel 12 der an ihrem anderen Ende auftretenden Spannung U₂ nachgefühlt. Durch eine solche Entkopplung des der Giättungsdrossel 12 nachgeschalteten Stromkreisteiles bekommt diese den Charakter eines rückwirkungsfrei arbeitenden Integrators mit der Folge, daß ihr Strom ausschließlich von ihrer Eingangsgröße bestimmt, d. h. eingeprägt werden kann. Dies erfolgt durch Aufschaltung einer der Eingangsspannung des Wechselrichters Ib entsprechenden Spannung U₂, welche nun aber nicht aus der sehr oberwellenhaltigen Eingangsgleichspannung des Wechselrichters 2 b genommen wird, sondern mittels zwei hintereinander angeordneten Multiplizierer 30 und 31 errechnet wird aus dem an der Ausgangsklemme 29 des Sollwertrechners 4 ausgegebenen Betrag* des Feldvektors, der drehzahlproportionalen Spannung π einer mit der Drehstrommaschine 1 gekuppelten Tachodynamo 32 sowie aus einer Spannung, welche der feldachsenbezogenen Komponente sin r* des in Richtung des Ständerstromvektors zeigenden Einheitsvektors entspricht Es wurde nämlich erkannt daß unter der Voraussetzung einer hinreichend schnellen Winkelsteuerung, d.h. einer praktisch trägheitslosen Übereinstimmung des jeweiligen vorgeschriebenen Winkelsollwert mit dem tatsächlich vom Ständerstrom eingenommenen Winkelwert der Ansatz gilt U₂ * U₂ = π · Φ · sin r*, wobei die Größe U₂' im Gegensatz zu der Eingangsspannung U₂ des Wechselrichters 2b praktisch oberwellenfrei ist und deshalb keiner die Ausregelgeschwindigkeit prinzipiell verzögernden Glättung mehr bedarf.

Fig. 3 zeigt nähere Einzelheiten zum geräletechnischen Aufbau der in F i g. 2 mit 4, 10, 14, 15 und 24 bezeichneten Funktionsgruppen. Der Sollwertumformer 15 besteht aus zwei Integratoren 34 und 35 in Form von kapazitiv gegengekoppelten Verstärkern, denen Verzögerungsglieder 36 und 37 vorgeordnet sind. Die Ausgangssignale der beiden Integratoren 34 und 35 sind jeweils über Umkehrverstärker 38 bzw. 39 auf den Eingang der Verzögerungsglieder 36 und 37

ίο gegengekoppelt. Insgesamt stellen die Anordnungen, bestehend aus den Elementen 34,36,38 bzw. 35,37,39 Verzögerungsglieder zweiter Ordnung dar.

Der Komponentenrechner 4 enthält zwei Vektoranalysatoren VA 1 und VAl sowie einen Vektordreher VD. Innenschaltung und Wirkungsweise dieser Baugruppen gehen aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 941 312 hervor. Werden also dem Vektoranalysator VA 1 an seinen Eingangsklemmen 5 und 6 Spannungen ψ, und ψ, zugeführt, welche den in die

Achsen r,j des ständerbezogenen Koordinatensystems (Fig. 1) fallenden Komponenten des Drehfeldvektors proportional sind, dann entsteht in an sich bekannter Weise an der Ausgangsklemme 29 eine dem Betrag Φ des Drehfeldvektors proportionale Größe und an den beiden anderen Ausgängen des Vektoranalysators VA 1 zwei den ständerbezogenen Komponenten eines in Richtung der momentanen Drehfeldachse zeigenden Einheitsvektors proportionale Spannungen cos 7 und sin 7, wobei gilt 7 = arc tg vy/vv· In analoger Weise

erscheint an der Ausgangsklemme 9 des Vektoranalysators VA 2 eine Größe, welche dem Betragssollwert /* des Ständerstromes / proportional ist und an seinen Ausgangsklemmen 27 und 28 zwei Spannungen cos. * und sin f*, welche den Komponenten eines Einheits-

vektors entsprechen, der im umlaufenden, feldachsenbezogenen Koordinatensystem stets in Richtung des Ständerstromvektors zeigt, wobei gilt:

_t* = arc tg/*./*.

Für einen stationären Betriebszustand der Asynchronmaschine sind I*, If, I* cos t* und sin f* Gleichgrößen. Die Größen cos»*, sinf*. cos7 und sin·, werden dem Vektordreher VD, welcher in bekannter Weise aus vier Multiplizierern und zwei Addierverstarkern besteht so zugeführt, daß an den Ausgangsklemmen 7 und 8 des Vektordrehers VD zwei Spannungen cos/?* bzw. sin/i* erscheinen, welche die Winkellage des feldorientiert vorgegebenen Ständerstromvektors im ständerbezogenen Koordinatcn-

system angeben, wobei gilt: ß* = 7 + r* die Komponentenspannungen cos/i* und sin/i* stellen einer Steuervektor dar und können entweder, wie in F i g. - dargestellt direkt auf den Winkelschalter 11 wirken oder, wie bereits an anderer Stelle vorgeschlagen, untei

Zwischenschaltung eines Winkelregelkreises.

Die Ausgangsklemme 9 des Sollwertrechners 4 isi mit dem Sollwerteingang des Zwischenkreisstromreglers 10 verbunden, welcher aus einem ohmiscr kapazitiv gegengekoppelten Verstärker besteht Ar

dessen Eingangsklemme U liegt der von einem ir Gleichstromzwischenkreis angeordneten Gleichstrom wandler gelieferte Istwert des Zwischenkreisgleich stromes l_gl.

Die Vorsteuergröße j*, welche wie bereits erwähnt

dem zeitlichen Differentialquotienten des Betragssoll

wertes /* entsprechen soll, wird nun in der Einrich

tung 24 gebildet, welche zwei Multiplizierer 40 und 41

sowie einen Addierverstärker 42 enthält Die Multi

(ο

plizierer 40 und 41 sind eingangsseitig mit den Klemmen 28 und 27 sowie mit den Ausgangsklemmen 25 und 26 des Sollwertumformers 15 verbunden, an welchen die Eingangsspannungen der Integratoren 34 und 35, d. h. die differenzierten Ausgangsgrößen /*, und /£ erscheinen. Die Addition der Ausgangsgrößen der Multiplizierer 40 und 41 ergibt am Ausgang 23 des Addierverstärkers eine Größe der Form

/f · cos f * + /*. sin f* ,

welche, wie sich zeigen läßt, genau dem zeitlichen Differentialquotienten des Betragssollwertes /* entspricht. Diese Vorsteuergröße ist einem Eingang des

Mischgliedes 14 — in Form eines Addierverstärkers -zugeführt, dessen weitere Eingänge mit dem Ausgang des Zwischenkreisstromreglers 10 und mit der Klemme 33 verbunden sind. Der Ausgang des Addierverstärkers 14 ist mit der Eingangsklemme43 eines den Steuerstrecken des Gleichrichters 2a zugeordneten Steuersatzes verbunden.

Insgesamt gesehen stellt die vorliegende Erfindung einen vorteilhaften Weg dar, um bei feldorientierter

ίο Sollwertvorgabe die entsprechenden Istwerte zu jedem Zeitpunkt exakt und unter weitgehender Kompensation von durch die Struktur der Regelstrecke bedingten Störeinflüssen ihren Sollwerten folgen zu lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. den Zwischenkreisstromi^ _re b^schlagten

   Patentansprüche: Komponenten eines dritter des Wechselrichters

   XSgkeit von zwei elektrische« <■"»*££"£,. dersttomsollwertkompoiirara^ _mom„_Men Sg«™ Größe» ^bracht ist von we«.enfce _rf ^ ^ aaderesentrec „„^„takd und

   bwufschlagten Winkelschalter für die S«ue, ständersuomesmchl Mr K _{auch m Jedem}

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