DE2234681C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Herabsetzen der Drehmomenten-Welligkeit einer Drehfeldmaschine - Google Patents

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Herabsetzen der Drehmomenten-Welligkeit einer Drehfeldmaschine

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DE2234681C3 DE2234681A DE2234681A DE2234681C3 DE 2234681 C3 DE2234681 C3 DE 2234681C3 DE 2234681 A DE2234681 A DE 2234681A DE 2234681 A DE2234681 A DE 2234681A DE 2234681 C3 DE2234681 C3 DE 2234681C3
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Description

3 4
Drehfeldmaschine, die an einem Zwischenkreisum- Asynchronmaschine mit einem Zwischenkreisumrichrichter mit geregeltem Strom im Zwischenkreis an- ter und zugeordneten Steuer- und Regelkreisen, und «schlossen ist, ein Verfahren und eine Schaltungs- Fig. 2 Zeitdiagramme dei Drehmomentenwelhg-
•nordnung anzugeben, durch welche die Drehmomen- keit einer Drehstrom-Asynchronmaschine bei bisher len-WelUgkeit der Drehstrommaschine, insbesondere 5 üblichem motorischem und generatorischem Betneb. hei Kleinen Maschinenfrequenzen, weitgehend unter- Nach F i g. 1 ist eine Drehfeldmaschine 2, im vordrückt werden kann. liegendem Fall eine Drehstiom-Asynchronmaschme.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs ge- deren Läuferwelle 3 zur Ermittlung der Drehzahl π nannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß da- mit einer Tachometermaschine 4 versehen ist, über durch gelöst, daß das Ausgangssignal des Verglei- io einen statischen Zwischenkreisumrichter an em rhers dem Sollwert für den Strom im Zwischenkreis Drehstromnetz 5 angeschlossen. Die Drehstromüberlagert wird. Asynchronmaschine ist beispielsweise für den Betrieb
Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung die- eines Schienenfahrzeugs vorgesehen. Der Zwischences Verfahrens mit einem Drehmomentregler, der kreisumrichter besteht aus einem sechspulsigen dem Vergleicher Bachgeschaltet ist. besteht erfin- 15 maschinengetakteten Stromrichter 6 und einem netzdunessemäß darin, daß das Ausgangssignal des Dreh- geführten Stromrichter 7, die über einen Gleichstrommomentreglers in einem Additionsglied dem Sollwert zwischenkreis 8 miteinander verbunden sind, uer für den Strom im Zwischenkreis aufgeschaltet ist. Gleichstromzwischenkreis 8 enthält eine Glattungs-
Die Erfindung basiert also auf der Überlegung, daß drossel 9 und einen Stromwandler 10, der zur fcrtases bei niedrigen Maschinenfrequenzen, bei denen die ao sung des Istwerts / des Stroms im Gleichstrom-Pfriodendauer der Maschinenfrequenz noch groß ist zwischenkreis 8 dient. Den Stromrichtern 6 und /, o^enüber der Ausregelzeit des Stromreglers im deren steuerbare Ventile z. B. in Drehstrombruckenitromregelkreis, möglich ist, den Strom im Zwi- schaltung angeordnet sind, ist jeweils em Steuersatz schenkreis der im stationären Betrieb bei höherer 11 bzw. 12 zugeordnet.
Maschinenfrequenz durch den Regelkreis konstant 25 Der Steuersatz 12, der über eine Leitung 13 mitaer behalten wird, so zu modulieren, daß das Dreh- Netzfrequenz synchronisiert ist, erhalt seine binmoment der Drehfeldmaschine einen zeitlich gleich- gangssignale in bekannter Weise von einem vor-SSn Verlauf erhält. geschalteten Stromregler 14, dessen Vergleich« 15
Soll die Schaltungsanordnung sowohl für den vom Stromwandler 10 her der Istwert / des Stroms motorischen als auch für den generatorischen Betrieb 30 im Gleichstromzwischenkreis 8 s°wie j»n t St™™S°11; to Drehfeldmaschine eingesetzt werden, so ist zu be- wert zugeführt sind. Der Stromso lwert .stm F1 g 1 achten daß sich bei einem übergang von der einen mit /,„* bezeichnet. Er w,rd üblicherweise -ab Betriebsart in die andere das Vorzeichen des Dreh- weichend von der Darstellung in Fig. 1 - direkt SSnenMstwerts ändert. In diesem Fall ist es zweck- oder über einen Funktionsgenerator einem uber-Sg daß der Drehmoment-Istwert einem Betrags- 35 geordneten Drehzahlregler 16 entnommen der au Ä'r zugeführt ist, dessen Ausgang mit dem einen den Steuersatz 11 des Stromrichters 6.einwirkt .Der Eingangdes Vergleichers verbunden ist. Da bei einem Verdiener 17 dieses Drehzahlreglers ^erhalt einen oShtunfeswechsel im allgemeinen auch das Vor- Drehzahl-Sollwert η * von einem S^f^1JJ; zeSen des Drehmoment-Sollwerts geändert wird, der als Potentiometer angedeutet ist. sowie Jn Dreh solUe der Drehmoment-Sollwert ebenfalls einem Be- 4. zahl-Istwcrt η von der Tachometer^hme* IJe .Ssbüdner zugeführt sein, dessen Ausgang mit dem Impulssignale der Tachometermaschine « werdend anderen Eingang des Vergleichers verbunden ist. bei im allgemeinen durch eine in der Fi g. 1 nicht
zir Ermittlung des Drehmoment-Istwerts kann ein dargestellte Einrichtung zur D.g.tal-Analog-Umwandnri'hmomenteeber auf der Läuferwelle der Dreh- lung geformt. . . , .-
^»Α angeordnet sein. Zu diesem Zweck 45 Die aus dem Stromregler 14 dem Vergliche "ber auch ein Drehmomente ncr vorgesehen und dem Stromwandler 10 ^^^^^^ ST welcher mit den Istwerten von Maschinenspan- für den Strom I im G>eic ft hsjrom^chfn e k^ 8 *"* nung und Maschinenstrom gespeist ist. üblicherweise dafür, daß der Strom1/ entep
Der Drehmoment-Sollwert kann dem Vergleicher der Drehzahl η auf ™\™"JemSo\h»*l oder dem Betragsbildner prinzipiell auf beliebige 50 vorgegebenen Wert festgehalten^v.rd Diesur Weise vorgegeben sein. Beispielsweise kann als Dreh- wird abwechselnd vom Stromrichter 6 den e
SShfeldmaschine vorgesehen ist uferen Drehzahl 55 Verlauf sond ern en>thaU O^^ ^ β
folge Laständerungen werden berücksichtigt 3^1"? Senden"" anhand von F i g. 1 näher aus-
in Abhängigkeit von der Belastung der Drehstrom-Asynchronmaschine geführt wird, sondern zusätzlich in Abhängigkeit von der Drehmomentenwelligkeit moduliert wird. Das ist gemäß der Erfindung solange möglich, als die Periodendauer der Maschinenfrequenz groß ist gegenüber der Ausregelzeit des Stromreglers 14 also gerade bei niederen Maschinenfrequenzen, bei denen die Drehmomentenwelligkeit am meisten stört.
Das Drehmoment efhält dadurch im niederen Maschinenfrequenzbereich einen praktisch gleichförmigen zeitlichen Verlauf.
Gemäß F i g. 1 enthält die Schaltungsanordnung 20 zur Herabsetzung der Drehmomenten-Welligkeit zwei Betragsbildner 21 und 22, deren Ausgänge mit den beiden Eingängen eines Vergleichers 23, der einem Drehmomentregler 24 zugeordnet ist, verbunden sind. Die Schaltungsanordnung 20 ist für motorischen, generatorischen und für Leerlaufbetrieb geeignet. Der Betxagsbildner 21 wird mit dem Drehmoment-Istwert D der Drehfeldmaschine 2 gespeist. Dieser Drehmoment-Istwert D wird im vorliegenden Fall von einem Drehmomentrechner 25 ermittelt, dem die Maschinenspannung Um und der Maschinenstrom /M zugeführt werden. Ein solcher Drehmomentrechner25 ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 1 806 769 bekannt. Die Maschinenspannung UM wird mittels eines Spannungswandlers 26 und der Maschinenstrom IM mittels eines Stromwandlers 27 in den Verbindungsleitungen zwischen Stromrichter 6 und Drehfeldmaschine 2 ermittelt. Anstelle des Drehmomentrechners 25 kann auch ein (nicht gezeigter) Drehmomentgeber vorgesehen sein, welcher auf der Läuferwelle 3 der Drehfeldmaschine 2 angeordnet ist.
Dem Betragsbildner 22 wird ein Drehmoment-Sollwert D* zugeführt. Dieser wird im vorliegenden Fall am Ausgang des Drehzahlreglers 16 abgegriffen. Er ändert sich somit mit dem Belastungsmoment der Drehfeldmaschine 2. Als Drehmoment-Sollwertgeber könnte auch ein besonderes Potentiometer vorgesehen sein, welches auf den mittleren Drehmoment-Istwert eingestellt ist.
Die Betragsbildner 21 und 22 bilden jeweils die
Absolutwerte des Drehmoments \D\ bzw. \D* [.Diese werden im Vergleicher 23 miteinander verglichen.
Die Drehmoment-Abweichung AD wird dem Drehrr.omentregler 24 zugeführt, dessen Ausgangssignal I / * einem Additionsglied 28, z. B. einem Additionsverstärker, zugeleitet wird. Der andere Eingang des Additionsgliedes 28 wird mit einem Stromsollwert / *, der über einen Funktionsgenerator 29 mit vorgegebener Kennlinie aus dem Drehmoment-Sollwert D* gebildet wird, gespeist. Im Additionsglied 28 wird also der Sollwert /* für den Strom im Zwischenkreis 8 mit dem Ausgangssignal AI * des Drehmomentreglers 24 moduliert. Man erhält somit einen modulierten Stromsollwert /„*, welcher sich im Takte der Drehmomenten-Welligkeit zeitlich verändert. Auf diese Weise wird der Strom / im Gleichstiomzwischenkreis 8 so moduliert, daß der Unterschied zwischen Drehmoment-Istwert D und Dreh-
»o moment-Sollwert Dn, zu Null wird und die Momentenwelligkeit verschwindet. Wird der vom Drehmomentrechner 25 ermittelte Drehmoment-lsrwert D größer, so wird der Strom / im Gleichstromzwischenkreis 8 sofort kleiner und umgekehrt. Wegen der Veras wendung der Betragsbildner 21 und 22 kann die Kompensation der Drehmomenten-Welligkeit unabhängig von dem Vorzeichen des Drehmomentes der Drehfeldmaschine 2 durchgeführt werden.
Die bisher beschriebene Steuer- und Regelschaltung 30 wird, wie weitgehend aus der Siemens-Zeitschrift 45 (1971), S. 195 bekannt ist. ergänzt durch einen Drehmomentenregler 31 mit vorgeschaltetem Vergieicher 32, dem sowohl der vom Drehzahlregler 16 gebildete drehzahlabhängige Drehmoment-Sollwert D * als auch der vom Drehmomentrechner 25 ermittelte Drehmoment-Istwert D zugeführt sind. Das Ausgangssignal n" des Drehmomentreglers 33 berücksichtigt den Schlupf der Drehstrom-Asynchronmaschine und wird in einem Additionsglied 33 als Korrekturgröße dem Drehzahlistwert π aufgeschaltet. Das korrigierte Ausgangssignal ri des Additionsgliedes dient also Steuerspannung für den Steuersatz 11 des Stromrichters 6.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Zwischenkreis angeordneten Glättungsdrossel frei, Patentansprüche: d. h. nahezu unabhängig von der Spannungsform im Zwischenkreis, ausbilden. Der Strom im Zwischen-
1. Verfahren zum Herabsetzen der Dreh- kreis bleibt während der Kommutierung praktisch momenten-Welligkeit einer Drehfeldmaschine, S konstant; es muß also nur der durch die Glättungswelche über einen Zwischenkreisumrichter mit drossel festgehaltene Gleichstrom kommutiert wersteuerbaren Ventilen und mit eingeprägtem Strom den. Für dk Umkehrung des Energieflusses, also für im Zwischenkreis an ein Drehstromnetz ange- generatoriscben Betrieb, wird die Zwischenkreisspanschlossen ist, mit einem auf den netzseitigen nung bei gleichbleibender Stromrichtung umgekehrt. Stromrichter einwirkenden Stromregelkreis zur io Dies ist wegen des Fehlens von Rücklaufventilen Regelung des Stroms im Zwischenkreis und mit durch Ändern des Steuerwinkeis des maschineneinem Vergleicher, der den Drehmoment-Istwert seitigen Stromrichters möglich.
der Drehfeldmaschine mit einem vorgegebenen Aus der »Siemens-Zeitschrift«, 45. Jahrgang, April
Sollwert vergleicht und dessen Ausgangssignal zur 1971, Heft 4, Seiten 177 bis 182, ist es weiter bekannt. Steuerung des Umrichters verwendet ist, da- 15 daß dem mittleren Drehmoment einer Synchrondurch gekennzeichnet, daß das Aus- maschine, die aus einem Zwischenkreisumrichter mit gangssignal des Vergleichers (23) dem Soll- zwei Stromrichtern in Drehstrom-Brückenschaltung wert (I ♦) für den Strom im Zwischenkreis (8) gespeist wird, Oberwellenmomente höherer Ordnung überlagert wird. überlagert werden. Die Ordnung dieser Oberwellen-
2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des ao momente ist durch ein ganzzahligcs Vielfaches der Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Dreh- Pulszahl des maschinenseitigen Stromrichters gegeben, momentregier, der dem Vergleicher nachgeschal- Beispielsweise treten bei einem sechspulsigen Zwitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus- schenkreisumrichter, bedingt durch die rechteckföigangssignal (Jl*) des Drehmomentreglers (24) migen, nichtsinusförmigen Ströme, Oberwellen im in einem Additionsglied (28) dem Sollwert (I *) »5 Drehmoment mit sechs-, zwölf-, achtzehn-... -fächer für den Strom im Zwischenkreis (8) auf geschal- Maschinenfrequenz auf. Diese Drehmomenten-Weitet ist. ligkeit macht sich besonders bei sehr kleinen Maschinenfrequenzen durch einen unrunden Lauf und durch Rattern unangenehm bemerkbar.
30 In dem genannten Aufsatz in der »Siemens-Zeitschrift« wird angegeben, daß bei Vorliegen besonderer Bedingungen die Drehmomenten-Welligkeit
durch Übergang von sechs- auf zwölf pulsige Schaltungen beträchtlich vermindert werden kann. In die-35 sem Fall hat das niedrigste Oberwellenmoment die zwölfte Ordnung. Eine solche Maßnahme bedeutet aber einen erheblichen Aufwand sowohl für die Steuersätze der Stromrichter als auch für die Strom-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und richter selbst. Die Anzahl der steuerbaren Haupteine Schaltungsanordnung zum Herabsetzen der Dreh- 40 ventile im maschinenseitigen Stromrichter muß auf momenten-Welligkeit einer Drehfeldmaschine, welche jeden Fall vergrößert werden.
über einen Zwischenkreisumrichter mit steuerbaren Einen Zwischenkreisumrichter mit einem Regel-
Ventilen und mit eingeprägtem Strom im Zwischen- kreis auszustatten, der für eine Konstanthaltung des kreis an ein Drehstromnetz angeschlossen ist, mit Stroms im Zwischenkreis sorgt, ist ebenfalls bekannt, einem auf den netzseitigen Stromrichter einwirkenden 45 2. ß. aus der »Siemens-Zeitschrift«, 45. Jahrgang, Stromregelkreis zur ELegelung des Sfoms im Zwi- April 1971, Heft 4, Seiten 195 bis 197, Bild 1. schenkreis und mit einem Vergleicher, der den Dreh- Aus der letztgenannten Literaturstelle ist das ein-
moment-Istwert der Drehfeldmaschine mit einem vor- gangs genannte Verfahren bekannt. Danach ist der gegebenen Sollwert vergleicht und dessen Ausgangs- maschinenseitige Stromrichter eines Zwischenkreissignal zur Steuerung des Umrichters verwendet ist. 50 Umrichters mit einem Stär.derfrequenzregelkreis aus-Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom gerüstet, dessen Sollwert von einem Drehmomentim Zwischenkreis und angeschlossener Drehfeld- regler geliefert wird. Dem Vergleicher dieses Drehmaschine sind bekannt, z. B. aus der deutschen Offen- momentreglers wird einerseits der von einem Istwertlegungsschrift 1513 518. Sie werden zum drehzahl- rechner aus Maschinenspannung und Maschinenstrom regelbaren Antrieb mit Drehfeldmaschinen verwen- 55 ermittelte Drehmoment-Istwert und andererseits der det. Im motorischen Betrieb führt ein als Gleich- von einem übergeordneten Regler gelieferte Drehrichter arbeitender Stromrichter dem Zwischenkreis moment-SoIlwert zugeführt. Der Drehmomentregler Energie aus dem Drehstromnetz zu. Der mit Steuer- sorgt hierbei dafür, daß bei hohen und tiefen Maschibaren Ventilen ausgestattete Gleichrichter erhält seine nenfrequenzen der Mittelwert des Drehmoment« dem Steuerimpulse aus einem Steuersatz, der mit der Netz- 60 vorgegebenen Drehmoment-Sollwert nachgeführt spannung synchronisiert ist. Ein als Wechselrichter wird. Da die Drehmoment-Regelung nur für eine arbeitender Stromrichter, der ebenfalls mit Steuer- Nachführung des Mittelwerts sorgt, können sowohl baren Ventilen ausgestattet ist, speist die angeschlos- bei hohen als auch bei niederen Maschinenfrequenzen sene Drehfeldmaschine mit einer Drehspannung ein- erhebliche Schwankungen und Sprünge des Drehstellbarer Frequenz. Der Wechselrichter kann über 6s moment-Istwerts auftreten, von denen sich besonders seinen Steuersatz eigen- oder fremdgetaktet betrieben diejenigen bei kleinen Maschinenfrequenzen störend werden. Die Drehspannung an der Drehfeldmaschine bemerkbar machen, kann sich durch die entkoppelnde Wirkung der im Der Erfindung liegi die Aufgabe zugrunde, für eine
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