DE2320748B2 - Anordnung zur steuerung der drehzahl eines drehstrommotors, der ueber einen zwischenkreisumrichter betrieben wird - Google Patents

Description

selrichterausgangsspannung, das ist die Motorklemmenspannung, zur Frequenzsteuerung benutzt. Doch auch hier ist der Drehzahlstellbe.eich auf 0,1 bis 1.0/7Nl-Mi begrenzt.

Für den erforderlichen Überstromschutz, der Wcchselrichterlhyristoren bieten die zwangsgelösehteii Schaltungen besondere Vorteile. So wird in Heumann/Stumpe »Thyristoren« S. 207 ein Verfahren zur Stromregelung beschrieben, das mit Hilfe der Zweipunktregelung den Ausgangsstrom auf einen vorgegcbenen Sollwert begrenzt. Dieses Verfahren erfordert insbesondere von der Leistungselektronik einen erhöhlen Aufwand, da ein WechselrichterthyriMor mehrmals hintereinander je Sechstel Periode gezündet und gelöscht werden muß. _!5

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der im Oberbegriff vorausgesetzten An derart auszugestalten, daß der Antrieb im Grund- und Feldschwachdrehzahlbereich betrieben werden kann. Drehzahlsollwertänderungen ohne »Kippen« des Motors möglichst schnell ausgeführt werden und in allen Betriebszuständen Überspannungen und Überströme im Umrichter vermieden werden.

Die Erfindung erreicht ihre Ziele dadurch, daß die Motor-Klemmenspannung über einen Funktionsgeber dem Spannungs-Frequenzwandler vorgegeben ist. daß dem Funktionsgeber zusatzlich ein in einem eisten Schwellwertglied aus dem Sollwert gebildetes Signa! vorgegeben ist, das sich nur oberhalb der der maximal erreichbaren Gleichrichterausgangsspaniiung entsprechenden Schwellwerteinstellung auswirkt, daß dem Spannungsfrequenzwandler zusätzlich das Ausgangssignal eines Spannungsmaximum-Reglers zugeführt ist, dessen Eingangssignal in einem zweiten Sehwellwertglicd aus der Motorklemmenspannung und einem eine maximal zulässige Motorklemmenspannung bestimmenden Wert gebildet ist, daß ein Strommaximumregler vorgesehen ist, dessen Eingangssignal in einem dritten Schwellwertglied aus dem Zwischenkreisslrom und einem einstellbaren maximalen Stromwert gebildet ist. dessen Ausgangssignal zur Verkleinerung des auf das erste Schwellwertglied geführten Sollwertes oder zur Verkleinerung des Ausgangssignals des ersten Schwellwertgliedes dient, und daß der Ausgangsstrom des mit Summenlöscheinrichtung versehenen Wechselrichters in einer Vergleichseinrichtung gegenüber einem maximal löschbaren Strom ausgewertet ist, die bei Überschreiten dieses Stromwertes eine vorgezogene Löschung der Wechselrichterventile einleitet.

Als vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik ergibt sich ein erweiterter Drehzahlbereich von (0,1 bis 1.5) fiNcnn, daß beliebig schnelle Sollwertänderungen im gesamten Betriebsbereich vorgegeben werden dürfen und der Antrieb entsprechend seinen Lastverhältnissen diesen schnellstmöglich folgt, ohne daß die Gefahr des »Motorkippens« oder des Entstehens von Überspannungen besteht, und daß eine Stromüberlastung der Wechselrichterventile durch vorzeitige Löschung derselben nicht möglich ist, ohne daß ein Wechselrichtcrventil mehrmals hintereinander je Sechstel Periode gezündet und gelöscht werden muß und somit der Wechselrichter mit Summenlöscheinrichtung arbeiten kann.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 erläutert.

Es bedeuten: 4 den netzgeführten Gleichrichterteil mit Anschnittsteuerung, 5 den selbstgeführten Wechselrichterteil, 3 den im Zwischenkreis angebrachten Glättungsteil, 1 eine Strommeßeinrichtung auf der Ausuanssseite des Gleichrichters 4, 2 eine zusätzliche Strommeßeinrichtung auf der Ausgangsseite des W»chselrichterteils 5,12 den zu steuernden Drehstrommotor. (Dieser Kreis ist in F i g. 1 durch stark ausgezogene Striche hervorgehoben.) 33 stellt einen Stromregier dar, 34 den Steuersalz zu 4. Auf dem Weg über die Strommeßstelle 1, über ein Vergleichsorgan 6, ist in an sich bekannter Weise ein Regelkreis für den Gleichrichter-Ausgangsstrom vorgesehen. (Dieser übliche Regelkreis ist in F i g. 1 durch gestrichelte Linien dargestellt.) In einem Vergleichsglied 7 wird der mit dem Sollwertgeber 28 eingestellte Wert mit dem in 1! erfaßten Istwert der Moiorklemmenspannung verglichen.

Din Differenz steuert in bekannter Weise den Spannungsregler 36, dessen Ausgang über ein Begrenzungsglied 37, eine Richtungsdiode 9. am Vergleichglied 6 den Sollwert für den Stromregelkreis vorgibt. Durch das Begrenzungsglied 37 wird sichergestellt, daß ein Signal zur Spannungserhöhung nur durchgelassen wird, wenn dabei der in 29 eingestellte Strom nicht überschritten wird.

Es wird weiter der in 11 erfaßte Istwert der Motorklcmmerspannung bis zur Nennbeiriebsdrehzahl als Führungsgröße für die Frequenz benutzt. Damit kann sich der Spannungsabfall im Wechselrichter nicht auswirken, und die Flußvorgabe über das Spannungs/Freqtienz-Verhältnis wird genauer als bei den beschriebenen bekannten Verfahren. Dieser Istwert bestimmt über ein Summierungsglied 13 und einen Funktionsgeber 14, einen Spannungs/Frequenz-Umsetzer 15 und den Zündverteiler 16 die Größe der Wechselrichterlrequenz. Der Funktionsgeber 14 legt dabei die Zuordnung von Motorspannung und Frequenz fest. Bei kleinen Frequenzen wird dabei mit Rücksicht auf den Spannungsabfall am Ständerwiderstand vom linearen Verlauf abgewichen.

Von der Nennbetriebsdrehzahl ab wird nach der Erfindung im Feldschwächbereich die Führungsrolle für die Frequenz von dem Kreis 19. 20, 21, 44. 30 bzw. 39. 28, übernommen, wobei 19 das Feldschwächglicd. 20 den eisten Schwellwertgebcr, 21 ein Vergleichsglicd, 28 der Sollwertgeber und 30 bzw. 39 ein Begrenzungsglied darstellen. (Dieser Kreis ist in F i g. 1 durch starke strichpunktierte Linien dargestellt.)

Die aus diesem Kreis resultierende Beeinflussung der Frequenz erfolgt, indem oberhalb des in 20 eingestellten Schwellwertes der Sollwert über einen Invertierer 19 ein zusätzliches Signal auf die Summierstelle 13 zur Frequenzerhöhung gibt, sofern das Ausgangssignal des Strommaximumreglers 22 in den Begrenzungsgliedern 30 bzw. 39 größer als dieses ist. Dieser zusätzliche Strommaximumregelkreis, bestehend aus dem Strommaximumregler 22, einem dritten Schwellwertglied 29, 38, verhindert ein Motorkippen im Feldschwächbereich. Wird der in 1 erfaßte Gleichstrom größer als 90% des maximal zulässigen, mittels 29 eingestellten Wertes, so steuert die im Vergleichsglied 38 ermittelte Differenz den Strommaximumregler 22 so aus. daß sein Ausgangssignal über die Begrenzungsglieder 30 bzw. 39 die Auswirkung des zusätzlichen Signals vom Sollwert zur Frequenzerhöhung verhindert.

Zur Verhinderung von Überspannungen im Feldschwächbereich erhält der Spannungsfrequenzwandler 15 zusätzlich das Ausgangssignal eines Spannungsmaximum-Reglers 23, dessen Eingangssignal in einem zweiten Schwellwertglied 24, 25, aus der Motorklemmenspannung und einem eine maximal zulässige Motorklemmenspannung bestimmenden Wert gebildet ist. Wird infolge generatorischen Betriebes die Motor-

klemmenspannung höher als ihr zulässiger Wert, so steuert die in 24 ermittelte Differenz zum zulässigen Höchstwert den Spannungsmaximumregler 23 so aus. daß er mit seinem Ausgangssignal am Spannungsfrcquenzwandler 15 die Frequenz erhöhl und damit den generatorischen Betrieb schnell unterbindet.

Zum Schutz der Wechselrichterventile gegen Überströme werden diese bei Überschreiten eines maximal löschbaren Stromes vorzeitig gelöscht. Dazu dient eine zusätzliche Strommessung 2 auf der Ausgangsseite des Wechselrichters 5, ein Vergleichsglied 43 und ein Zwei-Punkt-Regler 26 mit nachgeschaltetem Speicher in der Zündverstelleinrichtung 16.

Der verzögerungsfrei arbeitende Zwei-Punkt-Regler 26 löst nämlich bei Erreichen der in 27 eingestellten maximalen Stromgrenze einen Löschimpuls aus (F i g. 2a und 2b). Ein nachgeschalteter Speicher sperrt gleichzeitig alle weiteren Zündimpulse so lange, bis die zyklische Weiterschaltung nach Beendigung eines Sechstels einer Periode die nächste Thyristor-Kombination zündet. Da bei Erreichen einer maximalen Stromgrenze der Löschbefehl vor Ablauf der Sechstelperiode verfrüht ausgeführt wird, die nächste Zündung aber erst nach Ablauf der Sechstelperiode erfolgt, erhält der Motor erfindungsgemäß keinen an der Stromgrenze getakteten Strom, sondern nur Stromimpulsc. Bei hohem maximal zulässigem Strommomentanwert resultiert daraus doch nur ein kleiner Strommiuelwert und somit keine Überlastung der Bauelemente. (Dieser Kreis ist in F i g. 1 durch kurze und lange Striche dargestellt.) Durch das einmalige Zünden und Löschen je Sechstelperiode genügt eine Summenlöscheinrichtung im Wechselrichter.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Drehstrommotors, der über einen Zwischenkreisumrichter, bestehend aus einem netzgeführten steuerbaren Gleichrichter mit nur einer Energieflußrichtung, einem im Zwischenkreis angeordneten, aus einer Längsdrossel und einem Querkondensator aufgebautem Glättungsglied und einem Wechselrichter, gespeist ist, mit über einen den steuerbaren Gleichrichter beeinflussenden Stromregler geregeltem Zwischenkreisstrom, dessen Stromsollwert von einem überlagerten Spannungsregelkreis vorgegeben ist, dessen Eingangsgröße in <5 einem Soll-Istvergleicher aus einem Sollwert und der Motorklemmenspannung als Istwert gebildet ist, und mit Stellung der Wechselrichterfrequenz von einem Spannungs-Frequenzwandler. dadurch gekennzeichnet, daß die Motor-Klemmenspannung über einen Funktionsgeber (14) dem Spannungs-Frequenzwandler (15) vorgegeben ist, daß dem Funktionsgeber (14) zusätzlich ein in einem ersten Schwellwertglied (20. 21, 19) aus dem Sollwert gebildetes Signal vorgegeben ist, das sich nur oberhalb der der maximal erreichbaren Gleichrichterausgangsspannung entsprechenden Schwellwerteinstellung (20) auswirkt; daß dem Spannungsfrequenzwandler (15) zusätzlich das Ausgangssignal eines Spannungsmaximurn-Reglers (23) zugeführt ist, dessen Eingangssignal in einem zweiten Schwellwertglied aus der Motorklemmenspannung und einem eine maximal zulässige Motorklemmenspannung bestimmenden Wert gebildet ist; daß ein Strommaximumregler (22) vorgesehen ist, dessen Eingangssignal in einem dritten Schwellwertglied (29,38) aus dem Zwischenkreisstrom und einem einstellbaren maximalen Stromwert (29) gebildet ist, dessen Ausgangssignal zur Verkleinerung des auf das erste Schwellwertglied (20, 21, 19) geführten Sollwertes oder zur Verkleinerung des Ausgangssignals des ersten Schwellwertgliedes dient; und daß der Ausgangsstrom des mit Summenlöscheinrichtung versehenen Wechselrichters (5) in einer Vergleichseinrichtung gegenüber einem maximal löschbaren Strom ausgewertet ist, die bei Überschreiten dieses Stromwertes eine vorgezogene Löschung der Wechselrichterventile einleitet.

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Drehstrommotors, der über einen Zwischenkreisumrichter, bestehend aus einem netzgcführten steuerbaren Gleichrichter mit nur einer Energieflußrichtung, einem im Zwischenkreis angeordneten, aus einer Längsdrossel und einem Querkondensator aufgebauten Glättungsglied und einem Wechselrichter, gespeist ist, mit über einen den steuerbaren Gleichrichter beeinflussenden Stromregler geregeltem Zwischenkreisstrom, dessen Stromsollwert von einem überlagerten Spannungsregelkreis vorgegeben ist, dessen Eingangsgröße in einem Soll-Istvergleicher aus einem Sollwert und der Motorklemmenspannung als Istwert '5 gebildet ist und mit Stellung der Wechselrichterfrequenz über einen Spannungs-Frequenzwandler.

   Eine solche Anordnung ist durch »Elektronik«, 1968, ς 122 in Bild 2. bekannt. Dort werden ,/on einem gemeinsamen Stellwiderstand die Spannung mit H.lfe des Stromleitverfahrens über den gesteuerten Gleichrichter und die Frequenz über einen Spannungs-Frequenzumsetzer eingestellt. Durch die Aussteuerung des Gleichrichters ist die Höhe der Zwischenkreisspannung und damit die Amplitude der Wechselnchterausgangsspannung bestimmt. Der gemeinsame Stellwiderstand ergibt Proportionalität zwischen Spannung und Frequenz was zu einem konstanten Luftspahfluß in der Maschine führt. Sollwertänderungen dürfen jedoch nur so schnell ausgeführt werden, wie die Maschine mit der Drehzahl folgen kann, da bei schnellerem Heraufsteuern die Maschine »kippt« bzw. bei zu schnellem Herabsteuern die Maschine generatorisch arbeitet und damit Überspannungen erzeugt. Die Sollweriverstcllgeschwindigkeil wird darum zur Vermeidung der genannten Gefahren mit Hilfe eines Integrationsgliedes - abgestimmt auf die Maschine - begrenzt.

   Eine weitere Anwendungsbegrenzung der bekannten Anordnung ist in dem begrenzten Drehzahlstellbereich zu sehen, da ohne besondere Schutzvorkehrungen eine Frequenzerhöhung bei konstanter Spannung, d. h. Feldschwächbetrieb, nicht zulässig ist una somit die maximale Drehzahl als Nenndrehzahl sich bei maximaler Frequenz und maximal möglicher Spannung ergibt.

   Da die genannte Gruppe von Umrichtern sich bezüglich des Umfanges an benötigter Elektronik besonders günstig gestaltet, beschäftigen sich mehrere Veröffentlichungen mit diesem Themenkreis, insbesondere mit der Verbesserung der Schutzmöglichkeiten. Zum Schutz gegen Überspannungen wird in der AEG-Mitteilung 56, 1965, 2, S. 105/108, eine Schutzlogik beschrieben, die die Überspannungen auf Grund generatorischen Betriebes der Maschine erfaßt und verarbeitet, um bei Überschreiten einer höchstzulässigen Spannung die Gleichrichterzündung zu sperren und alle Wechselrichterthyristoren zu zünden. Diese Maßnahme bedeutet aber ein starres generatorisches Abbremsen des Drehstrommotors durch Klemmkurzschluß, sowie einen Kurzschluß des Gleichspannungs-Zwischcnkreises, und führt zu einem sofortigen Abschalten mittels des Leistungsschützes. Dieses Verfahren läßt noch Wünsche offen, und zwar in der Richtung, daß bei jeder solchen Störung nicht das ganze Gerät abgeschaltet werden muß, sondern daß von dem Störfall automatisch in einen neuen ordentlichen Betriebszustand übergeleitet werden kann.

   Durch DT-AS 16 13 776 ist weiter bekannt, daß der Sollwert der Gleichspannung im Zwischenkreis als unabhängige Variable stellbar ist, und die Frequenz des Wechselrichters in Abhängigkeit vom Istwert dei Gleichspannung am Kondensator oder am Wechsel richter-Eingang gesteuert wird. — Hierdurch wire zwar erreicht, daß bei Zurücknahme des Sollwerts die Frequenz entsprechend der Spannung am Wechselrichter langsam und stetig abnimmt, und deshalb die Dreh zahl nur wenig übersynchron gegenüber der neuen Fre nuenz ist, wodurch aber auch nur ein beschränkter go n'eratorischer Betrieb mit seinen unerwünschten Folger möglich ist. - Da aber dieses Verfahren die Frcquen; nach dem Istwert der Gleichspannung am Wcchselrich tereingang steuert, bleiben die Verlustspannungen in Wechselrichter unberücksichtigt. Die Zuordnung Span nung/Frequenz für die Konstanthaltung des magneti sehen Flusses im Drehstrommotor wird dadurch ver fälscht. In der »Elektrie« 26 (1972), Heft 11, S. U 25/ Bild 9, wird zur Vermeidung dieses Nachteils die Wcch