DE2320748C3 - Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Drehstrommotors, der über einen Zwischenkreisumrichter betrieben wird - Google Patents

Description

die Wecbselriehterausgangsspannung, das ist die Motorklemmenspannung, zur Frequenzsteuerung benutzt Doch auch hier ist der Drehzahlstellbereich auf 0,1 bis 1,0 /jNenn begrenzt

Für den erforderlichen Oberstromschutz der Wechselrichterthyristoren bieten die zwangsgelöschten 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 vorgege- ι ο benen Sollwert begrenzt Dieses Verfahren erfordert insbesondere von der Leistungselektronik einen erhöhten Aufwand, da ein Wechselrichterthyristor mehrmals hintereinander je Sechstel Periode gezündet und gelöscht werden muß.

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

Die Erfindung erreicht ihre Ziele dadurch, daß die Motorklemmenspannung über einen Funktionsgeber dem Spannungs-Frequenzwandler vorgegeben ist daß dem Funktionsgeber zusätzlich ein in einem ersten Schwellwertglied aus dem Sollwert gebildetes Signal vorgegeben ist, das sich nur oberhalb der der maximal erreichbaren Gleichrichterausgangsspannung entsprechenden Schwellwerteinstellung auswirkt daß dem Spannungsfrequenzwandler zusätzlich das Ausgangssignal eines Spannungsmaximum-Reglers zugeführt ist, dessen Eingangssignal in einem zweiten Schwellwertglied 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 Zwischenkreisstrom und einem einstellbaren maximalen Stromwert gebildet ist, dessen Au^gangssignal 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 Oberschreiten 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) /Nenn 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 Wechselrichterventil 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,3 den selbstgeführten Wechselrichterteil, 3 den im Zwischenkreis angebrachten Glättungsteil, I eine Jtrommeßeinrichtung auf der Ausgangsseite des Gleichrichters 4, 2 eine zusätzliche StrommeBeinrichtung auf der Ausgangsseite des Wechselrichterteils 5,12 den zu steuernden Drehstrommotor. (Dieser Kreis ist in F i g, 1 durch stark ausgezogene Striche hervorgehoben.) 33 stellt einen Stromregler dar, 34 den Steuersatz 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 11 erfaßten Istwert der Motorklemmenspannung verglichen.

Die Differenz steuert in bekannter Weise den Spannungsregler 36, desen Ausgang über ein Begrenzungsglied 37, eine Richtungsdiode 9, am Vergleichsglied 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 eingeteilte Strom nicht überschritten wird.

Es wird weiter der in 11 erfaßte Istwert der Motorklemmenspannung bis zur Nennbetriebsdrehzahl als Führungsgröße für die Frequenz benutzt Damit kann sich der Spannungsabfall im Wechselrichter nicht auswirken, und die Flußvorgabe über das Spannungs/ Frequenz-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 Wechselrichterfrequenz. 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 Feldschwächglied, 20 den ersten Schwellwertgeber, 21 ein Vergleichsglied, 28 den 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 Strommavimumregler 22, einem dritten Schwellwertglied 29, 38, verhindert ein Motorkippen im Feldschwächbereich. Wird der in 1 erfaßte Gleichstrom größe? als 90% des maximal zulässigen, mittels 29 eingestellten Wertes, so steuert die im Vergleichsglied 38 ermittelte Differenz den Strommaximumregler 22 so aus, daß sein Ausgangisignal 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 Motorklemmenspannung 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 Spannungsfrequenzwandler 15 die Frequenz erhöht 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 Thyrislor-Kombination zündet. Da bei Erreichen einer maximalen Stromgrenze der Löschbefehl vor Ablauf der Sechsteiperiode verfrüht ausgeführt wird, die nächste Zündung aber erst nach Ablauf der Sechstelperiode erfolgt, erhält der Motor erfindungsgemäß keinen an der Stromgrenze

ίο getakteten Strom, sondern nur Stromimpulse. Bei hohem maximal zulässigem Strommomentanwert resultiert daraus doch nur ein kleiner Strommittelwert und somit keine Überlastung der Bauelemente. (Dieser Kreis ist in Fig. 1 durch kurze und lange Striche

ι, 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 neizgeführten 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 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 übet 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 Spannungsmaximum-Reglers (23) zugeführt ist, dessen Eingangssignal in einem zweiten Schwellwertglied .1US der Motorklemmenspannung und einem eine maximal zulässige Motorklemmenspannung bestimmenden Wert - gebildet ist; daß ein Strommaximumregler (22) vorgesehen ist, dessen Eingangssignal in einem drit.en 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 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 einem Soll-Istvergleicher aus einem Sollwert und der Motorklemmenspannung als Istwert gebildet ist und mit Stellung der Wechselrichterfrequenz über einen Spannungs-Frequenzwandler.

   Eine solche Anordnung ist durch »Elektronik«, 1968,

   S. 122, in Bild 2, bekannt. Dort werden von einem gemeinsamen Stellwiderstand die Spannung mit Hilfe 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 Wechselrichterausgangsspannung bestimmt Der gemeinsame Stellwiderstand ergibt Proportionalität zwischen Spannung und Frequenz, was zu einem konstanten Luftspaltfiaß 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 Oberspannungen erzeugt Die Sollwertverstellgeschwindigkeit 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 und somit die maximale Drehzahl als Nenndrehzahl sich bei maximaler Frequenz und maximal möglicher Spannung ergibt Da die genannte Gruppe von Umrichtern sich bezüglich des lioifangs 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 56,1966,2, 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

   *o Abbremsen des Drehstrommotors durch Klemmenkurzschluß sowie einen Kurzschluß des Gleichspannungs-Zwischenkreises 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 DE-AS 16 13 776 ist weiter bekannt, daß der

   so Sollwert der Gleichspannung im Zwischenkreis als unabhängige Variable stellbar ist und die Frequenz des Wechselrichters in Abhängigkeit vom Istwert der Gleichspannung am Kondensator oder am Wechselrichter-Eingang gesteuert wird. — Hierdurch wird zwar erreicht, daß bei Zurücknahme des Sollwertes die Frequenz entsprechend der Spannung am Wechselrichter langsam und stetig abnimmt und deshalb die Drehzahl nur wenig übersynchron gegenüber der neuen Frequenz ist, wodurch aber auch nur ein beschränkter generatorischer Betrieb mit seinen unerwünschten Folgen möglich ist. — Da aber dieses Verfahren die Frequenz nach dem Istwert der Gleichspannung am Wechselrichtereingang steuert, bleiben die Verlustspan* nungen im Wechselrichter unberücksichtigt. Die Zuordnung Spannung/Frequenz für die Konstanthaltung des magnetischen Flusses im Drehstrommotor wird dadurch verfälscht. In der »Elektrie« 26 (1972), Heft 11, S. U 257, Bild 9, wird zur Vermeidung dieses Nachteils