DE2340506B2 - Adaptiver Stromregler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen adaptiven Stromregler zur automatischen Kompensation des Einflusses einer stromabhängigen Induktivität im Stromregelkreis eines Stromrichtergerätes, der einen Verstärker mit einem zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers angeordneten /?C-Serienglied enthaltenden Rückführkreis für PI-Verhalten aufweist, dessen Verstärkung abhängig vom Ist-Strom in der Induktivität über die Änderung des Stromes im Rückführkreis gesteuert wird.

Adaptive Regler werden immer dann mit Vorteil eingesetzt, wenn sich beim Betrieb die Daten der Regelstrecke in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt ändern. Die Adaption beinhaltet eine automatische Anpassung der Reglerdaten an die veränderlichen Streckendaten.

Stromregelkreise von Stromrichtergeräten enthalten im Gleichstromlastkreis Induktivitäten. Die Streckendaten verändern sich in Abhängigkeit vom Gleichstromarbeitspunkt, indem sich z. B. der Induktivitätswert durch Eisensättigung ändert. Da die Drosseln im wesentlichen die Zeitkonstante des Regelkreises bestimmen, ändert sich auch je nach der Aussteuerung des Stromrichters das Zeitverhalten der Regelstrecke. Dies ist regeltechnisch unerwünscht.

Aus der DE-AS 21 64 510 ist ein adaptiver Stromregler der eingangs genannten Art bekannt, bei dem der Einfluß strombedingter Regelstreckenverstärkungsänderungen durch eine laststromabhängige Änderung der Regelverstärkung kompensiert wird.

Eine Prinzipschaltung dieses bekannten Stromreglers ist in F i g. 1 dargestellt. Ein Stromsollwert 1 und ein Stromistwert 2 werden über Eingangswiderstände 3 bzw. 4 dem invertierenden Eingang 5 eines Verstärkers 6 zugeführt. Zur eingangs genannten PI-Beschaltung besitzt der Verstärker 6 einen Rückführwiderstand 7 in Reihe mit einem Kondensator 8 zwischen dem invertierenden Eingang 5 und dem Schleifer eines Potentiometers 10, das seinerseits zwischen dem Ausgang 9 des Verstärkers 6 und dem Nullpotential "> angeordnet ist

Im Gegensatz, zum Beispiel zur Schaltung der DE-AS 21 64 510, ist in F i g. 1 ein Feldeffekttransistor nicht mit dargestellt, dessen Steuerelektrode mit dem Stromistwert beaufschlagt wird Die Wirkung dieses Transistors

¹⁽¹ kann verglichen werden mit einer automatischen Verstellung des Schleifers am Potentiometer, und zwar so, daß bei kleinen Stromistwerten der Schleifer auf der dem Bezugspotential nahen Seite, bei großen Stromistwerten bei der dem Ausgang des Verstärkers nahen Seite steht Dadurch wird bei kleinen Strömen das Maß der Rückführung verringert, so daß die Regelverstärkung ansteigt Bei großen Strömen ist die Rückführung maximal, so daß sich eine kleine Verstärkung ergibt Dem steht bei kleinen Strömen eine große, die dynamische Verstärkung verringernde Induktivität gegenüber, während bei großen Strömen durch die Eisensättigung nur eine kleine Induktivität verbleibt

Durch diese bekannte Art der Adaption wird die Verstäi kung des Stromreglers zwar im richtigen Sinne

-' automatisch vom Stromistwert gesteuert, jedoch ohne Veränderung der Zeitkonstanten in der Rückführung des Verstärkers. Im Bodediagramm gemäß Fig.2 ist der Frequenzgang des Regelvemärkers in F i g. 1 dargestellt Die Eckfrequenz und damit der Frequenz-

gang des Phasenwinkels W ist unabhängig vom Stromistwert, desgleichen die Form der Kurve des Frequenzganges der Verstärkung V. Diese Kurve wird in Abhängigkeit vom Strom lediglich nach oben oder unten verschoben.

'■'■ Der Frequenzgang der stromabhängigen Induktivität weist jedoch eine veränderliche Eckfrequenz auf. Somit ist der Frequenzgang des Phasenwinkels W der Regelstrecke stark stromabhängig, wie F i g. 3 zeigt. Die Strecke besitzt beim konstanten ohmschen Widerstand Rs und veränderlicher Induktivität L_s eine variable Zeitkonstante Ts = Ls/Rs-

Ausgehend von dem eingangs genannten und vorbeschriebenen bekannten Stromregler liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stromregler zu

⁴' schaffen, bei dem die Verstärkung in Abhängigkeit vom Gleichstrom in der Induktivität so gesteuert wird, daß die Frequenzgänge von Regler und Strecke stets dieselbe Eckfrequenz aufweisen.

Die Lösung besteht erfindungsgemäß darin, daß das

'" 7?C-Serienglied in Reihe mit einem in seinem Taktverhältnis abhängig vom Ist Strom getakteten Schalter geschaltet ist und daß ein Wechselströme hoher Frequenzen kurzschließender Hilfskondensator an den Mittelanschluß des /?C-Seriengliedes und an den

^v' invertierenden Eingang des Verstärkers angeschlossen ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der

Steuereingang des getakteten Schalters über einen Betragsbildner, einen einstellbaren Spannungsteiler und

^h(l einen Rechteckgenerator an den Stromistwerteingang des Verstärkers angeschlossen.

Vorteilhaft ist gewährleistet, daß die Zeitkonstante Tr des Reglers und die Streckenzeitkonstante Ts gleich sind; die Beschallung des Reglers kompensiert die ^h' Verzögerung der Strecke durch einen Vorhalt, so daß die !-Verstärkung ein Maximum annehmen darf, das nur von der kleinen Verzögerung des Stromrichterstellgliedes abhängt. Die Zeitkonstante Tr des Reglers, die das

Produkt der Werte der Kapazität des Rückführkondensators und des Rückführwiderstandes ist, wird der Zeitkonstanten T₅ der Regelstrecke vorzugsweise in der Weise nachgeführt, daß der Widerstand nur zeitweilig in die Rückführung geschaltet wird. Zu diesem Zweck ist ein Festwiderstand in Reihe mit einem Schalter geschaltet Die scheinbare Veränderung des Rückführwiderstandes wird gesteuert über das Verhältnis von Leitzeit zu Pausezeit des Schalters.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die eingangs erläuterte bekannte Schaltung,

Fig.2 und 3 Bode-Diagramme des bekannten Reglers und der Reglerstrecke,

Fig.4 ein Bode-Diagramm des erfindungsgemäßen Reglers,

F i g. 5 eine erfindungsgemäße Schaltung.

In F i g. 5 sind die der bekannten Schaltung analogen Elemente in gleicher Zählweise mit der; Ziffern 201 bis 209 bezeichnet. Am Eingang des Stromistwertes 202 ist zusätzlich ein Betragsbildner 211 angeschlossen, an dessen Ausgang über eine Leitung 212 ein einstellbarer Spannungsteiler 213 liegt. Letzterer dient zur Einstellung des Taktverhältnisses eines Rechteckgenerators 214, der einen Schalter 216 steuert, der in Reihe mit dem Rückführwiderstand 207 liegt. Parallel zu der Reihenschaltung aus Rückführwiderstand und Schalter ist ein Kondensator 217 geschaltet.

Die Schaltung nach Fig.5 hat folgende Wirkungsweise:

Der Rückführwiderstand 207 wird nur zeitweilig in die Rückführung geschaltet. Dadurch erhöht sich scheinbar sein Wert

Der Kondensator 217 hat auf die Regelvorgänge keinen Einfluß. Er ist sehr viel kleiner als der

* Rückführkondensator 208 und erfüllt die Aufgabe, die durch das Takten des Schalters 216 verursachten Wechselströme hoher Frequenz (Taktfrequenz) kurzzuschließen.

Die vorgenannte scheinbare Veränderung des Rück-

I» führwiderstandes wird gesteuert über das Verhältnis von Leitzeit zu Pausezeit des Schalters 216. Der Schalter 216, beispielsweise ein Feldeffekttransistor, erhält seine Schaltbefehle 215 von dem Rechteckgenerator 214. Das Taktverhältnis der rechteckförmigen Schaltbefehle 215 ist in geeigneter Weise vom Stromistwert 202 zu steuern, im Ausführungsbeispiel nach Fig.5 ist ein bipolarer Stromistwert 202 angenommen. In diesem Fall ist dem Rechteckgenerator 214 ein Betragsbildner 211 vorgeschaltet, weil die

2» Eisensättigung vom Vorzeichen des Gleichstromes unabhängig ist.

Der einstellbare Spannungsteiler 213 erlaubt eine Anpassung an verschiedene Kennlinien von stromabhängigen Induktivitäten.

-'■'· Wie sich die Frequenzgänge der Verstärkung V und des Phasenwinkels W in Abhängigkeit vom Stromistwert bei dem erfindungsgemäßen Regler ändern, zeigt F i g. 4. Unter Rückblick auf F i g. 3 erkennt man daraus, daß die erstrebte Anpassung der Zeitkonstante 7> des

)» Reglers an die Zeitkonstante Ts der Regelstrecke erreicht wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Adaptiver Stromregler zur automatischen Kompensation des Einflusses einer stromabhängigen Induktivität im Stromregelkreis eines Stromrichtergerätes, der einen Verstärker mit einem zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Verstärkers angeordneten ÄC-Serienglied enthaltenden Rückführkreis für PI-Verhalten aufweist, dessen Verstärkung abhängig vom Ist-Strom in der Induktivität über die Änderung des Stromes im Rückführkreis gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das KC-Seriengüed (207, 206) in Reihe mit einem in seinem Taktverhältnis abhängig vom Iststrom getakteten Schalter (216) geschaltet ist und daß ein Wechselströme hoher Frequenzen kurzschließender Hilfskondensator (217) an den Mittelanschluß des ÄC-Seriengliedes (207,208) und an den invertierenden Eingang (205) des Verstärkers (206) angeschlossen ist

2. Adaptiver Stromregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des getakteten Schalters (216) über einen Betragsbildner (211), einen einstellbaren Spannungsteiler (213) und einen Rechteckgenerator (214) an den Strom-Istwerteingang (202) des Verstärkers (206) angeschlossen ist.