DE2342653C2

DE2342653C2 - Einrichtung zur Regelung einer selbstgesteuerten Synchronmaschine

Info

Publication number: DE2342653C2
Application number: DE2342653A
Authority: DE
Inventors: Felix Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Blaschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1973-08-23
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB1430361A; JPS5050623A; SE390094B; CH565478A5; BE818974R; FR2241910A2; JPS5524796B2; CA1016599A; FR2241910B2; US3896351A; SE7410472L; DE2342653A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung einer umrichtergespeisten, selbstgesteuerten Synchronmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 nach Patent 2132178 (Hauptpatent). Bei dieser aus dem Hauptpatent bekannten Einrichtung werden im Statorstromsollwertbildner die Stromsollwerte für die Phasenstromregler gebildet. Der Ständerstromdurchflutungszeiger wird feldorientiert durch unabhängig voneinander veränderbare Sollwertkomponenten vorgegeben, von denen die eine (Wirkanteil Iw*) stets senkrecht und die andere (Bildanteil Ib*) stets parallel zur Feldachse orientiert ist. Mit Hilfe von zwei ständerbezogenen, die momentane Lage der Drehfeldachse bestimmenden Feldkomponenten, die mit einer Feldnachbildung erfaßt werden, werden die feldorientierten Sollwertkomponenten in ständerbezogene Sollwertkomponenten umgeformt und dem Statorstromsollwertbildner zugeführt. Dadurch kann bei einer Synchronmaschine der Wirk- und der Blindanteil des Ständerstromes unabhängig voneinander vorgegeben werden. Zur Verbesserung der dynamischen Verhältnisse im Erregerstromregelkreis bei Laststößen ist durch das Hauptpatent bekannt, zur Unterstützung des Erregerstromreglers beim Übergang von einem auf den anderen stationären Zustand den feldparallelen Anteil des Ständerstromes, d.h. den Blindstrom der Synchronmaschine zu verändern. Für manche Anwendungsfälle ist aber die daraus resultierende, wenn auch nur kurzzeitige Veränderung der von der Maschine aufgenommenen bzw. abgegebenen Blindleistung störend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Fluß auch während dynamischer Übergänge konstant zu halten, ohne daß hierzu der magnetisierende Anteil des Ständerstromes verändert werden muß. Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß dem Erregerstromregler als Sollwert das Ausgangssignal eines Qutientenbildners zugeführt ist, dessen Dividendeneingang von einer dem gewünschten Magnetisierungsstrom proportionalen Größe und dessen Divisoreingang von einer dem Kosinus des Polradwinkels proportionalen Größe beaufschlagt ist Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist es also, auch den Erregerstrom bezüglich seines feldparallelen Anteils feldorientiert vorzugeben.

Die dem Dividendeneingang zugeführte Größe kann im einfachsten Fall in einer konstanten Steuergröße bestehen, so daß der Erregerstromsollwert gesteuert vorgegeben wird. Es ist aber auch möglich, zusätzlich noch eiiien Flußregler zur Sollwertvorgabe zu verwenden, wobei dieser dann aber nur etwaige Ungenauigkeiten der Steuerung auszugleichen braucht.

Soll die Synchronmaschine zur Lieferung von Blindleistung herangezogen werden, dann erweist es sich als zweckmäßig, wenn dem Dividendeneingang zusätzlich noch eine dem Sollwert oder dem Istwert der feldparallelen Ständerstromkomponente proprotionale Größe zugeführt wird.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der Figuren näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt ein Vektordiagramm für die Ströme einer motorisch betriebenen, übererregten Synchronmaschine. Mit Fsei die Achse des umlaufenden Drehfeldes und P die Polradachse bezeichnet. Der Winkel zwischen den Achsen Fund fist der Polradwinkel i). Bezüglich einer ständerfesten Achse a, welche mit der Achse einer Ständerwicklung zusammenfallen möge, weist die Polradachse den Winkel α und die Drehfeldachse Fden Winkel β auf. Aus dem Diagramm wird ersichtlich, daß die in Richtung der Feldachse zeigerde, magnetisierende Komponente des Erregerstromes U sich zusammensetzt aus dem konstanten Leerlaufmagnetisierungsstrom und einem Anteil, welcher der feldparallelen Komponente h des Ständerstromes / entspricht. Vom Erregerstrom /_e ist also nur der Anteil /_e · cos S) in

Richtung des Magnetfeldes wirksam. Für jede Änderung des magnetisierenden Stromes um einen gewissen Betrag ist eine um den Faktor l/cos ö größere Betragsänderung des Erregerstromes i_e erforderlich.
In F i g. 2 ist zunächst ein allgemeines Blockschaltbild für die eingangs erwähnte, nach der deutschen Offenlegungsschrift 21 32 178 bekannte feldorientierte Regelung einer Synchronmaschine gezeigt, wobei für gleiche Bauelemente dieselben Bezugszeichen übernommen wurden. Ein dreiphasiges Drehstromnetz N speist über steuerbare Stromrichter 1,2 das Polrad und die Ständerwicklungen einer Synchronmaschine 3. Einem mit 5 bezeichneten Flußrechner, dessen gerätetechnischer Innenaufbau im einzelnen aus der deutschen

Offenlegungsschrift 21 32 178 hervorgeht, werden an den Klemmen 13 und 14 zwei die jeweilige Polradstellung beschreibende Komponenten sin α und cos« zugeführt, des weiteren an der Klemme 9 eine dem Erregerstrom proportionale Größe, sowie an den Klemmen 10 und 11 zwei den Ständerstromvektor in einem raumfesten Koordinatensystem beschreibende Komponenten i_a und ib. Mit die^-n Eingangsgrößen erarbeitet der Flußrechner 5 zwei die momentane Lage der Drehfeldachse F in einem ständerbezogenen Koordinatensystem beschreibende Komponentenspannungen sin β und cos ß, eine dem Betrag des Luftspaltflusses proportionale Größe, sowie eine an der Klemme 47 abnehmbare Ausgangsspannung, welche proportional dem Kosinus des Polradwinkels It isL Mit den Komponentenspannungen sin β und cos β können in bekannter Weise mittels eines Vektordrehers VD1 die Komponenten des Ständerstromvektors feldorientiert, d. h. feldsenkrecht mit dem Sollwert Ib* vorgegeben werden. Zur Regelung des Erregerstromes i_c ist ein Erregerstromregler 60 vorgesehen, dessen Sollwert im Ausgangssignäl eines Quotientenbildners 70 besteht, dessen Divisoreingang mit der Klemme 47 des Flußrechners 5 verbunden ist Das dem Dividendeneingang des Quotientenbildners 70 zugeführte Signal setzt sich additiv zusammen aus dem feldparallelen Ständerstromkomponenten-Sollwert Ib* und — in der dargestellten Stellung der Schaltbrücke 71 — aus einer konstanten Größe K. In diesem Fall wird der Sollwert des Erregerstromreglers 60 gesteuert vorgegeben und hätte die Größe

Entspricht dabei die Größe K dem Leerlaufmagnetisierungsstrom, dann würde, wie ein Vergleich mit dem Vektordiagramm gemäß F i g. 1 zeigt, der dem Erregerstromregler 60 vorgegebene Sollwert exakt dem zur Aufrechterhaltung eines konstanten Luftspaltflusses bei sich ändernden Polradwinkel erforderlichen Wert entsprechen. Der Einsatz eines Flußreglers ist also an sich nicht erforderlich, es sei denn, man stellt erhöhte Anforderungen an die Konstante des Flusses. Dann wird der Ausgang eines Flußreglers mit dem Kontakt 74 verbunden und mit der Schaltbrücke 71 die Kontakte 72

ίο und 74. Durch den Quotientenbildner 70 wird jetzt der Flußregler 4 bei seiner Aufgabe, den Magnetfluß konstant zu halten, unterstützt indem jede Veränderung der Ausgangsspannung des Flußreglers 4 sich unmittelbar und direkt linear in einer entsprechenden Veränderung des magnetisierenden Anteils des Erregerstromes ie auswirkt Eine weitere Verbesserung in dynamischer Hinsicht bei der Ausregelung einer Abweichung des tatsächlich vorhandenen Flusses von dem als Sollwert vorgegebenen Flußsollwert Φ* kann damit erreicht werden, daß nicht nur zwischen den Kontakten 72 und 74, sondern auch noch zwischen den Kontakten 72 und 75 durch eine weitere, nicht dargestellte Schaltbrücke eine leitende Verbindung geschaffen wird, so daß der Sollwert Φ* über ein Proportionalglied mit dem

Verstärkungsfaktor — , wo L die Induktivität der

Erregerwicklung bedeutet, im Sinne einer Vorsteuerung mit dem Betrag 'P*/L wirkt. Dadurch wird dem Erregerstromregler 60 praktisch unverzögert schon der richtige Wert des von ihm einzustellenden Erregerstromes mitgeteilt, während der Flußregler 4 praktisch nur dazu dient, die bei der Signalverarbeitung auftretenden Ungenauigkeiten, welche hauptsachlich durch die Toleranzen der Bauelemente bedingt sind, auszugleichen. Die zuletzt beschriebene Variante stellt also eine sehr schnelle und dabei gleichzeitig hochgenaue Flußregelung dar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Regelung einer umrichtergespeisten selbstgesteuerten Synchronmaschine (3) mit einem Phasenstromregler (2) zugeordneten Statorstromsollwertbildner, dem feldparallele und feldsenkrechte Sollwertkomponenten (h*, Iw*), die mit Hilfe von in einer Feldnachbildung (5) erfaßten Komponenten der momentanen Lage der Drehfeldachse in ständerbezogene Sollwertkomponenten (i_a*, ib*) umgeformt sind, zugeführt sind, mit einem Erregerstromregler (60), nach Patent 2132178. dadurch gekennzeichnet, daß dem Erregerstromregler (60) als Sollwert das Ausgangssignal eines Quotientenbildners (70) zugeführt ist, dessen Dividendeneingang von einer dem gewünschten Magnetisierungsstrom proportionalen Größe und dessen Divisore'ngang von einer dem Kosinus des Polradwinkels (/)) proportionalen Größe beaufschlagt ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Flußregler, dadurch gekennzeichnet, daß die dem gewünschten Magnetisierungsstrom proportionale Größe in dem Ausgangssignal des Flußreglers (4) besteht

3. Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Flußregler, dadurch gekennzeichnet, daß die dem gewünschten Magnetisierungsstrom proportionale Größe in dem Ausgangssignal des Flußreglers (4) und einer konstanten Steuergröße (Abbestellt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem gewünschten Magnetisierungsstrom proportionale Größe bzw. die konstante Größe aus einem Quotienten (Φ'/LJt gebildet aus dem Flußsollwert (Φ*), dividiert durch die Induktivität (L)AtT Erregerwicklung, besteht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dividendeneingang zusätzlich eine dem 'dollwert (Ib*) oder dem Istwert der feldparallelen Ständerstromkomponente proportionale Größe zugeführt ist.