DE2344330C3 - Regeleinrichtung tür eine gesteuerte Stromrichteranordnung - Google Patents

Description

45

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für eine gesteuerte Stromrichteranordnung mit einem Stromregler, einem Steuersatz und einer Einrichtung zur lückstromabhängigen Adaptierung wenigstens eines Regelkreisparameters in stetiger Abhängigkeit vom Strom der Stromrichteranordnung.

Eine derartige Regeleinrichtung ist bekannt aus dem Aufsatz »Regelung von Stromrichterantrieben bei lückendem und nichtlückendem Ankerstrom« von Arne B u χ b a u m. veröffentlicht in Technische Mitteilungen, AEG-Telefunken, 1969, H. 6, S. 348 bis 352, insbesondere Abschnitt 4 und 5. Dort ist ausgeführt, daß ein selbstanpassender Regler für den Stromregelkreis einer gesteuerten Stromrichteranordnung bei nichtlückendem Strom ein Pl-Verhalten, bei lückendem Strom dagegen ein !-Verhalten aufweisen muß und daß die Integrationszeitkonstante im Lückbereich nachgeführt werden muß. Ein geeigneter Regler weist eine Rückführung mit zwei Kondensatoren, einem ohmschen Widerstand, zwei elektronischen Schaltern und einem Multiplikator auf. Beim Unterschreiten der Lückgrenze wird der eine elektronische Schalter geschlossen und der andere elektronische Schalter geöffnet. Der Regler arbeitet dann als I-Regler, dessen Zeitkonstante über den Multiplikator nachgeführt wird. Die Lückgrenze kann mit einer Komparatorschaltung erfaßt werden. Das Stellsignal zur Nachführung der Integrationszeitkonstante läßt sich über einen Funktionsgeber aus dem Ankerstrom ermitteln.

Bei dieser bekannten adaptiven Regeleinrichtung besteht das Problem, aus dem unstetigen Verlauf des Stromrichterstromes im Lückbereich eine Einfiußgröße zur stetigen Beeinflussung des Regelkreisparameters zu gewinnen. Wird der aus Strompulsen bestehende Stromistwert der Stromrichteranordnung durch ein übliches Glättungsglied, beispielsweise ein /?C-Glied, geglättet, so bringt die für eine ausreichende Glättung erforderliche große Glättungszeitkonstante eine Verschlechterung der Regelgeschwindigkeit mit sich, die den Vorteil der lückstromabhängigen Adaptierung der Regeleinrichtung wieder zunichte macht. Aus diesem Grunde ist auch im Abschnitt 6 des eingangs genannten Aufsatzes ein praktisch aufgeführter selbstanpassender Regler beschrieben, der im Lückbereich mit einer vom Strom-Istwert pulsbreiten-modulierten Umschaltung zwischen PI- und I-Regler arbeitet.

Ein derartiger Regler mit umschaltbarem Zeitverhalten und einer Umschalteinrichtung isi aus der DT-AS 19 57 599 bekannt. Die Umschaltung ivird so vorgenommen, daß der Regler im nichtlückenden Bereich des Stromrichterstromes und während der Strompulse im lückenden Bereich ein Pl-Verhalten, dagegen in den Stromlücken des lückenden Bereiches ein I-Verhalten aufweist. Die ständigen Umschaltungen des Zeitverhaltens des Stromreglers bringen jedoch beträchtliche Unruhe in den Regelkreis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für Regeleinrichtungen der eingangs genannten Art Schaltungsanordnungen anzugeben, mit denen au| dem unstetigen Verlauf des Stromrichterstromes im Lückbereich Stromwerte gewonnen werden, die unmittelbar oder mit einer sehr kleinen Glättungszeitkonstante zur stetigen Beeinflussung eines Regelkreisparameters verwendet werden können.

Gemäß einer ersten Variante der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung zur Bildung eines Stromwertes aus dem Strom der Stromrichteranordnung gelöst, die zwei Integrationsverstärker enthält, die von einer dem Momentanwert des Stromes entsprechenden Spannung beaufschlagt sind und deren Rückkopplungskondensatoren wechselweise von elektronischen Schaltern überbrückt sind, deren Steuerstrecken mit den beiden Ausgängen einer eingangsseitig von den Zündimpulsen für die Stromrichterventile beaufschlagten bistabilen Kippstufe verbunden sind, wobei die Ausgangsspannungen der beiden Integrationsverstärker einem Addierverstärker zur Bildung des Stromwertes zugeführt sind.

Eine zweite Variante der Erfindung sieht zur Bildung eines Stromwertes aus dem Strom der Stromrichteranordnung eine Schaltunganordnung vor, die einen Kondensator enthält, der über einen elektronischen Schalter an eine dem Momentanwert des Stromes entsprechende Spannung geschaltet ist, wobei die Steuerstrecke des elektronischen Schalters mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers verbunden ist, der einen differenzierenden und von der vorgenannten Spannung beaufschlagten Eingang aufweist.

Bei der ersten Variante der Erfindung wird bei jedem Strompuls des Stromrichterstromes im Lückbereich ein der Stroni-Zeit-Fläche des Strompulses proportionaler

Stromwert erneut gebildet, während bei der zweiten Variante der Erfindung bei jedem Strompuls ein seinem Spitzenwert proportionaler Stromwert erneut gebildet wird. In beiden Fällen werden durch die erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen Stromwerte mit nahezu stetigem Verlauf aus dem im Lückbereich pulsförmigen Stromrichterstrom gebildet, die dem jeweiligen Strompuls ohne Verzögerung folgen. Eine eventuell noch erforderliche Glättung der Stromwerte kann mit einer kleinen Glättungszeitkonstante erfolgen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Figuren näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Diagramm zur Erläuterung des Lückbetriebs,

Fig.2 eine prinzipielle Darstellung einer Regeleinrichtung für eine gesteuerte Stromrichteranordnung mit einer Schaltungsanordnung gemäß der ersten Variante der Erfindung,

Fig.3a die Innenschaltung eines Ausführungsbeispieles der ersten Variante der Erfindung,

Fig.3b, 3c Diagramme für die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung nach Fig.3a,

Fig.4a die Innenschaltung eines Ausführungsbeispieles der zweiten Variante der Erfindung,

Fig.4b, 4c, 4d Diagramme für die Eingangsspannung, den Steuerstrom und die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung nach F i g. 4a.

F i g. 1 zeigt die beiden typischen Betriebszustände für den zeitlichen Verlauf des Stromes einer Stromrichteranordnung im Lückbereich A und im nichtlückenden Bereich B. Im Lückbereich A wechseln Zeiten der Stromführung Smit stromlosen Pausen Pab: Der Strom »lückt«. Dieses Lücken tritt abhängig von der Zeitkonstante des Verbraucherkreises unterhalb eines bestimmten Stromwertes auf, der als Lückgrenze bezeichnet wird. Die Periodendauer ist mit τ bezeichnet.

F i g. 2 zeigt die Verwendung eines stromgeregelten Stromrichters zur Speisung eines induktiv behafteten Verbrauchers 1, der beispielsweise ein Gleichstrommotor sein kann. Der Verbraucher 1 ist über einen Stromrichter 2 als Stellglied aus einem Drehstromnetz RST gespeist. Ein Stromwandler 6 liefert an seiner Ausgangsklemme 7 eine den Stromrichterstrom abbildende Spannung /, die subtraktiv einem Vergleichspunkt 10 zugeführt ist. Im Vergleichspunkt 10 wird die Differenz zwischen der Istwertspannung / und einer Sollwertspannung /* als Regeldifferenz gebildet und einem Regler 5 zugeführt. Wenn der Verbraucher 1 ein Gleichstrommotor ist. so kann die Sollwertspannung /* beispielsweise von einer überlagerten Drehzahlregelung gebildet werden. Die Ausgangsspannung des Reglers 5 ist über einen Dividierer 3, dessen Funktion noch erläutert wird, mit der Eingangsklemme 8 eines Steuersatzes 9 verbunden, der die Zündimpulse an die gesteuerten Halbleiterventile des Stromrichters 2 ausgibt.

Wenn die in F i g. 2 dargestellte Regeleinrichtung für eine gesteuerte Stromrichteranordnung im Lückbereich A ( Fig. 1) des Stromrichterstromes betrieben wird, so erfolgt im Lückbereich eine Verringerung der Verstärkung der Regelstrecke mit zunehmender Dauer der stromlosen Pausen. Wenn als Verbraucher ein Gleichstrommotor vorgesehen ist, so verringert sich dessen Ankerkreisverstärkung. Wenn der Regler 5 für den nichtlückenden Bereich S nach gewissen Kriterien, z. B.

symmetrisches Optimum oder Betragsoptimum, eingestellt ist, findet er im Lückbereich eine Regelstrecke mit verminderter Verstärkung vor und kann deshalb im Lückbereich in regeldynamischer Hinsicht nicht mehr das gleiche leisten wie im nichtlückenden Bereich.

Zur Abhilfe ist ein Glied zur Beeinflussung der Kreisverstärkung in stetiger Abhängigkeit von einem Stromwert vorgesehen. Dieses Glied ist als Dividierer 3 im Ausgang des Stromreglers 5 vorgesehen. Dem Dividierer 3 wird als Dividend die Ausgangsspannung des Stromreglers 5 und als Divisor ein Stromwert Im eingegeben, der von einer Schaltungsanordnung 4 aus dem Strom-Istwert gebildet und auf einen Wert begrenzt ist, der dem Strom an der Lückgrenze entspricht. Der Stromwert Im kann näherungsweise als Strommittelwert angesehen werden.

F i g. 3a zeigt die Innenschaltung der Schaltungsanordnung 4 bei der zur Bildung des Stromwertes der Steuerwinkel für die Zündimpulse der gesteuerten Halbleiterventile des Stromrichters berücksichtigt wird. Die Schaltungsanordnung 4 enthält zwei mit einer den Strom-Istwert abbildenden Spannung / beaufschlagte Integrationsverstärker 13, 14 und 16, 17, deren Rückkopplungskondensatoren 14,17 wechselweise von Feldeffekt-Transistoren 15, 18 als elektronische Schalter überbrückt sind. Die Steuerelektroden der Feldeffekt-Transistoren 15, 18 sind mit den Ausgängen einer bistabilen Kippstufe 12 verbunden, die an ihrer Eingangsklemme 11 von den Zündimpulsen für die Stromrichterventile angesteuert ist. Die Ausgangsspannungen der beiden integrationsverstärker 13,14 und 16, 17 werden in einem Addierverstärker 19 zum Stromwert Im vereinigt. Dieser Stromwert wird über eine bekannte — nicht dargestellte — Begrenzerstufe auf einen Wert begrenzt, der dem Strom an der Lückgrenze entspricht.

Die Bildung des Stromwertes Im während eines jeden Strompulses und seine anschließende Speicherung in der stromlosen Pause durch die Integrationsverstärker 13, 14 und 16, 17 wird von den Zündimpulsen für die Halbleiterventile des Stromrichters gesteuert. Der Zündimpuls für ein Ventil setzt beispielsweise die Kippstufe 12 so, daß der Feldeffekt-Transistor 15 durchlässig und der Feldeffekt-Transistor 18 gesperrt gesteuert ist. Der Integrationsverstärker 13, 14 bildet das Strom-Zeit-Integral der den Stromrichterstrom abbildenden Spannung / und speichert diesen Wert bis zum nächsten Zündimpuls. Dieser steuert die Kippstufe 12 um, so daß der Rückkopplungskondensator 14 kurzgeschlossen und damit der Integrationsverstärker 13,14 gelöscht und gleichzeitig der andere Integrationsverstärker 16,17 freigegeben wird.

Fig. 3b zeigt den zeitlichen Verlauf der den Strom-Istwert abbildenden Spannung /im Lückbereich. In Fig.3c ist der zeitliche Verlauf des Stromwertes Im der Schaltungsanordnung 4 dargestellt.

Fig.4a zeigt als Ausführungsbeispiel für die zweite Variante der Erfindung eine Schaltungsanordnung 20 zur Bildung eines Stromwertes Is, der näherungsweise dem Spitzenwert eines jeden Strompulses des Stromrichterstromes entspricht. Der Einfluß des Steuerwinkels ist in guter Näherung berücksichtigt. Ein Speicherkondensator 26 liegt über einen Feldeffekt-Transistor 25 als elektronischen Schalter an einer den Strom-Istwert abbildenden Spannung / an Klemme 22. Die den Strom-Istwert abbildende Spannung / steuert einen Operationsverstärker 24 über einen differenzierenden Eingang an. Der differenzierende Eingang wird durch

einen Kondensator 23 gebildet. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 24 bildet den Steuerstrom ig (Fig.4c) für den Feldeffekt-Transistor 25. In den Zeiten, in denen ein positiver Steuerstrom ig fließt, ist der Feldeffekt-Transistor 25 durchlässig und der Speicherkondensator 26 lädt sich auf die den Strom-Istwert abbildende Spannung /an Klemme 22 auf. Ist der Steuerstrom ig Null oder negativ, so wird der Feldeffekt-Transistor 25 gesperrt gesteuert, der Speicherkondensator 26 behält die gespeicherte Spannung bei bis zum nächsten positiven Impuls des Steuerstromes ig. Hierfür ist ein hochohmiger Eingangswiderstand einer nachgeordneten Schaltung nötig.

An Klemme 21 steht eine kleine Spannung Uv zur Voreinspeisung an, damit sichergestellt ist, daß auch dann der Feldeffekt-Transitor 25 sicher gesperrt wird, wenn der Stromrichterstrom Null ist.

Fig.4b zeigt den zeitlichen Verlauf der den Strom-Istwert abbildenden Spannung /im Lückbereich, während in Fig. 4c der zeitliche Verlauf des Steuerstromes ig und in Fig.4d der Verlauf des Stromwertes /5 dargestellt ist, der dem Spannungsverlauf am Kondensator 26 entspricht.

Die mit Hilfe der Schaltungsanordnungen 4 bzw. 20 gewonnenen Stromwerte können auch — abweichend vom Beispiel der Fig. 2 - in anderer Weise zur stetigen Beeinflussung eines Regclkreisparameters verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, einen Dividierer zwischen dem Vergleichspunkt 10 und dem Regler 5 vorzusehen, dem ein erfindungsgemäß gebildeter Stromwerl als Divisor zugeführt ist. Weiterhin ist es möglich, in der Rückführungsbesehallung des Stromreglers 5 einen Multiplizierer vorzusehen, dem ein erfindungsgemäß gebildeter Stromwert als Faktor zugeführt ist.

Wenn der Vergleichspunkt 10 durch einen getrennten Differenzverstärker realisiert wird, so kann auch in dessen Rückführung ein Multiplizierer vorgesehen sein, dem ein erfindungsgemäß gebildeter Slromwert als Faktor zugeführt ist. Auch die Zeitkonstante des ι Stromreglers kann in Abhängigkeit von einem derartigen Stromwert stetig nachgeführt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. Regeleinrichtung für eine gesteuerte Stromrichteranordnung mit einem Stromregler, einem Steuersatz und einer Einrichtung zur lückstromabhängigen Adaptierung wenigstens eines Regelkreisparameters in stetiger Abhängigkeit vom Strom der Stromrichteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Stromwertes (Im) aus dem Strom der Stromrichteranordnung (2) eine Schaltungsanordnung (4) vorgesehen ist, die zwei Integrationsverstärker (13, 14 bzw. 16, 17) enthält, die von einer dem Momentanwert des Stromes entsprechenden Spannung (I) beaufschlagt ®i5 sind und deren Rückkoppiungskondensatoren (14 bzw. 17) wechselweise von elektronischen Schaltern (15 bzw. 18) überbrückt sind, deren Steuerstrecken mit den beiden Ausgängen einer eingangsseitig von den Zündimpulsen für die Stromrichterventi/e *> beaufschlagten bistabilen Kippstufe (12) verbunden sind, wobei die Ausgangsspannungen der beiden Integrationsverstärker einem Addierverstärker (19) zur Bildung des Stromwertes (Im) zugeführt sind (Fig.2,3a,3b,3c).
2. 2. Regeleinrichtung für eine gesteuerte Stromrichteranordnung mit einem Stromregler, einem Steuersatz und einer Einrichtung zur lückstromabhängigen Adaptierung wenigstens eines Regelkreisparameters in stetiger Abhängigkeit vom Strom der Stromrichteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung eines Stromwertes (Is) aus dem Strom der Stromrichteranordnung eine Schaltungsanordnung (20) vorgesehen ist, die einen Kondensator (26) enthält, der über einen elektronischen Schalter (25) an eine dem Momentanwert des Stromes entsprechende Spannung (I) geschaltet ist. wobei die Steuerstrecke des elektronischen Schalters (25) mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers (24) verbunden ist, der einen differenzierenden und von der vorgenannten Spannung (I) beaufschlagten Eingang (23) aufweist.