DE2362961A1

DE2362961A1 - Einrichtung zum regeln der drehzahl eines von einem kreisstrombehafteten umkehrstromrichter mit kreisstromdrosseln gespeisten gleichstromantriebes

Info

Publication number: DE2362961A1
Application number: DE2362961A
Authority: DE
Inventors: Hans Gross
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-18
Filing date: 1973-12-18
Publication date: 1975-06-19
Also published as: JPS564118B2; FR2254903A1; FR2254903B3; DE2362961C3; JPS50106126A; CH581404A5; DE2362961B2

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen,

Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeiohen: VPA 73/3369 Ch/Ar

Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines von einem kreisstrombehafteten Umkehrstromrichter mit Kreisstromdrosseln gespeisten Gleichstromantriebes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Hegeln der Drehzahl eines von einem kreisstrombehafteten Umkehrstromriohter mit Kreisstromdrosseln gespeisten Gleichstromantriebes, bei der die Differenz zwischen Drehzahlsollwert und Drehzahlistwert zur Ansteuerung der Steuersätze des Umkehrstromrichter s dient.

Zur Speisung von dynamisch schnellen Gleichstromantrieben, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, werden heute in zunehmenden Umfange Thyristorumkehrstromrichter benutzt (vgl. beispielsweise Siemens-Zeitschrift Sept. 1964, S. 685 bis 871 und April 1971, S. 201 bis 203). Die Anregelzeiten derartiger Antriebe sind im wesentlichen durch die elektrischen und mechanischen Zeitkonstanten in der Regelstrecke bestimmt. Aus Platzgründen und um kleine Anregelzeiten zu erhalten, strebt man heute eine immer weitergehende Verkleinerung der Gleichstromdrosseln und eine Verringerung der Induktivität an. Die verwendeten Induktivitäten sind vom Strom abhängig, so daß sioh hierdurch und je nach Aussteuerung des Stromrichters das Zeitverhalten der Regelstrecke ändert. Dies ist regeltechnisch unerwünscht. Um diesen laststromabhängigen Änderungen der Regelstreckenverstärkung entgegenzutreten, ist es bekannt, die Verstärkung des Stromreglers in Abhängigkeit vom Ankerstrom des Gleichstromantriebes zu verändern. Schaltungstechnisch wird dies z.B. dadurch realisiert, daß in die Rückführung ein steuerbarer Spannungsteiler eingesetzt wird. (Vgl. z.B. DT-AS 2 164 510). Bei diesen und ähnlichen Schaltungen (vgl. z.B. DT-OS 2 055 473) mit selbstanpassenden Stromreglern

5 09825/0630 _₂_

23629b ι

- 2 - VPA 73/3369

wird dabei stets von Schaltungen ausgegangen, bei denen dem Stromregelkreis noch ein Drehzahlregelkreis überlagert ist.

Da der Stromregler zwangsläufig Eigenzeiten besitzt, wird heute zur Erhöung der Dynamik und aus Kostengründen häufig gefordert, ohne Stromregler auszukommen. In einem solchen Falle muß dann der Drehzahlregler zum Teil die Aufgaben der Anpassung der Regelung an die Regelstrecke mit übernehmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, für eine Einrichtung der eingangs genannten Art eine Drehzahlregelung zu schaffen, bei der trotz Terzieht auf einen Stromregler eine optimale Anpassung des Regelverhaltens an die Regelstrecke in den verschiedensten Betriebspunkten möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung, bei der die Drehzahl-Soll-Istwert-Differenz über einen Proportionalverstärker geführt ist, dessen Ausgang einmal direkt und einmal über einen Integrierverstärker mit dem Ausgang eines Summierverstärkers verbunden ist, an den seinerseits die Steuersätze des Umrichters angeschlossen sind, dadurch gelöst, daß die Amplitude der Rückkopplung des Proportionalverstärkers und die Integrierzeit des Integrierverstärkers umgkehrt abhängig vom Drehzahlsollwert und/oder -Istwert ist.

Auf diese Weise kann das Proportional-und das Integralverhalten der Drehzahlregelung, die voneinander unabhängig und getrennt auf den für jeden Antrieb oder Stromrichter erforderlichen optimalen Wert einstellbar sind,auch dann entsprechend den Änderungen der Regelstrecke selbsttätig und unabhängig voneinander verändert werden. Die Veränderungen lassen sich dabei einfach z.B. durch drehzahlabhängig gesteuerte Spannungsteiler in den Rückführungen der Verstärker erreichen. Zur Verringerung des Aufwandes sind dabei vorzugsweise in den gesteuerten Spannungsteiler Feldeffekttransistoren vorgesehen,

509825/0630 _ ,

INSPECTED

3 - VPA 73/3369

auf deren Steuereingange der Drehzahlsoll- und/oder der Drehzahlistwert über einen einstellbaren Punktionsgeber führbar ist. Der Funktionsgeber kann dann z.B. so aufgebaut sein, daß er eine getaktete Ausgangsspannung abgibt, deren Puls-Pausenverhältnis umgekehrt proportional dem Betrag des Drehzahlsoll- und/oder Istwertes ist.

Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Regeleinrichtung, Fig. 2 das Proportional- bzw. Integralyerhalten in Abhängigkeit vom Drehzahlsollwert und Fig. 3 das Zeitverhalten des Drehzahlreglers.

Der schematisch gezeichnete Umfcehrstromrichter 2 ist an ein Drehstromnetz RST angeschlossen und besteht aus den beiden Gleichrichtergruppen 24 und 25, die je nach der geforderten Drehrichtung über Kreisstromdrosseln 3 eine Gleichstrommaschine 1 speisen. Wenn die eine Gleichrichtergruppe 24- im Gleichrichterbetrieb arbeitet, so arbeitet die andere Gruppe 25 im Wechselriohterbetrieb, damit bei einem Momentenwechsel sofort die Energie übernommen werden kann und umgekehrt. Der Kreisstrom kann dabei durch passende Wahl der Zündwinkel des jeweiligen Wechselrichters relativ klein gehalten werden.

Mit der Gleichstrommaschine 1 ist eine Tachometermaschine 4 gekuppelt, die an ihrem Ausgang ein der Drehzahl Hj₈O. proportionales Signal abgibt. Dieses Signal liegt zusammen mit einem Drehzahlsollwert - η an den Eingängen eines gestrichelt umrandeten selbstanpassenden Drehzahlreglers 8, der direkt an seinem Ausgang die Führungsgrößen für die Steuersätze 5 bzw. 6 der Gleichrichtergruppen 24 bzw. 25 liefert, wobei zur jeweils unterschiedlichen Aussteuerung dem Steuersatz 5 noch ein Umkehrverstärker 7 vorgeschaltet ist.

509825/0630

- 4 - VPA 73/3369

Der Drehzahlregler 8 besteht im Prinzip aus drei Verstärkern, und zwar einem Proportionalverstärker 9» einem Integrierverstärker 10 und einem Summierverstärker 11. Der Proportionalverstärker 9 besteht aus einem Verstärker V, an dessen Ausgang ein steuerbarer Spannungsteiler, bestehend aus einem Widerstand 13 und Potentiometer 12angeschlossen ist. Der am Potentiometer 12 anstehende Teil der Ausgangsspannung wird über einen Widerstand 14 zusammen mit der Differenz zwischen Drehzahlsoll- und Drehzahlistwert an den einen Eingang des Verstärkers V gegeben, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers 9 dem Differenzsignal proportional ist, wobei die Proportionalität durch die Einstellung des steuerbaren Spannungsteilers aus Widerstand 13 und Potentiometer 12 bestimmt ist. Die Ausgangsspannung am Ausgang des Proportionalverstärkers 9 wird einmal direkt an den einen und einmal über einen Integrierverstärker 11 geführt. Der Integrierverstärker 10 besteht aus einem Operationsverstärker V, dessen Ausgangsspannung über einen steuerbaren Spannungsteiler, bestehend aus Widerstand 20 und Potentiometer 21 gegen Masse M geschaltet ist. Ein einstellbarer Teil dieser Spannung wird über einen Kondensator 19» der das Integrierverhalten des Integrierverstärkers 10 bestimmt, an den Eingang zurückgeführt.

Durch die Verwendung der Potentiometer 12 und 21 in den Spannungsteilern ist das Proportionalverhalten, d.h. die Verstärkung V und das Integralverhalten,d.h. die Nachstellzeit T , wie aus Fig. 3 ersichtlich, individuell jeweils für sich einstellbar.

Darüberhinaus liegt nun noch die Forderung vor, die Verstärkung V und die Nachstellzeit T_n in Abhängigkeit von Änderungen der Regelstreckenverstärkung selbsttätig zu verändern. Hierbei wird von der Überlegung auegegangen, daß niederen Drehzahlen eine hohe Verstärkung und eine geringe

509 825/0630

- 5 - VPA 73/3369

Integrierzeitkonstante des Drehzahlreglers, dagegen hohen Drehzahlen das umgekehrte Verhalten zugeordnet sein sollte. Eine Veränderung dieses Verhaltens braucht dabei nur innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichs^ η vorgenommen zu werden, da bei sehr kleinen, bzw. sehr hohen Drehzahlen adaptive Anpassungen keine regeltechnisch brauchbaren Änderungen mehr ergeben* Ein beispielsweiser Verlauf des Proportional- und Integralverhaltens ist dabei in Pig. 2 dargestellt, und zwar aufgetragen über dem Betrag des Drehzahlsollwertes η*.

Wie bereits erwähnt, kann die Veränderung des Proportionalbzw. Integralverhaltens durch die steuerbaren Spannungsteiler in den Rückführungen erreicht werden. Hierzu ist das Potential zwischen dem Widerstand 13 und dem Potentiometer 12 durch einen Feldeffekttransistor 16 steuerbar, der über einen einstellbaren Widerstand 15 mit Masse verbunden ist. Je nach Durchlässigkeit des Feldeffekttransistors 16 wird die Spannung am Verbindungspunkt abgesenkt und damit die über den Widerstand 14 rückgekoppelte Spannung Verkleinert. Dies läuft auf eine Erhöhung der Proportionalverstärkung hinaus. Die gleiche individuelle Steuerungsmögliohkeit der Amplitude der rückgeführten Spannung ist beim Integrierverstärker 10 vorgesehen, bei dem das Potential zwischen Widerstand 20 und Potentiometer 21 durch einen gegen Masse über einen Widerstand 22 geschalteten Feldeffekttransistor 23 steuerbar ist. Zur Aussteuerung im Sinne des in Fig. 2 gezeigten Regelverhaltens ist der Drehzahlsollwert η* über einen Funktionsgeber 18 mit einstellbarem Verhalten an die Steuereingänge der Feldeffekttransistoren 16 und 23 geführt, so daß zumindest in einem bestimmten Bereich mit zunehmendem Drehzahlsollwert die Verstärkung in vorgebbarer Weise abgesenkt und die Integrierzeit erhöht wird. Dem Funktionsgeber kann alternativ auch der Istwert oder die Summe aus entsprechend gewichtetem Soll- und Istwert vorgegeben werden, um z.B. im letzteren Falle sowohl beim Beschleunigen al3 auch beim Verzögern des

509825/0630 _₆_

- 6 - VPA 73/3369

Motors gleichartige Anpassungen des Reglers zu erhalten. Um von den Kennlinien der Feldeffekttransistoren unabhängig zu werden, werden dabei die Feldeffekttransistoren vom Punktionsgeber im Schaltbetrieb getaktet.

3 Ansprüche
3 Figuren

50 9 8257 0630

Claims

- 7 - VPA 73/336

Pat entans prüche -

( 1.) Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines Von einem kreisstrombehafteten Umkehretromrienter mit Kreisstromdrosseln gespeisten Gleichstromantriebes, bei der die Differenz zwischen Drehzahlsollwert und Drehzahlistwert über einen Proportionalverstärker geführt 1st, dessen Ausgang einmal direkt und einmal über einen Integrierverstärker mit den Eingängen eines Summierverstärkers verbunden ist, an den seinerseits die Steuersätze des Umrichters angeschlossen sind,dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Rückkopplung des Proportionalverstärkers (9) und die Integrierzeit des Integrierverstärkers (10) umgekehrt abhängig von der Amplitude des Drehzahlsollwertes und/oder Istwertes aussteuerbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der Rückkopplung von Proportionalverstärker (9) und Integrierverstärker (10) durch gesteuerte Spannungsteiler (12, i3) bzw. (20,21) in den Rückführungen veränderbar sind.
3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß den gesteuerten Spannungsteilern Feldeffekttransistoren (16, 23) zugeordnet sind, deren Steuereingängen der Drehzahlsollwert über einen einstellbaren Funktionsgeber (18) in Form einer getakteten Spannung zuführbar ist.

509825/0630

S .

Leerseite