DE2362961B2

DE2362961B2 - Einrichtung zum regeln der drehzahl eines von einem kreisstrombehafteten umkehrstromrichter mit kreisstromdrosseln gespeisten gleichstromantriebes

Info

Publication number: DE2362961B2
Application number: DE19732362961
Authority: DE
Inventors: Hans 8521 Neunkirchen Groß
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-18
Filing date: 1973-12-18
Publication date: 1976-04-08
Also published as: FR2254903A1; JPS50106126A; FR2254903B3; CH581404A5; DE2362961A1; JPS564118B2; DE2362961C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines von einem kreisstrombehafteten Umkehrstromrichter mit Kreisstromdrosseln gespeisten Gleichstromantriebes, bei der die Differenz zwischen Drehzahlsollwert und Drehzahlistwert über einen Proportionalverstärker geführt ist, 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.

Zur Speisung von dynamisch schnellen Gleichstromantrieben, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, werden heute in zunehmendem Umfange Thyristorumkehrstromrichter benutzt, solche sind beispielsweise aus der Siemens-Zeitschrift, Sept. 1964, S. 685 bis 691 und April 1971, S. 201 bis 203 bekannt. 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 sich 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. wie durch die DT-AS 2164 510 bekannt, dadurch realisiert, daß in die Rückführung ein steuerbarer Spannungsteiler eingesetzt wird. Bei diesen und ähnlichen Schaltungen mit selbstanpassenden Stromreglern wird dabei stets von Schaltungen ausgegangen, bei denen dem Siromregelkreis noch ein Drehzahlregelkreis überlagert ist.

Da der Stromregler zwangläufig Eigenzeiten besitzt, wird heute zur Erhöhung 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 Regelsirecke mit übernehmen.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Amplitude der Rückkopplung des Proportionalverstärkers und die Integrierzeit des Integrierverstärkers umgekehrt abhängig von der Amplitude des Drehzahlsollwertes und/oder des Istwertes aussteuerbar sind.

Auf diese Weise kann das Proportional- und das Integralverhalten der Drehzahlregelung, die voneinander unabhängig und getrennt auf den für jeden Antrieb oder Stromrichter erforderlicnen optimalen Wert einstellbar sind, auch dann entsprechend den Änderun gen 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 abei vorzugsweise in den gesteuerten Spannungsteiler Feldeffekttransistoren vorgesehen, auf deren Steuereingänge der Drehzahlsoll- und/oder der Drehzahlistwert über einen einstellbaren Funktionsgeber 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 !stwertes ist.

An Hand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der Regeleinrichtung,

Fig.2 das Proportional- bzw. Integralverhalten in Abhängigkeit vom Drehzahlsollwert und

F i g. 3 das Zeitverhalten des Drehzahlreglers.

Der schematisch gezeichnete Umkehrstromrichter 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 Wechselrichterbetrieb, 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 /?„, proportionales Signal abgibt. Dieses Signal liegt zusammen mit einem Drehzahlsollwert ± n* 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

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$ noch ein Umkehrverstärker 7 vorgeschaltet ist.

Der Drehzahlregler 8 besteht aus drei Verstärkern, und zwar einem Proportionalverstärker 9, einem Integrierverstärker 10 und einem Summierverstärker 11. Der Proportionalverstärker 9 besteht aus einen s Verstärker V. an dessen Ausgang ein steuerbarer Spannungteiler, bestehend aus einem Widerstand 13 und Potentiometer 12 angeschlossen ist. Der am Potentiometer 12 anstehende Teil der AusgangsspannuDij wird über einen Widerstand 14 zusammen mit der Differenz zwischen Drehzahlsol!- und Drehzahlistwert an den einen Eingang des Verstärkers Vgegeben, 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 Summierverstärker Il und einmal über einen Integrierverstärker 10 an den Summierverstärker 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_p und das Integralverhalten, d. h. die Nachstellzeit T_n, wie aus Fig.3 ersichtlich, individuell jeweils für sich einstellbar.

Darüber hinaus liegt nun noch die Forderung vor, die Verstärkung V_pund die Nachstellzeit T_n in Abhängigkeit von Änderungen der Regelstreckenverstärkung selbst- js tätig zu verändern. Hierbei wird von der Überlegung ausgegangen, daß niederen Drehzahlen eine hohe Verstärkung und eine geringe Integrierzeitkonstante des Drehzahlreglers, dagegen hohen Drehzahlen das umgekehrte Verhalten zugeordnet sein sollte. Eine Veränderung dieses Verhaltens braucht dabei nur innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches Δη* 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 Fig.2 dargestellt, und zwar aufgetragen über dem Betrag des Drehzalilsollwertes n*.

Wie bereits erwähnt, kann die Veränderung des Proportional- bzw. 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 18 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 Steuerungsmöglichkeit 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 π '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 als auch beim Verzögern des Motors gleichartige Anpassungen des Reglers zu erhalten. Um von den Kennlinien der Feldeffekttransistoren unabhängig zu werden, werden dabei die Feldeffektransistoren vom Funktionsgeber im Schaltbetrieb getaktet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Regeln der Drehzahl eines von einem kreisstrombehafteten Umkehrstromrichter > mit Kreisstromdrosseln gespeisten Gleichstromantriebes, bei der die Differenz zwischen Drehz&hlsollwert und Drehzahlistwert über einen Proportionalverstärker geführt ist, dessen Ausgang einmal direkt und einmal über einen Integrierverstärker mit den Eingängen eines Summierverstärkers verbunden ist, an den seinerseits die Steursätze des Umrichters angeschlossen sindi 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, 13) bzw. (20,21) in den Rückführungen veränderbar sind.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen I 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.