DE2460364C2

DE2460364C2 - Schaltungsanordnung zur Regelung der Antriebskraft einer frequenzumrichtergespeisten Drehstrommaschine, insbes. eines Linearmotors

Info

Publication number: DE2460364C2
Application number: DE19742460364
Authority: DE
Inventors: Ansgar Dipl.-Ing. 6806 Viernheim John
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-12-20
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1985-07-25
Also published as: DE2460364A1

Description

auf die Geschwindigkeitsmessung und Schlupffrequenzaddition verzichtet ist, löst die Aufgabe dadurch, daß die Hilfsgröße das Ausgangssignal eines Integriergliedes ist, dem als Eingangssignal das Produkt aus der zeitlichen Änderung des Frequenz wertes und der zeitlichen Änderung des Schubkraftistwertes zugeführt ist und daß dem Addierglied Impulse zur Umsteuerung von motorischem auf generatorischen Betrieb zugeführt sind, die aus dem gewünschten Anüiebskraftsollwert über einen die Richtung is Antriebskraftsollwertes erkennenden Komparator mit nachgeschalteter ÄC-Schaltung erzeugt sind-

Weitere Meßgrößen, wie Linearmotorschienentemperatur, Luftspalt, die verfügbare Wechselrichterspannung und 4er Einfluß der Endeffekte, werden in vorteilhafter Wiiise nicht mehr benötigt, da deren Einfluß mit berücksic ⁿ tigt ist

Bei de^r erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird in vorteilhafter Weise der Schlupffrequenzsollwert bzw. der krequenzwert so beeinflußt oder eingestellt, daß bei sämtlichen Betriebszuständen unabhängig von den Störgrößen stationär die jeweilige größtmögliche Schubkraft bei gegebenem Strom erreichbar ist. Es stellt sich also immer die Schlupffrequenz für die Maximalkraft ein. Diese Schlupffrequenz wird optimale Schlupffrequenz genannt Damit ist eine hochgenaue Geschwindigkeitsmessung nicht erforderlich bzw. es kann sogar auf die Geschwindigkeitsmessung ganz verziehtet werden.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachstehend anhand des in Fig. 1 beschriebenen Blockschaltbildes näher erläutert, vorteilhafte Ausgestaltungen werden in den F i g. 2 und 3 gezeigt

Aus einer nicht gezeichneten, beispielsweise überlagerten Regelung, kommt ein Antriebskraftsollwert Wf, der mit einem gemessenen Antriebskraft-Istwert Xf in dem Addiergli^i 1 verglichen wird. Die Regelabweichung wird in t^;m Antriebskraftregler 2, der das Zeitverhalten eines PI-Reglers besitzen kann, verarbeitet. Wegen des prinzipiellen Zusammenhanges Xf = x? wird aus tem Rftglerausgangssignal YR aus Linearisierungsgründen \h einem Reglerelement 3 die Quadratwurzel gezogen. Der Stromsollwert w/ wird mit dem Stromistwert χι in dem Addierglied 4 verglichen und dem Stromregler 5 zugeführt, dessen Ausgangssignal yi das Stellsignal für den Umrichter 21 bedeutet. Parallel zu den beiden genannten Regelkreisen ist der Schlupffrequenz-Regelkreis angeordnet, der die optimale Schlupffrequenz ermittelt

Die Differentialglieder 6 und 7 bilden die zeitlichen Ableitungen des gemessenen Antriebskraft-Istwertes Xf und des Schlupffrequenzsollwertes xn- Die Geräte 8 und 9 sind Komparatoren, die das jeweilige Vorzeichen des Differentialquotienten ermitteln, und diese den logischen Elementen 10,11 und 12 zur Bildung des Vorzeichenproduktes C'aus den Vorzeichen der Signale A und B zuführen. Der Integrator 13 erzeugt ein Korrektursignal, das im Addierglied 14 mit einem konstanten Schlupffrequenzwert xtme™ zu einem Schlupffrequenzsollwert Xf2 addiert wird. Im logischen Element 14 wird der Schlupffrequenzsollwert invertiert Je nach Stellung des Schalters 16 wird der positive oder negative Schlupffrequenzsollwert xn zum Geschwindigkeitsistwert Xf, im Addierglied 17 addiert und als Motorfrequenzsignal xn in den Umrichter 21 eingespeist. Die motorische oder generatorische Betriebsweise wird durch die Stellung des Schalters 16 gesteuert. Dieser Schalter wird durch di.i Ausgangssignal des Kompara-

tors 18 gesteuert welches vom Vorzeichen des Antriebssollwertes Wirbestimmt wird.

Für die Einstellung der Regler sind Zeitbedingurgen zu beachten:

1. Der Frequenzregelkreis, der aus den Blöcken 6 bis 17 und 21 gebildet wird, muß eine größere Einstellgeschwindigkeit als der Antriebskraftregelkreis, gebildet aus den Blöcken 1 bis 5 und 21 besitzen, sollte jedoch langsamer als die Stromregelung, gebildet aus 4,5 und 21, sein.

2. Änderungen des Geschwindigkeitsistwertes */„ müssen langsamer als die Versteugeschwindigkeit für den Schlupffrequenzsollwert xn sein.

Dynamisch treten Abweichungen vom Schlupffrequenzoptimum auf; statisch werden Fehler vollkommen ausgeregelt.

Wenn der Schlupffrequenzregelisreis, gebildet durch die Schaltelemente 6 bis 17, schneller ist als mögliche GeschwindigkeitEänderungen, so kann auf eine Geschwindigkeitsmessung verzichtet werden. Die entsprechend F i g. 2 geänderte Anordnung ermittelt dann direkt das Motorfrequenzsignal xi\. Die Blöcke 15 bis 17 können dann entfallen. Um in diesem Fall vom motorisehen in generatorischen Betrieb umschalten zu können, muß die zweifache Schlupffrequenz von dem jeweiligen Motorfrequenzsignal abgezogen werden. Dies geschieht durch einen Impuls mit entsprechender Amplitude, wie er z. B. in einer ÄC-Schaltung im Block 19 in Fig.2 aus einer Sprungfunktion gebildet wird, wobei als Sprungfunktion das Ausgangssignal des Komparators 18 verwendet werden kann.

Die gegenüber F i g. 1 geänderten Schaltungsteile sind in F i g. 2 dargestellt. In die bestehende Schaltung ist nur zwischen dem Komparator 18 und dem Summenpunkt 14 der Block 19 eingefügt. Die Teile 15 bis 17 entfallen, wie bereits oben erwähnt.

Um eine ordnungsgemäße Umschaltung von dem motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt zu erzielen, sind drei Bedingungen zu beachten:

1 Zum Wechsel der Betriebsart muß die Impulshöhe größer sein als die Spannung, die der größten vorkommenden Motorfrequenz entspricht.
2. Die Regelstrecke 6 bis 14 und 21 für dss Motorfrequenzsignal xn muß schneller sein als das verschwindende Impulssignal.

3. Eine Änderung des Antriebskraftvorzeichens (Wf) darf erst nach Ablauf mehrerer Zeitkonstanten des Impulses erfolgen. Der Arbeitspunkt hat dann wieder ein Motorfrequenzoptimum erreicht.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindui.gsgemlßen Verfahrens werden gemäß der F i g. 3 die Bauelemente 8 bis 12 durch einen Analogmultiplizierer 20 ersetzt Dies hat den Vorteil, daß die Nachstellgeschwindigkeit der Schlupffrequenz proportional zur Abweichung vom optimalen Arbeitspunkt erfolgt. Das Anaiogprodukt ist mit D bezeichnet. Bei dieser Anordnung wird nicht nur ei.. Produkt aus den Vorzeichen ermittelt, dessen Ausgangswert immer konstant ist, sondern die analogen Werte der beiden Differentialquotienten werden miteinander multipliziert und das Produkt wird dem Integrator zugeführt, so daß die Nachstellgeschwindigkeit von dem Produkt abhängig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 gang des Integriergliedes (13) zugeführt isL Patentansprüche: 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung

1. Schaltungsanordnung zur Regelung der An- des Schlupffrequenzsollwertes (A) und die zeitliche

triebskraft einer frequenzumrichtergespeisten 5 Änderung des Antriebskraftistwertes (B) einen Ana-Drehstrom-Asynchronmaschine, insbesondere eines logmultiplizierer (20) und der Ausgangswert des Linearmotors, Analogmultiplizierers dem Eingang des Integrier-

gliedes (13) zugeführt sind.

— mit einem Antriebskraftregler, dem ein der gewünschten Antriebskraft entsprechender Soll- ι ο

wert und ein Antriebskraftistwert zugeführt

sind und dessen Ausgangssignal als Sollwert für

einen unterlagerten Stromregler dient, dessen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanord-

Ausgangssignal dem spannungssteuernden Ein- nung zur Regelung der Aniriebskraf t einer frequenzum-

gang des Umrichters vorgegeben ist, 15 richtergespeisten Drehstrom-Asynchronmaschine, ins-

— mit einem Addierglied, dem ein Geschwindig- besondere eines Linearmotors, mit einem Antriebskeitsistwert und ein aus einem konstanten kraftregier, dem ein der gewünschten Antriebskraft ent-Schlupffrequenzwert durch Korrektur in Ab- sprechender Sollwert und ein Antriebskraftistwert zuhängigkeit von mindestens einer Hilfsgröße ein geführt sind, und dessen Ausgangssignal als Sollwert für Schlupffrequenzsollwert zugeführt sind und 20 einen unterlagerten Stromregler dient, dessen Ausdessen Ausgangssignal dem frequenzsteuern- gangssignal dem spannungssteuernden Eingang des den Eingang des Umrichters vorgegeben ist, Umrichters vorgegeben ist, mit einem Addierglied, dem

ein Geschwindigkeitsistwert und ein aus einem konstan-

dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgrö- ten Schlupffrequenzwert durch Korrektur in Abhängigße das Ausgangssignal eines Integriergliedes (13) ist 25 keit von mindestens einer Hilfsgröße ein Schlupffredem als Eingangssignal das Produkt aus der zeitli- quenzsollwert zugeführt sind und dessen Ausgangssichen Änderung des Schlupffreqüenzsollwertes (A) gnal dem frequenzsteu^rnden Eingang des Umrichters (Xf₂; 6-8-10-12) und der zeitlichen Änderung des An- vorgegeben ist, bzw. mit einem Addierglied, dem in Abtriebskraftistwertes (B)(xn 7-9-11-12) zugeführt ist. hängigkeit von mindestens einer Hilfsgröße ein Fre-Z Schaltungsanordnung zur Regelung der An- 30 quenzwert zugeführt ist, und dessen Ausgangssignal triebskraft einer frequenzumrichtergespeisten dem frequenzsteuernden Eingang des Umrichters vor-Drehstrom-Asyiichronmaschine, insbesondere eines gegeben ist

Linearmotors, Es ist für die Regelung der Antriebskraft von Asynchronmotoren, insbesondere von asynchronen Linear-

— mit einem Antriebskraftreglei dem ein der ge- 35 motoren ein Verfahren vorgeschlagen worden (DE-PS wünschten Antriebskraft entsprechender Soll- 24 14 721), bei dem im Grundbereich die Schlupffrewert und ein Antriebskraftistwert zugeführt quenz konstant auf einem optimalen Wert gehalten sind und dessen Ausgangssignal als Sollwert für wird. Dieser Wert wird entsprechend den gegebenen einen unterlagerten Stromregler dient dessen Genauigkeitsforderungen bei sich im Setrieb ergeben-Ausgangssignal dem spannungssteuernden Ein- 40 den Änderungen der Schieneniempeiaiur ■& und des gang des Umrichters vorgegeben ist, Luftspaltes d von Meßgrößen derselben korrigiert

— mit einem Addierglied, dem in Abhängigkeit Im Feldschwächbereich wird dabei der Strom über von mindestens einer Hilfsgröße ein Frequenz- die Änderung der Schlupffrequenz eingestellt Fehler wert zugeführt ist und dessen Ausgangssignal durch die erwähnten Störgrößen werden im FeIddem frequenzsteuernden Eingang des Umrich- 45 Schwächbereich teilweise ausgeregelt

ters vorgegeben ist, Bei einseitigen linearen Asynchronmotoren wachsen

die Querkräfte mit abnehmender Schlupffrequenz stark

dadurch gekennzeichnet daß die Hilfsgröße das an, deshalb wird die Schubkraft nicht mit Hilfe der

Ausgangssignal eines Integriergliedes (13) ist, dem Schlupffrequenz, sondern über den Strom eingestellt

als Eingangssignal das Produkt aus der zeitlichen so Nachteilig bei diesem vorgeschlagenen Verfahren ist

Änderung des Frequenzwertes (A) und der zeitli- daß das Messen und Verarbeiten dei genannten Größen

chen Änderung des Schubkraftistwertes (B) züge- mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist Auch an

führt ist, und daß dem Addierglied (14) Impulse zur die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung werden

Umsteuerung von motorischem auf generatorischen hohe Anforderungen gestellt Selbst kleine Fehler bei

Betrieb zugeführt sind, die aus dem gewünschten 55 der Ermittlung der optimalen Schlupffrequenz aus den

Antriebskraftsollwert über einen die Richtung des Meßwerten bewirken, daß nicht die bei einem gegebe-

" Antriebskraftsoilwertes erkennenden Komparator nen Strom mögliche Schubkraft erreicht wird.

(18) mit nachgeschaltetem Ä-C-Glied erzeugt sind. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die jeweils

j 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, größtmögliche Schubkraft bei gegebenem Strom zu er-

dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Änderung 60 reichen und dabei die Kombination Motor/Wechsel-

des Schlupffrequenzsollwertes (A) und die zeitliche richter optimal auszunutzen.

Änderung des Antriebskraftistwertes (B) jeweils ei- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch

nem Komparator (8, 9) und die beiden Ausgänge gelöst, daß die Hilfsgröße das Ausgangssignal eines In-

υ jedes Komparator je einem Eingang von zwei logi- tegriergliedes ist, dem als Eingangssignal das Produkt

sehen Und-Elementen (10,11) zugeführt sind, deren 65 aus der zeitlichen Änderung des Schlupffrequcnzsoll-

Ausgänge mit den Eingängen eines dritten logischen wertes und der zeitlichen Änderung des Antriebskraft-

ψ Und-Elementes (12) verbunden sind, wobei de·· Aus- istwertes zugeführt ist.

Si gangswert (C) des dritten Und-Elementes dem Ein- Eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der