DE2721459C2 - Schaltungsanordnung zum Regeln des Erregerstroms einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Gleichstrommaschine - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Regeln des Erregerstroms einer elektrischen Maschine, insbesondere einer GleichstrommaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Erregerstroms einer elektrischen
Maschine, insbesondere einer Gleichstrommaschine, mit einem aus zwei Teilstromrichtern mit
steuerbaren Ventilen bestehenden Umkehrstromrichter in kreisstromfreier Gegenparallelschaltung, an den die
Feldwicklung der Maschine angeschlossen ist, mit mindestens einem Steuersatz, der Steuerimpulse an die
steuerbaren Ventile des einen oder anderen Teilstromrichters abgibt, mit einem Regler, der dem Steuersatz
vorgeschaltet ist und der an seinem Vergleichsglied von einem Sollwert und einem Istwert beaufschlagt ist, und
mit einer zur Steuerung der Umschaltung der Steuerimpulse an die beiden Teüstromrichter vorgesehenen
Kommandostufe, die dem Regler zugeordnet und der ein vom Erregerstromistwert abhängiges Meldesignal
für die Umschaltung zugeleitet ist.
Ein solche Schaltungsanordnung ist aus der Siemens-Zeitschrift 1965, Heft 9, Seiten 1079 bis 1083,
insbesondere Bild 5 mit zugehöriger Beschreibung, und aus den Tcchn. Mitt. AEG-Telefunken 62 (1972), Heft 6,
Seiten 254 bis 258, insbesondere Bild 3 mit zugehöriger Beschreibung, bekannt.
Bei der aus der Siemens-Zeitschrift, a.a.O., bekannten Schaltungsanordnung ist für jeden der beiden Teilstromrichter
des Umkehrstromrichters ein Steuersatz vorgesehen, die an die Ausgänge eines Erregerstromreglers
angeschlossen sind. Dem Vergleichsglied des Erregerstromrcglers ist eine Kommandostufe vorgeschaltet,
die von einem Drehzahlregler mit einem Sollwert für den Erregerstrom beaufschlagt wird. Zur
Messung des Istwerts des Erregerstroms ist in Reihe zur Erregerwicklung ein Stromwandler vorgesehen. Dieser
ist ebenfalls an das Vergleichsglied des Erregerstromreglers angeschlossen. Auch die Kommandostufe wird
mit dem Istwert des Erregerstroms versorgt. Dieser Istwert dient hier als Meldesignal für den Stromnullzustand
und wird für die Freigabe der einen oder anderen Stromrichtung benötigt. Da die Erregerwicklung eine
hohe Induktivität besitzt und Umschaltschwierigkeiten vermieden werden müssen, ist es erforderlich, die der
Kommandostufe zugeführte Stromnullmeldung von kleinen Amplituden des Erregerstroms abzuleiten. Mit
anderen Worten: auch im Bereich kleiner Erregerströmc soll sicher festgestellt werden, wann der Stromnullzustand
eintritt. Das erfordert eine besonders genaue und empfindliche Strommessung. Weiterhin ist es
erforderlich, in der Kommandostufe ein Zeitglied einzubauen, damit eine relativ lange Wartezeit zwischen
Erregerstromnullmeldung und Impulslöschung eingehalten wird. Diese Wartezeit ist notwendig, um
sicherzustellen, daß kuizschlußähnliehe Kreisströme
nicht auftreten.
Die aus den Techn. Mitt. AEG-Tclefunken, a.a.O.,
bekennte Schaltungsanordnung besitzt nur einen einzigen Steuersatz. Dieser kann über zwei Umschaltglieder
wahlweise an den einen oder anderen Teilstromrichter des Umkehrstromrichters angeschlossen wei den.
Dem Steuersatz ist hier direkt ein Erregerstromregler vorgeschaltet, dessen Vergleichsglied zum einen
mit einem Sollwert für den Erregerstrom und zum anderen mit dessen Istwert beaufschlagt ist. Der Istwert
wird mit Stromwandlern und einem nachgeschalteten Gleichrichter in der Eingangsleirung des Umkehrsiromrichters
gemessen. Zur Steuerung der Umschaltung der Schaltglieder ist eine Kommandostufe, dort Umschaltautomalik
genannt, vorgesehen. Dieser ist ein Meldesignal für die Umschaltung zugeleitet. Dieses Meldcsigna!
ist äquivalent einer Stromnulimeldung. Es wird aus der an den Ventilen des Umkehrstromrichters gemessenen
Spannung gebildet. Dazu wird eine logische Verknüpfungsschaltung verwendet. Das Meldesignal zeigt an, ob
ein Ventil des Umkehrstromrichters Sperrspannung zu einem Zeitpunkt besitzt, in dem es aufgrund des
vorangegangenen Steuerimpulses leitend sein sollte.
Die Erfindung beruht auf der praktischen Erfahrung, daß bei einer Schallungsanordnung der eingangs
genannten Art mit kreisstromfreier Gegenparallelschaltung von steuerbaren Ventilen bei der Regelung des
Erregerstroms Instabilitäten auftreten können. Diese Instabilitäten können sich vornehmlich bei kleinen
Werten des Erregerstroms bemerkbar machen. Besonders nachteilig sind diese Instabilitäten dann, wenn im
Betrieb der Maschine ein häufiger Wechsel der Richtung des Erregerstroms stattfinden soll. Als
weiterer störender Effekt hat sich in der Praxis gelegentlich ergeben, daß — abhängig von der
Temperatur — die Regelschaltung überhaupt nicht in Betrieb zu nehmen war. Beim Anfahren der Maschine
ließ sich kein Erregerstrom in die Erregerwicklung bringen. Das führte dazu, daß in manchen Anwendungsfällen auf einen Umkehrstromrichter mit kreisstromfreier
Gegenparallelschaltung verzichtet werden mußte.
Bei einem Umkehrstromrichter mit kreisstromfreier Gegenparallelschaltung der Ventile wurdet: bisher
keine besonderen Maßnahmen vorgesehen, um diese Schwierigkeiten zu beheben. Waren die genannten
Schwierigkeiten zu befürchten, wurde vielmehr zu kreisstromführenden Gegenparallelschaltungen übergegangen,
wodurch sich aber höhere Kosten und andere Probleme ergaben, beispielsweise eine ungünstige
Optimierung der Regelschaltung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art
Maßnahmen anzugeben, die zu einer stabilen Regelung des Erregerstroms und insbesondere auch zu einer
guten Dynamik bei einem Wechsel der Richtung des Erregerstroms führen. Es soll also — allgemeiner
gesprochen — eine verbesserte Regelung des Feldes der Maschine möglich sein.
Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß diese Aulgabe gelöst werden kann, wenn parallel zur
Erregerwicklung der Maschine ein niederohmiger Widersland geschalte! ist. Dieser niederohmige Widerstand
ist jedoch kein Schutzwiderstand; er sorgt vielmehr für die Stabilisierung des Umkehrsiromrichterbetriebs
bei kleinen Erregerströmen.
Bei kleinen Erregerströmen kann nämlich folgender Störfall eintreten: wird während eines Steuerimpulses in
einem Ventil der Hallestrom nicht erreicht, so erüschi
dieses Ventil bereits am Ende des angelegten Steuerimpulses. Das betreffende Ventil führt also nur eine kurze
Zeit Strom. Dasselbe geschieht bei dem nächsten Steuerimpuls. Es kommt somit zum sogenannten
Lückstrombetrieb, wobei sich jeweils eine kurze St-omführungszeii mit einer Stromfülirungspause abwechselt.
Der Stromregler läuft während eines solchen Lückstrombetriebes, weil der Stromsollwert nach wie
vor ansteht und der Istwert ihm nicht folgen kann, mit seiner Ausgangsspannung ( = Steuerspannung des
Steuersatzes) in Richtung höherer Gleichrichteraussteuerung. Erreicht der Strom im betreffenden Ventil
nun vxi einem bestimmten Zeitpunkt doch den Haltestrom, so steigt infolge der inzwischen erreichten
hohen Steuerspannung der Erregerstrom schnell an. und zwar über den Stromsollwert. Das führt also zu einem
Überschwingen des Erregerstroms, und der Erregerstromregler nimmt daraufhin die Steuerspannung
zurück, wodurch der Haltestrom wieder unterschritten wird. Ein solcher Vorgang kann sich häufig wiederholen
Auf diese Weise ergibt sich ein dauerndes Pulsen des Erregersiroms, das einen stabilen Betrieb bei kleinem
Erregerstrom nicht zuläßt. Hierauf beruht die obenerwähnte instabile Regelung. Wird der Haitestrom
dagegen zu keinem Zeitpunkt erreicht, so ist der Erregerstrom nicht in die Maschine zu bekommen. Ein
geregelter Betrieb ist nicht möglich. Hierauf beruhen die
obenerwähnten Schwierigkeiten beim Anfahren der Maschine.
Die Anordnung des besagten Widerstandes hat zwei positive Effekte: zum einen verlängert der Widerstand
beim Anfahren der Maschine bei den ersten Zündimpulsen die Stromführungsdauer eines Ventils, und zum
anderen fließt ein zusätzlicher Strom durch diesen Widerstand, so daß der Haltestrom im Ventil früher
erreicht werden kann. Nachteilig bei der Anordnung des Widerstandes ist jedoch die Tatsache, daß er einen
Freilaufweg für den Erregerstrom darstellt, wenn der Erregersirom zu Null werden soll, beispielsweise wenn
er seine Polarität ändern soll. Die Geschwindigkeit dieses Stromabbaus wird hierbei von der Größe des
Widerstands bestimmt. Die Regelung kommt dann außer Eingriff, da der Erregerstrom unkontrolliert über
den Freilaufweg fließen kann. Die Anordnung eines solchen niederohmigen Widerstandes ist also nicht
hinreichend zur Lösung der gestellten Aufgabe.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß parallel zur Erregerwicklung ein
niederohmiger Widerstand geschaltet ist und daß der Kommandostufe als Meldesignal für die Umschaltung
ein Signal zugeführt ist, das dem Istwert des zwischen dem Ausgang des Umkehrstromrichters und der
Parallelschaltung von Erregerwicklung und Widerstand fließenden Ausgangsstroms proportional ist. Das der
Kommandostufe zugeführte Meldesignal ist also nicht gleich dem Istwert des durch die Erregerwicklung
fließenden Erregersiroms.
Die Kommandostufe wird hierbei — v,ie erwähnt — in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom des Umkehrstromrichters
gesteuert. Dadurch ist gs. v, uhrleistei, d :ß
die Kommandostufe bei einer Stromre'v.·.· '.■■· u,;g bereits
dann umschaltet, wenn der Ausgang^.trcm ers'mali
Kiekend wird, was früher eintriii als das Lücken des
Erregerstroms. Dadurch wird eine schnellere Umschaltung erreicht, die Wartezeit des Zeitgliedes in der
Kommandostufe kann erheblich reduziert werden, und
die angeführte nachteilige Wirkung des Widerslandes parallel zur Erregerwicklung als Freilaufkreis wird
aufgehoben.
Um die Qualität cV; Regelung weiter zu verbessern,
ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, Haß alt Regler ein lückstromadaptierte-r Regler oder
eine lückstromadaptierte Regeleinrichtung jeweils mit Adapii'Kiseingang vorgesehen ist und daß dem Adaptionseingang
als Adaptionssignal ein dem Ausgangsstrom des Umkehrstromrichters proportionales Signal
zugeführt ist. Ein lückstromadaptierlei Regler ist beispielsweise aus der DE-AS 19 57 599 und eine
lückstromadaptierte Regeleinrichtung ist beispielsweise aus der DE-OS 23 38 630 bekannt.
Eine rechnerische Abschätzung hat gezeigt, daß der ohmsche Wert des genannten niederohmigen Widerstands
im Bereich von 100 bis 500 0hm liegen sollte. Diese Abschätzung hat auch ergeben, daß der genannte
Wertebereich für eine große Anzahl von elektrischen Maschinen, ungeachtet der unterschiedlich hohen
Ströme und der unterschiedlichen Zeitkonstanten dieser Maschinen, gleich ist.
Eine erste grundlegende Ausführungsform der Schaltungsanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß —
in an sich bekannter Weise — als Regler ein Erregerstromregler vorgesehen ist, dessen Vergleichsglied von einem Stromsollwert und dem Istwert des
durch die Feldwicklung fließenden F.rregerstroms beaufschlagt ist. — Bei dieser Ausbildung ist besonders
hervorzuheben, daß dem Erregerstromregler und der Kommandostufe unterschiedliche Signale zugeführt
werden: Der Kommandostufe wird der Istwert des Ausgangsstroms des Umkehrstromrichters, dem Erregerstromregler
dagegen als Regelgröße der Istwert des Erregerstroms zugeführt. Diese Ausführungsform
verkörpert gegenüber den bekannten Schaltungsanordnungen eine dynamisch verbesserte Erregerstromregelung.
Eine zweite grundlegende Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß als Regler ein Flußregler
vorgesehen ist, der an seinem Vergleichsglied von einem Flußsollwert und dem gemessenen oder aber gerechneten
Istwert des Flusses in der Maschine beaufschlagt ist. — Bei einer solchen Schaltungsanordnung handelt es
sich um eine dynamisch verbesserte Flußregelung. Hierbei werden das stationäre und dynamische Verhalten
des Flusses der Maschine berücksichtigt. Eine überlagerte Regelschaltung braucht somit Fehler, die
durch dynamische Veränderungen des Flusses entstehen, nicht auszugleichen, was zu einer ruhigeren
Regelung führt. In manchen Anwendungsfällen braucht eine solche überlagerte Regelschaltung überhaupt nicht
vorgesehen zu sein.
Bei dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der Istwert des Flusses durch eine Rechenschaltung
aus dem Quotienten des Istwertes der EMK der Maschine und der Drehzahl der Maschine berechnet ist.
Bei einer Drehfeldmaschine kann abweichend davon der Istwert des Flusses durch eine Integrationsschaltung
berechnet sein, und zwar aus der Klemmenspannung und dem Klemmenstrom der Drehfeldmaschine. Eine
Tachometermaschine zur Ermittlung der Drehzahl ist hierbei nicht erforderlich. Schließlich kann der Istwert
des Flusses auch durch einen besonderen Flußmeßgeber ermittelt werden, der an der Maschine angeordnet ist.
Schließlich ist nach einer dritten grundlegenden Ausführungsform vorgesehen, daß als Regler ein
Spannungsregler vorgesehen .si, eiei an seinen
Vergleichsglied von einem l\MK-Sol!wert und von den aus Klemmenspannung und Klenimenstrom rh-r M
sehine gewonnenen Istweil uer EMK beaufschlagt isi ϊ Mit einer solchen Schaltungsanordnung läßt sich in Feldschwächbercich der Maschine auf konstante Ma sehinenspannimg ;egeln.
sehine gewonnenen Istweil uer EMK beaufschlagt isi ϊ Mit einer solchen Schaltungsanordnung läßt sich in Feldschwächbercich der Maschine auf konstante Ma sehinenspannimg ;egeln.
Ausführungsbeispiele der l.ninüung werden in
folgenden anhand von fünf Figuren näher erläutert. Fu
κι gleiche Bauelemente- sind dieselben Bezugs/cichei
verwendet. Es zeigt
l· i g. i eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnunj
nach der ersten Ausführungsform mit einem Erreger
n F i g. 2 Ströme und Spannungen in Abhängigkeit vor
der Zeit im Erregerkreis einer elektrischen Maschin! bei Kickendem Ausgangsstrom für die Schaltungsanord
nung nach Fi g. 1,
Fig. 3 ein Strom-Spannungs-Diagramm zur Schal
je umgsanordnung nach Fig. 1 zur Veranschaulichun;
unterschiedlicher Lückbereiche,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
nach der zweiten Ausführungsform mit einem Flußreg ler und
Fig. 5 eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnuni nach der dritten Ausführungsform mit einem EMK
Regler.
Die Schallungsanordnung nach F i g. 1 umfaßt einer UmkehrstiOinrichter 2 mit zwei Teilstromrichicrn 4 unc
«ι 6, die wcchsclstromseitig gemeinsam an ein dreiphasi
ges Wechselspannungsnetz mit den Phasenleitern R, S Tund gleichstromseitig zueinander parallel geschalte
sind. Beide Teilstromrichter 4, 6 sind in üblicher Wcis< aufgebaut. Sie enthalten steuerbare Ventile, ins.besonde
Γ. re Thyristoren, in Drehstrom-Brückenschaltung. Dk
beiden Drehstrom-Brückenschaltungen sind zucinande gegenparallel geschaltet. Die Teilstromrichter 4 und (
werden kreisstromfrei und sechspulsig betrieben (Puls zahl ρ = 6). Abweichend davon ist auch ein zwei- ode
><> dreipulsiger Betrieb möglich.
Gleichstromscitig sind die Teilstromrichter 4 und ( gemeinsam an die Erregerwicklung 8 einer elektrischer
Maschine 10 angeschlossen. Der Ständer 12 de Maschine 10 wird von einer nicht gezeigten Stromquelk
gespeist. Bei der Maschine 10 kann es sich um eine Drehfeldmaschine (Synchron- oder Asynchronmaschi
ne), insbesondere aber um eine Gleichstrommaschine handeln. Jeder der beiden Erregerstromrichtungen de
Maschine 10 ist ein Teilstromrichter 4,6 zugeordnet.
ίο Parallel zur Erregerwicklung 8 liegt ein ohmschei
Widerstand 14. Dieser Widerstand 14 ist zur Stabilisie rung der später beschriebenen Regelung vorgesehen. Ei
ist relativ niederohmig. Sein ohmscher Wert liegt — j( nach Art und Leistungsaufnahme der verwendeter
Maschine 10 — insbesondere im Bereich von 100 bis 500 Ohm.
Infolge der Anordnung des Widerstandes 14 ist der Ausgangsstrom U der Teilstromrichter 4 und 6 nichi
gleich dem durch die Erregerwicklung 8 fließender
ι» Erregerstrom /£. Es gilt vielmehr die Beziehung
Ia = ie+ ir. wobei ig der durch den Widerstand 14
fließende Strom ist. Die Ströme Ία, i'e, ir können, je nacl·
Betriebszustand der Maschine 10, jeweils in einer der beiden Flußrichtungen fließen.
<·> Zur Messung eines Signals /V, das dem Istwert Ία de
Gruppen- oder Ausgangsstroms proportional ist, ist eir erster Stromwandler 16 vorgesehen. Dieser ist in einet
der beiden Verbindungsleitungen zwischen den gemein
samen Ausgangsklemmen der Teilsiromrichter 4 :nni 6
und den Anschlußklemmen des Widerstandes 14 angeordnet. Zur Messung lio^ 1 xregerstroms in ist ein
/weiter Stromwandler 18 vorgesehen. Dieser ist in einer der beiden Vcrbindungsleitungen zwischen den AnschluGklemmen
des Widerstands 1-1 und den Anschlußklemmen der Erregerwicklung 8 angeordnet.
Zur Messung eines dem Ausgangsstrom Ia ebenfalls
proportionalen Signals Ία" können ansieile des auf der
Gleichstromseite angeordneten Stromwandlers 16 auch in
drei wechsclstromseitig in den Phasenleitern R, S, T angeordnete Stromwandler 20, 22, 24 mit einem
nachgeschalteten Gleichrichter 26, der z. B. sechs Dioden in Drehstrom- Briickenschaitung umfaßt, vorgesehen
sein. Diese Alternative und die Weiterverwendung des so ermittelten Signals ia" ist in Fig. 1
gestrichelt dargestellt.
Ein Steuersatz 30 gibt Steuerimpulse an die steuerbaren Ventile entweder des einen oder des
anderen Teilstromrichters 4, 6 ab. Dieser Steuersatz 30 wird von einer Steuerspannung u, gesteuert. Über eine
Signalleitung 32 erhält er in bekannter Weise Sperrsignale, die verhindern, daß beide Teilstromrichter 4, 6
gleichzeitig angesteuert werden. Vorliegend ist nur ein einziger Steuersatz 30 mit Impulsweiche vorgesehen.
Die Erfindung läßt sich aber auch bei bekannten Schaltungsanordnungen verwirklichen, die mit zwei
Steuersätzen arbeiten.
Dem Steuersatz 30 ist eine Kommandostufe 34
vorgeschaltet. Diese Kommandostufe 34 leitet die Steuerspannung u, weiter und steuert das Umschalten
der Steuerimp'ilse von dem einen auf den anderen
Teilstromrichter 4, 6. Das Umschalten geschieht in Abhängigkeit von einem Meldesignal m. Als Meldesignal
m wird entweder das Signal /Y oder ιΆ" verwendet.
Das ermöglicht eine besonders schnelle Umschaltung bei gewünschtem Richtungswechsel des Erregerstroms.
Eine bevorzugt verwendete Kommandostufe wird im Siemens-Katalog RE 1 mit dem Titel »Regelsysteme«,
Juli 1975, Seiten 4/1 bis 4/6, erläutert. w
Der Kommandostufe 34 ist ein Erregerstromregler 36 vorgeschaltet. Dieser Erregerstromregler 36 gibt die
bereits erwähnte Steuerspannung urab. Das Vergleichsglied 38 des Erregerstromreglers 36 ist mit dem am
Stromwandler 18 abgegriffenen Istwert /fdes Erreger-Stroms
und mit einem Sollwert /| beaufschlagt. Der Sollwert /J? wird von einem Sollwertgeber 40 geliefert,
der als Potentiometer dargestellt ist. Es kann sich dabei auch um einen anderen Sollwertgeber, insbesondere
auch um einen übergeordneten Regelkreis, handeln. Der v> Sollwert i§ ist auch der Kommandostufe 34 über eine
Leitung 37 zugeführt, damit die Kommandostufe 34 in Abhängigkeit der Polarität des übertragenen Signals
den einen oder anderen Teilstromrichter 4, 6 mit Steuerimpulsen beaufschlagt 5 ■
Der Regler 36 ist vorliegend vorteilhafterweise speziell als lückstromadaptierter Regler (vergleiche z. B.
DE-AS 19 57 599) oder als lückstromadaptierte Regeleinrichtung
(vergleiche z, B. DE-OS 23 38 630) ausgebildet Dem Adaptionseingang 39 dieses speziellen
Erregerstromreglers 36 ist als Adaptionssignal ein dem Ausgangsstrom i'a des Umkehrstromrichters 2 proportionales
Signal W oder iA" zugeführt Der Adaptionseingang
39 ist also entweder mit dem Stromwandler 16 oder mit dem Gleichrichter 26 verbunden. Die
Verwendung eines Adaptivreglers hat den Vorteil, daß Änderungen der Regelstrecke bei Auftreten von
Lückstrom berücksichtigt werden können, so daß die Regeleigenschafton verbessert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, den Erregerstromregler 36 mit einer (nicht gezeigten) Begrenzungseinrichtung
auszurüsten. Diese Begrenzungseinrichtung sorgt dafür, daß die abgegebene Steuerspannung uc beim Umschalten
der Kommandostufe 34 auf dem vor dem Umschalten vorhandenen Wert festgehalten wird.
Dadurch wird erreicht, daß während des Umschaltvorgangs die Steuerspannung u,-( = Ausgangsspannung des
.Stromreglers) nicht auf einen unerwünschten Wert davonlaufen kann; denn beim Einschalten des neuen
Teilstromrichters 4, 6 könnte sich andernfalls der Erregerstrom in unerwünscht schnell ändern. Eine
solche Begrenzungseinrichtung wirkt sich auch dann aus, wenn der Sollwert des Erregerstroms /£ am
Sollwertgeber 40 sprunghaft geändert wird und dabei sein Vorzeichen ändert.
Hinsichtlich der dargestellten Erregerstromregelung ist also folgendes festzuhalten: Als Regelgröße wird der
Istwert /jf des in der Erregerwicklung 8 fließenden
Erregerstroim verwendet. Wegen des Lückens wird
vorteilhafterweise speziell ein Erregerstromregler 36 mit Streckenanpassung eingesetzt. Für die Adaption
wird jedoch nicht die Regelgröße, also der Erregerstrom /jf verwendet, sondern der Istwert Ία des
Ausgangsstroms. Dieser Ausgangsstrom Ία kann, wie
später aus Fig. 2 hervorgehl, bei nichtlückendem Erregerstrom />
bereits lücken. Für die Kommandostufe 34 wird nicht der Erregerstrom in, sondern der
Ausgangsstrom ιΆ als Meldesignal m für die Umschaltung
verwendet.
In F i g. 2 sind der Verlauf der Ausgangsspannung uA,
des Erregerstroms Ίε, des Stroms in im Widerstand 14,
des Ausgangsstroms iA und der Spannung uK an der
Erregerwicklung in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Die Periodendauer der Wechselspannung
am Eingang des Umkehrstromrichters 2 ist mit 7o bezeichnet. Dabei ist in Fig. 2 der Fall einer leichten
Gleichrichteraussteuerung des Teilstromrichters 4 herausgegriffen. Dieser Fall, bei dem nur kleine Ströme Ία,
if fließen, ist für das Umschalten von einem zum anderen
Teilstromrichter 4,6 besonders interessant.
Nach F i g. 2 besitzt die Ausgangsspannung ua infolge
der leichten Gleichrichteraussteuerung einen geringen positiven Mittelwert, der als horizontale Gerade
eingezeichnet ist. Der Erregerstrom Ίε ist positiv und zeigt einen gewellten Verlauf. Der Strom /'« im
Widerstand 14 wechselt laufend die Richtung. Der Verlauf des Ausgangsstroms /U zeigt in jedem Zeitabschnitt
ToIp (To ist die Periodendauer der Netzwechselspannung und ρ ist die Pulszahl) abwechselnd eine
Stromführungsdauer und eine Stromführungspause. Die Spannung Ue an der Erregerwicklung 8 schließlich
wechselt in jedem Zeitabschnitt 7Vp einmal die
Richtung.
Besonders bemerkenswert an den Diagrammen in F i g. 2 sind zwei Tatsachen. Zum einen ist feszuhalten,
daß der Ausgangsstrom /U bereits lückt während der
Erregerstrom Ίε noch nicht lückt, und zum anderen ist
festzustellen, daß der Mittelwert des Ausgangsstroms Ία
größer ist als der Mittelwert des Erregerstroms />.
Im Diagramm von F i g. 3 ist die Steuerspannung ua
die dem Steuersatz 30 zugeführt wird, über dem Ausgangsstrom Ία aufgetragen. Man erkennt, daß mit
steigender Steuerspannung uc der Ausgangsstrom iA
zunächst relativ wenig, danach recht stark ansteigt Im Bereich des geringen Anstiegs lückt der Ausgangsstrom
Ία. Der Lückbereich des Ausgangsstroms /U ist mit X
bezeichnet. Zum Vergleich ist auch der Lückbereich Y
des Erregerstroms ii. eingetragen. Es isi ersichtlich, daß
der Lückbereich X des Ausgangsstroms iA wesentlich
größer ist als der Lückbereich Kdes Erregerstroms ;>.
Damit wird folgendes deutlich: Da für den Erregerstromregler 36 in Fig. 1 der Istwert des Erregerstroms
it; nicht dagegen der Istwert des Ausgangsstroms iA als
Regelgröße verwendet wird, erhält man — gerade im schwierigen Bereich kleiner Ströme, bei denen Lücken
auftritt — eine genaue und stabile Stromregelung. Da für die Kommandostufe 34 als Meldesignal m andererseits
nicht de;· Erregerstrom ig, sondern ein dem Ausgangsstrom iA proportionales Signal //, iA" herangezogen
wird, kann beim Umschalten von einem Teilstromrichter (z. B. 4) auf den anderen Teilstromrichier
(z. B. 6) der neue Teilstromrichter durch die Kommandostufe 34 bereits freigegeben werden, wenn
der Erregerstrom i'e in der Erregerwicklung 8 noch die bisherige Richtung aufweist. Das liegt daran, daß bei
einer Verringerung des Ausgangsstroms iA infolge
geänderter Momentenanforderung (Verstellung i'e zu kleineren Werten) das Lücken im Ausgangsstrom i.\
früher einsetzt als im Erregerstrom iE. Die dann an der
Erregerwicklung 8 anliegende Gegenspannung baut den Erregerstrom /£sehr schnell ab, wodurch eine beschleunigte
Umkehrung des Erregerstroms /Vermöglicht wird.
Die Einführung des Widerstandes 14 hat — wie bereits r-'Aähnt — zur Folge, daß bei nichtlückendem
irregersirom /f der Ausgangsstrom iA eventuell bereits
lückt, was an sich zu einer Verschlechterung der Dynamik der Stromregelung führen würde. Um diesem
Nachteil zu begegnen, ist der Erregerstromregler 36, wie bereits ebenfalls erwähnt, vorteilhafterweise als
Adaptivregler ausgebildet.
In Fig.4 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt,
die sich von derjenigen in F i g. 1 dadurch unterscheidet, daß hier kein Erregerstrom-, sondern ein Flußregelkreis
vorgesehen ist. Demgemäß wird als Regler ein Flußregler 46 verwendet. Dieser wird an seinem
Vergleichsglied 48 von einem Flußsollwert Φ* und den
gerechneten Istwert Φ des Flusses in der Maschine TO beaufschlagt. Der Flußsollwert Φ* kann an einem
Potentiometer abgegriffen oder in einem übergeordneten Regelkreis gebildet sein. Der Istwert Φ des Flusses
wird einer Nachbildeeinrichtung 42 entnommen, die die Magnetisierungskennlinie der Maschine 10 berücksichtigt
und eingangsseitig vom Stromwandler 18 mit dem Istwert i'e des Erregerstroms gespeist wird. Eine solche
Nachbildeeinrichtung 42 ist im Stand der Technik bekannt (vgl. Siemens-Zeitschrift 40 [1966], Heft 11,
Seiten 795 bis 799, insbesondere Bild 3). Der gemessene Istwert Φ des Flusses kann — je nach Stromrichtung —
positives oder negatives Vorzeichen besitzen.
Abweichend hiervon kann der Istwert Φ des Flusses auch auf andere Weise berechnet oder mit einem
Flußmeßgeber direkt gemessen werden.
Zwischen den Ausgang der Nachbildeeinrichtung 42 und das Vergleichsglied 48 des Flußreglers 46 kann noch
ein Dämpfungsglied 44 geschaltet sein. Dieses Dämpfungsglied 44 besitzt eine vorgegebene Dämpferzeitkonstante. Es berücksichtigt dynamische Vorgänge bei
einer Änderung des Erregerstroms if, es sorgt also
dafür, daß das Zeitverhalten des berechneten Istwertes des Flusses den tatsächlichen Verhältnissen besser
angepaßt wird.
Auch bei der Schaltungsanordnung nach Fig.4 ist festzuhalten, daß die Kommandostufe 34 als Meldesignal
m für die Umschaltung von einem Teilstromrichter
4,6 zum anderen ein dem Istwert iA des Ausgangsstroms
proportionales Signal iA zugeführt erhält. Auch bei
dieser Kommandostufe 34 ergibt sich der Vorteil, daß die Wartezeit beim Umschalten von einem Teilstrom-
"> richter 4, 6 zum anderen erheblich verkürzt werden
kann.
Der Flußregler 46 wird auch hier wieder bevorzugt als Adaptivregler mit Adaptionseingang 49 ausgebildet.
Dadurch läßt sich die Regeldynamik im Lückstrombe-
Ki reich verbessern. Als Adaptionssignal wird auch hier
wieder zweckmäßigerweise der Ausgangsstrom /'.. verwendet. Das ist durch eine gestrichelte Leitung am
Adaptionseingang 49 angedeutet.
Der Flußregler 46 kann ebenfalls mit einer Begren-Zungseinrichtung
versehen sein.
Du in F i g. 4 dargestellte Schaltungsanordnung sorgt
dafür, daß die Maschine 10 auf konstanten oder vorgegebenen Fluß geregelt wird.
Die in Fig. 5 gezeigte Schaltungsanordnung unterscheidet
sich von derjenigen in Fig. 1 im wesentlichen dadurch, daß eine Erregerstromregelung nur im unteren
Drehzahlbereich, eine EMK-Regelung der Motorspannung dagegen im oberen Drehzahlbereich vorgenommen
wird. Durch eine solche EMK-Regelung kann die Maschine 10 mit Feldschwächung betrieben werden.
Die dargestellte EMK-Regelung ist also nur für einen großen Istwert eder EMK vorgesehen, während sie bei
kleinem Istwert eder FMK durch eine Erregerstromregelung abgelöst wird.
Als Regler ist in F i g. 5 ein ErregerstronWEMK-Regler
56 vorgesehen, der an seinem Vergleichsglied 58 je nach Drehzahl π den Betrag des Istwerts |4| des
Erregerstroms oder den Beirag des Istwerts |e| der EMK der Maschine 10 mit einem Erregerstrom-Soll-
JS wert /jfbzw. mit einem EMK-Sollwert e*vergleicht. Der
EMK-Sollwert e* kann in einem übergeordneten Regelkreis gebildet oder von einem anderen Sollwertgeber,
wie z. B. einem Potentiometer, geliefert sein. Der ErregerstronWEMK-Regler 56 ist dem Steuersatz 30
direkt vorgeschaltet.
Der Istwert |e| des Betrags der EMK wird aus der Anker- oder Klemmenspannung u und dem Anker- oder
Klemmenstrom /der Maschine 10 gewonnen. Dazu wird die Klemmenspannung u am Anker 12 abgegriffen und
einem Übertrager 60 zugeführt. Ein Stromwandler 61 dient zur Erfassung des Klemmenstroms i. Dem
Stromwandler 61 ist ein PD-Glied 62 r.achgeschaltet.
Die Ausgangssignale des Übertragers 60 und des PD-Gliedes 62 sind einem Addierverstärker 63 zugeführt,
dem ein Betragsbildner 64 nachgeschaltet ist. Der Addierverstärker 63 bildet nach der Beziehung
e=u-(i R+LdiVdt)
den Istwert e der EMK, wobei der in Klammern ss gesetzte Ausdruck unter Berücksichtigung des Widerstandswerts
R und der Induktivität L der Maschine 10 vom PD-Glied 62 geliefert wird. Aus dem Istwert e wird
anschließend durch den Betragsbildner 64 der Betrag |e| ermittelt Das Ausgangssignal |e| des Betragsbildners
64 wird dem einen Eingang eine Maximum-Auswahlschaltung 65 zugeführt
Dem anderen Eingang der Maximum-Auswahlschaltung 65 ist der Betrag |/f| des Istwerts ie des
Erregerstroms zugeführt Dieser Betrag \iE\ wird einem
weiteren Betragsbildner 66 entnommen, der von einem Stromwandler 18 mit einem Signal Ίε gespeist ist, das
dem Erregerstrom i'e proportional ist Die Maximum-Auswahlschaltung
65 ist so aufgebaut, daß sie einen
27 2!
ι;
Vergleich zwischen den beiden Eingangssignal |e|, \i'e\ durchführt und das größere dieser beiden Signale
je I, \ih:\ unverändert an das Vergleichsglied 58
weiterleitet. Eine Betragsbildung im Betragsbildner 66 ist deswegen vorgesehen, weil es zu einer Richtung des
hrregerstroms 4 beide Polai iti*len der EMK egibt.
Auch vorliegend ist eine Kommandostiife 34 vorgesehen,
die für die Umschaltung der Steuerimpulse von einem der beiden Teilstronirichter 4, 6 auf den anderen
sorgt. Diese Kornrnandosiufe Λ4 steuert hie: dm h:
Steuersatz 30 in direkter Weise.
Der Kommandostufe 34 sind zwei Eingangssignale i,\
und r zugeführt, ans denen durch logische Schaltver
knüpfung ein Lnnsieuerbefehi für den Steuersatz 30
gebildet wird Zum einen handelt es sich dabei um ein dem Istwert Ia des Ausgangssiroms proportionales
Signal W. das — wie hei den bereits beschriebenen Schaltungsanordnungen — als Meldesignal m dient.
Auch hier wi'd nicht direkt der Erregerstrom 4, sondern
der Ausgangsstrom U gemessen. Dadurch wird auch
hier wieder bewirkt, ä*<i die Umschaltung von einem
Teilstromriehter 4, 6 ?iim anderen bei S..>mumkehr
sehr rasch durchgeführt werden kann. Zum anderen handelt es sich dabei um ein Anzeigesignal r. Dieses
Anzeigesignal r gibt an, welches die gewünschte
Momentenrichtung der Maschine 10 ι r Es wechselt sein Vorzeichen in Abhängigkeit von der gewünschten
Momentenrichtung.
Aus F i g. 5 ist ersichtlich, daß dieses Eingangssignal r
in der Steuer- und Regeleinrichtung, die dem Anker 12 JO der Maschine 10 zugeordnet ist, gebildet wird. Dabei ist
vorliegend angenommen, daß der Anker !2 vor einem
steuerbaren Stromrichter 70 gespeis! wird. Dem Stromrichter 70 ist ein Steuersatz 71 zugeordnet. Dieser
steuersatz Ti wird von einem Stromregier 72
beaufschlagt, dessen Vergleichsgüed 73 von einem
Ankerstrom-Sotlwert /* des Anker- oder Klemmenstroms
gespeist ist. Dei Ankerstrom-Sollwert /* wird
von einem Betragsbildner 74 geliefert, der eingangsseitig
an den Ausgang eines überlagerte!· Drehzaimegiers
75 dngebchlossen ist. Das Viirgieichsulicd 76 dieses
Drehzahlreglers 75 1St seinerseits von dem Istwert η und
einem vorgegebenen Soilwer; r. d'.v Drehzahl beaufschlagt.
Der Istwert η wird von einer mitlaufenden Tacliometerinaschine 77 geliefert. Das Ausgangssignal
des Drehzahlreglers 75 ist nach Vorzeichen und Betrag ein Maß für das Drehmoment, das dir- Maschine 10
abgeben soll und kann daher als Anzeigesignal r
verwendet werden. Ein Richtungswechsel des Drehmoments wird über die Kommandostufe 34 durch
Polaritätsunikchr des Anzeigesignals r und JjJurch
verursachte J;nkehrdes Erregerstroms //bewirkt.
Schließlich ist noch zu vermerken, daß der Erregerstrom-.'EMK-Regler
56 wiederum bevorzugt als Adap tivregler ausgebildet sein kann. Seinem Adaptionseingang
59 wird dabei als Adaptionssignal über die gestrichelt eingezeichnete Leitung wiederum bevorzugt
das dem Istwert /4 des Ausgangsstroms proportionale Signal iA' zugeführt. Auch in diesem Fall kann eine
Begrenzungseinrichtung wirksam sein.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Schaltungsanordnung zum Regeln des Erregerstroms einer elektrischen Maschine, insbesondere
einer Gleichstrommaschine, mit einem aus zwei Teilstromrichtern mit steuerbaren Ventilen bestehenden
Umkehrstromrichter in kreisstromfreier Gegenparalleischaltung, an den die Feldwicklung
der Maschine angeschlossen ist, mit mindestens einem Steuersatz, der Steuerimpulse an die steuerbaren
Ventile des einen oder anderen Teilstromrichters abgibt, mit einem Regler, der dem Steuersatz
vorgeschaltet ist und der an seinem Vergleichsglied von einem Sollwert und einem Istwert beaufschlagt
ist, und mit einer zur Steuerung der Umschaltung der Steuerimpulse an die beiden Teüstromrichter "orgesehenen
Kommandostufe, die dem Regler zugeordnet und der ein vom Erregerstromistwert abhängiges
Meldesignal für die Umschaltung zugeleitet ist, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur
Erregerwicklung (8) ein niederohmiger Widerstand (14) geschaltet ist und daß der Kommandostufe (34)
als Meldesignal (m) für die Umschaltung ein Signal ('V. Ϊα") zugeführt ist, das dem Istwert (U) des
zwischen dem Ausgang des Umkehrstromrichters (2) und der Parallelschaltung von Erregerwicklung
und Widerstand (14) fließenden Ausgangsstroms proportional ist (F ig. 1,4 und 5).
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler (36; 46; 56) ein
lückstromadaptierter Regler oder eine lückstromadaptierte Regeleinrichtung jeweils mit Adaptionscingang
(39; 49; 59) vorgesehen ist und daß dem Adaptionseingang (39; 49; 59) als Adaptionssignal
ein dem Ausgangsstrom (U) des Umkehrstromrichters (2) proportionales Signal (W. U") zugeführt ist
(Fig. 1,4 und 5).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Wert des
Widerstands (14) im Bereich von 100 bis 500 0hm liegt(Fig. I,4und5).
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler
(36) ein Erregerstromregler vorgesehen ist, dessen Vergleichsglied (38) von einem Stromsollwert (4)
und dem istwert (/£) des durch die Feldwicklung (8) fließenden Erregerstroms beaufschlagt ist (F i g. 1).
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler
(46) ein Flußregler vorgesehen ist, der an seinem Vergleichsglied (48) von einem Flußsollwert (Φ*)
und dem gemessenen oder gerechneten Istwert (Φ) des Flusses in der Maschine (10) beaufschlagt ist
(F ig. 4).
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert (Φ) des Flusses
durch eine Rechenschaltung aus dem Quotienten des Istwertes der EMK der Maschine (10) und der
Drehzahl (n)der Maschine (10) berechnet ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 für eine Drehfeldmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der
Istwert (Φ) des Flusses durch eine Integrationsschaltung
aus Klemmenspannung und Klemmenstrom der Drehfeldmaschine (10) berechnet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert des Flusses durch
einen Flußmeßgeber, der an der Maschine (10)
angeordnet ist, erfaßt ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler
(56) ein Spannungsregler vorgesehen ist, der an seinem Vergleichsglied (58) von einem EMK-SoIlwert
(e*) und von dem aus Klemmenspannung (u*) und Klemmenstrom (U) der Maschine (10) gewonnenen
Istwert (e)dcr EMK beaufschlagt ist (F i g. 5).
10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler
(36; 46; 56) mit einer Begrenzungseinrichtung versehen ist, die die von ihm abgegebene Steuerspannung
(uc) beim Umschalten der Kommandostufe (34) auf den vor dem Umschalten vorhandenen
Spannungiwert begrenzt.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2721459A DE2721459C2 (de) | 1977-05-12 | 1977-05-12 | Schaltungsanordnung zum Regeln des Erregerstroms einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Gleichstrommaschine |
JP5644778A JPS53140529A (en) | 1977-05-12 | 1978-05-12 | Device for fielddcurrent regulating circuit of rotary machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2721459A DE2721459C2 (de) | 1977-05-12 | 1977-05-12 | Schaltungsanordnung zum Regeln des Erregerstroms einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Gleichstrommaschine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2721459B1 DE2721459B1 (de) | 1978-07-06 |
DE2721459C2 true DE2721459C2 (de) | 1979-02-22 |
Family
ID=6008773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2721459A Expired DE2721459C2 (de) | 1977-05-12 | 1977-05-12 | Schaltungsanordnung zum Regeln des Erregerstroms einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Gleichstrommaschine |
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---|---|
JP (1) | JPS53140529A (de) |
DE (1) | DE2721459C2 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006035891B4 (de) * | 2006-07-31 | 2009-04-16 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg | Antrieb, umfassend einen Elektromotor, der von einem Umrichter gespeist ist, und Verfahren zur Regelung des Motorstromes bei einem von einem Umrichter gespeisten Elektromotor |
-
1977
- 1977-05-12 DE DE2721459A patent/DE2721459C2/de not_active Expired
-
1978
- 1978-05-12 JP JP5644778A patent/JPS53140529A/ja active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2721459B1 (de) | 1978-07-06 |
JPS53140529A (en) | 1978-12-07 |
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