DE2818933A1 - Regelverfahren fuer eine asynchronmaschine sowie schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Regelverfahren fuer eine asynchronmaschine sowie schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2818933A1 DE19782818933 DE2818933A DE2818933A1 DE 2818933 A1 DE2818933 A1 DE 2818933A1 DE 19782818933 DE19782818933 DE 19782818933 DE 2818933 A DE2818933 A DE 2818933A DE 2818933 A1 DE2818933 A1 DE 2818933A1
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • Regelverfahren für eine Asynchronmaschine sowie Schal-
  • tungs an ordnung zur Durchflihrung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren fEr eine Asynohronmaschine, die Uber einen Umrichter, bestehend aus einem selbstgefUhrten Stromrichter, einem Zwischenkreis mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom und einem netzgefUhrten Stromrichter, von einem Wechselspannungsnetz gespeist ist, wobei der selbstgefUhrte Stromrichter mindestens einen Kommutierungskondensator besitzt, der bei der Kommutierung laststromabhängig umgeladen wird, und wobei den beiden Stromrichtern eine Steuer- und Regelsohaltung zugeordnet ist, die nach dem Prinzip der Feld orientierung arbeitet und mit deren Hilfe der Nagnetisierungsstrom-Sollwert und der Wirkstrom-Sollwert der Asynohronmaschine getrennt voneinander einstellbar sind, sowie auf eine Schaltungsanordnung zur DurchfUhrung des Verfahrens.
  • Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der Zeitschrift "Regelungstechnische Praxis", September 1973, Seiten 217 bis 221, insbesondere Bild 5 mit zugehöriger Beschreibung, bekannt. Das Prinzip der Feldorientierung bei der Steuerung einer Asynchronmaschine wird in der DE-PS 1 941 312 (= VPA 69/1282) ausftihrlich beschrieben.
  • Selbstgeführte Stromrichter mit laststromabhängiger Umladung des Kommutierungskondensators sind zur Speisung einer Asynchronmasohine in verschiedenen AusfUhruDgsformen bekannt. Bei einer ersten Ausführungsform ist einer Drehstrom-BrUekensehaltung aus steuerbaren Hauptventilen eine weitere Drehstrom-BrUckensehaltung von steuerbaren Löschventilen parallel geschaltet, wobei Jeweils ein Mittelabgriff eines Zweigs der erstgenannten Brtlckensobaltung mit einem Mittelabgriff eines Zweigs der weiteren Brückenschaltung Uber einen Eommutierungskondensator verbunden ist (vergl.
  • DE-OS 1 941 312, insbesondere Figur 13, und DE-OS 2 236 763, insbesondere Figur 1). Bei einer zweiten Ausführungsform handelt es sich bei dem selbetgeführten Stromrichter um einen Stromrichter mit Pbasenfolgelöschung. Hierbei ist in einer Drehstrom-Brückenschaltung aus steuerbaren Hauptventilen mit Jedem Hauptventil ein ungesteuertes Ventil in Reihe geschaltet, wobei in Jedem Zweig beidseitig benachbart zum Mittelabgriff je ein ungesteuertes Ventil liegt; in Jeder Brückenhälfte sind weiterhin zwischen dem Verbindungepunkt eines Hauptventils mit dem zugehörigen ungesteuerten Ventil des einen Zweigs und dem entsprechenden Verbindungspunkt der beiden anderen Zweige Jewells Kommutierungskondensatoren angeordnet (vergl.
  • DE-OS 2 514 557, insbesondere Figur 1, und DB-OS 2 520 158, insbesondere Figur 1).
  • In beiden AusfUhrungsformen eines selbstgefUhrten Stromrichters läuft der Kommutierungsvorgang im Prinzip in gleicher Weise ab: Der Laststrom wird zunächst auf den gerade wirksamen Kommutierungskondensator kommutiert; dieser lädt sich mit dem Laststrom um, bis seine Spannung die in der Asynohronmaschine im Eommutierungszeitpunkt vorhandene Maschinen-SME erreicht hat, woraufhin sich der Strom in der nächsten Phase aufbaut. Während des Stromlilbergangs auf die nächste Phase lädt sich der betreffende Eommutierungskondensator Uber die erwähnte Naschinen-EME hinaus um eine bestimmte Uberladespannung zusätzlich auf. In beiden Ausflihrungsformen ist der Kommutierungsvorgang von der Größe der Last abhängig, da der gerade betrachtete Kommutierungskondensator mit dem Laststrom umgeladen wird.
  • Im allgemeinen ist man bestrebt, die wirksame Kommutierungskapazität eo zu bemessen, daß die erwähnte Uberladespannung nicht zu groß wird, damit keine zu großen Spannungen an den Ventilen des Stromrichters auftreten und keine Reihenschaltungen von Ventilen erforderlich werden. Das bedeutet, daß die Kapazität der Kommutierungskondensatoren genügend groß gewählt werden muß: Die Kapazität muß Jeweils Uber einem unteren Grenzwert (Mindestkapazität) liegen, der von der zulässigen Spannungsbeanspruchung der Ventile abhängt.
  • Auf diese Weise können im Normalbetrieb, wenn keine extremen Bedingungen vorherrschen, die Spannungen an den Ventilen im zulässigen Bereich gehalten werden.
  • Mit dem unteren Grenzwert der Kapazität können sich aber bei ungUnstigen Betriebsverhältnissen sehr lange Kommutierungszeiten ergeben. Das ist speziell im Leerlaufbetrieb bei maximaler Ärbeitsfrequenz der Fall, insbesondere dann, wenn auch noch Feldschwächung vorliegt. Bei einem Stromrichter darf aber die Eommutierungszeit nicht größer werden als eine Maximalzeit, die bei einem dreiphasigen Stromrichter (z.B. Xhyristoren in Drehstrom-BrUckensehaltung) einem Drittel der Periodendauer entspricht, um einen ordnungsgemäßen gommutierungsvorgang zu gewährleisten. Sollen daher in einem solchen ungünstigen Betriebsfall, in dem der Leerlaufstrom der Asynchronmaschine (Betrieb mit konstantem, belastungsunabhängigem Feld bei der Jeweiligen Frequenz vorausgesetzt) sehr klein gegenüber dem Maximaletrom werden kann und z.B. 10% des Maximalstroms beträgt, die Spannungsbeanspruchungen der Ventile stets - insbesondere bei maximaler Belastung - in den zulässigen Grenzen bleiben, so kann bei Leerlaufbetrieb die aus der erforderlichen Mindestkapazität der Kommutierungskondensatoren resultierende Eommutierungszeit die zulässige Naximalzeit Uberschreiten, was natUrlieh zu einem Zusammenbruch des Stromrichterbetriebs fuhren wUrde.
  • Mit anderen Worten: Die Dimensionierung der Kapazität des oder der Kommutierungskondensatoren bei einem selbstgeführten Stromrichter in einem Strom-Zwisehenkreisumrichter bereitet dann Schwierigkeiten, wenn stark unterschiedliche Zwisohenkreisströme bei hohen Arbeitsfrequen2en kommutiert werden müssen. Wie bereits erwähnt, kann der im Feldschwäohbetrieb auftretende verminderte Nagnetisierungsstrom bei Leerlauf nicht ausreichen, die Kommutierungskondensatoren innerhalb der erwähnten Maximalzeit, die bei einem dreiphasigen Stromrichter gleich dem erwähnten Drittel der Periodendauer ist, umzuladen. Wenn nicht spezielle Maßnahmen ergriffen werden, fUhrt der erwähnte Be- triebsfall zum Ausfall des Umrichters.
  • Ein eine Asynchronmaschine speisender Umrichter der gegenannten Art muß such in einem solchen ungiinstigen Betriebs fall, nämlich im Leerlauf bei maximaler Arbeitsfrequenz, die obige Bedingung erfüllen, wonach die zulässige Kommutierungsverzugszeit immer kleiner sein muß als die zulässige Maximalzeit für die Umladung.
  • Zur Erftillung dieser Bedingung gibt es u.a. zwei Möglichkeiten: 1. Möglichkeit: Man wählt die Kapazität des Eommutierungskondensators so klein, daß im gesamten Betrieb bereich eine ordnungsgemäße Kommutierung gewährleistet und damit ein stets sicherer Betrieb möglich ist. Nach dieser 1. Möglichkeit wurde bei der bisherigen Auslegung eines Umrichter in der Praxis häufig vorgegangen. Dies kann aber Nachteile und Einschränkungen in der Anwendung des Umrichters zur Folge haben. So können sich am Kommutierungskondensator hohe Spannungen ergeben, die zu einer hohen Spannungsbeanspruchung der Stromrichterventile, die insbesondere als Halbleiterventile ausgeftthrt sind, fUhren. Dadurch ist häufig eine Reihenschaltung der Ventile erforderlich, was einen hohen Aufwand darstellt. Weiterhin muß bei dieser Möglichkeit die Asynehronmaschine so dimensioniert werden, daß der Leerlauf- oder Magfletisierungsstrom im äußersten Feldschwächpunkt einen bestimmten Wert, z.B, 20% des Nennstromes, nicht unterschreitet. Durch diese Forderung kann die Asynchronmaschine unter Umständen nicht optimal ausgelegt werden.
  • 2, Möglichkeit: Man wählt die Kapazität Jedes Eommutierungskondensators genügend groß, legt also den oder die Kommutierungskondensatoren optimal auf Spannungs- begrenzung aus, und zwar unabhängig vom Verhältnis von Leerlauf- zu Nennstrom der Asynchronmaschine, Um den Kommutierungsvorgang aber weitgehend lastunabhängig zu gestalten, ordnet man zusätzliche Umschwingkreise an.
  • Diese 2. Möglichkeit ist z.B. in der D3-PS 904 917 und in der US-PS 3 733 543 beschrieben.
  • Die beiden genannten Möglichkeiten haben aber als Nachteile Jeweils einen nicht unerheblichen zusätzlichen Aufwand im Starkstromkreis des selbstgeftihrten Stromrichters zur Folge.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine sichere Kommutierung des selbstgeflihrten Stromrichters bei einem Umrichter, der eine Asynchronmaschine speist, die nach dem Prinzip der Feldorientierung betrieben wird, zu gewährleisten.
  • Einerseits sollen Reihenschaltungen von Ventilen nicht erforderlich sein, und andererseits sollen auch keine zusätzlichen Umschwingkreise benötigt werden. Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung angegeben werden, mit der dies bewirkt werden kann.
  • Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß diese Aufgabe bei einem Strom-Zwischenkreisumrichter, bei dessen selbatgefuhrten Stromrichter gemäß der 2. MUglichkeit der Kommutierungskondensator beztiglich seiner gapazität auf Spannungsbegrenzung optimal ausgelegt ist, gelöst werden kann, wenn in die Uebliche Steuerung dieses selbstgefllhrten Stromrichters derart eingegriffen wird, daß die gommutierungseeit stets kleiner als die zulässige Maximalzeit (z.B. entsprechend der erwShnten Drittelperiode) bleibt.
  • Die genannte Aufgabe wird bei einem Regelverfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Reduzieren des Drehmoments der Asynchronmaschine von einem vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkt ab, bei dem mindestens der fUr eine sichere Kommutierung des selbstgefiihrten Stromrichters erforderliche Mindest-Wirkstrom vorhanden ist, mindestens der Mindest-Wirkstrom-Sollwert beibehalten und gleichzeitig der Magnetisierungsstrom-Sollwert verringert wird.
  • Beim Vergrößern des Drehmoments von einem Wert unterhalb des erwähnten vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkts wird entsprechend umgekehrt vorgegangen.
  • Somit wird die gestellte Aufgabe durch bestimmte Maßnahmen nicht im Starkstromkreis, sondern in der Ansteuerung und Regelung gelöst, wodurch der Aufwand gegeber den oben erwähnten Möglichkeiten erheblich geringer ist. Es wird stets ein Mindestwert des Wirkstroms vorgegeben, der auch größer sein kann als der zum momentanen Maschinen fluß gehörige Magnetisierungsstrom, der aber auf Jeden Fall zu einer ordnungsgemäßen Kommutierung des Stroms ausreicht.
  • Unter Anwendung des vorliegenden Regelverfahrens kann eine Entlastung (= Reduzierung des Drehmoments) aus Vollast (Drehmoment-Nennlastpunkt) nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens folgendermaßen erfolgen: Zunächst wird aus Vollast heraus bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom der Wirkstrom-Sollwert verkleinert, bis der Mindest-Wirkstrom erreicht ist. Dieser wird im folgenden nicht unterschritten. Bei weiterer Entlastung wird also nicht der Wirkstrom-Sollwert zurttckgenommen, vielmehr wird der Mindest-Wirkstrom bei- behalten; dafür wird der Magnetisierungsstrom-Sollwert der Asynohronmaschine verkleinert. Dadurch geht der Maschinen nuß zurück und das Drehmoment wird ebenfalls verkleinert. - Exakter Leerlaufbetrieb ist hierbei nicht ohne weiteres möglich; ein bestimmtes Mindestdrehmoment, z.B. 5,' des Nenn-Drehmoments, kann hierbei nicht unterschritten werden, sofern nicht weitere Maßnahmen ergriffen werden. Beim Übergang von Motor- in den Generatorbetrieb wird dann die Polarität des Wirkstrom-Sollwerts umgekehrt .-Mit zunehmender Belastung wird anschließend der Magnetisierungsstrom-Sollwert wieder dem Betrage nach vergrößert, bis nach Erreichen eines vorbestimmten Wertes fortan der Magnetisierungsstrom-Sollwert vergrößert werden kann.
  • Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens kann auch so vorgegangen werden, daß beim Reduzieren des Drehmoments der Asynohronmaschine zunächst vom Drehmoment-Nennlastpunkt ab der Magnetisierungsstrom-Sollwert direkt proportional zum abnehmenden Wirkstrom-Sollwert nach der Funktion i2 = Eji1, wobei i1 der MagnetisieruDgs- und i2 der Wirkstrom-Sollwert sowie E eine Konstante sind, verkleinert wird, bis der vorgegebene Drehmoment-Lastpunkt erreicht ist.
  • Die erwähnten Maßnahmen zur Einstellung eines Drehmoments unterhalb des Mindestdrehmoments können darin bestehen, daß mit einstellbarem Puls-Pausenverhältnis zwischen dem positiven und dem negativen Mindest-Wirkstrom hin- und hergeschaltet wird.
  • Schaltungsanordnungen zur DurchfUhrung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich insbesondere als Zusatzschaltungen zu den bekannten Regelschaltungen aufbauen.
  • Eine Schaltungsanordnung zur DurchfUhrung des Regelverfahrens mit einer Steuer- und Regelschaltung, bei der der Magnetisierungsstrom-Sollwert Uber einen Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert Uber einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß dem Feld-Regler ein erster Funktionsgeber nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie einen V-för migen, bezUglich eines Eingangssignals gleich Null symmetrischen Verlauf besitzt, daß am Ausgang des ersten Funktionsgebers der Magnetisierungsstrom-Sollwert für die Steuer- und Regelschaltung abgegriffen ist, daß dem Drehzahl-Regler ein zweiter Funktionsgeber nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie einen stufenförmigen Verlauf besitzt, und daß am Ausgang des zweiten Funktionsgebers der Wirkstrom-Sollwert fUr die Steuer-und Regelschaltung abgegriffen ist.
  • Eine weitere Schaltungsanordnung zur DurchfUhrung des Regelverfahrens mit einer Steuer- und Regelschaltung bei der der Magnetisierungsstrom-Sollwert Uber einen Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert Uber einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß dem Feld-Regler der erste Eingang eines Multipliziergliedes nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang der Magnetisierungsstrom-Sollwert für die Steuer- und Regelschaltung abgegriffen ist, daß der zweite Eingang des Multipliziergliedes mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers verbunden ist, daß dem Drehzahl-Regler ein Funktionsgeber nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie einen stufenförmigen Verlauf besitzt, und daß am Ausgang dieses Funktionsgebers der Wirkstrom-Sollwert fUr die Steuer- und Regelschaltung abgegriffen ist.
  • Ausftihrungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 7 Figuren näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Zeigerdiagramm mit der Ortskurve des Ständerstroms, wenn ein bekanntes Regelverfahren angewendet wird, Figur 2 ein Zeigerdiagramm mit der Ortskurve des Ständerstroms, wenn eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens angewendet wird, Figur 3 eine Schaltungsanordnung, mit der das Regelverfahren nach Figur 2 durchgeftihrt werden kann, Figur 4 eine Ausfllhrungsform einer Funktionsschaltung, die bei der Schaltungsanordnung nach Figur 3 eingesetzt werden kann, Figur 5 ein Zeigerdiagramm mit der Ortskurve des Stäaderstroms, wenn eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens angewendet wird, Figur 6 eine Schaltungsanordnung, mit der das Regel- verfahren nach Figur 5 durchgeftihrt werden kann, und Figur 7 eine Ausftthrungsform einer Funktionsschaltung, die bei der Schaltungsanordnung nach Figur 6 eingesetzt werden kann.
  • Figur 1 verdeutlicht in einem Zeigerdiagramm das bekannte Transvektor-Regelverfahren. Danach läßt sich der Ständerstrom is einer Asynohronmaschine in zwei Komponenten zerlegen, wobei die eine dem Magnetisierungsstrom i1 und die andere dem Wirkatrom i2 entspricht.
  • Der Ständerstrom i9 schließt mit dem Magnetisierungsstrom i1 den Winkel y ein. Der Zeiger des Magnetisierungsstroms i1 zeigt in dieselbe Richtung wie der Zeiger des Flusses in der Asynohronmaschine. Bei dem bekannten Verfahren der Transvektor-Regelung wird die Lage des Ständerstroms i9 zum Fluß oder zur Ständerspannung der Asynohronmaschine vorgegeben und ausgeregelt, und zwar so, wie das in Figur 1 dargestellt ist. Dabei wird der Magnetisierungsatrom i1 sowie der (dem Moment der Asynohronmaschine proportionale) Wirkstrom i2 Jeweils als (nicht eingezeichneter) Sollwert vorgegeben; diese werden im folgenden mit i1 bzw. i2 bezeichnet. Der Endpunkt des Zeigers des Ständerstroms läuft bei der Regelung, abhängig von der Belastung oder dem Drehmoment, auf der mit L bezeichneten Ortskurve. Diese Ortskurve L ist eine senkrecht verlaufende Gerade.
  • Bei Vollast im Betriebspunkt A ist der Magnetisierungsstrom i1 gleich dem Nennmagnetisierungsstrom i1n, und der Wirkatrom i2 ist gleich dem Nennwirkstrom i2n. Bei Entlastung (Reduzierung des Drehmoments) aus Vollast wird der Wirkstrom-Sollwert i2 bei gleichbleibendem Magnetisierungsatrom iln verkleinert; nach Erreichen des Wirkstrom-Sollwerts i2 = 0 wird dessen Vorzeichen umgekehrt, und dieser Wirkstrom-Sollwert nimmt dann bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom iln wieder zu, bis im Betriebspunkt F Vollast bei umgekehrter Energie-Richtung erreicht ist.
  • Bei der hier durchgeftihrten Betrachtung wird jeweils angenommen, daß die Istwerte i1, i2 den vorgegebenen Sollwerten i1 bzw. i2 bei der Regelung unmittelbar folgen, d.h. die Darstellung von Figur 1 gilt auch fUr die entsprechenden Sollwerte. Das wird auch bei Figur 2 vorausgesetzt.
  • Bei großer Frequenz und im Feldschwächbetrieb, d.h.
  • bei kleinem Magnetisierungsstrom i1, kann es vorkommen, daß in dem schraffierten Bereich der Ortskurve L in Figur 1 um den Wert i2 = ° die Kommutierungszeit zu groß wird, daß also der die Asynohronmaschine speisende Wechselrichter nicht funktionieren könnte. Deshalb wird die nach Figur 1 vorgegebene Ortskurve des Ständerstroms is nach Figur 2 so abgewandelt, daß sie dem Verlauf der Kurve zwischen den einzelnen Last- oder Betriebspunkten &, B, C, D, E und F entspricht.
  • bus Figur 2 ist zu entnehmen, daß bei Entlastung aus Vollast vom Betriebspunkt b ab zunächst, wie bekannt, bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom i1 = iln der Wirkstrom i2 vom Nennwirkstrom i2n aus verkleinert wird, bis in einem Betriebspunkt B ein bestimmter Mindest-Wirkstrom i2min erreicht ist, der nicht unterschritten wird. Der Mindest-Wirkstrom i2min ist mindestens 60 groß gewählt, daß eine sichere Kommutierung des selbetgefUhrten Stromrichters gewährleistet ist, Unter Beibehaltung mindestens dieses Mindest-Wirkstroms i2min wird bei weiterer Entlastung der Mag- netisierungsstrom-Sollwert also nicht der Wirkstrom-Sollwert bis zu einem Mindest-Magnetisierungsstrom ilmin zurEckgenommen, woraufhin der magnetische Fluß in der Asynohronmaschine und damit das Moment ebenfalls zuriickgehen. Damit ist der Betriebspunkt C erreicht.
  • Beim Übergang in den anderen Quadranten, d.h. beim Übergang in den Generatorbetrieb, wird - ausgehend vom Betriebspunkt C - der Sollwert i2min des Mindest-Wirkstroms i2min umgepolt. Dadurch ergibt sich der gepunktet eingezeichnete Übergang zum Betriebspunkt D. Anschließend wird vom Betriebspunkt D unter -Beibehaltung des umgepolten Sollwerts i2min des Mindest-Wirkstroms i2min der Sollwert i1 des Magnetisierungsstroms i1 vergrößert, bis im Betriebspunkt E der Nennmagnetisierungsstrom i1n wieder erreicht ist. Sodann wird unter Beibehaltung dieses Wertes iln der Wirkstrom i2 betragsmäßig vom Mindest-Wert i2min ab vergrößert, bis der Betriebspunkt F erreicht ist. Auf diese Weise wird der in Figur 1 eingezeichnete schraffierte verboten Bereich umgangen.
  • Bei dem in Figur 2 skizzierten Regelverfahren kann ein exakter Leerlaufbetrieb nicht durchgofahrt werden; das Luftspaltmoment der Asynohronmaschine kann einen Mindestwert, z.B. 5% des Nennmoments, nicht unterschreiten.
  • Muß ein Lastmoment aufgebracht werden, das kleiner ist als dieses Nindestmoment von z.B. 5% des Nennmoments, so kann dies dadurch beherrscht werden, daß mit einem bestimmten Puls-Pausenverhältnis zwischen den Werten +i2min und i2min hin- und hergeschaltet wird. Das Moment ergibt sich dann als entsprechender Mittelwert und kann auf diese Weise Jeden Wert zwischen dem posi- tiven und dem negativen Mindestmoment +Mmin bzw. Mmin annehmen.
  • Figur 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der das Regelverfahren nach Figur 2 durchgefUhrt werden kann und zwar oberhalb einer vorgegebenen Mindest-Drehzahl einer Asynchronmaschine.
  • Nach Figur 3 ist eine Drehstrom-Asynchronmaschine 2, deren Läuferwelle 3 zur Ermittlung der Drehzahl n mit einer Tachometermaschine 4 versehen ist, Silber einen Umrichter an ein Drehstromnetz 6 mit den Phasenleitern R, S T angeschlossen. Die Drehstrom-Asynchronmaschine 2 ist beispielsweise £Er den Betrieb eines Schienenfahrzeugs vorgesehen. Der Umrichter besteht aus einem selbstgeftlhrten Stromrichter 7, einem netzgeftlhrten Stromrichter 8 und einem Gleichstrom-Zwischenkreis 9 mit Glättungsdrossel 10. Dieser Gleichstrom-Zwischenkreis 9 verbindet den selbatgeftihrten Stromrichter 7 mit dem netzgeftihrten Stromrichter 8. Der Umrichter 7, 8, 9 ist ein Umrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom Id.
  • Der selbstgeführte Stromrichter 7 ist als Stromrichter mit Phasenfolgelöschung ausgebildet. Er umfaßt steuerbare Hauptventile in Drehstrom-Brtickenschaltung, die als Thyristoren ausgeführt sind. Mit Jedem Hauptventil ist ein ungesteuertes Ventil in Reihe geschaltet. Die Anordnung der ungesteuerten Ventile ist dabei so vorgenommen, daß in Jedem Zweig beidseitig benachbart zum Mittelabgriff, an dem Jeweils die Drehstrom-isynohronmaschine 2 angeschlossen ist, Je eines dieser ungesteuerten Ventile liegt. In Jeder Brtlckenhälfte ist zwischen dem Verbindungspunkt von Hauptventil und ungesteuertem Ventil des einen Zweigs und dem entaprechenden Verbindungspunkt der beiden anderen Zweige Jeweils ein Kommutierungskondensator angeordnet. Der Aufbau des dargestellten Stromrichters 7 ist beispielsweise aus der DE-OS 25 14 557, insbesondere Figur 1, bekannt.
  • Die sechs Kommutierungskondensatoren des selbstgef!1hrten Stromrichters 7 sind fEr Nennstrom ausgelegt, d.h.
  • ihre Kapazität ist jeweils so groß gewählt, daß in Jedem Betriebsfall eine flir die Ventile gefährlich hohe Kondensatorspannung vermieden wird (Spannungsbegrenzung). Infolge später beschriebener Regelmaßnahmen werden dennoch zu große gommutierungszeiten vermieden, obwohl ersichtlich zusätzliche Umschwingkreise nicht vorgesehen sind.
  • Jedem der Stromrichter 7 und 8 ist ein Steuersatz 17 bzw. 18 zugeordnet. Diese Steuersätze 17 und 18 versorgen die steuerbaren Ventile Ueber die eingezeichneten Steuerleitungen mit Steuerimpulsen. Der Steuersatz 18 erhält seine Eingangssignale in bekannter Weise von einem vorgeschalteten Stromregler 21. Der dem Stromregler 21 zugeordnete Vergleich er 22 erhält von einem Stromwandler 23, der im Gleichstrom-Zwischenkreis 9 angeordnet ist, den Zwischenkreisstrom 1d als Strom-Istwert zugeführt. Dem Vergleicher 22 wird außerdem ein Strom-Sollwert Id zugeführt. Die vom Vergleicher 22 ermittelte Abweichung dI beaufschlagt den Stromregler 21.
  • Der Strom-Sollwert Id wird von dner Steuer- und Regelschaltung 23 fUr die ransvektorregelung geliefert.
  • Diese Steuer- und Regelschaltung 23 enthält in bekannter Weise einen Vektoranalysator 23a, dem ein Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 und ein Wirkstrom-Sollwert zugeftihrt werden. Weiterhin umfaßt sie einen Vektordreher 23b, dem vom Vektoranalysator 23a die Größen * * cos Y und sin V und von einem Istwert-Rechner 23c die Größen cosy und sin y zugeftihrt werden. Die Bedeutung des Winkels # ist aus Figur 2 ersichtlich. Der Istwertrechner 23c ist seinerseits mit dem Maschinenstrom I und der Maschinenspannung U beaufschlagt. An seiner Ausgangsklemme 23d gibt er eine Meßgröße fUr den Fluß-Istwert ab. Weiterhin ist ein Winkelregler 23e vorgesehen, der vom Vektordreher 23b mit der Größe * sin( 9 -Y) beaufschlagt ist und der die Eingangsgröße für den Steuersatz 17 liefert. Der Wert sin( v* -ist dabei eine analoge Größe, die ein Maß fEr die Winkelabweichung ( Y - Y) ist. Der Vektordreher 23b kann weiterhin an einer Ausgangsklemme 23f noch eine Ausgangsgröße cos( #* - 9) abgeben.
  • Der Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 ist mit Hilfe eines Feldreglers 24 und einer FunkYonsschaltung 25 vorgegeben, und der Wirkstrom-Sollwert i2 ist mit Hilfe dieser Funktionsschaltung 25 und eines Drehzahl-Reglers 27 vorgegeben. Die Funktionsachaltung 25 wird dabei von dem Ausgangssignal i2 des Drehzahl-Reglers 27 beaufschlagt. Dieses Ausgangssignal i2 kann als DrehmomentvSollwert M* angesehen werden. Der vorgeschaltete Vergleicher 28 des Drehzahl-Reglers 27 erhält positiv einen Drehzahl-Sollwert n von einem Sollwertgeber 29, der als Potentiometer dargestellt ist, sowie negativ den Drehzahl-Istwert n von der vachometermaschine 4, Auf die Funktionsschaltung 25 wirkt auch ein Grenzwertmelder 31 mit einem Ausgangssignal a ein. Dieser Grenzwertmelder 31, der eine Kennlinie mit Hysterese besitzen kann, ist vom Drehzahl-Istwert n beaufschlagt Das Ausgangssignal a zeigt an, ob der Drehzahl-Istwert unterhalb oder oberhalb einer vorgegebenen Mindest-Drehzahl n1 liegt.
  • Weiterhin wirkt auf die Funktionsschaltung 25 das Ausgangssignal i1 eines Additionsgliedes 33 ein. Dieses Additionsglied 33 ist mit seinem einen Eingang Uber einen Schalter 34 mit dem Ausgang des Feld-Reglers 24 und mit seinem anderen Eingang mit dem Ausgang eines Kennliniengebers oder Funktionegliedes 36 verbunden.
  • Der eine Eingang des Additionagliedes 33 kann dabei mittels des Schalters 34, der durch ein von der Funktionsschaltung 25 geliefertes Signal d betätigt wird, auch an Nasse gelegt werden. Das Funktionsglid 36 ist vom Ausgang eines als Potentiometer dargestellten Sollwertgebers 37 mit einem Magnetisierungsstrom-Sollwert beaufschlagt. Weiterhin erhält es den Drehzahl-Istwert n zugeführt. Es ist so aufgebaut, daß es die im Block fUr das Funktionsglied 36 gezeigte Charakteristik besitzt. Mit anderen Worten: Bei niederen Drehzahlen n entspricht das Ausgangs signal dem eingestellten Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 und bei höheren Drehzahlen n sinkt das Ausgangssignal stetig ab. Die Bauelemente 36, 37 stellen somit einen Sollwertgeber fUr eine vorbestimmte Magnetisierungsstrom-Kennlinie dar. Dieser Sollwertgeber 36, 37 bewirkt die im Feldachwächbereich erforderliche Verminderung des Magnetisierungsstroms.
  • Dartiber hinaus liefert er eine gewisse VorEteuerungs so daß der Feld-gbgler 24 nur mehr korrigierend eingreift, Das Vergleichsglied 39 des Feld-Reglers 24 ist von der Ausgangsklemme 23d her mit dem Fluß-Istwert und von einem Funktionsglied 40 mit dem Fluß-Sollwert #* be- aufschlagt. Dem Funktionsglied 40 wiederum ist von einem als Potentiometer dargestellten Sollwertgeber 41 ein Sollwert p zugefUhrt. Weiterhin wird ihm der Drehzahl-Istwert n zugeliefert. Er hat eine Kennlinie, die der Kennlinie des Funktionsgliedes 36 entspricht.
  • Die beiden Bauelemente 40, 41 stellen somit einen Sollwertgeber mit einer vorbestimmten Fluß-Sollwert-Kennlinie dar.
  • Die Funktionsschaltung 25 enthält ihrerseits einen ersten und einen zweiten Schalter 51 bzw. 52, die als Umschalter ausgebildet und vom Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 31 betätigbar sind. Sie enthält weiterhin einen ersten Funktionsgeber 53 und einen zweiten Funktionsgeber 54, die Jeweils die in den zugehörigen Blöcken eingezeichneten Kennlinien besitzen.
  • Der erste Funktionsgeber 53 besitzt dabei eine Kennlinie mit einem V-förmigen, bezliglich des Eingangssignals i2 symmetrischen Verlauf. Mit abnehmendem (negativen) Eingangssignal i2 bleibt das Ausgangssignal zunächst konstant, während es von einem bestimmten Wert ab linear zurtickgeht. Beim Eingangssignal i2 = 0 ist noch ein Ausgangssignal ungleich Null vorhanden.
  • Mit ansteigendem (positiven oder negativen) Eingangssignal i2 nimmt das Ausgangs signal dann wieder linear zu, bis es von einem bestimmten Wert an weiterhin konstant bleibt. Der zweite Funktionsgeber 54 besitzt dgegen eine Kennlinie mit stufenförmigem Verlauf. Mit abnehmendem (negativen) Eingangssignal nimmt das Ausgangssignal linear ab (Gerade, die durch den Nullpunkt fUhren wUrde), bis es von einem bestimmten Wert an konstant bleibt. Nach Erreichen des Eingangssignals von etwa Null tritt ein Polaritätssprung des buegangssignale auf. Mit ansteigendem (positiven) Eingangssignal bleibt das Ausgangssignal zunächst konstant, während es von einem vorgegebenen Wert ab weiter linear zunimmt (Nullpunktsgerade).
  • Mit Hilfe des ersten Schalters 51 wird das Ausgangssignal i" entweder direkt oder Silber den ersten Funktionsgeber 53 als Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 an die Steuer- und Regelschaltung 23 weitergeleitet. Mittels des zweiten Schalters 52 wird das Ausgangssignal i2 des Drehzahlreglers 27 entweder direkt oder Uber den zweiten Funktionsgeber 54 als Wirkstrom-Sollwert i2 an die Steuer- und Regelschaltung 23 weitergegeben.
  • Im vorliegenden Fall wird das neue Regelverfahren erst ab der vorgegebenen Mindest-Drehzahl n1 wirksam. Das Vorliegen dieser Mindest-Drehzahl nl wird mit Hilfe des Grenzwertmelders 31 bestimmt. Im Normalbetrieb, d.h. unterhalb der Mindest-Drehzahl n1, wird entsprechend Figur 1 vorgegangen. Dabei haben die beiden Schalter 51 und 52 die in Figur 3 eingezeichnete erste Schaltstellung. In diesem Fall wird das Ausgangs signal direkt als Magnetisierungsstrom-Sollwert i und das Ausgangssignal i2 direkt als Wirkstrom-Sollwert i, (gleich Moment-Sollwert M*) auf den Vektoranalysator 23a der Steuer- und Regelschaltung 23 durchgeschaltet. Der Vektoranalysator 23a bildet daraus den Strom-Sollwert Id* fUr den Zwischenkreisstrom 1d und den Sollwinkel y zwischen Fluß Sb und Ständerstrom is; der Zwischenkreisstrom 1d und der Winkel y werden über den Stromregler 21 bzw. den Winkelregler 23e eingestellt.
  • Liegt die Ist-Drehzahl n Uber der vorgegebenen Mindest-Drehzahl n1, so spricht der Grenzwertmelder 31 an, und sein Ausgangssignal a springt in die andere Lage. Dadurch stehen die beiden Schalter 51 und 52 nunmehr in der (nicht gezeigten) zweiten Schaltstellung.
  • Nunmehr werden dem Vektoranalysator 23a die durch die Kennlinien der beiden Funktionsgeber 53 und 54 modifizierten Sollwerte i1 bzw. i2 zugeführt, die das Regelverfahren entsprechend Figur 2 auf der Kennlinie A, B, C, D, E, F ermöglichen.
  • Der erste Funktionsgeber 53 gibt auch das den Schalter 34 steuernde Signal d ab. Dieses Signal d sorgt dafUr, daß der Feld-Regler 24 im V-förmigen Bereich des ersten Funktionsgenerators 53 außer Betrieb ist. Dann liegt der eine Eingang des Additionagliedes 53 auf Masse.
  • Der Feld-Regler 24 ist nur dann wirksam, wenn das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 53 oberhalb eines *" Mindesteingangssignals i2min konstant bleibt.
  • In Figur 4 ist ein Ausftihrungsbeispiel der Funktionsschaltung 25 dargestellt. Die Funktionsschaltung 25 ist mit Hilfe einer Reihe von Operationsverstkrkern 61 bis 67 und einem als Verkntipfungsglied dienenden NAND-Glied 68 aufgebaut.
  • Dem vom Signal i2 beaufschlagten Verstärker 61, der mit zwei Dioden beschaltet ist und zur Betragsbildung herangezogen wird, ist der Verstärker 62, der als Additionsglied verwendet wird, nachgeschaltet. Der Verstärker 62 ist eingangsseitig auch mit einem Potentiometer oder Grenzwertgeber 69 verbunden. Der Ausgang (Punkt E) ist zum einen an den Schalter 51 und zum anderen an den Eingang des Verstärkers 65 geführt der mittels einer Zenerdiode als Grenzwertmelder geschaltet ist. Dessen Ausgang liegt am einen Eingang des NAND-Gliedes 68, dessen anderer Eingang vom Ausgangssignal a beaufschlagt ist. Das Ausgangs signal d des NAND-Gliedes 68 steuert die Schalter 51 und 52 sowie den Schalter 34 (vergl. Figur 3). Das Signal i2 beaufschlagt auch den mit zwei gegengeschalteten Zenerdioden best tickten Verstärker 63, dem der Verstärker 64 mit veränderlichem Widerstand in der Rtickftihrung nachgeschaltet ist. Dessen Ausgangssignal oder das Signal i2 kann Uber den Schalter 52 als Sollwert i2 abgegriffen werden. Das Signal i1 ist an den Eingang des Verstärkers 66 gelegt; diesem Eingang ist auch der Schalter 51 vorgeschaltet. Am Ausgang ist der Sollwert i1 abgegriffen.
  • Dieser wird auch dem nachgeschalteten Verstärker 67 zugeftihrt, der einen Kondensator in der Rtickftihrung aufweist. Der Ausgang des Verstärkers 67 ist über eine Diode an den einen Eingang des Verstärkers 66 zurEckgeführt, wodurch bewirkt wird, daß ein Mindestwert von i1 nämlich ilming nicht unterschritten wird (geregelte Begrenzung).
  • Unterhalb der vorgegebenen Mindest-Drehzahl n1, d.h.
  • bei Normalbetrieb, ist das Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 31 ein ,Signal. Damit liegt am Ausgang des NAND- oder Verkntipfungsgliedes 68 als Ausgangssignal d ein H-Signal. Die hiervon beaufschlagten Schalter 51 und 52 liegen dadurch in der in Figur 4 gezeichneten ersten Schaltstellung. Damit ist der Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 gleich dem Signal i1 und ebenso ist der Wirkstrom-Sollwert i2 gleich dem Signal *11 * i2 = M Liegt die Drehzahl oberhalb der vorgegebenen Mindest-Drehzahl n1, so wird das neue Regelverfahren wirksam.
  • Dann ist das Ausgangssignal a ein Signal. Am Punkt E zwischen den VerstGrkern 62 und 65 steht ein analoges Signal an, das dem Wert 121 1min entspricht, Dieser Mindestwert i2min ist an dem Potentiometer 69 des Verstärkers 62 eingestellt. Ist nun |i*2| # i*2min, so ist der Spannungswert am Punkt E positiv. Damit hat der Ausgang des Verstärkers 65 Signal. Dadurch behalten die beiden Schalter 51 und 52 die in Figur 4 gezeichnete Schaltstellung bei, und zwar entsprechend Figur 2, wo die Ortskurve fUr 1i21 i2min mit der Ortskurve L von Figur 1 tibereinstimmt.
  • FUr Teillast dagegen, wenn ji*2/ # i2min gilt, ist der Spannungswert am Punkt E negativ. Der Ausgang des Verstärkers 65 hat damit Signal. Dadurch kippt der Ausgang der NAND-Stufe 68 über zum Signal, wodurch die beiden Schalter 51 und 52 in die (nicht gezeigte) andere Schaltstellung springen. Der nunmehr geschlossene erste Umschalter 51 liegt dabei - wie erwähnt - am Eingang des Verstärkers 66, an dessen Ausgang der Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 abgegriffen ist, der gleichzeitig dem Verstärker 67 zugeführt ist. Die RUckftihrung vom Ausgang dieses Verstärkers 67 zum Eingang des Verstärkers 66 stellt eine geregelte Begrenzung dar. Diese bewirkt, daß der Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 nicht unter einen Mindest-Sollwert i1min fallen kann, wobei der letztere durch den Spannungsteiler aus den beiden Widerständen am positiven Eingang des Verstärkers 67 gegeben ist. Es wird also der Spannungswert im Punkt E, nämlich der Wert 1i2| - i;min, Uber den Schalter 51 auf die Sjmmationsstelle des Verstärkers 66 durchgeschaltet Dadurch wird der Magnetisierungsstrom-Sollwert i1 bei kleiner werdendem Signal |i*2"| ebenfalls verkleinert, Gleichzeitig wird der konstante Mindestwert i2min Uber den Verstärker 64 vorgegeben, wobei das Vorzeichen Uber den (als Grenzwertmelder geschalteten) Verstärker 63 gegeben ist.
  • In Figur 5 ist eine weitere Ausftihrungsform eines Regelverfahrens für eine Asynchronmaschine veranschaulicht. Gegenüber dem Regelverfahren nach Figur 2 ist hier die Art der Vorgabe von Magnetisierungsstrom ii und Wirkstrom i2 zwischen den Arbeitspunkten A, C bzw.
  • D, F geändert. Die Darstellung gilt entsprechend fUr die zugehörigen Sollwerte.
  • Nach Figur 5 wandert der Zeiger des Ständerstroms auf einer Kurve zwischen den Arbeitspunkten A und B', die einer Geraden i2 = Sei1 durch den Ursprung 0 entspricht.
  • Entsprechend wandert er auch im Generatorbetrieb zwischen den Lastpunkten E' und F auf einer (gestrichelt eingezeichneten) Geraden, die ebenfalls einer Geraden i2 = Kai1 durch den Ursprung 0 entspricht. Die beiden Lastpunkte B' und E' sind dabei so gewählt, daß ein vorgegebener Mindest-Wirkstrom i2min nicht unterschritten wird.
  • Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des in Figur 5 veranschaulichten Regelverfahrens ist in Figur 6 dargestellt. Bauteile, die mit solchen von Figur 3 Ubereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Nach Figur 6 ist eine Funktionsschaltung 75 vorgesehen, die sich in wesentlichen Punkten von der Funktionsschaltung 25 nach Figur 3 unterscheidet. Dieser Funktionsschaltung 75 werden ebenfalls das Ausgangssignal *11 *11 i; des Additionsgliedes 33, das Ausgangssignal i2 = M des Drehzahl-Reglers 27 und das Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 31 zugeführt. Am Ausgang werden gleichfalls ein Magnetisierungsstrom-Sollwert i und ein Wirkstrom-Sollwert i2 abgegriffen.
  • Die Funktionsschaltung 75 umfaßt ein Multiplizierglied 80 mit zugeordnetem Minimalwertbegrenzer 81, der ein als Potentiometer dargestelltes Einstellorgan 82 aufweist, einen dritten Schalter 83, einen Konstantwertgeber 84, der ebenfalls als Potentiometer eingezeichnet ist, einen Gleichrichter 85, einen Funktionsgeber 86 und einen vierten Schalter 87.
  • Dem ersten Eingang des Multipliziergliedes 80 ist das Ausgangssignal ii zugeftihrt, und der zweite Eingang ist mit dem Ruhekontakt des dritten Schalters 83 (Umschalter) verbunden. Sowohl der dritte Schalter 83 als auch der vierte Schalter 87 (Umschalter) wird vom Ausgangssignal a gesteuert. In der gezeigten ersten Schaltstellung verbindet der dritte Schalter 83 den zweiten Eingang des Multipliziergliedes 80 mit dem Konstant wertgeber 84. Dabei ergibt sich ein Multiplikationsfaktor 1. In der zweiten Schaltstellung ist der zweite Eingang leber den dritten Schalter 83 und den Gleichrichter 85 mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers 27 verbunden. Der Minimalwertbegrenzer 81 sorgt daftir, daß das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 80 nicht kleiner * werden kann als der einstellbare Minimalwert iimin' Der vierte Schalter 87 verbindet in der dargetellten ersten Schaltstellung den Wirkstrom-Sollwertausgang der Funktionsschaltung 75 mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers 27. In der zweiten Schaltstellung ist in der Verbindung der Funktionsgeber 86 wirksam. Dieser entspricht hinsichtlich seiner Charakteristik dem zweiten Funktionsgeber 54 in Figur 3. Die Charakteristik ist ebenfalls im zugehörigen Block eingezeichnet. Daraus ist ersichtlich, daß die Kennlinie wieder einen stufenförmigen Verlauf besitzt, wobei außerhalb eines vorgegebenen positiven und negativen Grenzwerts eine lineare Abhängigkeit zu verzeichnen ist.
  • Im Normalbetrieb, wenn die Drehzahl n unter der vorgegebenen Mindestdrehzahl n1 liegt, befinden sich die beiden Schalter 83 und 87 in den in Figur 6 eingezeichneten ersten Schaltstellungen. In diesem Fall werden wiederum das Signal i2 als Wirkstrom-Sollwert i2 und das Signal i1 als Magnetisierungsstrom-Sollwert : direkt zum Vektoranalysator 23a durchgeschaltet.
  • Oberhalb der Mindest-Drehzahl n1 haben gemäß dem vorliegenden Regelverfahren die beiden Schalter 83 und 87 die (andere) zweite Schaltstellung eingenommen. Dadurch kann der Wirkstrom-Sollwert i2 - bedingt durch den Funktionsgeber 86 - einen vorgegebenen Mindest-Wirkstrom-Sollwert i2min nicht unterschreiten. Weiterhin wird das Signal ii mit dem Signal i2 = M multipliziert; damit wird auch der Magnetisierungsstrom-Sollwert i; bei Teillast abgeschwächt, wie es dem abfallenden teilstück zwischen den Betriebspunkten A und B' bzw. F und E' in Figur 5 entspricht. Infolge des Ninimalwertbegrenzers 81 kann bei der Reduzierung der * eingestellte Mindestwert i1min nicht unterschritten werden. Dies entspricht dem vertikalen Verlauf zwischen den Betriebspunkten C und D in Figur 5. Ein uebergang vom Betriebspunkt C zum Betriebspunkt D, oder umgekehrt, ergibt sich bei einem Vorzeichenwechsel des *" Ausgangssignals i2 .
  • In Figur 7 ist eine Ausftihrungsform der Funktionsschaltung 75 dargestellt. Diese ist weitgehend aus Operationsverstärkern aufgebaut. Für gleiche Funktionselemente sind dieselben Bezugszeichen verwendet worden wie in Figur 6. Im einzelnen werden ftinf entsprechend beschaltete Verstärker 91 bis 95 und vier Verknüp- fungs- oder NAND-Stufen 96 bis 99 verwendet. Der Schalter 87 umfaßt zwei Deilschalter 87a, 87b.
  • Bei dem Ausftihrungsbeispiel nach Figur 7 ist das Ausgangssignal a bei Normalbetrieb ein Signal, Die Ausgänge der NAND-Stufen 96 und 97 fahren H-Signal, und die Schalter 83 sowie 87a, 87b befinden sich in den eingezeichneten ersten Schaltstellungen. Dadurch wird das Ausgangssignal i1 als Magnetisierungsstrom-Sollwert i; und das Ausgangssignal i2*" als Wirkstrom-Sollwert i2 durchgeschaltet. Bei flberschreiten der Mindest-Drehzahl n1 springt das Ausgangssignal a auf H-Signal.
  • Dadurch springt der dritte Schalter 83 in die (andere) zweite Schaltstellung, und im Multiplizierglied 80 wird das Ausgangssigni i1 mit dem gleichgerichteten Wert des Ausgangssignals 12 , das über den Verstärker 91 und den aus zwei Dioden bestehenden Gleichrichter 85 erhalten wird, multipliziert. Dabei ist durch das Einstellorgan 82, vorliegend ein über eine Diode dem Verkntipfungsglied am Ausgang des Verstärkers 91 zugeschaltetes Potentiometer, der Mindestwert ii min vorgegeben.
  • Das Vorzeichen des Ausgangssignals i2*" wird durch den als Grenzwertmelder geschalteten Verstärker 92 (mit Zenerdiode in der REckfUhrung) erfaßt. Abhängig von diesem Vorzeichen wird Ueber die NAND-Stufen 96 bis 99 einer der beiden eilschalter 87a oder 87b zugeschaltet. Dadurch wird erreicht, daß ein Mindestwert |i2mij nicht unterschritten werden kann. Hierzu wird entweder die Verstärkerkombination 93, 95 oder die Verstärkerkombination 94, 95, die beide als geregelte Begrenzungen ausgebildet sind, verwendet. Der Verstärker 94 dient dabei zur Begrenzung bei negativem Wirkstrom-Sollwert i2 und der Verstärker 93 dient zur Begren-* zung bei positivem Wirkstrom-Sollwert i2. Abschließend sei noch bemerkt, daß die Vorgabe des Zeigers des Ständerstroms i8 in Abhängigkeit von der Belastung auch anders, als in Figur 2 und 5 gezeigt, erfolgen kann. Die Vorgabe kann beispielsweise so erfolgen, daß der Zeiger sich auf einer Kurve bewegt, die in Figur 5 links von der Geraden zwischen den Arbeitspunkten A und B' liegt. Die Rechenschaltungen nach Figur 6 und 7 müssen dann entsprechend geschaltet sein.
  • 14 Patentansprtiohe 7 Figuren

Claims (14)

  1. PatentansprUche 1.)Regelverfahren ftir eine Asynchronmaschine, die ueber nen en Umrichter, bestehend aus einem selbstgeftlhrten Stromrichter, einem Zwischenkreis mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom und einem netzgeftlhrten Stromrichter, von einem Wechselspannungsnetz gespeist ist, wobei der selbstgeführte Stromrichter mindestens einen Kommutierungskondensator besitzt, der bei der Eommutierung laststromabhängig umgeladen wird, und wobei den beiden Stromrichtern eine Steuer- und Regelschaltung zugeordnet ist, die nach dem Prinzip der Feldorientierung arbeitet und mit deren Hilfe der Magnetisierungsstrom-Sollwert und der Wirkstrom-Sollwert der Äsynchronmaschine getrennt voneinander einstellbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Reduzieren des Drehmoments (M, M ) der Asynchronmaschine (2) von einem vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkt (B; B') ab, bei dem mindestens der fUr eine sichere Kommutierung des selbstgeführten Stromrichters (7) erforderliche Mindest-Wirkstrom (i2min) vorhanden ist, mindestens der Mindest-Wirkstrom-Sollwert (i*2min ) beibehalten und gleichzeitig der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i1) verringert wird (Figuren 2 und 5).
  2. 2. Regelverfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorzeichen des Drehmoments umgedreht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß vom vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkt (B; B') ab, bei dem der Mindest-Wirkstrom (i2min) vorhanden ist, zunächst unter Beibehaltung des Nindest-Wirkstrom-Sollwerts (min) der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i*1) bis zu einem Mindest-Magnetisierungsstrom-Sollwert (min) verringert wird, daß dann unter Beibehaltung dieses Mindest-Magnetisierungsstrom-Sollwerts (imin) das Vorzeichen des Min- dest-Wirkstrom-Sollwerts (i2min) umgedreht wird, und daß anschließend unter Beibehaltung des im Vorzeichen umgekehrten Mindest-Wirkstrom-Sollwerts (-i*2min) der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i*1) wieder bis zu einem weiteren Drehmoment-Xastpunkt (E; E') vergrößert wird (Piguren 2 und 5).
  3. 3. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Verfahren nur oberhalb einer vorgegebenen Mindest-Drehzahl (n1) der Äsynchronmaschine (2) durohgefUhrt wird (Figuren 3 und 6).
  4. 4. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d U r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß beim Reduzieren des Drehmoments (M, M ) der Asynchronmaschine (2) zunächst vom Drehmoment-Nennlastpunkt (s) ab bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom-Sollwert (i*1n) der Wirkstrom-Sollwert (i;) verkleinert wird, bis der vorgegebene Drehmoment-Lastpunkt (B) erreicht ist (Figur 2).
  5. 5. Regelverfahren nach einem der Anspruche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i ¢ h n e t, daß beim Reduzieren des Drehmoments (M, M*) der Asynohronmaschine (2) zunächst vom Drehmoment-Nennlastpunkt (b) ab der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i*1) direkt proportional zum abnehmenden Wirkstrom-Sollwert (i2) nach der Funktion i2 = K.i*1, wobei i1 der Magnetisierungs-und i2 der Wirkstrom-Sollwert sowie K eine Konstante ist, verkleinert wird, bis der vorgegebene Drehmoment-Lastpunkt (B') erreicht ist (Pigur 5).
  6. 6. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit einstellbarem Puls-Pausenverhältnis zwischen dem positiven und dem negativen Mindest-Wirkstrom (+i2min bzw.
    -i2min) hin- und hergeschaltet wird.
  7. 7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Regelverfahrens nach einem der Anspruche 1 bis 4, mit einer Steuer- und Regel schaltung, bei der der Magnetisierungsstrom-Sollwert Uber einen Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert Uber einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t, daß dem Feld-Regler (24) ein erster Funktionsgeber (53) nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie (i*1(i*111» einen *" V-förmigen, bezüglich eines Eingangssignals (i1 ) gleich Null symmetrischen Verlauf besitzt, daß am Ausgang des ersten Funktionsgebers (53) der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i1) für die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist, daß dem Drehzahl-Regler (27) ein zweiter Funktionsgeber (54) nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie (i*2(i*211)) einen stufenförmigen Verlauf besitzt, und daß am Ausgang des zweiten Funktionsgebers (54) der Wirkstrom-Sollwert (i2) BUr die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist (Figur 3).
  8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 zur DurchfUhrung des RegelveDbhrens nach Anspruch 3 und 4, d a d U r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein von einem der Drehzahl (n) proportionalen Signal beaufsohlagter Grenzwertmelder (31) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal (a) einen ersten und einen zweiten Schalter (51 und 52) steuert, wobei durch den ersten Schalter (51) eine Verbindung zwischen dem Magnetisie- rungsstrom-Sollwerteingang der Steuer- und Regelschaltung (23) einerseits und - unterhalb der Mindest-Drebzahl (n1) - dem Ausgang des Feld-Reglers (24) oder -oberhalb der Mindest-Drehzahl (n1) - des ersten Funktionsgebers (53) andererseits herstellbar ist, und wobei durch den zweiten Schalter (52) eine Verbindung zwischen dem Wirkstrom-Sollwerteingsng der Steuer- und Regelsohaltung (23) einerseits und - unterhalb der Mindest-Drehzahl (n1) - dem Ausgang des Dreheahl-Reglers (27) oder - oberhalb der Mindest-Drehzahl (n9) - des zweiten Funktionsgebers (54) andererseits herstellbar ist (Figur 3).
  9. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein weiterer Schalter (34) vorgesehen, mit dem das Ausgangssignal des Feld-Reglers (24) auf Null setzbar ist, daß der Ausgang des Feld-Reglers (24) mit dem ersten Eingang eines Ädditionsgliedes (33) verbunden ist, dessen zweiter Eingang vom Ausgang eines Sollwertgebers (36, 37) fUr einen Magnetisierungestrom mit vorgegebener Kennlinie gespeist ist, und daß der Ausgang des Additionsgliedes (33) an den Eingang des ersten Funktionsgebers (53) angeschlossen ist (Figur 3).
  10. 10. Schaltungsanordnung nach einem der Änsprilohe 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die beiden Funktionsgeber (53, 54) aus Operationeverstärkern aufgebaut sind (Figur 4).
  11. 11. Schaltungsanordnung zur DurchiUhrung des Regelverfahrens nach Anspruch 5, mit einer Steuer- und Regelschaltung, bei der der Magnetisierungsstrom-Sollwert Uber einen Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert Silber einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß dem Feld-Regler (24) der erste Eingang eines Multipliziergliedes (80) nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i+) fEr die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist, daß der zweite Eingang des Multipliziergliedes (80) mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) verbunden ist, daß dem Drehzahl-Regler (27) ein Funktionsgeber (86) nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie (i2(i2 )) einen stufenförmigen Verlauf besitzt, und daß am Ausgang dieses Funktionsgebers (86) der Wirkstrom-Sollwert (i*2) fUr die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist (Figur 6).
  12. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 zur DurchfAhrung des Verfahrens nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein von einem der Drehzahl (n) proportionalen Signal beaufschlagter Grenzwertmelder (31) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal (a) einen dritten und einen vierten Schalter (83 und 87) steuert, wobei durch den dritten Schalter (83) eine Verbindung zwischen dem zweiten Eingang des Multipliziergliedes (80) einerseits und einem Konstantwertgeber (84) oder dem Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) andererseits herstellbar ist, und wobei durch den vierten Schalter (87) eine Verbindung zwischen dem Wirkstrom-Sollwerteingang der Steuer- und Regelschaltung (23) einerseits und dem Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) oder des Funktionsgebers (86) andererseits herstellbar ist (Figur 6).
  13. 13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) und den zweiten Eingang des Multipliziergliedes (80) ein Gleichrichter (85) geschaltet ist (Figur 6).
  14. 14. Schaltungsanordnung nach einem der Anspruche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Bauelemente Operationsverstärker vorgesehen sind (Figur 7).
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