DE2935322C2 - Regeleinrichtung für einen Umformer - Google Patents
Regeleinrichtung für einen UmformerInfo
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Description
e) eine Einrichtung (10) zum Feststellen einer überschwelligen Sollwert-Istwertdifferenz des
Laststroms und
f) eine Schatteinrichtung (U, 12), die die Addition des Korrekturwinkels nur bei Vorliegen des intermittierenden
Stromflusses und einer überschwelligen Sollwert-!stwertdifferenz ermöglicht.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die nichtn.teare Kompensationseinrichtung (8) die Größe des vorgeschriebenen
Korrekturwinkels in Abhängigkeit von der Größe des Zündwinkels bei dem Grenzwert (/<*>) des Stromistwertes
ändern kann.
40
Die Erfindung bezieht sich auf das eine Regeleinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs I beschriebenen,
aus der JP-OS 53-63 517 bekannten Art.
Leistungsumformer zur Speisung eines Verbrauchers mit durch Zündphasensteuerung veränderlichem Strom
sind bekannt und werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt Beispielsweise benutzt man zur Speisung
von Gleichstrommotoren Leistungsumformer, die aus Thyristoren in Grätzschaltung bestehen. jo
Wenn eine induktive Last, beispielsweise ein Motor, von einem Leistungsumformer gespeist wird, hat der in
dem Umformer fließende Strom einen kontinuierlichen oder intermittierenden Leitungszustand, was von dem
Lastzustand abhängt. Wie allgemein bekannt ist, wird der stromlose Zeitraum in dem intermittierenden Bereich
lang, so daß eine starke Änderung des Leistungsgewinns der Stromregelschaltung eintritt, die mit dem
Differenzstrom zwischen dem Sollwert des der Last zuzuführenden Stroms und dem Istwert des durch die Last
fließenden Stroms gespeist wird, so daß die Zündphase des Umformers entsprechend der Stromdifferenz bestimmt
wird. Die Stromregelschaltung hat in dem Bereich mit intermittierendem Strom einen stark reduzierten
Leistungsgewinn bzw. eine stark reduzierte Verstärkung. Deshalb muß die Ansprechcharakteristik der
Stromregelschaltung in Abhängigkeit vom intermittierenden Strombereich bestimnmt werden. Die Ansprechcharakteristik
in dem Bereich mit kontinuierlichem Strom wird dadurch verschlechtert und instabil.
Aus der JP-OS 53-63 517 ist eine nichtlineare Kompensation der Ansprechcharakteristik bekannt, die ohne
Rücksicht auf den Wert der Abweichung zwischen !stund Sollstrom im intermittierenden Bereich arbeitet Da
die nichtlineare Kompensation sowohl bei kontinuierlichem als auch bei intermittierendem Strom ausgeführt
wird, ist die Stabilität bei kontinuierlichem Si rom verhältnismäßig schlecht
Bei der aus der DE-OS 23 38 630 bekannten Regeleinrichtung
ist eine Verzögerungsschaltung vorgesehen und es wird die Verstärkung bei intermittierendem Laststrom
während der Periode, während der der Strom gleich Null ist, nichtlinear geändert, so daß sowohl bei
kontinuierlichem als auch bei intermittierendem Strom die Ansprechcharakteristik der Einrichtung praktisch
unverändert bleibt Die Verzögerungsschaltung (erster Ordnung) ist so in die Einrichtung eingefügt daß die
Übertragungsfunktion bei intermittierendem Laststrom die gleiche ist wie bei kontinuierlichem Laststrom, da
die Zeitkonstante des Motors die Regeleinrichtung bei intermittierendem Laststrom nicht beeinflußt
Im einzelnen wird (bei der in Fig.2 der DE-OS
23 38 630 gezeigten Schaltung) die Verzögerungsschaltung über einen Schalter 12 eingeschaltet Die Einrichtung
13 zur Erfassung des intermittierenden Stromflusses des Laststromes gibt einen Gleichstrom ab, der proportional
ist zu der Zeit, während der der Laststrom gleich Null ist und zwar an einen Funktionsgenerator
17, der die nichltineare Kompensationskennlinie vorgibt.
Der Generator 17 liefert ein Verstärkungs-Kompensationssignal,
das der Höhe des Gleichstromsignals entspricht. Die nichtlineare Kompensation erfolgt durch
Multiplikation des Verstärkungs-Kompensationssignals mit dem Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 11
mittels eines Multiplizierers 10. Die nichtlineare Kompensation wird entsprechend den Induktivitäten und
Widerständen des Hauptkreises fr,it Motor und Leistungsumformer vorgegeben. Eine optimale Kompensation
durch genaue Messung d?i Induktivitäten und Widerstände des Hauptkreises ist jedoch schwierig. Dabei
erfolgt die nichtüneare Kompensation unabhängig vom Wert der Abweichung zwischen Ist- und Sollwert
des Laststromes, und zwar sowohl bei kontinuierlichem als auch bei intermittierendem Strom. Die Stabilität bei
kontinuierlichem Strom ist daher nicht zufriedenstellend, wenn nicht optimal kompensiert wird.
Darüber hinaus sind bei der bekannten Regeleinrichtung
zur Erfassung des intermittierenden Stromes ein Detektor zur Messung der Zeitperiode, während der
der Strom gleich Null ist, und eine Multipliziereinrichtung erforderlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Regeleinrichtung bei geringem Schaltungsaufwand
und insbesondere ohne die Multipliziereinrichtung unter Beibehaltung der einfachen additiven
Anordnung so weiterzubilden, daß die Stabilität der Regelung weiter gesteigert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten
Merkmale gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung wird nur bei intermittierendem Laststrom kompensiert, so
daß die Stabilität auch bei nichtlinearer Kompensation optimal ist. Dabei erübrigt sich eine Messung der Zeit,
während der der Laststrom gleich Null ist; eine Multipliziereinrichtung ist nicht erforderlich. Durch die erfin-
3 4
dungsgemäße Regeleinrichtung wird also eine Vereinfa- den Kante des Ausgangssignals synchronisiert ist. Die
chung des Schaltungsaufbaues erzielt; dieser eignet sich Schaltung enthält weiterhin eine ODER-Schaltung 93
auch zur Anwendung eines Mikrocomputers. und ein Filter 94 aus einem Widerstand R und einen
gestellten Ausführungsbeicpiele erläutert Es zeigt Auf einen kontinuierlichen Stromfluß hin erzeugt der
tionsfunktion, 15 stellung b erfolgt In diesem Zustand wird der Motor-
Die in F i g. 1 gezeigte Ausführungsform hat eine Differenzstrom ΔI erzeugt wird, der der Stromregel-Dreiphasen-Drehstromversorgung
1 und einen Umfor- 20 schaltung 7 zugeführt wird. Die Stromregelschaltung 7
!tier 2, der mit der Drehstromversorgung 1 verbunden gibt die Zündwinkelinstruktion α jfitsprechend dem
ist, den Drehstrom in Gleichstrom umwandelt und bei- Stromdifferenzwert ΔI und führt ihn dsm einen Einspielsweise
von Thyristoren in Grätzschaltung gebildet gang des Addierers 13 zu. Der andere Eingang des Adwerden
kann. Von dem Umformer 2 wird ein Gleich- dierers 13 liegt auf Nullpotential, da er über die Schaltstrommotor
3 gespeist. Der Motorstrom id wird von ei- 25 stellung b des Umschalters 12 mit Masse verbunden ist
nem Gleichstromwandler 4 erfaßt Ein Filter 5 glättet Die ZC^dregelungsschaltung 14 erzeugt somit einen
den erfaßten pulsierenden Motorstrom id aus dem Zündimpuls, dessen Phase der Zündwinkelinstruktion a
Gleichstromwandler 4. Mit einem Komparator 6 wird entspricht Diese Instruktion wird als Zündsteuersignal
der Sollwert fc des Stroms mit dem Istwert /„des Stroms über den Impulsverstärker 15 den Thyristoren des Umverglichen,
der aus dem Filter 5 kommt Eine Stromre- 30 formers 2 zugeführt Als Folge wird die an den Gleichgelschaltung
7 erzeugt eine Zündwinkelinstruktion λ Strommotor 3 angelegte Spannung so geändert, daß der
aus der Sollwert-Istwertdifferenz ΔI des Laststromes. Motorstrom id so geregelt wird, daß er dem Stromsoll-Die
Regelschaltung arbeitet üblicherweise nach dem PI- wert le gleich wird.
Prinzip (Proportional-integral-Regler). Zusätzlich ist ei- Wenn der Motorstrom id intermittierend fließt, wie
ne nichtlineare Kompensationsschaltung 8 vorgesehen, 35 dies in F i g. 3 gezeigt ist, erzeugt der Nullkomparator 91
die eine Korrekturwinkelinstruktion Δα erzeugt, wenn ein Ausgangssignal mit dem Pegel 1 bei stromlosen Inder
Stromistwert /rf auf einen Wert verringert wird, der tervallen des Stroms id und somit ein Rechtecksignal, das
kleiner als ein Stromgrenzwert Ido ist, d. h. wenn der zum Strom id synchronisiert ist. Die monostabil Schal-Strom
Id in den Bereich rnii intermittierendem Strom tung 92 ist mit der fallenden Kante des Rechteckwgnals
eintritt, wie dies in Fig.4gezeigt ist Die Korrekturwin- 40 synchronisiert und erzeugt ein Impulssignal einer vorkelinstruktion
άα. steigt bei Abnahme des Ist-Motor- gegebenen konstanten Dauer. Diese Impulsdauer, die
Stroms Id- Für die nichtlineare Kompensationsschaltung durch die monostabile Schaltung 92 bestimmt ist, wird
8 kann beispielsweise ein Funktionsgenerator verwen- etwas länger als eine Zündperiode des Umformers 2
det werden. Eine Detektorschaltung 9 dient zum Fest- gewählt. Wenn die Frequenz der Drehstromvsrsorgung
stellen des intermittierenden Zustands des Motorstroms 45 1 50 Hz beträgt, und wenn der Umformer eine dreipha-/A
was spä?er noch erläutert wird. Mit einem Kompara- sige Zweiggleichrichtung hat, beträgt die Zündperiode
tor 10 wird die Sollwert-Istwertdifferenz ΔI des Last- 33 ms. Die vorgegebene Dauer des Impulses aus der
stromes mit einem vorgegebenen Wert ΔI, verglichen, monostabilen Schaltung 92 beträgt dann beispielsweise
der, wenn \Δ 11 > I5, ein Ausgangssignal mit dem Pegel 5 ms. Wenn der Umformer eine Dreiphasen-Ein-
I erzeugt Die Regeleinrichtung enthält weiterhin eine 50 weggleichrichtung hat, wird die Impulsdauer aus der
UND-Schaltung 11 und einen Umschalter 12, der auf die monostabilen Schaltang 92 so gewählt, daß sie 8 ms be-Schaltstellnng
a umschaltet wenn die UND-Schaltung trägt. Somit erzeugt die monostabile Schaltung 92 wie
II ein Ausgangssignal mit dem Pegel 1 erzeugt und auf derholte Impulse konstanter Dauer, bis der Motorstrom
die Schaltstellung b umschaltet, wenn ein Ausgangssi- id in den kontinuierlichen Bereich eintritt. Der Ausgnal
mit dem Pegei 0 erzeugt wird. In diesem Fall ist die 55 gangsimpuls aus der monostabilen Schaltung 92 wird
Schaltstellung b mit Masse verbunden. Weiterhin sind der ODER-Schaltung 93 zugeführt. Andererseits wird
ein Addierer 13, eine Zündregelschaltung 14 und ein das Ausgangssignal des Nullkomparators 91 über das
Impulsverstärker 15 vorgesehen. Filter 94 der ODER-Schaltung 93 zugeführt Die Zeit-
stellen des intermittierenden Stroms. Ein Nullkompora- 60 eingerichtet die im wesentlichen der des Umformers
tor 91 erzeugt dabei ein Ausgangssignal mit dem Pegel entspricht. Das Ausgängssignal des Filters 94 ist wie in
1, wenn der Motorstrom id auf Null abnimmt. Wenn der F i g. 3 gezeigt ist. auf eine vorgegebene Spannung an
rator 91 ein Ausgangssignal mit einer Rechteckswelle nostabilen Schaltung 92 erhöht. Das Filter 94 ist vorge-
erzeugt, das zu der Stromunterbrechung synchronisiert 65 sehen, um das Ausga.cgssigna! aus der ODER-Schaltung
ist. Eine monostabile Schaltung 92 wird dann getriggert, 93 bei Stromunterbrechung kontinuierlich auszubilden,
wenn das Ausgangssign·-! des Nullkomparators 91 vom auch wenn der Impuls aus der monostabilen Schaltung
steigt, wie dies aus F i g. 3 zu ersehen ist. Die ODER-Schaltung 93 erzeugt so ein Ausgangssigna! mit dem
Pegel 1 während des intermittierenden Flusses des Motorstroms id- Wenn der Motorstrom Ä/in den Bereich mit
kontinuierlichem Strom einiritt, beginnt die ODER-Schaltung
93 ein Ausgangssignal mit dem Pegel 0 mit einer Verzögerung zu erzeugen, die der Kippzykluszeit
der monostabilen Schaltung 92 entspricht. Diese Verzögerung ist sehr kurz und verursacht so vom praktischen
Standpunkt keine Schwierigkeit
Wie erwähnt, erzeugt während des intermittierenden Flusses des Motorstroms id die Detektorschaltung 9 für
den intermittierenden Zustand ein Ausgangssignal mit dem Pegel 1. Die Ausgangssignale aus dem Detektor 9
und aus dem Komparator 10 werden der UND-Schaltung 11 zugeführt, die das logische Produkt daraus erzeugt.
Wenn die beiden Signale den Pegel 1 haben, d. h. wenn der Strom id sich nach der Übergangsperiode im
::4 f
renz \Δ I1 größer als der vorgegebene Wen |Δ U |. Die
UND-Schaltung 11 erzeugt somit ein Ausgangssignal mit dem Pegel I. Wenn das Ausgangssignal der UND-Schaltung
11 gleich 1 wird, wird der Umschalter 12 in die Schaltstellung a geschaltet, wodurch das Korrekturwinkelsigna!
J<x aus der nichtlinearen Kompensationsschaltung
8 in dem Addierer 13 zu der Zündwinkelinstruktion λ aus der Stromrcgelschaltung 7 addiert werden
kann.
Wenn der Istwert des Motorstroms U soweit verringert
ist, daß er kleiner als der Wert des Grenzstroms ij0
ist, erzeugt die nichtlineare Kompensationsschaltung 8 das Kcrrekturwinkelsignal Δα, welches bei Abnahme
des Stroms ld zunimmt, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist. Die
verwendete nichtlineare Kompensationsschaltung 8 ist beispielsweise ein Funktionsgenerator. Die Kennlinie
der nichtlinearen Kompensationsschaltung 8 wird folgendermaßen bestimmt. F i g, 5 zeigt eine allgemein bekannte
Beziehung zwischen der Ausgleichsspannung Ed (Mittelwert) des Umformers 2 und dem Istwert des Motorstroms
(mittlerer Gleichstrom) ld zusammen mit den Differenzwerten txu α2, λ3 (λι
>λ2> λ3) der Zündphase
<x als Parameter. Aus F i g. 5 sieht man, daß der Wert der Spannungsänderung bezogen auf die sehr kleine Stromänderung
d£d / d/rf in dem Bereich mit kontinuierlichem
Strom sich stark von dem in dem intermittierenden Bereich für jeden Wert der Zündphase α unterscheidet.
Dies ergibt eine Abnahme des Ansprechens in dem Bereich mit intermittierendem Strom. Somit wird die
Kompensation der Nichtlinearität des Wertes von d£rf/ aid derart ausgeführt, daß die Zündphase « unter
dem StromgreiiZwert Ijo um Δα entsprechend dem
Strom Jd korregiert wird, wie dies durch die gestrichelte
Linie gezeigt ist, die sich in dem Bereich für kontinuierlichen Strom gerade von der ausgezogenen Linie erstreckt.
Die Charakteristika der nichtlinearen Kompensationsschaltung 8 werden somit durch den Korrekturwinkel
Δα bestimmt
Der Korrekturwinkel Aet ändert sich mit der Größe
der Zündphase «, wie dies in Fig.5 gezeigt ist Zur
Vereinfachung wird deshalb die Charakteristik der nichtlinearen Kompensationsschaltung 8 für eine spezielle
Zündphase X2 erstellt
Die nichtlineare Kompensationsschaltung 8 wird durch den Korrekturwinkel Δκ charakterisiert und erzeugt
das Korrekturwinkelsigna! Δα entsprechend dem
Strom Id- Dieses Korrekturwinkelsignal Δα wird zu der
Phasenwinkelinstniktion α im Addierer 13 addiert, dessen
Ausgangssignal der Zündregelschaltung 14 zugeführt wird. Die Zündregelschaltung 14 führt den Thyristoren
des Umformers 2 ein Zündsteuersignal mit der Zündphase α+ Δα zu. Demzufolge wird der Strom id.
der in dem Gleichstrommotor 3 fließt, so gesteuert, daß
er dem Stromsoliwert /, gleich wird.
Unter der Übergangsbedingung, nämlich daß der Differenzstrom \Δ 11 in dem Bereich mit intermittierendem
Strom größer als der vorgegebene Wert \Δ I1 | ist, wird
die Zündphase des Umformers 2 durch die Summe der
ίο Zündwinkelinstruktion χ aus der Stromregelschaltung 7
und des Korrekturwinkelsignals Δα aus der nichtlinearen
Kompensationsschaltung 8 geregelt. Somit wird der Wert dErf/d/rf in dem Umformer 2 eine gerade Linie,
wie dies durch die gestrichelte Linie in F i g. 5 veran-
is schaulicht ist, so daß man eine verbesserte Ansprechcharakteristik
in dem Bereich mit intermittierendem Strom erhält.
jiariu, lyvi »rvtviivMi uvi LriiivivuLjuvin \u ι j nikiit^i ijt
M als der vorgegebene Wert \Δ /, |, der Komparator 10 ein
Ausgangssigna! (/} mit Pegel 0, wodurch die UND-Schaltung 11 ein Ausgangssignal mit dem Pegel 0 erzeugt.
Dadurch wird der Schalter 12 in die Schaltstellung b geschaltet. Dementsprechend wird die Zündphase
des Umformers 2 im stationären Zustand auf der
gclschaltung 7 geregelt, d. h. es wird keine nichtlineare
im Übergangszustand ausgeführt in welchem die Stromabweichung von tfcm vorgegebenen Wert groß ist, im
stationären Zustand jedoch, in welchem die Abweichung klein ist, wird die nichtlinieare Kompensation
nicht ausgeführt so daß die Stabilität des stationären
Fig. 6 zeigt die Sprungantwortfunktionen des Gleichstroms Id im Falle der stufenweisen Änderung des
Stromsollwerts I0.
ohne nichtlineare Kompensation, die gestrichelte Linie b die Kurve mit nichtlincarer Kompensation sowohl im
Übergangszustand als auch im stationären Zustand und die ausgezogene Linie ceine Kurve nach d«r Erfindung.
Aus Fig.6 sieht man, daß die zusätzliche nichtlineare
Kompensation im stationären Zustand dazu führt, daß der Stromistwert ld schwankt, wodurch die Stabilität
verlorengeht. Im Gegensatz dazu ermöglicht es die Erfindung, daß der Stromistwert Id den Stromsollwert Id
ohne eine Schwankungsbeeinträchtigung erreicht, so
so daß die Stabilität im stationären Zustand verbessert ist.
Erfindungsgemäß wird die nichtlineare Kompensation nach dem Übergangszeitraum in dem Bereich mit
intermittierendem Strom durchgeführt und wirkt so dahingehend, daß die Stabilität im stationären Zustand
erhöht wird.
Zusätzlich benutzt diese Ausführungsform den Iststrom zur Feststellung des intermittierenden Stromzustands,
wodurch mit Sicherheit die Schwierigkeiten verhindert werden, daß die nichtlineare Kompensation
übermäßig in dem Bereich mit kontinuierlichem Strom und nicht nach der Übergangsperiode in dem Bereich
mit intermittierendem Strom ausgeführt wird, obwohl auch der Stromsollwert zum Feststellen des Zustands
mit intermittierendem Strom verwendet werden kann.
es Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf den Fall, in welchem die nichtlineare Kompensationsschaltung
auf eine bestimmte Phasenwinkelcharakeristik eingestellt ist Die Charakteristik der nichtlinearen Korn-
pcnsalionsschaliung kann in gewünschter Weise entsprechend
der Phascnwinkelinstrukiion λ bei dem Stromgrenzwert variabel sein. Eine Änderung der Charakteristik
entsprechend aller Phasenwinkelinstruktionen λ macht jedoch die nichtlineare Kompensations- ί
schaltung kompliziert. Deshalb genügt es in der Praxis, die Charakteristik der nichtlinearen Kompensationsschaltung
für mehrere Phasenwinkelwerte zu ändern. Ο« ^ohl in diesem Fall eine übermäßige oder ungenügende
Kompensation erfolgen kann, wird eine Erhöhung der Stabilität im stationären Zustand auch unter
einer übermäßigen Kompensation bewirkt, was sich daraus ergibt, daß die nichtlincare Kompensation nicht
im stationären Zustand ausgeführt wird.
Da, wie beschrieben, die lineare Kompensation erfindungsgemäß nur beim Übergangszeitraum im Bereich
für intermittierenden Strom ausgeführt wird, kann die Stabilität im Normalbetrieb gesteigert werden, was zur
Folge hat, daß der Umformer stabil geregelt werden kann.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird ein Gleichstrommotor als Last bzw. Verbraucher benutzt.
Selbstverständlich können auch andere Motoren und induktive Lasten verwendet werden, zu denen ein kontinuierlicher
oder intermittierender Strom abhängig vom Betriebszustand aus einem Umformer fließt. Die nichtlineare
Kompensation kann in gleicher Weise mit einer anderen Kompensationscharakteristik ausgeführt werden.
Die Regelvorrichtung bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform arbeitet analog. Sie kann natürlicn
auch digital ausgeführt sein, wobei ein Mikroprozessor oder dergleichen verwendet werden kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen J5
40
60
65
Claims (1)
1. Regeleinrichtung für einen Umformer mit
Zündwinkelsteuerung zur Versorgung einer veränderbaren Belastung und mit
a) einer Einrichtung (7) zur Erzeugung des Zündwinkels
aus der Sollwert-Istwertdifferenz (Δ I)
des Laststromes.
b) einer Einrichtung (9), die erfaßt, ob der Laststrom in den Bereich mit intermittierendem
Stromfluß eingetreten ist,
c) einer Addiereinrichtung (13) zum Addieren eines Korrekturwinkels zum Zündwinkel, wenn \;
der Laststrom sich in diesem Bereich befindet,
d) einer Kompensationseinrichtung (8) zum Erzeugen des Korrekturwinkels in nichtlinearer
Abhängigkeit vom Istwert des Laststroms.
20
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JPS6013390B2 (ja) | 1985-04-06 |
JPS5534853A (en) | 1980-03-11 |
US4249236A (en) | 1981-02-03 |
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