DE3007221A1 - Anordnung zur schonzeitregelung einer stromrichtergespeisten synchronmaschine - Google Patents

Description

• Beschreibung
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Schonzeitregelung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist aus der etz-a Bd. 99 (1978) H.3, Seite 156/1.57 bekannt.
• Bei der Verwendung der stromrichtergespeisten Synchronmaschine in ihrer üblichen Schaltung, bestehend aus dem netzseitigen Stromrichter, einem Gleichstrolmzwischenkreis mit einer Glättungsdrossel, dem maschinenseitigen Stromrichter und der Synchronmaschine mit angeflanschtem Polradlage-Geber, ist.man bemüht, den Antrieb hinsichtlich Blindleistüngsbedarf und Drehmomentwelligkeit möglichst optimal auszunutzen.
• Zu diesem Xweck betreibt die bekannte Anordnung zur Schonzeitregelung den Naschinenstromrichter bei Motorbetrieb immer an.der Wechselrichtertrittgrenze und damit bei maximalem Leistungsfaktor. Da die Wechselrichtertrittgrenze durch die Überlappung und die Schonzeit der Thyristoren bestimmt'ist und hierbei die Überlappung sich aus den Maschinen- und Anlagedaten ergibt, wird auf eine minimale Schonzeit geregelt.
• Die Schonzeit ist durch die Freiwerdezeit der Thyristoren gegeben. Man versteht darunter die Zeit, die ein Thyristor, der aus dem stromführenden Zustand in den stromlosen Zustand umgesteuert wurde, noch benötigt, um sicher gesperrt zu sein. Die Schonzeit kann also durch Messung der Zeit ermittelt werden, in der eine negative Sperrspannung am Thyristor nach der Kommutierung anliegt.
• Die für den Betrieb des Maschinenstromrichters notwendige Kommutierungsblindl.eistung wird von der Synchronmaschine geliefert. Zu diesem Zweck erfolgt eine Verschiebung des Mascninenstromes gegenüber der Polradspannung durch entsprechend zeitlich verschobenes Zünden der Thyristoren. Der günstigste Verschiebewinkel richtet sich nach der Schonzeit der -hyristoren, die - wie erwähnt - einen Minimalwert nicht unterschreiten darf.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wenig aufwendige Anordnung zur Schonzeitregelung anzugeben, die bei allen Betriebs zuständen der Synchronmaschine bedingungslos einsetzbar ist.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung für eine Anordnung der eingangs angegebenen Art durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
• Nit dieser Anordnung wird mit einfachen Schaltungsmitteln bei allen sich einstellenden Belastungsverhältnissen nur soviel Blindleistung von der Synchronmaschine bereit gestellt, wie für den einwandfreien Betrieb des Antriebs nötig ist. Dabei ist keine genaue Justierung des mit der Synchronmaschine gekoppelten Gebers notwendig. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der Anordnung, wenn mit wechselndem Drehmoment gefahren wird, oder wenn der Antrieb mit Feldschwächung betrieben wird.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert werden.
• Dabei zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schonzeitregelung, Fig. 2~ein Prinzipschaltbild zur Erfassung der Thyristoren-Sperrspannung und Fig. 3a bis 3c das Prinzip der Verschiebung der Signale des Polradlagegebers durch den Zahlenertinhalt eines Zählers.
• In Fig. 1 ist ein aus einer Gleichstromquelle (z.B.
• einer; Gleichstromzwischenreis eines Umrichters) gespeister dreiphasiger Maschinenstromrichter mit seinen Thyristoren 18 bis 23 gezeigt. Der Maschinenstromrichter ist über die Phasen U, V, W mit einem Synchronmotor M verburden, an dessen Welle ein Geber 12 angeflanscht ist, der entsprechend der Lage de folrades des Synchronmotors M die zeitliche Lage von Zürrimrulen für die Thyristoren 18 bis 23:für einen neutralen Polradwinkel vorgibt.
• Die negative Sperrspannung an jedem Thyristor wird über elne Spannungsmessung erfaßt und in einem Analg-Digital-Wandler 1 in ein digitales Signal umgewandelt. Diese Signale werden mittels eines Opto};opplers 2 vom Leistungspotential des Antriebs getrennt auf einen Digital-Analog-Wandler 3 übertragen. Hier erfolgt die Umwandlung der sechs der Schonzeit der einzelnen Thyristoren 18 bis 23 proportionalen Signale in eine wiederum der Schonzeit proportionale Spannung.
• Da nur alle 60 eine Änderung der Schonzeit gemessen werden kann, ist es notwendig, die jeweils zuletzt gewonnene Information über den Ist-Wert einer Schonzeit in einem Speicher 4 abzuspeichern. Diese Information bleibt solange gespeichert, bis nach 600 die Messung der Schonzeit des nächsten Thyristors erfolgt ist und abgespeichert werden kann.
• Das Ausgangssignal dieses Speichers 4 stellt den Ist-Wert der Schonzeitder Thyristoren dar. Dieser Ist-Wert wird nun in einem Vergleichsglied 6, das vorzugsweise aus zwei Komparatoren aufgebaut ist, mit einem oberen (ko) und einem unteren Grenzwert (ku) als Führungsgröße für die Schonzeit verglichen. Die beiden Grenzwerte sind durch einen Grenzwert-Geber 5 dem Vergleichsglied 6 vorgegeben.
• Sobald einer der beiden Grenzwerte überschritten wird, soll der zwischen der Spannung und dem Maschinenstrom zur Bereitstellung von Kommutierungsblindleistung bestehende Verschiebewinkel ; geändert werden. Die Schonzeitregelung ist somit als Zweipunktregelung aufgebaut.
• Die Änderung des Verschiebewinkels ,95 erfolgt dadurch, daß die Ausgangssignale des Vergleichsgliedes 6 für den Fall einer Grenzwertüberschreitung auf einen Vorwärts-Rückwärts zähler 8 gegeben werden Dieser Zähler 8 wird nach dem Start des Antriebs auf einen Zahlenwert für einen neutralen Winkel hergesetzt, Entsprechend den vom Vergleichsglied 6 abgegebenen Signalen ändert der Zähler 8 seinen Zahlenwertinhalt in Richtung größerer oder kleinerer Werte.
• Aus dem Zahlenwert ergibt sich der jeweilige Verschiebewinkel . Dabei ist für den Zähler 8 eine Überwachung durch einen Zählgrenzen-Geber 7 vorgesehen, die einen unrealistischen Verschiebewinkel verhindert, und zwar werden alle Zahlenwerte für einen Verschiebewinkel nahe reiner Wirkleistung ( # = 0) und nahe reiner Blindleistung ( # = 90°) verhindert. Der Betrieb der Maschine ist nämlich bei t = 0 technisch unmöglich und bei 2(.= = 90° unerwünscht.
• Verschoben werden durch den geänderten Zahlenwertinhalt des Zählers 8 die Signale des mit der Synchronmaschine gekoppelten Gebers 12 aus einer auf das Polrad bezogenen Lage in einem Verschiebebaustein 9. Aus den derart verschobenen Signalen werden dann in einem Impulsbildner 10 die Zündimpulse für die Thyristoren 18 bis 23 gebildet, die über einen Impulsverstärker auf die Steueranschlüsse der Thyristoren gegeben werden.
• In Fig. 2 ist die Erfassung der negativen Sperrspannung für einen der Thyristoren 18 bis 23 im einzelnen dargestellt. Hier ist die Erfassung für den Thyristor 18 gezeigt.
• Über hochohmige Widerstände 13 ist die Kathode des Thyristors 18 mit dem einen Eingang eines Verstärkers 15 verbunden. Ebenso ist die Anode des Thyristors 18 über hochohmige Widerstände 14 mit dem einen Eingang eines weiteren Verstärkers 16 verbunden.
• Die beiden anderen Eingänge der Verstärker 15 und 16 sind auf ein gemeinsames Bezugspotential (z.B. O V) gelegt. Beide Verstärkerausgänge sind auf die Eingänge eines Differenzverstärkers 17 geführt, wobei der eine Eingang wiederum auf Bezugspotential gelegt ist. Die beiden Verstärker 1 und 16 bilden den Verlauf der jeweiligen Spannung an der Kathode bzw. Anode gegenüber dem Bezugspotential entsprechend ihrem Verstärkungsfaktor ab. Im Differenzverstärker 17 wird dann die Differenz der beiden Spannungsverläufe gebildet, so daß am Ausgang des Verstärkers 17 jeweils die am Thyristor 18 anliegende negative Sperrspannung entsprechend dem benötigten Signal für den Schonzeit-Istwert anliegt.
• Die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 17 wird dann entsprechend dem zu Fig. 1 erläuterten Ablauf dem Analog-Digital-Wandler 1 eingegeben. Der Analog-Digitalwandler 1 ist hier im Detail als Komparator 24 gezeigt, der die Eingangsspannung in ein digitales Signal umwandelt und über den Optokoppler 2 auf das Potential der Steuerung und Regelung überträgt.
• In Fig. 3a sind die von dem in Fig. 1 gezeigten Geber 12 abgegeben, die Polradlage angebenden Signale , ß , g dargestellt. Diese Gebersignale werden gemäß dem in Fig. 3b gezeigten stufenweisen-Verlauf des Zählerstandes des Zählers 4 verschoben. Die Verschiebung erfolgt um einen Winkel # , sofern der Zahlenwertinhalt M des Zählers eine vorgegebene, den neutralen Winkel entsprechend den Gebersignalen dV , ß, t bezüglichen Stand überschreitet. Infolge der Überschreitung ergeben sich die verschobenen Gebersignale α',ß' , # ) gemäß Fig. 3c.
• In der Fig. 3b ist die Überschreitung des Zahlenwertes über einen neutralen Winkel beim Zähler gezeigt. Bei Unterschreitung des Zahlenwertinhaltes unter eine bestimmte Grenze wird für den Zähler eine größere Zählgeschwindigeeit freigegeben als bei Überschreitung.
• Dies ist für die Stabilisierung des Regelkreise unbedingt notwenaig.

Claims (5)

1. Anordnung zur Schonzeitregelung einer stromrichtergespeisten Synchronmaschine Patentansprüche Anordnung zur Schonzeitregelung einer stromrichtergespeisten Synchronmaschine mit einem Meßglied für die Schonzeit der Thyristoren des Maschinenstromrichters als Regelgröße und einem mit einem Steuergerät für die Zündimpulse der Thyristoren verbundenen Regler, der entsprechend der Regelabweichung der gemessenen Schonzeit von einer Führungsgröße eine zeitliche Verschiebung der von einem mit: der Synchronmaschine gekoppelten Geber vorgegebenen Zündimpulse bewirkt, dadurch qekennzeichnet, - daß ein Speicherglied (4) vorgesehen ist, das die der Schonzeit eines der Thyristoren (18 bis 23) entsprechende Regelgröße solange speichert, bis die der Schonzeit des nächstfolgenden Thyristors (18 bis 23) entsprechende Regelgröße eingespeichert wird, - daß dem Speicherglied (4) ein Vergleichsglied (6) nachgeschaltet ist, das die jeweils eingespeicherte Regelgröße mit einem oberen (ko) und einem unteren Grenzwert (ku) einer Führungsgröße vergleicht, und - daß der Ausgang des Vergleichsgliedes (6) mit einem Vorwärts-Rückwärtszähler (8) verbunden ist, der durch seinen jeweiligen Zahlenwertinhalt die zeitliche Verschiebung der vom Geber (12) vorgegebenen Zündimpulse festlegt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Speichergliedes (4) über einen Digital-Analog-Wandler (3) mit einem Optokoppler (2) verbunden ist, dem die als negative Sperrspannung entsprechend der Schonzeit am Thyristor (18 bis 23) erfaßte, über einen Analog-Digital-Wandler (1) digitalisierte Regelgröße zugeführt wird.
3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kathode und an die Anode der Thyristoren (18 bis 23). des Maschinenstromrichters jeweils über hochohmige Widerstände (13, 14) der eine Eingang eines Verstärkers (15, 16) angeschlossen ist, wobei über den anderen Eingang die Verstärker (15, 16) auf ein gemeinsames Bezugspotential gelegt sind und daß die Ausgänge beider Verstärker (15, 16) mit den Eingängen eines Differenzverstärkers (17) verbunden sind, bei dem an seinem Ausgang gegenüber dem Bezugspotential ein der Schonzeit entsprechendes Signal als Differenz seiner beiden Eingangsspannungen anliegt.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch qekennzeichnet, daß die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärtszählers (8) bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes (ku) größer ist als bei Überschreiten des oberen Grenzwertes (ko).
5. 5.. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch qekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler (8) mit einem Zählgrenzen-Geber (7) verbunden ist, durch den eine Verschiebung der Zündimpulse zu einem Verschiebewinkel t = 0° und zu einem Versehiebewinkel ae = 90" verhindert wird.