DE3007221C2 - Anordnung zur Schonzeitregelung einer stromrichtergespeisten Synchronmaschine - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

— 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, Aer durch seinen jeweiligen Zahlenwertinhalt die zeitliche Verschiebung der vom Geber (12) vorgegebenen Ztidimpulse festlegt

2. Anordnung nach Anspruch i, 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. 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. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählgeschwindigkeit des Vorwärts-Rückwärtszählers (8) bei Unterschreiten des unteren Grenzwertes (ku) größer ist als bei Überschreiten des oberen Grenzwertes (ko).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwärts-Rückwärtszähler (8) mit einem Zählgrenzen-Geber (7) verbunden ist. durch den eine Verschiebung der Zündimpulse zu einem Verschiebewinkel χ = 0° und zu einem Verschiebewinkel / = 90° verhindert wird.

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 156/157 bekannt.
Bei der Verwendung der stromrichtergespeisten Synchronmaschine in ihrer üblichen Schaltung, bestehend aus dem netzseitigen Stromrichter, einem Gleichstromzwischenkreis mit einer Glättungsdrossel, dem maschinenseitigen Stromrichter und der Synchronp. aschine

ίο mit angeflanschtem Polradlager-Geber, ist man bemüht, den Antrieb hinsichtlich Blindleistungsbedarf und Drehmomentwelligkeh möglichst optimal auszunutzen. Zu diesem Zweck betreibt die bekannte Anordnung zur Schonzeitregeiung den Maschinenstromrichter 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 Kommutierungsblindleistung wird von der Synchronmaschine geliefert Zu diesem Zweck erfolgt eine Vrschiebung des Maschinenstromes gegenüber der Polradspannung durch entsprechend zeitlich verschobenes Zünden der Thyristoren. Der günstigste Verschiebewinkel richtet sich nach der Schonzeit der Thyristoren, die — wie erwähnt — einen Minimalwert nicht unterschreiten darf.

In der Dissertation von A.-W. Leder »Untersuchung des mit verstellbarem Durchflutun^swinkel und konstanter Erregerspannung betriebenen Stromrichtermotors«, Universität Karlsruhe, 1979 und in der DE-OS 23 44 124 sind ebenfalls Anordnungen zur Schonzeitregelung einer stromrichtergespeisten Synchronmaschine beschrieben. Wie bei der eingangs angegebenen Anordnung wird auch dort die jeweils an den Thyristoren gemessene Schonzeit als Regelgröße mit einer einzigen vorgegebenen Führungsgröße verglichen und die Regelabweichung einem Schonzeitregler zugeführt Über die Schonzeit der Thyristoren liegt bei den üblicherwei-

5J se verwendeten dreiphasigen Brückenschaltungen für den Stromrichter nur jeweils nach 60° eine neue Information vor. Für eine stetige Regelung ist diese Zeit zu lang, so daß insbesondere bei niedrigen Frequenzen der Regler »auswandert«. Aus diesem Grunde haben die bekannten Schaltungsanordnungen keinen Eingang in die Praxis gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene Anordnung derart auszubilden, daß unter geringem Aufwand bei allen Betriebszuständen der Synchronmaschine die Schonzeit bedingungslos regelbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Durch die Zweipunktregelung wird die der Erfassung der Regelgröße innewohnende Zeitkonstante umgangen, so daß eine einwandfreie Regelung der Schonzeit bei allen Frequenzen möglich ist. Mit dieser Anordnung wird mit einfachen Schaltungsmitteln bei aüen sich ein-

stellenden 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 zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der Schonzeitregelung,

F i g. 2 ein Prinzipschaltbild zur Erfassung der Thyristoren-Sperrspannung, und

F i g- 3a bis 3c das Prinzip der Verschiebung der Signale des Polradlagegebers durch den Zahlenwertinhalt eines Zählers.

In F i g. 1 ist ein aus einer Gleichstromquelle (z. B. einem Gleichstromzwischenkreis eines Umrichters) gespeister dreiphasiger Maschinenstromrichter mit seinen Thyristoren 18 bis 23 gezeigt Der Maschinesstromrichter ist über die Phasen U, V, W mit einem Synchronmotor M verbunden, an dessen Welle ein Geber 12 angeflanscht ist der entsprechend der Lage des Polrades des Synchronmotors M die zeitliche Lage von Zündimpulsen für die Thyristoren 18 bis 23 für einen neutralen Polradwinkel vorgibt

Die negative Sperrspannung an jedem Thyristor wird über eine Spannungsmessung erfaßt und in einem Analog-Digital-Wandler 1 in ein digitales Signal umgewandelt. Diese Signale werden mittels eines Optokopplers 2 vom Leistungspotential des Antriebs getrennt auf einen Digital-Analog-Wandler 3 übertragen. Hier erfolgt die t imitronrJi liner r\t*r cephc de»· Cj-dtswiTA·-* rl or οιτϊταΙγυοπ V-riJt rw UiIUJUiIg viwJ üvbiio %*«·■ kn.iiviu.uii wi uiiUiviiiwii 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 60" die Messung der Schonzeit des nächsten Thyristors erfolgt ist und abgespeichert werden kann.

Das Ausgangssignal dieses Speichers 4 stellt den Ist-Wert der Schonzeit der 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 χ geändert werden. Die Schonzeitregelung ist somit «Is Zweipunktregelung aufgebaut.

Die Änderung des Verschiebewinkels χ erfolgt dadurch, daß die Äusgangssignale des Vergleichsgliedes 6 für den Fall einer Grenzwertüberschreitung auf einen Vorwärts-Rückwärtszähler 8 gegeben werden. Dieser Zähler 8 wird nach dem Start des Antriebs auf einen Zahlenwert für einen neutralen Winkel χ gesetzt. Entsprechend den vom Vergleichsglied 6 abgegebenen Signalen ändert der Zäliier 8 seinen Zahienwertinhalt in Richtung crößer oder kleinerer Werte. Aus dem Z;ih lenwert ergibt sich der jeweilige Verschiebewinkel χ. 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 (χ = 0) und nahe reiner Blindleistung (χ = 90°) verhindert Der Betrieb der Maschine ist nämlich bei χ = 0° technisch unmöglich und bei χ = 90° unerwünscht

ίο Verschoben werden durch den geänderten Zahlenwertinhalt des Zählers 8 die Signale des mit der Synchronmaschine gekoppelten Gebers 12 aus einer auf das Polrad bezogene 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 F ig. 2 ist die Erfassung der negativen Sperrspannung für einen der Thyristoren ITr bis 23 im einzelnen dargestellt. Hier ist die Erfassung für den Thyristor 18 gezeigt Ober 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. 0 V) gelegt Beide Verstärkerausgänge sind auf die Eingänge eines Differenzverstärkers 17 geführt, wobei der eiae Eingang wiederum auf Bezugspotential gelegt ist. Die beiden Verstärker 15 und 16 bilden den Verlauf der jeweiligen Spannung an der Kathode bzw. Anode gegenüber dem Bezugspotential entsprechend ihrem Ver-Stärkungsfaktor ab. Im Differenzverstärker 17 wird dar.n 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 F i g. 1 erläuterten Ablauf dem Analog-Digital-Wandler 1 eingegeben. Der Analog-Digital-Wandler 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 oc,

so β, γ dargestellt Diese Gebersignale werden gemäß dem in F i g. 3b gezeigten stufenweisen Verlauf des Zählerstandes des Zählers 4 verschoben. Die Verschiebung erfotgr- um einen Winkel χ, sofern der Zahlenwertinhalt M des Zählers eine vorgegebene, den neutralen Winkel entsprechend der> Gebersignalen α, β, γ bezüglichen Stand überschreitet. Infolge der Überschreitung ergeben sich die verschobenen Gebersignale cd, ß, / gemäß F ig. 3c.
In der F i g. 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 größer? Zählgeschwindigkeit freigegeben als bei Überschreitung. Dies ist für die Stabilisierung des Regelkreises unbedingt notwendig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Schonzeitregelung einer stromrichtergespeisten Synchronmaschine mit

— einem Meßglied für die Schonzeit der Thyristoren des Maschinenstromrichters als Regelgröße,

— einem Speicherglied, das die der Schonzeit eines der Thyristoren entsprechende Regelgröße solange speichert, bis die der Schonzeit des nächstfolgenden Thyristors entsprechende Regelgröße eingespeichert wird, 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 Zylindimpulse bewirkt,