DE3020139C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung eines Umkehrstromrichters mit antiparallel ge­ schalteten, durch mindestens einen Steuersatz gesteuer­ ten Ventilgruppen in kreisstromfreier Schaltung zur Dreh­ zahlregelung eines Gleichstrommotors, mit einem von des­ sen Drehzahlregler geführten Stromregler, der dem wirk­ samen Steuersatz der einzelnen, im Ankerstromkreis lie­ genden Ventilgruppen ein Steuersignal vorgibt, und mit einer vom Ausgangssignal des Drehzahlreglers gesteuerten Kommandostufe, die bei Polaritätswechsel einen Verschie­ bebefehl für Wechselrichterbetrieb durch entsprechende Ansteuerung des Stromreglers erzeugt, bei Nulldurchgang des Ankerstromes den Verschiebebefehl aufhebt und einen Befehl zur Zündung der der anderen Stromrichtung zuge­ ordneten Ventilgruppe unter gleichzeitiger Sperrung der bisher stromführenden Ventilgruppe liefert.

Bekannte Schaltungen dieser Art bestehen aus antiparallel geschalteten Ventilgruppen mit je einem Steuersatz für jede Ventilgruppe oder einem beiden Ventilgruppen ge­ meinsamen Steuersatz, bei dem die Steuerimpulse des Steuersatzes über eine Impulsweiche der Ventilgruppe zu­ geführt werden, die gerade den Strom führen soll. Zur Regelung des Gleichstrommotors wird sein Drehzahlist­ wert zusammen mit einem Drehzahlsollwert auf einen Dreh­ zahlregler gegeben, dessen Ausgangssignal die Führungs­ größe für einen Stromregler liefert, der seinerseits den Stromistwert von der Wechselspannungsseite des Stromrich­ ters erhält. Das Ausgangssignal des Stromreglers steuert dann den gemeinsamen Steuersatz.

Vergleiche z. B. Siemens-Zeitschrift 1965 (Seiten 251 und 1081, Bild 4 bzw. Bild 3).

Beim Übergang von motorischen auf generatorischen Betrieb, d. h. bei einem Wechsel der Ankerstromrichtung des Motors, muß die bisher stromführende Ventilgruppe gelöscht und die bisher gesperrte Ventilgruppe gezündet werden. Hier­ zu ist bei den bekannten Schaltungen eine Kommandostufe vorgesehen, welche den Polaritätswechsel am Ausgang des Drehzahlreglers feststellt und daraufhin - gegebenen­ falls nach Begrenzung des Ausgangssignals des Drehzahl­ reglers - auf einen Eingang des Stromreglers ein der­ artiges Kommando abgibt, daß die bisher stromführende Ventilgruppe in den Wechselrichterbetrieb übergeht. Ist der Strom des Stromrichters bis auf Null abgesunken, was ebenfalls durch die Kommandostufe überwacht wird, so wird, falls die Polarität des Ausgangssignals des Drehzahlreglers erhalten geblieben ist, der Verschiebe­ befehl aufgehoben und der Steuersatz von der einen Ven­ tilgruppe auf die andere Ventilgruppe umgeschaltet.

Diese bekannten Schaltungen haben den Nachteil, daß beim Umkehrvorgang verhältnismäßig große Totzeiten auftreten können. So wird z. B. verhältnismäßig viel Zeit zur Umla­ dung der zur Regeloptimierung erforderlichen Kondensa­ toren im Rückführungskreis des Stromreglers benötigt; außerdem vergeht einige Zeit bei der Rückwärtsintegra­ tion des Stromreglers bis in den Eingriffsbereich; vor allem bei kleinen Drehzahlen. Die Folge ist eine relativ schlechte Regeldynamik des Umsteuervorganges und Strom­ spitzen im Leerlauf während des Übergangs von der Frei­ gabe des Steuersatzes bis zum Eingriff des Stromreglers.

Um die Regeldynamik des Umsteuervorganges zu erhöhen, ist es bereits bekannt (vergleiche z. B. Deutsche Patent­ schrift 15 88 783) das Steuersignal des Steuersatzes der stromführenden Ventilgruppe unter Umgehung des Stromreg­ lers direkt durch die Kommandostufe in einen Verschiebe­ befehl für Wechselrichterbetrieb zu ändern und dabei den Stromregler dauernd eingeschaltet zu lassen. Auf diese Weise kann der Stromregler sein augenblickliches Ausgangs­ signal beibehalten, so daß er nach Fortfall des Verschiebe­ befehls sofort das zur stromstoßfreien Aussteuerung ge­ hörende Steuersignal für den Steuersatz der der anderen Stromrichtung zugeordneten Ventilgruppe liefern kann.

Da die in der Kommandostufe verwendeten Grenzwertmelder systembedingt eine kleine Umempfindlichkeit aufweisen, schaltet die Kommandostufe bei der Vorzeichenumkehr des Ausgangssignals des Drehzahlreglers nicht sofort um. Die­ se Unempfindlichkeit hat zur Folge, daß der Stromregler im Unempfindlichkeitsbereich wegdriften kann. Um dieses Wegdriften zu vermeiden, ist es bereits bekannt, dem an der Kommandostufe anliegenden Ausgangssignal des Dreh­ zahlreglers eine Hilfswechselspannung zu überlagern, deren Amplitude in der Größenordnung des Unempfindlich­ keitsbereiches der Kommandostufe liegt (vergleiche Deutsche Patentschrift 19 45 307). Hierdurch schwingt der Stromsollwert am Eingang der Kommandostufe im festen Rhythmus. Solange der Stromsollwert also in der Nähe des Wertes 0 verbleibt, wird abwechselnd im Takte der Hilfs­ wechselspannung Strom in beiden Ventilgruppen fließen und damit ein Wegdriften des Stromreglers verhindert.

Das ständige Umschalten der Momentenrichtung im Bereich kleiner Stromsollwerte hat aber andererseits den Nach­ teil, daß sich die ständigen Drehmomentschwankungen über den Antrieb auf den Prozeß auswirken, z. B. unsaubere Schnittbilder beim Feinbearbeiten eines Werkstückes her­ vorrufen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubil­ den, daß man den Stromregler für den Wechselrichterbe­ trieb heranziehen kann, aber trotzdem nur sehr geringe Totzeit benötigt.

Diese Aufnahme wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch die Kommandostufe nach Fortfall des Verschiebebefehls ein zusätzliches Signal für Gleichrichterbetrieb auf den Eingang des Stromreglers bis zum Wiederauftreten des An­ kerstromes geschaltet wird. Durch dieses 3-Punkt-Verhal­ ten der Regelung im Nullbereich der Momentenanforderung werden Momentenumschaltungen - wie bei der bekannten Lö­ sung - überflüssig und damit Antriebsschwankungen vermie­ den.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles sei die Erfindung näher erläutert.

Die Ankerwicklung eines Gleichstrommotors 3 wird über einen kreisstromfreien Thyristor-Umkehrstromrichter mit zwei antiparallelen Ventilgruppen 1 und 2 aus einem Wech­ selstromnetz N gespeist. Die Ansteuerbefehle für die Ven­ tilgruppen 1 und 2 werden über eine von der Kommandostufe 8 gesteuerte Weiche 9 von einem Steuersatz 4 geliefert. Die Steuerspannung U _st für den Steuersatz 4 stammt aus einem Stromregler 5.

Der Drehzahlregler 7 des Motors 3 erhält der Solldreh­ zahl n* und der Istdrehzahl n _i proportionale Eingangs­ werte und liefert an seinem Ausgang eine dem Stromsoll­ wert I* proportionale Größe. In einem Absolutwertbildner 6 wird aus dieser Größe der Absolutwert |I* | gebildet und dem Stromregler 5 als Sollwert vorgegeben. Ferner wird dem Stromregler 5 ein dem Absolutwert des Stromistwertes I proportionaler Wert als Istwert über Leitung 53 mit entgegengesetzter Polarität zugeführt. Der Stromistwert wird mittels Wandler 12 am Netz N gemessen und mittels des Gleichrichters 11 in den entsprechenden Absolutwert verwandelt. Aus dem Vergleich beider Werte am Eingang 51 des Stromreglers wird im Stromregler 5 die Steuerspan­ nung U _st für den Steuersatz 4 gebildet.

Da nur die Absolutwerte von Stromsollwert und Stromist­ wert miteinander verglichen werden, kann jeder Polari­ tät des Stromreglerausgangssignals auch ein definierter Betriebszustand des Umkehrstromrichters zugeordnet wer­ den, zum Beispiel bedeutet positive Polarität der Strom­ reglerausgangsspannung einen Wechselrichterbefehl für den Steuersatz 4 und negative Polarität einen Befehl für Gleichrichterbetrieb an den Steuersatz 4. Die jeweils für die benötigte Stromrichtung vorgesehene Ventilgrup­ pen 1 bzw. 2 wird durch die Kommandostufe 8 über Leitung 84 und Weiche 9 angewählt, wobei die Kommandostufe 9 die­ sen Anwählbefehl aus der Polarität des Ausgangssignals des Drehzahlreglers 7 ermittelt.

Wird zum Beispiel vom Drehzahlgeber 7 her eine Umkehr der Stromrichtung gefordert, so wird sofort durch einen Befehl über Leitung 82 ein Signal auf die einstellbare Be­ grenzung 55 des Stromreglers 5 gegeben und damit an des­ sen Ausgang eine Steuerspannung erzwungen, die einem Wechselrichterbetrieb entspricht. Vorteilhafterweise wird dabei dieser Wert in etwa gleich der Wechselrichtertritt­ grenze gewählt.

Im Wechselrichterbetrieb wird nun der Strom abgebaut und bei Stromnullmeldung über Leitung 83 die der geforderten Momentenrichtung entsprechende Ventilgruppe 1 bzw. 2 über die Weiche 9 zugeschaltet. Gleichzeitig hebt dann die Kommandostufe 8 die Begrenzung 55 am Stromregler 5 wieder auf, so daß der Stromregler 5 von der Wechselrichtertritt­ grenze α w, das heißt immer von einer definierten Aus­ gangslage zu dem geforderten Arbeitspunkt läuft. Um hier­ bei eine möglichst schnelle Umladung des Rückkoppelkrei­ ses 52 des Stromreglers 5 mit Kondensatoren und einen schnellen Wiedereingriff zu erreichen, wird zusätzlich über den von der Kommandostufe 8 gesteuerten Schalter 81 die Spannung +U, die z. B. maximalem Gleichrichterbetrieb entspricht, an den Eingang 51 des Stromreglers 5 gelegt. Damit wird dessen Ausgangssignal sehr schnell in Rich­ tung Gleichrichterbetrieb verändert und damit der ge­ wünschte Strom in der neuen Stromrichtung aufgebaut. Beim Auftreten der ersten Stromkuppe auf Leitung 83 wird dann durch die Kommandostufe 8 der Schalter 81 wieder geöffnet, so daß der dem Ausgangssignal des Drehzahlreg­ lers 7 entsprechende Sollwert allein als Führungsgröße am Eingang 51 wirksam ist.

Damit auch bei dem gezeichneten Einphasenanschluß des Umrichters der Ankerstrom zu Null gemacht werden kann, wird durch die Kommandostufe über die Leitung 82 die einstellbare Begrenzung 55 so umgeschaltet, daß die Wech­ selrichtertrittgrenze α w in Abhängigkeit von Stromlücken zwischen 150° und 180° umgeschaltet wird; d. h. während der Lückpause wird eine Wechselrichtertrittgrenze von 180° eingestellt.

Geht das Ausgangssignal des Drehzahlreglers gegen Null und tritt kein Polaritätswechsel auf, d. h. es liegt keine Momentenanforderung vor, so werden im definierten Unempfindlichkeitsbereich der Kommandostufe 8 beide Ven­ tilgruppen durch entsprechende Ansteuerung der Weiche 9 gesperrt und das Stromreglerausgangssignal ebenfalls auf Wechselrichterbetrieb eingestellt. Kommt nun wieder eine Momentenanforderung, so wird die Begrenzung 55 des Stromreglers 5 wieder freigegeben und der Schalter 81 geschlossen. Hierdurch läuft der Stromregler auch wieder relativ schnell zum benötigten Arbeitspunkt. Auch hier wird beim Auftreten der ersten Stromkuppe wieder der Schalter 81 geöffnet.

Durch das 3-Punkt-Verhalten der Regelung - bedingt durch den definierten Unempfindlichkeitsbereich der Kommando­ stufe 8 sind auch bei relativ kleinen Momentenanforde­ rungen keine Antriebsschwankungen zum Aufrechterhalten eines definierten Betriebes erforderlich.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Steuerung eines Umkehrstromrichters mit antiparallel geschalteten, durch mindestens einen Steuersatz gesteuerten Ventilgruppen in kreisstromfreier Schaltung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors, mit einem von dessen Drehzahlregler geführten Stromreg­ ler, der dem wirksamen Steuersatz der einzelnen, im Ankerstromkreis liegenden Ventilgruppe ein Steuersi­ gnal vorgibt, und mit einer vom Ausgangssignal des Dreh­ zahlreglers gesteuerten Kommandostufe, die bei Polari­ tätswechsel zur Umsteuerung einen Verschiebebefehl für Wechselrichterbetrieb durch entsprechende Ansteuerung des Stromreglers erzwingt, bei Nulldurchgang des Anker­ stromes den Verschiebebefehl aufhebt und einen Befehl zur Zündung der der anderen Stromrichtung zugeordneten Ventilgruppe unter gleichzeitiger Sperrung der bisher führenden Ventilgruppe liefert, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kommandostufe (8) nach Fortfall des Verschiebebefehls ein zusätzliches Signal für Gleichrichterbetrieb auf den Eingang (51) des Strom­ reglers (5) bis zum Wiederauftreten des Ankerstromes auf­ schaltet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in einem definierten Un­ empfindlichkeitsbereich der Kommandostufe (8) beide Ven­ tilgruppen (1, 2) gesperrt sind und der Stromregleraus­ gang auf Wechselrichterbetrieb gesteuert ist und daß bei Anforderung einer Stromrichtung und damit Fortfall des Verschiebebefehls das zusätzliche Signal für Gleichrich­ terbetrieb ebenfalls bis zum Wiederauftreten des Anker­ stromes auf den Eingang (51) des Stromreglers (5) geschal­ tet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Stromreglers (5) durch eine einstellbare Begrenzung (55) im Wechselrichterbetrieb stromabhängig zwischen zwei Werten veränderbar ist.