DE3046392C2

DE3046392C2 -

Info

Publication number: DE3046392C2
Application number: DE19803046392
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Hentschel; Heinz 1000 Berlin De Rjosk
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-12-05
Filing date: 1980-12-05
Publication date: 1989-11-30
Also published as: DE3046392A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung von Puls wechselrichtern gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist bekannt durch die DE-OS 25 10 302.

Die Erfindung bezweckt, die Steuerung des Wechselrichters so durchzu führen, daß ein phasenrichtiges dreiphasiges, sinusförmiges Stromsy stem mit geringem Oberschwingungsgehalt bei geringer Pulsfrequenz einer Drehfeldmaschine mit nicht angeschlossenem Sternpunkt einge prägt wird. Durch den nicht angeschlossenen Sternpunkt entsteht dabei eine Koppelung der drei Regelkreise miteinander, da zwangsläufig die Summe aller drei Ströme Null sein muß und sich nicht drei Ströme frei einstellen können. Der Schaltzustand einer Wechselrichterphase be stimmt nun nicht mehr allein die Phasenspannung der angeschlossenen Maschinenphase, sonder nur noch dessen Klemmenpotential, das auf den Mittelpunkt der Gleichspannung bezogen wird. Gegenüber diesem Mittelpunkt verschiebt sich der Maschinensternpunkt nun um das Null potential. Dadurch ergibt sich, daß jeder Stromregler den anderen korrigieren will, woraus eine hohe Umschaltfrequenz und daraus eine ungünstige Ausnutzung des Wechselrichters resultiert.

Es ist durch die DE-OS 26 27 537 zur Lösung dieses Problems ein Sinus- Dreieck-Verfahren bekannt, wozu jedoch ein größerer Aufwand durch die Verwendung eines exakten Spannungsmodells der Maschine notwendig ist und Betrags- und Phasenabweichungen bei höheren Ausgangsfrequenzen auftreten.

Durch die eingangs genannte DE-OS 25 10 302 ist ein Verfahren zur Mehr punkt-Regelung der Ausgangsströme eines mehrphasigen, selbstgeführten Umrichters mit Gleichspannungszwischenkreis, wobei jedem Ausgangsstrom ein Führungswert zugeordnet ist, bekannt, bei dem ein Stromregler für die verschiedenen Umschaltmöglichkeiten des Umrichters den voraussicht lichen Stromverlauf berechnet und diejenige Umschaltung einleitet, die zu einem vorgegebenen, für den jeweiligen Betriebszustand zukünftigen Zeitpunkt den kleinsten Betrag der Regelabweichung in den Ausgangs strömen hervorruft.

Weiterhin ist durch die DE-OS 25 02 513 bekannt, daß den Steuersätzen von Umrichtern jeweils ein Stromregler zugeordnet ist, wobei jeder Stromregler eingangsseitig jeweils von einem Strom-Istwert und einem Strom-Sollwert für den betreffenden Umrichter sowie von einem für alle Stromregler gemeinsamen Zusatzsollwert beaufschlagt ist, zu dessen Bildung die Spannungsdifferenz zwischen dem Sternpunkt der Umrichter schaltung und dem Sternpunkt der Last erfaßt und über ein Verzögerungs glied geführt ist, dessen Zeitkonstante der Zeitkonstante der Last ent spricht. Dieses Verfahren ist bei einem Direktumrichter, nicht jedoch bei einem Pulswechselrichter anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die vorgenannten Schwierigkeiten minimiert werden und die Steuerung des Wechselrichters durch Verrin gerung der Umschaltfrequenz verbessert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des vorliegenden Hauptanspruchs angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nur ein gerin ger Aufwand für die Stromregelung des Pulswechselrichters bei genauer Einhaltung von Amplitude und Phasenlage notwendig ist.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Zusatzwerte zum Führungs größensystem durch ein dreiphasiges 60°-Blocksystem gegeben werden, das in allen drei Phasen periodische Sollwertanhebungen bzw. -absenkungen be wirkt. Dadurch wird durch das Führungssystem ein Zeitverlauf des Stro mes vorgegeben, der bei nicht angeschlossenem Sternpunkt nicht er reichbar ist, so daß mindestens einer der Zweipunktregler an der Re gelung des Stromes nicht mehr beteiligt sein kann.

Insbesondere wird dabei so verfahren, daß die Phasenlage des 60°-Block systems so gewählt wird, daß die Anhebungen bzw. Absenkungen jeweils in der Nähe der Nulldurchgänge der Führungsgrößen erfolgen.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Zu satzwerte zur Regelabweichung aus einem Meßwert oder einem Rechenwert des Nullpotentials aller drei Phasen oder seiner zeitlichen Ableitung hergeleitet werden. Dieser Zusatzwert, der in den drei Strängen gleich ist, wirkt wie eine starke, periodisch geschaltete Vergrößerung der Hysterese der Zweipunktregler, so daß das Schaltverhalten der Regler stark verlangsamt und auf die Grundfrequenz synchronisiert wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird in den nachstehend beschrie benen Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine grundsätzliche Anordnung der dreiphasigen Stromregelung für Pulswechselrichter,

Fig. 2 die Einführung der additiven Zusatzwerte gemäß der Erfindung,

Fig. 3a den zeitlichen Verlauf eines Stromführungswertes,

Fig. 3c den Zeitverlauf des Stromführungswertes mit dem Zusatzwert in Form eines 60°-Blocksystems nach Fig. 3b,

Fig. 3d und Fig. 3e den Zeitverlauf der Stromführungswerte der anderen beiden Stränge und die

Fig. 4 die Stromregelung unter zusätzli cher Beeinflussung der zeitlichen Ableitung des Nullpotentials.

In der Fig. 1 ist mit 2 ein dreiphasiger Pulswechselrich ter bezeichnet, dem eine Drehfeldmaschine M mit nicht ange schlossenem Sternpunkt nachgeschaltet ist. Es wird davon ausgegangen, daß dem Wechselrichter eine eingeprägte und konstante Spannung des Zwischenkreises zugeführt wird. Da her muß der Pulswechselrichter allein die Spannungs- und die Frequenzverstellung zur verlustarmen Verstellung der Drehzahl der Drehfeldmaschine vornehmen.

Dazu ist ein dreiphasiges sinusförmiges Strom-Führungsgrö ßensystem i _WA, i _WB, i _WC vorgesehen.

Die Strangströme i _XA, i _XB, i _XC werden durch Stromwandler 3 a, 3 b, 3 c gemessen und phasenweise mit den Führungsgrößen verglichen. Die Regelabweichungen werden phasenweise hyste rese-behafteten Zweipunktreglern 1 a, 1 b, 1 c zugeführt, die je nach Vorzeichen der Regelabweichung auf eine der beiden möglichen Ausgangsspannungen schalten. Dadurch wird für jede Phase entschieden, ob der positive oder negative Zweig gezündet werden muß.

Die Fig. 2 zeigt die Zuführung von additiven Zusatzwerten i _ZA, i _ZB, i _ZC zu den Führungswerten so, daß resultierende Führungswerte i*_WA, i*_WB, i*_WC entstehen. Die Zusatzwerte werden so ge wählt, daß immer nur zwei Zweipunktregler im Eingriff sind. Dadurch wird die gegenseitige Beeinflussung der Regelkreise beseitigt. Das wird z. B. dadurch erreicht, daß die Summe der Führungsgrößenwerte un gleich Null ist, dem, wie erwähnt, bei nicht angeschlossenem Stern punkt die Stromistwerte nicht folgen können.

In der Fig. 3a ist der zeitliche Verlauf eines Führungswertes i _WA dargestellt. In der Fig. 3b ist der zeitliche Verlauf eines Zusatz wertes in Form eines dreiphasigen 60°-Blocksystems für eine Phase dargestellt; die Fig. 3c zeigt den resultierenden Führungsstrom i*_WA. Die Phasenlage dieses Blocksystems wird vorzugsweise so gewählt, daß die Anhebungen in der Nähe der Nulldurchgänge der Führungsgrößen er folgen. Die Fig. 3d und Fig. 3e zeigen die resultierenden Stromführungs größen der anderen beiden Stränge i*_WB und i*_WC.

In der Fig. 4 wird eine andere Möglichkeit zur Entkopplung darge stellt. Die grundsätzliche Schaltung, nämlich die Differenzbildung von Führungswerten i _WA, i _WB, i _WC und Strommeßwerten i _XA, i _XB, i _XC und Weiterleitung an Zweipunktregler 1 a, 1 b, 1 c entspricht der Fig. 1. Hier werden die Nullpotentiale ϕ*_A, ϕ*_B, ϕ*_C gemessen, daraus die Potentialsumme Σϕ* gebildet, die als Zusatzspannung verwendet wird. Statt des Meßwertes kann auch ein Rechenwert für das Nullpotential ge nommen werden. Die Addition der Potentialsumme wirkt hier wie eine Hysterese, deren Größe von der Bewertung der Potentialsumme abhängt.

Dieses Verfahren vermindert jedoch die Umschaltfrequenz bei klei nen Amplituden der gewünschten Grundschwingung und bei kleinen Maschinenfrequenzen so stark, daß es daher vorteil haft ist, zur Erhaltung einer Mindestfrequenz der Bildung der Potentialsumme ein VD-Glied 4 nachzuschalten, dessen Zeitkonstante die Mindestpulsfrequenz vorgibt.

Die in Fig. 4 nach den Soll-Istwertbildungen angeordne ten Regler R _A, R _B, R _C stellen stetige Regler dar, die im einfachen Fall P-Verhalten mit einer bestimmten Verstär kung aufweisen. Bei großen Verstärkungswerten wird noch eine Glättung der Regelabweichung zur Unterdrückung zu sätzlicher Umschaltungen vorgenommen.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung von dreiphasigen Pulswechselrichtern, bei dem ein dreiphasiges sinusförmiges Strom-Führungsgrößen system vorgegeben wird, die Strangströme einer dem Pulswechsel richter nachgeschalteten Drehfeldmaschine mit nicht angeschlos senem Sternpunkt gemessen, mit den Führungsgrößen verglichen und in Abhängigkeit der Regelabweichung hysterese-behaftete Zweipunktregler die Phasen des Wechselrichters schalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgrößensystem oder die Regelabweichungen (i _WA, i _WB, i _WC) durch additive Zusatzwerte so abgewandelt werden, daß immer nur zwei Zweipunktregler im Eingriff sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwerte zum Führungsgrößensystem durch ein dreipha siges 60°-Blocksystem gegeben werden, das in allen drei Phasen periodisch Sollwertanhebungen bzw. -absenkungen bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage so gewählt wird, daß die Anhebungen bzw. Ab senkungen in der Nähe der Nulldurchgänge der Führungsgrößen erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzwerte zur Regelabweichung aus einem Meßwert oder einem Rechenwert des Nullpotentials (Σϕ*) aller drei Phasen oder seiner zeitlichen Ableitung hergeleitet werden.