DE3130506C2

DE3130506C2 -

Info

Publication number: DE3130506C2
Application number: DE3130506A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Magnetbahn GmbH
Current assignee: Magnetbahn GmbH
Priority date: 1981-08-01
Filing date: 1981-08-01
Publication date: 1990-07-26
Also published as: DE3130506A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß zur Stabilisierung und Dämpfung der als elektromechanisches System betrachteten Synchronmaschine besondere regelungstechnische Maßnahmen ergriffen werden müssen, wobei von besonderer Bedeutung die laufende Erfassung der Polstellung ist, welche die Lage der Erregerpole bezüglich der Wanderfeldwicklung bezeichnet.

Zur Erfassung der Pollage ist in der aus der CH-PS 5 25 584 bekannten Schaltungsanordnung ein Positionsdetektor vorgesehen, bei dem die Zündsteuerung des statischen Umrichters durch die logische Verknüpfung der Ausgangssignale von fotoelektrischen Empfangselementen, die von sechs Fotodioden angesteuert werden, vorgenommen wird. Mit Hilfe dieser bekannten Schaltungsanordnung ist nur eine ungenaue Erfassung der Polstellung möglich.

Bei einer aus der DE-OS 23 41 761 bekannten Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zum Betrieb eines fahrweggebundenen Triebfahrzeugs mit einem synchronen Linearmotor ist zur Ermittlung des Polstellungswinkels eine Rechenschaltung vorgesehen, die aus der Frequenz und aus den vektoriellen, auf den Vektor eines vorgegebenen Referenzsignals bezogenen Werten der Spannung und des Stromes am Einspeisepunkt, sowie aus dem Widerstand und der Induktivität des synchronen Linearmotors, als Maß für den Polstellungswinkel denjenigen Phasenwinkel berechnet, der zwischen dem Vektor einer fiktiven durch die Bewegung des Erregers in der Wanderfeldwicklung induzierten Hauptfeldspannung einerseits und dem Vektor des Referenzsignals andererseits besteht. Eine derartige Bestimmung des Polstellungswinkels unter Ausnutzung der Hauptfeldspannung ist bei Stillstand und kleinen Geschwindigkeiten nicht möglich, da die Amplitude der Hauptfeldspannung geschwindigkeitsproportional ist.

Ein aus der DE-OS 26 10 752 bekanntes Verfahren zur Ermittlung des Polstellungswinkels bei einem synchronen Linearmotor beruht darauf, daß eine oder mehrere im Triebfahrzeug angeordnete und an einen Mittel- oder Hochfrequenzsender angeschlossene Primärwicklung ein elektronisches Signal in eine in der Trasse verlegte Sekundärwicklung induziert, und aus diesem induzierten Signal durch Amplitudenmodulation in einem Empfänger mit einer nachfolgenden Decodierschaltung ein analoges Ausgangssignal als Maß für den Polstellungswinkel gebildet wird. Eine derartige Anordnung erfordert eine zusätzlich in der Trasse verlegte Sekundärwicklung und ist somit aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgeschriebenen Nachteile zu beseitigen und eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine exakte Bestimmung des Polstellungswinkels bis an den Stillstand heran ohne zusätzlich in der Trasse verlegte Wicklungen aus den am Einspeisepunkt erfaßbaren elektrischen Größen gestattet, wobei das elektrische Verhalten der Wanderfeldwicklung vom Einspeisepunkt aus betrachtet durch ein beliebiges R-L-C- Netzwerk beschrieben werden kann, ohne daß eine Rechenschaltung unter Verwendung des elektrischen Ersatzschaltbildes zur analytischen Nachbildung des Verhaltens der Wanderfeldwicklung Anwendung findet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung nach den Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der schematisch dargestellten Figur aufgezeichnet und wird im einzelnen näher erläutert.

Der Umrichter 1 speist über die Zuleitung 4 die Synchronmaschine 5, insbesondere solche mit linear ausgedehntem Stator, bestehend aus einer Statorwicklungsanordnung und einem mit dieser induktiv gekoppelten Läufer. Die am Einspeisepunkt des Umrichters 1 auftretenden elektrischen Größen werden durch die Meßwandler für Spannung 2 und für Strom 3 erfaßt. Die durch den Meßwandler 2 gewandelte Spannung U (p) durchläuft das Übertragungsglied 6 mit der Übertragungsfunktion F₆(p). Die am Ausgang des Übertragungsgliedes 6 auftretende Meßspannung U _M(p) wird der Faltungsprozedur 7 zugeführt. Außerdem wird der Faltungsprozedur 7 die im Speicher 8 enthaltene Impulsantwort zugeführt. Das Ausgangssignal der Faltungsprozedur 7 ist der aus der Spannung U (p) und der Impulsantwort G (p) berechnete Strom I _G(p). Der am Einspeisepunkt des Umrichters 1 dem Stromwandler 3 entnommene Strom I (p) durchläuft das Übertragungsglied 9 mit der Übertragungsfunktion

F₉(p) = F₆(p) · F₉′ (p) .

Der am Ausgang des Übertragungsgliedes 9 gemessene Strom I _M(p) wird der Subtrahierstelle 10 zugeführt, der auch der berechnete Strom I _G(p) mit negativem Vorzeichen zugeführt wird. Das Ausgangssignal der Subtraktionsstelle ist der vom Läufer hervorgerufene gesuchte Strom I _L(p), der einem Demodulator 11 zur Auswertung zugeführt wird. Das Ausgangssignal A (p) des Demodulators 11 beschreibt den zur Stabilisierung der schubbildenden Kräfte benötigten räumlichen Winkel zwischen Erregeranordnung und Langstatorwicklung.

Die nachfolgende Beschreibung erfolgt für den speziellen Fall, daß der Faltungsprozedur 7 die Meßspannung U _M(p) zugeführt wird, daß die Übertragungsfunktion des zusätzlichen Übertragungsgliedes 6 in der Übertragungsfunktion des zusätzlichen Übertragungsgliedes 9 als Teilfunktion enthalten ist, sowie daß als Prüffunktion eine impulsförmige Spannungsanregung am Einspeisepunkt des Umrichters 1 verwendet wird.

Entfernt man zur Ermittlung der Impulsantwort das Übertragungsglied 6 und die in dem Übertragungsglied 9 enthaltene Teilfunktion F₆(p) und regt am Einspeisepunkt die Statoranordnung 5 bei Abwesenheit läuferinduzierter Größen über die Zuleitungsanordnung 4 impulsförmig an, so läßt sich im Strompfad, bestehend aus Stromwandler 3 und dem Restübertragungsglied in 9, am positiven Eingang des Subtrahiergliedes 10 die zur Spannungsanregung gehörende Impulsantwort G (p) des Stromes, die im Bildbereich

lautet, messen. Dieses ist die Prüffunktionsantwort, die im Impulsantwortspeicher 8 abgelegt wird.

Bei der Ermittlung des läuferinduzierten Stromes wird die vollständige Anordnung benutzt. Der Umrichter 1 speist Spannungen über die Zuleitungsanordnung 4 in die Statorwicklungsanordnung 5 ein. Am Ausgang des nun vorhandenen Übertragungsgliedes 6 erscheint die Spannung

U _M(p) = U (p) · F₆(p) ,

die mit der Impulsantwort G (p) aus dem Impulsantwortspeicher 8 in 7 gefaltet wird und den gerechneten Strom

ergibt.

Der dem Stromwandler 3 entnommene Strom I (p) liefert hinter dem vollständigen Übertragungsglied 9 mit der Übertragungsfunktion

F₉(p) = F _9′(p) · F₆(p)

den Meßstrom

I _M(p) = U (p) · F₆(p) · F _9′(p) · F₄(p) · F₅(p) + I _L(p) .

Da in I _M(p) der vom Läufer induzierte, lediglich in seinen Frequenzanteilen durch die Übertragungsglieder beeinflußte Strom I _L(p) enthalten ist, ergibt sich hinter der Subtrahierstelle 10 der vom Läufer herrührende Strom

I _L(p) = I _M(p) - I _G(p) ,

der die Pollageinformation enthält, die im Demodulator 11 ermittelt wird.

Bei der praktischen Realisierung werden die Meßgrößen U _M, I _M durch Abtaster und anschließende Analog-Digital-Wandlung in diskrete Wertefolgen umgewandelt. Auch die Impulsantwort liegt dann als diskrete Wertefolge im Speicher 8 vor. Die Faltungsprozedur wird als Berechnung der Faltungssumme durch ein schnelles digital arbeitendes Rechenwerk in 7 realisiert. Die Subtrahierstelle 10 ist ein digital arbeitender Subtrahierer. Die Demodulation in 11 wird digital oder nach entsprechender Wandlung der Eingangsgröße analog vorgenommen.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Bestimmung des Polstellungswinkels bei Synchronmaschinen, insbesondere solcher mit linear ausgedehntem Stator, mittels der vom Läufer in die Statorwicklung induzierten elektrischen Größen, wobei diese aus den an der Speiseleitung zwischen speisendem Umrichter (1) und Langstatorwicklung gemessenen elektrischen Größen Spannung (U (p)) und Strom (I (p)) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Antwort (G (p)) des Systems, bestehend aus Langstatorwicklungsanordnung, Speiseleitung, Meßwandlern sowie weiteren in die Signalpfade von Strom und Spannung bis zu den Meßstellen eingefügten Übertragungsgliedern, die bei passivem Motor den dynamischen Zusammenhang zwischen Strom und Spannung beschreibt, durch Faltung dieser Antwort (G (p)) des Systems mit einer der gemessenen Größen die andere Größe berechnet und von der entsprechenden gemessenen Größe subtrahiert wird, wobei in den gemessenen Größen Strom und Spannung der Einfluß zusätzlicher Übertragungsglieder mit enthalten ist und das Ergebnis der Differenzbildung die gesuchte elektrische Größe (Polstellungswinkel) darstellt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Signalpfaden für Strom und Spannung angeordneten zusätzlichen Übertragungsglieder (6, 9) Filter zur Unterdrückung unerwünschter Frequenzanteile enthalten.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anregung des Systems mit einem breitbandigen Frequenzspektrum die Systemantwort aus den an der Systemgrenze meßbaren Größen Strom und Spannung berechnet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das modifizierte passive System zur Ermittlung der Antwort des Systems mit einer bekannten Prüffunktion an dem Einspeisepunkt des Umrichters angeregt wird und die Systemantwort, also der zeitliche Verlauf der anderen elektrischen Größe gemessen wird, wobei die Modifikation des Systems darin besteht, daß in den Signalpfad der zu messenden Sprungantwort ein Übertragungsglied eingefügt wird, dessen Übertragungsfunktion reziprok zu jener ist, die das Übertragungsverhalten zwischen Einspeiseort und Meßort der Anregungsfunktion beschreibt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Systemantwort während des Betriebes der Synchronmaschine fortlaufend aus den Meßgrößen Strom und Spannung berechnet wird, damit zeitliche Änderungen des Übertragungsverhaltens in die Faltung eingehen.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort der Meßwandler gleich dem Einspeisepunkt des Umrichters ist.