DE3211183C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelanordnung für einen selbstgeführten Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs.

Eine solche Regelanordnung ist Gegenstand des Hauptpatentes 31 16 342. Bei Einsatz dieser Regel­ anordnung für Bahnfahrzeuge, die einen mittels eines Dieselmotors angetriebenen Drehstromgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter zur Speisung des Zwi­ schenkreises aufweisen, stellt sich im Bremsbetrieb des Fahrzeuges beim Umschalten von im Zwischenkreis angeord­ neten Bremswiderständen noch kein voll befriedigendes dynamisches Verhalten ein. Beim Umschalten von Bremswi­ derständen ändert sich die Zwischenkreisspannung. Dies führt zu Instabilitäten, die über die Regeleinrichtung stabilisiert werden. Das Umschalten führt zu Ausgleichs­ vorgängen zwischen der im Bremsbetrieb arbeitenden Antriebsmaschine, dem Wechselrichter und dem Zwischen­ kreis. Es ergeben sich Leistungspendelungen der Brems­ leistung, Überspannungen und Überströme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das dynamische Verhalten einer Regelanordnung für einen selbstgeführten Wechselrichter der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Störgrößenaufschaltung der Eingangsgleichspannung auf die Aussteuerung des Wechselrichters der Ausgleichsvorgang auf der Eingangsseite des Wechselrichters kurzfristig gekoppelt wird und die an den Wechselrich­ ter angeschlossene Last mit einer größeren Zeitkonstan­ ten auf den Arbeitspunkt, der der neuen Eingangsgleich­ spannung entspricht, geführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Regelanordnung für einen selbstgeführten, aus einem Zwischenkreis gespeisten Wechsel­ richter,

Fig. 2 die zeitlichen Verläufe der interessierenden Signale, Spannungen, Frequenzen und Leistun­ gen.

In Fig. 1 ist die Regelanordnung für einen selbstgeführ­ ten, aus einem Zwischenkreis gespeisten Wechselrichter dargestellt. Eine Wechelspannungsquelle 1 (Drehspan­ nungsquelle) z. B. ein durch einen Dieselmotor angetrie­ bener Wechselspannungsgenerator (Drehspannungsgenera­ tor), speist einen Gleichrichter 2. Der Gleichrichter 2 versorgt ausgangsseitig einen Gleichspannungszwischen­ kreis. Zwischen den Polen diese Zwischenkreises sind zwei Bremswiderstände 3.1, 3.2 angeordnet und über Schalter 3.3 und 3.4 einschaltbar. Ein mit den Polen des Zwischenkreises verbundener Stützkondensator 4 dient zur Stützung der Gleichspannung. Der Zwischenkreis speist einen selbstgeführten, dreiphasigen Wechselrichter 5. Der Wechselrichter 5 ist aus zünd- und löschbaren Stromrichterventilen aufgebaut und speist ausgangsseitig eine Drehstrom-Asynchronmaschine 6 mit veränderbarer Spannung und Frequenz.

Zur Erfassung der Drehzahl der Asynchronmaschine 6 ist eine Läuferfrequenz-Erfassungseinrichtung 7 vorgesehen. Der im Zwischenkreis fließende Zwischenkreistrom-Ist­ wert I _d wird mittels eines Strommeßgerätes 8 erfaßt. Zur Ermittlung der Zwischenkreisspannung U _d dient ein Span­ nungsmeßgerät 9.

Zur Regelung der Ausgangsspannung U _A des Wechselrichters 5 ist eine Regeleinrichtung 10 vorgesehen. Dieser Regel­ einrichtung 10 werden eingangsseitig als Sollwert das Drehmoment M sowie als Istwerte der Zwischenkreisstrom I _d und die Zwischenkreisspannung U _d eingegeben. Aus­ gangsseitig gibt die Regeleinrichtung 10 einen Schlupf­ frequenzwert f ₂ an eine Additionsstelle 11 ab. Der Additionsstelle 11 wird desweiteren die von der Erfas­ sungseinrichtung 7 ermittelte Läuferdrehfrequenz f _n zugeleitet. Die Adiditionsstelle 11 bildet die Ständer­ frequenz f ₁ = f ₂ + f _n und führt diese einer Drehspan­ nungsquelle 12 zu. Die Drehspannungsquelle 12 gibt ausgangsseitig entsprechend der eingangsseitig anliegen­ den Ständerfrequenz f ₁ drei jeweils um 120° versetzte Drehspannungssignale (Sinus- oder Rechteckspannung) an drei getrennten Kanälen ab.

Einem Verzögerer 13 wird eingangsseitig die Zwischen­ kreisspannung U _d zugeführt, ausgangsseitig ist der Verzögerer 13 mit einem Multiplizierer 14 beschaltet. Dem Multiplizierer 14 wird als zweites Eingangssignal eine von der Regeleinrichtung 10 abgegebene Steuerspan­ nung U _S zugeleitet. Die Steuerspannung U _S gibt die Amplitude der vom Wechelsrichter 5 abzugebenden Spannung vor. Der Multiplizierer 14 ist ausgangsseitig mit drei Signalbildnern 15.1, 15.2, 15.3 zur Erzeugung der Ansteuersignale für die einzelnen Wechselrichter-Phasen verbunden und führt diesen Signalbildnern eine korri­ gierte Steuerspannung U _{S 2} zu. Als zweites Eingangssignal werden den Signalbildnern 15.1, 15.2, 15.3 die jeweils um 120° verschobenen Drehspannungssignale der Drehspan­ nungsquelle 12 zugeleitet.

Die Signalbildner 15.1, 15.2, 15.3 führen ihre Ausgangs­ signale nachgeschalteten Additionsstellen 16.1, 16.2, 16.3 mit negativem Vorzeichen zu. Die Additionsstellen 16.1, 16.2, 16.3 sind ausgangsseitig mit Komparatoren 17.1, 17.2, 17.3 verbunden. Als jeweils zweites Ein­ gangssignal empfangen die Additionsstellen 16.1, 16.2, 16.3 eine bewertete Hilfsspannung U _H mit positivem Vorzeichen. Diese bewertete Hilfsspannung U _H wird mit Hilfe eines Multiplizierers 18 gewonnen, dem eingangs­ seitig eine konstante, dreieckförmige (sägezahnförmige) Hilfsspannung U _B sowie die Zwischenkreisspannung U _d anliegen.

Die Komparatoren 17.1, 17.2, 17.3 geben ausgangsseitig Schaltbefehle S an einen Steuersatz 19 ab, der in Abhängigkeit der Schaltbefehle S Steuerbefehle Z zur Zündung bzw. Löschung der Stromrichterventile des Wechselrichters 5 bildet.

Zur Beschreibung der Funktionsweise der erfindungsgemäß­ en Regeleinrichtung sind in Fig. 2 die Zwischenkreis­ spannung U _d , die mit Hilfe des Verzögerers 13/Multi­ plizierers 14 korrigierte Steuerspannung U _{S 2}, die mit Hilfe des Multiplizierers 18 bewertete Hilfsspannung U _H , der Mittelwert der am Ausgang des Wechselrichters 5 an­ stehenden Ausgangsspannung _A (Grundwelle), die Schlupf­ frequenz f ₂ sowie die in den Bremswiderständen 3.1, 3.2 verbrauchte Bremsleistung P _B dargestellt.

Während des Bremsbetriebes speist die Asynchronmaschine 6 über den Wechselrichter 5 in die eingeschalteten Bremswiderstände. Die dabei vom Wechselrichter 5 gleich­ spannungsseitig abgegebene Spannung wird dabei durch die Bremsleistung und den Widerstandswert bestimmt. Um Energie einzusparen muß diese Spannung über der Aus­ gangsspannung des Gleichrichters 2 liegen, da der Gleichrichter 2 anderenfalls selbst in die eingeschal­ teten Bremswiderstände 3.1, 3.2 einspeisen würde. In der ersten Phase des Bremsbetriebes sind aufgrund der hohen vom Wechselrichter 5 gleichspannungsseitig abgegebenen Spannung beide Bremswiderstände 3.1, 3.2 eingeschaltet. Mit zunehmendem Absinken der vom Wechselrichter 5 abgegebenen Gleichspannung im Laufe des Bremsbetriebes wird zum Zeitpunkt t = t ₀ der zweite Bremswiderstand 3.2 mit Hilfe des Schalters 3.4 abgeschaltet und die Asyn­ chronmaschine 6 speist über den Wechselrichter 5 ledig­ lich den ersten Bremswiderstand 3.1. Beim Abschalten des zweiten Bremswiderstandes 3.2 ändert sich die Zwischen­ kreisspannung U _d um den Wert Δ U _d , d. h. sie erhöht sich vom Wert U _{d 1} zum Zeitpunkt t ₀ auf den Wert U _{d 2}. Diese im Hinblick auf den Bremsbetrieb erwünschte Spannungser­ höhung wird vom Spannungsmeßgerät 9 erfaßt und an die Regeleinrichtung 10, den Verzögerer 13 und den Multipli­ zierer 18 weitergeleitet.

Der Multiplizierer 18 bildet das Produkt U _H = U _B · U _d , wie im Patent 31 16 342 beschrieben, und leitet es den Additionsstellen 16.1, 16.2, 16.3 zu. Die Amplitude der Hilfsspannung U _H steigt vom Wert U _{H 1} vor dem Zeitpunkt t ₀ auf den Wert U _{H 2} nach dem Zeitpunkt t ₀, d. h. die Zwischenkreisspannung U _d wird als Störgröße in die Regelung so eingeführt, daß die Amplitude der Hilfsspannung proportional zur Zwischenkreisspannung ist.

Der Verzögerer 13 gibt entsprechend der Erhöhung Δ U _d der Zwischenkreisspannung U _d ein verzögertes Signal an den Multiplizierer 14 ab. Der Multiplizierer 14 bildet als korrigierte Steuerspannung das Produkt aus Steuer­ spannung U _S und verzögerter Zwischenkreisspannung U _d und leitet diese korrigierte Steuerspannung U _{S 2} den Signal­ bildnern 15.1, 15.2, 15.3 zu. Die korrigierte Steuerspannung U _{S 2} steigt nach dem Zeitpunkt t ₀ vom Wert U _{S 2.1} langsam auf den erhöhten Wert U _{S 2.2} an.

Die Signalbildner 15.1, 15.2, 15.3 setzen mit Hilfe der Drehspannungsquelle 12 die korrigierte Steuerspannung U _{S 2} in drei getrennte Steuerspannungssignale zur Erzeu­ gung eines Drehstromsystems um. Die Additionsstellen 16.1, 16.2, 16.3 sowie die nachgeschalteten Komparatoren 17.1, 17.2, 17.3 bilden die Schnittpunkte zwischen den Steuerspannungssignalen und der Hilfsspannung. Auf diese Weise werden die Schaltbefehle S erzeugt, wie in dem Hauptpatent 31 16 342 beschrieben. Der Steuersatz 19 wandelt die Schaltbefehle S in Steuerbefehle Z zur Zündung bzw. Löschung der Stromrichterventile des Wechselrichters 5 um.

Infolge der langsamen Erhöhung der korrigierten Steuer­ spannung U _{S 2} steigt der Mittelwert _A der am Ausgang des Wechselrichters 5 anstehenden Ausgangsspannung U _A vom Wert _{A 1} auf den Wert _{A 2}, d. h. die Asynchronmaschine 6 wird mit einer größeren Zeitkonstante auf einen neuen, der erhöhten Zwischenkreisspannung entsprechenden Arbeitspunkt geführt.

Die Schlupffrequenz f ₂ wird von der Regeleinrichtung 10 nach dem Zeitpunkt t ₀ langsam von einem Wert f _2.1 auf einen Wert f _2.2 so reduziert, daß die Bremsleistung konstant bleibt. Die in den beiden Bremswiderständen 3.1, 3.2 vor dem Zeitpunkt t ₀ verbrauchte Bremsleistung P _B entspricht der nach dem Zeitpunkt t ₀ im Bremswider­ stand 3.1 allein verbrauchten Bremsleistung, d. h. für den betrachteten engeren Zeitbereich vor und nach dem Abschalten des zweiten Bremswiderstandes 3.2 bleibt die Bremsleistung P _B konstant.

Claims (1)

1. Regelanordnung für einen selbstgeführten, nach dem Pulsbreitenmodulationsverfahren betriebenen Wechselrich­ ter (5), wobei die Steuer­ befehle (S) für die Stromrichterventile des Wechselrichters (5) durch Schnittpunktbildung einer Steuerspannung mit einer Hilfsspannung gewonnen werden und wobei ein Multiplizierer (18) vorgesehen ist, dem die Eingangsgleich­ spannung (Ud) des Wechselrichters (5) sowie eine Hilfsspannung (U _B ) konstanter Amplitude als Faktoren zugeleitet werden und der eine Hilfsspannung (U _H ) variabler Amplitude abgibt, die proportional zum Wert der Eingangsgleichspannung (Ud) ist, nach Hauptpatent 31 16 342, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Verzögerer (13) vorgesehen ist, dem eingangsseitig die Eingangsgleichspannung (U _d ) des Wechselrichters (5) zugeführt wird und der ausgangsseitig mit einem weiteren Multiplizierer (14) beschaltet ist, an dem als weiterer Faktor die Steuerspannung (U _S ) für den Wechsel­ richter (5) anliegt und der als Ausgangsgröße eine korrigierte Steuerspannung (U _{S 2}) zur Schnittpunktbildung mit der Hilfsspanung variabler Amplitude (U _H ) abgibt.