DE3239310A1 - Regeleinrichtung fuer einen umrichter mit gleichstromzwischenkreis - Google Patents

Regeleinrichtung fuer einen umrichter mit gleichstromzwischenkreis

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DE3239310A1
DE3239310A1 DE19823239310 DE3239310A DE3239310A1 DE 3239310 A1 DE3239310 A1 DE 3239310A1 DE 19823239310 DE19823239310 DE 19823239310 DE 3239310 A DE3239310 A DE 3239310A DE 3239310 A1 DE3239310 A1 DE 3239310A1
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voltage
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DE19823239310
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Hans-Adolf Dipl.-Ing. 6148 Heppenheim Garnjost
Wolfgang Dipl.-Ing. 6520 Worms Spielmann
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ABB AG Germany
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Brown Boveri und Cie AG Germany
BBC Brown Boveri AG Germany
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/03AC-DC converter stage controlled to provide a defined DC link voltage

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • Regeleinrichtung für einen Umrichter mit
  • Gleichstromzwischenkreis Die Erfindung bezieht sich auf eine Regeleinrichtung für einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine solche Regeleinrichtung für einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis ist aus den BBC-Nachrichten, 1978, Heft 11, Seite 485 bis 492 bekannt. Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis eignen sich zur stufenlosen Regelung bzw. Regelung von Drehzahl und Drehmoment von Drehstrommaschinen, insbesondere Asynchronmaschinen mit Kurzschlußläufer.
  • Bei Betrieb einer Drehstrommaschine über einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis ist zu beachten, daß auftretende Lastmomentsprünge einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten. Wird die Drehstrommaschine nämlich mit einem zu großen Lastmomentsprung belastet, so besteht die Gefahr, daß die Maschine nach einer kurzen Zeitspanne die Kippdrehzahl erreicht und anschließend stehen bleibt, noch bevor die Regeleinrichtung, und hierbei insbesondere der Spannungsregler eingreifen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung für einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis der eingangs genannten Art anzugeben, die auch große Lastmomentsprünge ohne Kippen der Drehstrommaschine ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mittels der Erfassung voe Zwischenkreisspannungs-0nderungen der Spannungsregler der Regeleinrichtung über stattgefundene Lastsprung-Änderungen an der Drehstrommaschine informiert wird, noch bevor sich die Maschinenspannung ändert. Somit kann die Regeleinrichtung rasch genug eingreifen, um ein Kippen der Maschine zu verhindern. Das dynamische Verhalten von Umrichtern mit Stromeinprägung wird damit wesentlich verbessert, und die Anwendungsmöglichkeiten derartiger Antriebsumrichter werden erweitert.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen an einen Gleichstromzwischenkreis angeschlossenen Drehstrom-Umrichter mit Regeleinrichtung, Fig. 2 ein Drehzahl/Zeit-Diagramm einer Asynchronma- schine.
  • In Fig. 1 ist ein an einen Gleichstrom-Zwischenkreis angeschlossener Drehstrom-Umrichter mit Regeleinrichtung dargestellt. Ein steuerbarer Gleichrichter 1 (netzgeführter Stromrichter) liegt eingangsseitig an einem Drehstromnetz 2 und speist ausgangsseitig einen Gleichstromzwischenkreis 3 mit Glättungsdrossel 4. Die Zwischenkreisspannung ist mit Udc bezeichnet. An den Gleichstromzwischenkreis 3 ist ein Drehstrom-Wechselrichter 5 (selbstgeführter Stromrichter) angeschlossen, der ausgangsseitig eine dreiphasige Asynchronmaschine 6 speist.
  • Ei Eine Meßeinrichtung 7 dient zur potentialgetrennten Erfassung der an der Asynchronmaschine 6 anliegenden Maschinenspannung U ünd gibt einen entsprechenden negativen Istwert Uist der Maschinenspannung an einen Anpassungswiderstand 8 ab. Zur Sollwertvorgabe wird ein weiterer Anpassungswiderstand 9 mit einem Sollwert U5011 für die Maschinenspannung beaufschlagt. Die beiden Widerstände 8, 9 sind über ihre weiteren Klemmen miteinander verbunden und an den Eingang eines übergeordneten Spannungsreglers 10 angeschlossen.
  • Der Spannungsregler 10 gibt ausgangsseitig einen Stromsollwert 1soll mit positivem Vorzeichen an eine Vergleichsstelle 11 ab. Der Vergleichsstelle 11 liegt als weiteres Eingangssignal ein gemessener Stromistwert Iist mit negativem Vorzeichen an. Das Ausgangssignal I,,11 - Iist der Vergleichsstelle 11 wird einem unterlagerten Stromregler 12 zugeführt.
  • Das Ausgangssignal des Stromreglers 12 wird einem Steuersatz 16 zur Erzeugung von Zündimpulsen Z für den steuerbaren Gleichrichter 1 zugeführt, wobei zwischen Strom- regler 12 und Steuersatz 16 die Zwischenkreisspannung Udcist als Störwert auf einen Mischpunkt 13 aufgeschaltet wird. Der Istwert Udcist der Zwischenkreisspannung wird über eine Meßeinrichtung 14 zur potentialgetrennten Erfassung der Zwischenkreisspannung und ein nachgeschaltetes Tiefpaßfilter 15 gewonnen. Die Messung der Zwischenkreisspannung erfolgt vorzugsweise zwischen Drossel 4 und Wechselrichter 5. Bei Messung der Zwischenkreisspannung zwischen Gleichrichter 1 und Drossel 4 können sich unerwünschte Verzögerungen durch die Drossel ergeben.
  • Der über die Meßeinrichtung 14 mit nachgeschaltetem Tiefpaßfilter 15 erfaßte Istwert Udcist der Zwischenkreisspannung wird desweiteren einem dynamischen Aufschaltungsglied 17 zugeleitet. Der Istwert Udcist gelangt dabei im einzelnen über einen eingangsseitigen Kondensator 18 und einen Verstärker 19 mit Verstärkungsfaktor +1 an die Parallelschaltung eines hochohmigen Widerstandes 20 und einer in Durchlaßrichtung geschalteten Diode 21. Der weitere Anschlußpunkt dieser Parallelschaltung ist mit einem Ausgangswiderstand 22 verbunden. Ausgangsseitig gibt das dynamische Aufschaltungsglied 17 ein dynamisches Zusatzsignal Udyn an den Eingang des Spannungsreglers 10 ab. Dem Spannungsregler 10 liegt also ein Signal Usoll - ist + Udyn an.
  • Zur Anpasslinrr dss dvnamischen Zusatzsignals Udyn kann ein gennliniengeber vorgesehen werden, der das Ausgangssignal des Aufschaltungsgliedes 17 in Abhängigkeit der Frequenz der Ausgangsspannung U des Wechselrichters 5 bewertet.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise der Regeleinrichtung für den Drehstrom-Umrichter, insbesondere des dynamischen Aufschaltungsgliedes 17 beschrieben. In Fig. 2 ist hierzu die Drehzahl n der Asynchronmaschine 6 in Abhängigkeit der Zeit t dargestellt.
  • Zur Darstellung des Verhaltens der Maschine 6 bei einem Lastsprung wird angenommen, daß die Asynchronmaschine 6 unbelastet mit einer Drehzahl n1 und einem Leerlaufstrom 10 läuft. Zum Zeitpunkt t1 wird die Maschine 6 mit einem Lastmoment beaufschlagt. Durch den Einfluß dieses Lastmomentes findet eine Drehzahlverringerung der Asynchronmaschine 6 statt, sodaß die Asynchronmaschine 6 bei nicht vorhandenem dynamischen Aufschaltungsglied ohne Eingreifen der Regler 10 und 12 nach einer kurzen Zeitspanne b t zum Zeitpunkt t2 die Kippdrehzahl nkipp erreicht und anschließend stehen bleibt. Je größer das aufgeschaltete Lastmoment ist, umso schneller geht der Drehzahlabbau vor sich und umso kleiner wird die Zeitspanne L t, nach der die Kippdrehzahl erreicht wird.
  • Da sich beim Verringern der Drehzahl n der Asynchronmaschine 6 die Maschinenspannung U ebenfalls verringert, ist es eigentlich die Aufgabe des Spannungsreglers 10, anhand des Spannungseinbruches von U an der Maschine 6 die Drehzahlabweichung zu erkennen und mit Hilfe des Stromreglers 12 den Strom durch die Maschine 6 so zu erhöhen, daß möglichst rasch wieder die ursprüngliche Maschinenspannung U erreicht wird. Dem erwünschten raschen Eingreifen des Spannungsreglers 10 steht jedoch entgegen, daR zwar sofort nach der Zuschaltung des Lastmomentes eine Drehzahlverringerung stattfindet, aber eine Änderung der Maschinenspannung U erst nach einer gewissen Verzögerungszeit von beispielsweise 100...150ms feststellbar ist. Das bedeutet, daß die Drehzahl n der Asynchronmaschine 6 beispielsweise 100...150ms lang ungehindert der Kippdrehzahl nkipp zustreben kann, bis endlich der Spannungsregler 10 eingreift. Erreicht die Asynchronmaschine 6 die Kippdrehzahl nkipp, bevor der Spannungsregler 10 eingreift, kommt die Maschine 6 zum Stillstand. Ohne das dynamische Aufschaltungsglied 17 können also nur solche Lastmomentensprünge beherrscht werden, die nicht so groß sind, daß sie zum Zeitpunkt des Eingreifens des Spannungsreglers 10 die Drehzahl n der Maschine bereits bis zur Kippdrehzahl nkipp reduziert haben.
  • GröRere Lastmomentsprünge können beherrscht werden, wenn der Spannungsregler 10 zum Eingreifen veranlaßt wird, noch bevor eine Änderung der Maschinenspannung U feststellbar ist. Dies wird durch das dynamische Aufschaltungsglied 17 erzielt. Dem Aufschaltungsglied 17 liegt hierzu der Zwischenkreisspannungs-Istwert Udcist eingangsseitig an. Die Zwischenkreisspannung ändert bei Belastung ihren Wert schneller als die Maschinenspannung U. Die Zwischenkreisspannung wird vom Aufschaltungsglied 17 differenziert und der Ableitungswert als dynamisches Zusatzsignal Udyn auf den Eingang des Spannungsreglers 10 gegeben, so daß dieser sehr schnell auf einen Lastsprung reagiert.
  • Die Zwischenkreisspannung Udc hat bei Belastung und Entlastung der Asynchronmaschine 6 verschiedene Anderungsrichtungen. Bei Belastung der Asynchronmaschine 6 ist die Ableitung der Zwischenkreisspannung dUdc/dt positiv, bei Entlastung ist dUdc/dt negativ. Die Diode 21 des Aufschaltungsgliedes 17 bewirkt, daß nur positive, bei Belastung der Maschine 6 auftretende Änderungen der Zwischenkreisspannung auf den Spannungsregler 10 übertragen werden. Die negativen Änderungen der Zwischenkreisspannung, die bei Entlastung der Asynchronmaschine 6 auftreten, werden über den hochohmigen Widerstand 20 in stark abgeschwächter Form ebenfalls auf den Spannungsregler 10 gegeben, da dies zu einem etwas schnelleren Einschwingen der Zwischenkreisspannung führt, also regelungstechnisch von Vorteil ist.
  • Leerseite

Claims (5)

  1. A n s p r ü c h e fm W Regeleinrichtung für einen einen netzgeführten Stromrichter, einen Gleichstromzwischenkreis und einen selbstgeführten Stromrichter aufweisenden Umrichter zur Speisung einer Drehstrommaschine, bestehend aus einem übergeordneten Spannungsregler, der eingangsseitig Sollwerte und Istwerte für die Maschinenspannung empfängt und ausgangsseitig über einen unterlagerten Stromregler mit einem Steuersatz zur Steuerung des netzgeführten Stromrichters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein dynamisches Aufschaltungsglied (17) vorgesehen ist, das eingangsseitig den Istwert der Zwischenkreisspannung (Udcist) empfängt und ausgangsseitig ein der zeitlichen Ableitung der Zwischenkreisspannung entsprechendes dynamisches Zusatzsignal (Udyn) an den Eingang des Spannungsreglers (10) abgibt.
  2. 2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Aufschaltungsglied (17) aus der Reihenschaltung eines eingangsseitigen Kondensators (18), eines Verstärkers (19), einer in Durchlaßrichtung gepolten Diode (21) und eines Ausgangswiderstandes (22) besteht.
  3. 3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Diode (21) ein hochohmiger Widerstand (20) parallelgeschaltet ist.
  4. 4. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dynamische Zusatzsignal (Udyn) in Abhängigkeit der Umrichter-Ausgangsfrequenz mittels eines Kennliniengebers bewertet wird.
  5. 5. Regeleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkreisspannung (Udcist) auf der Wechselrichterseite des Gleichstromzwischenkreises (3) gemessen wird.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2028755A3 (de) * 2007-08-24 2015-08-05 ABB Oy Verfahren und Vorrichtung zur Stabilisierung der Spannung eines Zwischenschaltkreises eines Frequenzumrichters
WO2019021156A1 (en) * 2017-07-25 2019-01-31 Quepal Limited METHOD FOR ACTUATING A MOTOR DRIVE CIRCUIT
DE102011013403B4 (de) 2010-03-15 2019-06-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Brennstoffzellensystem mit einer Spannungssteuerung eines Hochspannungsbus in Brennstoffzellenfahrzeugen mit Hochspannungsleistungsquelle

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DE102011013403B4 (de) 2010-03-15 2019-06-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Brennstoffzellensystem mit einer Spannungssteuerung eines Hochspannungsbus in Brennstoffzellenfahrzeugen mit Hochspannungsleistungsquelle
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