DE3501615C2

DE3501615C2 -

Info

Publication number: DE3501615C2
Application number: DE3501615A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Heilmann; Jochen Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Richter
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-01-17
Filing date: 1985-01-17
Publication date: 1988-07-28
Also published as: DE3501615A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kompensation von Stromschwan kungen infolge von Motordatenänderungen, wie es im Oberbegriff des Anspruches 1 näher definiert ist.

Ein Verfahren dieser Art ist z. B. der DE-OS 24 14 721 entnehmbar. Es wird dort ein Regelverfahren für umrichtergespeiste asynchrone Drehstrommaschinen, insbe sondere Linearmotoren beschrieben, bei dem schwankender Luftspalteinfluß und der Temperatureinfluß der Reaktionsschiene durch Bewertung über entsprechende Kennlinien spezieller Kennliniengeber kompensiert werden, was die Dynamik der Regelstrecke beeinflußt. Es wird der ständige Luftspalt bei Schwebefahrzeugen mit einseitigem Linearmotor angesprochen, der bei Schwankungen das stationäre Verhalten des Linearmotors beeinflußt und auf die Möglichkeit verwiesen, die Luftspaltabhängigkeit Z (Störsignal) in der Schub-Schlupffrequenzkennlinie des Linearmotors über ein besonderes Kennlinienglied zu berücksichtigen. Das hat mit der Ausregelung konstruktionsbedingter sprunghafter Motordatenänderungen, wie sie durch Inhomogenitäten im Aufbau des Motors - teils konstruktionsbedingt, teils auch auch durch schlechte mechanische Verarbeitung - hervorgerufen werden nichts zu tun und sie, können dadurch auch nicht berücksichtigt werden. Solche sprunghaften Motordatenänderungen ergeben sich bei linearen Drehstrom-Kurzstatormotoren an den Stoßstellen der Reaktions schienen. Die Reaktionsschienen sind aus einzelnen Stücken zusammenge setzt, und es können mechanisch bedingt offene Spalten zwischen den Einzelstücken im Millimeter- bis Zentimeterbereich auftreten. Diese Unstetigkeitsstellen führen beim Betrieb des Motors dazu, daß die Wirkstromkomponente des Motorstromes jeweils kurzzeitig zu Null wird und danach wieder auf volle Höhe springt. Diese sprung haften Motordatenänderungen versucht der Stromregler mit auszuregeln. Er schaltet dazu bei jedem Stromeinbruch eine große Spannungszeitfläche auf den Motor. Da er für normale Laständerung im Fahrbetrieb ausgelegt ist, ist er nicht schnell genug, um nach Passieren der Reaktionsschienenlücke den Strom nicht über seinen Maximal wert überschwingen zu lassen. Diese als kurzzeitige Laständerungen wirkenden Strom stöße haben einerseits unerwünschte Schwankungen im Speisenetz und andererseits insbesondere beim Fahren mit hohem Strom (Beschleunigen) oft Auslösungen der Kurzschlußschutzeinrichtungen zur Folge, was zu totalem Ausfall führen kann. Abhilfe konnte bisher nur durch sehr aufwendige Regelverfahren für hochdyna mische Antriebe erfolgen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Stromschwankungen auch bei sprunghaften Motor datenänderungen, wie sie z. B. durch die Spalte an den Stößen der Reaktions schienen von Linearmotoren auftreten können, zu kompensieren.

Diese Aufgabe wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Verwendung eines Umrichters mit Gleichspannungszwischenkreis gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird der effektive Läuferwiderstand R₂/ω₂bei hohem Strom verkleinert und bei niedrigem Strom erhöht. Das bedeutet, daß die Stromsprünge unabhängig vom Regler unmittelbar ausgeregelt werden, ohne daß der Regler ein greifen muß. Dieser kann vorteilhaft auf die normalen Laständerungen eingestellt werden. Ein Überschwingen des Stromes an den konstruktionsbedingten Unstetig keitsstellen und damit die Stromschwankungen mit ihren unerwünschten Nebenwir kungen kann damit ausgeschaltet bzw. auf unerhebliche Werte begrenzt werden.

Zum Stand der Technik gehört u. a. auch zur Stabilisierung von Wechselantrieben eine Bedämpfung von Drehzahlpendelungen durch Spannungsvariation durchzuführen (DE-OS 23 29 583) oder Energiependlungen zwischen Last und Zwischenkreis bei in der Frequenz nachgeführten Umrichtern mit variabler Zwischenkreisspannung durch Verwendung einer stromproportionalen Führungsgröße zu vermeiden, die aus der differenzierten Zwischenkreisspannung gewonnen wird (DE-OS 32 23 786).

Bekannt ist ferner auch, Spannungsänderungen bei Wechselrichter-Motoranlagen mit Schwingungsneigungen des Systems durch Frequenzänderungen zu kompensieren (DE-OS 31 35 764).

Dort handelt es sich jedoch nicht an Schwingungen infolge sprunghafter Motordatenänderungen.

Eine vorteilhafte Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dem Unteranspruch entnehmbar. Anhand von in der Zeichnung dargestellten sche matischen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines pulswechsel richtergespeisten Drehstromlinearan triebes ergänzt durch die Erfindung,

Fig. 2 Zuordnung und Verlauf der wichtigen Größen,

Fig. 3 Drehzahl/Drehmomentenkennlinie,

Fig. 4 das Prinzip einer Schaltungsrealisierung.

In Fig. 1 ist ein Drehstromlinearmotor 1 dargestellt, der aus einem Gleichspannungszwischenkreis 2 über einen Pulswechsel richter 3 drehzahl- bzw. geschwindigkeitsgeregelt betrieben wird. Die Motorstromistwerte I _x werden über Stromwandler 4 erfaßt, in einem Meßwertumformer 5 gewandelt und einem Strom regler 6 zugeführt, der auch den Vergleich mit der Strom führungsgröße I _W durchführt. Der Ausgang des Stromreglers steuert einen Dreiphasensinusbildner 7, mit dem über eine Zündfolgelogik 8 und einen Zündverstärker 9 die Ventile des Pulswechselrichters 3 gesteuert werden. Die reale "Drehzahl" des Motors F _N bzw. die Fahrzeuggeschwindigkeit wird mit einem Radgeber 10 erfaßt und über Meßwertumformer 11 einem Summierpunkt 12 zugeführt, an dem auch die z. B. nach einer Kennlinie vorgegebene Schlupfdrehzahl F ₂ des Motors anliegt. Im Summierpunkt 12 wird die Summe F _N + F ₂ gebildet und als Ständerfrequenz F ₁ der Dreiphasensinusbildung 7 zu geführt. Sowohl die Frequenz F ₁ als auch die Amplitude des Reglers 6 beeinflussen somit über die Dreiphasensinusbildung 7 die Zündsignalbildung. Dies ist soweit bekannt. Neu ist der strichpunktiert herausgehobene Teil. Damit werden die Stromsprünge über die Störgrößen auf der Zwischenkreis spannung erfaßt. Dies geschieht über ein Erfassungsglied 13 und einen Meßwandler 14 (Bürde), der mit einer Filter stufe 15 verbunden ist. Durch Sperrung des Gleichspannungs anteils dort werden nur die Wechselkomponenten durchgelassen. Von diesen werden anschließend in einem Tiefpaß 16 die hoch frequenten Spannungsanteile ausgefiltert, so daß nur Wechsel spannungsanteile aufgrund der Stromstöße verbleiben (≦100 Hz). In einem nachgeschalteten Differenzierglied 17 wird mit der so gewonnenen niederfrequenten Wechselspannungsschwankung Δ U _C eine Phasendrehung bzw. -verschiebung so vorgenommen, daß die sich ergebende Ausgangsgröße Δ F ₂ der Eingangs schwankung Δ U _C um 90° el. nacheilt. Damit befindet sich Δ F ₂ in Gegenphase zum Strom Δ i im Motor. Δ F ₂ wird dem Summier punkt 12 zugeführt und wirkt durch Aufschaltung von Δ F ₂ auf die Frequenzaddition F ₁ = F _N + F ₂, wodurch letztlich die Ständerfrequenz F ₁ korrigiert wird. Damit wird unmittelbar hinter dem Stromregler 6 über die Verknüpfung der korrigier ten Ständerfrequenz F ₁ mit dem Ausgang des Stromreglers 6 in der Dreiphasensinusbildung 7 das Maß der Aussteuerung des Pulswechselrichters 3 bestimmt. Die eigentliche Zündsignal zündung für die Thyristoren des Pulswechselrichters 3 erfolgt in der Zündfolgelogik 8 und dem Zündverstärker 9.

Fig. 2 zeigt Zuordnung und Verlauf von Δ I _x, Δ U _C und Δ F ₂. Erkennbar ist, daß das aus der Zwischenkreisspannung ge wonnene Δ U _C dem verursachenden Δ I _X (Iststromschwankung) um 90° el. nacheilt. Δ F ₂ dagegen liegt zu Δ I _x genau in Gegenphase und kann mit geeigneter Amplitude bei Addition zu vollkommener Eliminierung der Schwankung ausgenutzt werden. Für die Gewinnung von Δ F ₂ wurde die Zwischenkreis spannung aus meßtechnischen Gründen gewählt. Der Gleichspannung dort ist ein ziemlich gleichmäßiger auswertbarer Wechsel anteil überlagert, der direkt auf die Unstetigkeitsstellen des Motors zurückzuführen ist. Die Ströme sind demgegenüber zerhackt und nicht so sauber nachbildbar.

Fig. 3 zeigt die normale Drehzahl/Drehmomentenkennlinie einer Asynchronmaschine (strichpunktiert) mit zusätzlicher Schlupf eintragung F ₂ auf der Abszisse. Für einen Betriebspunkt F _x besteht ein bestimmtes Drehmoment, ein bestimmter Strom und ein bestimmter Schlupfbetrag. Bei einem Stromsprung an einer Stoßstelle liegt plötzlich der Strom zu hoch und entspricht damit eigentlich einem höheren Schlupfbetrag. Durch die Er findung wird der Δ F ₂-Betrag aus dem Strom- bzw. Spannungs betrag ermittelt und durch Abzug von der Schlupffrequenz F ₂ (Addition des Negativwertes in Summierstelle 12 von Fig. 1) wird F ₂ bzw. die Ständerfrequenz F ₁ vermindert, was ein Herunterrutschen auf der Drehmomenten- und auch Stromkurve bedeutet, d. h. der Strom wird entsprechend vermindert.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel zur Realisierung der Zusatzbeschal tung. Die Zwischenkreisspannung U _ZK wird einem Kondensator 20 zugeführt, der mit nachgeschalteten Bewertungswiderstän den ein nur für die Wechselspannung durchlässiges Filter entsprechend 15 in Fig. 1 darstellt. Ein entsprechend be schalteter Operationsverstärker 21 wirkt als Tiefpaß und Phasendreher um 90° el. und außerdem auf die Amplitude. Er entspricht dem Element 16 in Fig. 1. Der Operationsverstär ker 22 mit den Komponenten 23 und 24 dient als Differenzier glied entsprechend 17 in Fig. 1. Operationsverstärker 25 hat hier nur die Funktion der endgültigen Amplitudenbewertung und Vorzeichenwahl.

Durch die Erfindung kann auf einfache Weise das gesteckte Ziel der Stromsprungreduzierung an den Unstetigkeitsstellen des Motors erreicht werden. Ungewollte Kurzschlüsse hier durch sind ausgeschaltet.

Claims

1. Verfahren zur Kompensation von Stromschwankungen infolge von Motordaten änderungen bei umrichtergespeisten Drehstrom-Regelantrieben mit einer Strom regelung, bei dem die Ständerfrequenz als Summe der gemessenen Drehfrequenz des Motors, einer vorgewählten, das Wirkmoment bestimmenden Motorschlupf frequenz und einem Kompensationssignal gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Umrichters (3) mit einem Gleichspannungszwischenkreis das Kompensationssignal (Δ F ₂) aus der niederfrequenten Spannungsschwankung (Δ U _C) im Gleichspannungszwischen kreis (2) gewonnen und durch Phasenverschiebung in Gegenphase zur Strom schwankung (Δ i) im Motor (1) gebracht wird.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Strom regelkreis und einem Summierglied mit Eingängen für Schlupffrequenz, Motor drehzahl und Kompensationssignal sowie einem Ausgang für die Ständerfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßte Spannung des Gleichspannungszwischenkreises über einen Meß wertumformer (14) an einen Filter (15) geschaltet ist, der den Gleichspannungs anteil blockiert und die Wechselspannungsanteile durchläßt und daß ein nach geschalteter Tiefpaß (16), der die verbleibenden Wechselspannungsanteile von höheren Frequenzen befreit, ein Differenzierglied (17) für eine 90° elek trische Phasenverschiebung speist, dessen Ausgangssignal das Kompensations signal (Δ F ₂) ist.