DE3523625A1

DE3523625A1 - Verfahren zum anfahren eines wechselstrommotors

Info

Publication number: DE3523625A1
Application number: DE19853523625
Authority: DE
Inventors: Paul Martin Salem Va. Espelage; James Michael Roanoke Va. Nowak
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1984-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1986-01-09
Also published as: JPS6122783A; SE8503182L; US4539514A; SE466724B; DE3523625C2; CH670924A5; SE8503182D0

Description

9596.5-21DSV-2675

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Verfahren zum Anfahren eines Wechselstrommotors

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anfahrsteuerung für Wechselstrommotoren und betrifft insbesondere eine Anfahrsteuerung für Asynchronmotoren ohne Tachometerrückführung und mit beliebiger Anfangsdrehzahl.

Beim anfänglichen Anfahren kann ein Asynchronmotor, der für einen industriellen Zweck benutzt wird, irgendeine Drehzahl innerhalb des normalen Betriebsbereiches haben. Das kann durch ein vorheriges absichtliches oder unabsichtliches Stillsetzen verursacht worden sein. Viele Asynchronmotoren, die durch stromgesteuerte oder spannungsgesteuerte Wechselrichter gespeist werden, haben keine Tachometerrückführung der Läuferdrehzahl. Tachome-

ter sind Vorrichtungen, die einen großen Wartungsaufwand erfordern, und der Motor und der Antrieb können robuster und zuverlässiger gemacht werden, wenn keine Tachometerrückführung benutzt wird. Wenn während eines absichtlichen oder unabsichtlichen Stillsetzens der Motorfluß verlorengegangen ist, kann es Minuten dauern, bis ein Motor und eine Last großer Trägheit langsam bis zur Drehzahl null ausgelaufen sind. Wenn ein Versuch gemacht wird, den Motor anzufahren, während er sich dreht, ohne die Motordrehzahl zu kennen, könnte eine abrupte Motordrehzahländerung eine Beschädigung des Motors und der Last verursachen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum rückführungslosen Anfahren eines Asynchronmotorantriebs zu schaffen, der sich mit irgendeiner Anfangsdrehzahl dreht.

Weiter soll durch die Erfindung ein Verfahren zum rückführungslosen Anfahren eines Asynchronmotorantriebs, der sich mit irgendeiner Anfangsdrehzahl dreht, geschaffen werden, das einen sanften übergang zum geregelten (d.h. mit Rückführung erfolgenden) Motorbetrieb gestattet.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Anfahren eines Wechselstrommotors ab irgendeiner Anfangsdrehzahl unter Verwendung einer rückführungslosen Steuerung. Zuerst wird dem Motor ausreichend Strom geliefert, so daß der Motorfluß ausgebildet werden kann. Die Frequenz, die der Wechselstrommotor empfängt, wird dann verändert, und die Ständerfrequenz, bei der der Motorspitzenfluß auftritt, wird bestimmt. Ein Übergang auf eine Steuerung auf einen externen Befehl hin bei ungefähr der Ständerfrequenz, bei welcher der Spitzenfluß aufgetreten ist, kann dann erfolgen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden un-

ter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

die Fig. 1A und 1B eine Hauptblockschaltbilddarstellung eines Antriebssystems, das die Erfindung enthält,

Fig. 2 ein Hardwarediagramm einer Digital-

ausführungsform der lastseitigen Stromrichtersteuerung des Antriebssystems nach Fig. 1,

die Fig. 3A bis 3C ein Flußdiagramm, das die Software zur Implementierung der lastseitigen Stromrichtersteuerung mit der Ausführungsform nach Fig. 2 veranschaulicht,

die Fig. 4A - 41 Wellenform- und Zündbereichsdia-

gramme mit einem gemeinsamen Zeitmaßstab zur Erläuterung der Arbeitsweise der Erfindung,

die Fig. 5A - 5D eine Pseudocodeauflistung der

Leerlaufbetriebsart-Software zur Implementierung der Anfahrsteuerung gemäß der Erfindung,

die Fig. 6A - 6C eine Pseudocodeauflistung der Software der rückführungslosen Betriebsart zur Implementierung der Anfahrsteuerung nach der Erfindung und

.7-

-A -

Fig. 7 Wellenformen zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist ein Asynchronmotorantriebssystem/ das einen quellenseitigen Stromrichter in Form eines phasengesteuerten Gleichrichters 1 enthält, mit einer externen dreiphasigen Stromquelle verbunden. Der quellenseitige Stromrichter gibt Gleichstrom veränderlicher Größe an einen lastseitigen Stromrichter in Form eines stromgesteuerten, zwangskommutierten Wechselrichters 3 über eine Gleichstromzwischenkreisdrossel 5 ab. Der Wechselrichter versorgt einen dreiphasigen Asynchronmotor 7 mit Wechselstrom veränderbarer Größe und veränderbarer Frequenz.

Ein Solldrehzahlsignal oJ ist ein Eingangssignal der Wechselstrommotorantriebssteueranordnung und wird an einen Änderungsgeschwindigkeitsbegrenzungsblock 8 angelegt, dessen Ausgangssignal mit einem Drehzahlreferenzsignal ω in einem Summierer 9 verglichen wird. Das Drehzahlreferenzsignal W könnte gebildet werden, indem der Schlupf in einem Schlupfrechner 10 aus dem Motorstrom, dem Motorfluß und dem Zündwinkel berechnet und der Schlupf in einem Summierpunkt 11 von der Frequenz d des der Asynchronmaschine 7 zugeführten Stroms subtrahiert wird. Das Fehlersignal aus dem Summierpunkt 9 wird an eine Drehzahlreglerschaltung 15 angelegt, die eine Übergangsfunktion von k (1+f s)/s hat, wobei s der LaPlace-Operator ist. Das Ausgangssignal des Drehzahlreglerblockes ist eine Drehmomentführungsgröße T*. Die Drehmomentführungsgröße wird drei Steuerzweigen zugeführt. Ein oberer Zweig steuert den Strom in dem phasengesteuerten Gleichrichter 1.

Ein mittlerer Steuerzweig steuert den Fluß in dem Asyn-

chronmotor 7 durch Steuern des Zündens der Schaltvorrichtungen in dem Wechselrichter 3. Der mittlere Zweig liefert eine flußkorrigierte Drehmomentführungsgröße T*, die dem oberen und dem unteren Zweig zugeführt wird. Ein Funktionsblock 23 wandelt das Drehmomentreferenzsignal T* in eine Flußführungsgröße ψ * um. Die in dem Funktionsblock 23 implementierte Funktion liefert einen Offset, um einen festen Wert des Flusses bei einem Drehmoment von null zu gewährleisten. Die Flußführungsgröße wird in einem Summierpunkt 25 mit einem Flußsignal γ verglichen, die durch Integrieren der Motorleitungsspannungen in einem Integrator 27 und durch Hindurchleiten des Signals durch einen Spitzendetektor 28 bestimmt wird, um ein Flußfehlersignal zu bilden, welches über einen Verstärkungsblock 31 an einen Begrenzer 33 angelegt wird. Das Ausgangssignal des Begrenzers 33 wird an einen Summierpunkt 35 zusammen mit der Größe des Drehmomentführungsgrößensignals T* aus einem Funktionsblock 36 angelegt. Das Ausgangssignal aus dem Begrenzer 33 stellt die Stromführungsgröße ein, wenn sich der Fluß von dem Wert der Führungsgröße unterscheidet, um den oberen Stromsteuerzweig in einen Flußregler zu verwandeln, wenn das Drehmoment und das Solldrehmoment beide nahe null sind.

Das Flußfehlersignal aus dem Verstärkungsblock 31 wird ausserdem einer Offsetfunktion in einem Block 37 zugeführt. Das Ausgangssignal des Blocks 37 wird an einen Multiplizierer 39 in dem unteren Steuerzweig angelegt. Der Offsetfunktionsblock 37 erzeugt ein Ausgangssignal von eins, wenn das Flußfehlersignal null ist. Das Ausgangssignal des Offsetfunktionsblocks 37 nimmt unter eins ab, wenn der Sollfluß größer als der Istfluß ist, um den Winkel zwischen dem Motorstrom und dem Fluß zu verkleinern und mehr von dem verfügbaren Strom in die flußproduzierende Achse abzuleiten.

Das flußkorrigierte Drehmomentsignal aus dem Summierpunkt 35 wird an einen Funktionsblock 41 angelegt, der eine Stromführungsgröße I liefert, die mit einem Stromrückführung ssignal I„_B in einem Summierpunkt 43 verglichen wird. Das Stromrückführungssignal wird aus Stromfühlern 45 in jeder der drei Leitungen, welche den phasengesteuerten Gleichrichter 1 speisen, erhalten. Ein Absolutwertblock 47 empfängt die drei abgefühlten Leitungsströme und liefert das Stromrückführungssignal I_FR, das die Größe der drei Signale angibt.

Ein Stromregler 49, bei dem es sich um einen PI-Regler handeln kann, liefert auf den Stromfehler aus dem Summier-

* punkt 45 hin ein Spannungsführungsgrößensignal V . Ein Spannung/Zündwinkel-übersetzer 51, der als eine Suchtabelle implementiert sein kann, liefert eine Zündwinkelführungsgröße «t auf die Spannungsführungsgröße V hin.

Die Zündschaltung, welche den PLL-Integrator, den Nulldurchgang sdetektor, den Zellenzündblock und den Rückwärtszähler enthält, für die phasengesteuerte Thyristorbrücke stimmt mit der in der US-PS 4 449 087 beschriebenen überein. Die dreiphasigen verketteten Spannungen, die an die phasengesteuerte Thyristorbrücke angelegt werden, werden in einem Integrator 53 integriert, und die Nulldurchgänge der integrierten Spannungen werden in einem Block 55 bestimmt und zum Bilden einer Synchronisierimpulsfolge an dem PLL-Schaltkreis 57 benutzt, deren Frequenz das Sechsfache der Grundfrequenz ω ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung, die zur Implementierung der Integration der verketteten Spannungen benutzbar ist, ist eine Schaltungsanordnung, wie sie in der US-PS 4 399 395 beschrieben ist, auf die bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird. Diese Schaltungsanordnung rekonstruiert die Wellenformen der verketteten

Spannung, die durch die Kommutierungskerben verfälscht werden, welche in den Wellenformen der Phasenspannungen während der Zeit auftreten, während der jeder Phasenstrom durch geeignetes Zünden der einzelnen Thyristoren von einer abgehenden Phase auf eine ankommende Phase übergeht. Die Rekonstruktion der verketteten Spannung, die bei der hier beschriebenen Erfindung bevorzugt wird, besteht aus einer zusammengesetzten Wellenform, die gebildet wird, indem wenigstens eine integrierte verkettete Spannung, die die Kommutierungskerben enthält, mit einem Signal summiert wird, das wenigstens einem "Delta"-Strom entspricht, der aus der Differenz von zwei Phasenströmen gewonnen und mit einem die Kommutierungsinduktivität darstellenden Faktor multipliziert wird.

Bei dem Auftreten eines Nulldurchgangssignals wird ein Zeitzähler in dem PLL-Schaltkreis 57 abgelesen. Die korrekte Zeitzählerablesung in diesem Zeitpunkt ist bekannt, und die Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert und dem korrekten Wert stellt einen Phasenfehler dar, der durch einen Software-PI-Regler hindurchgeleitet wird. Das Ausgangssignal des Reglers stellt den Wert dar, durch den der Hochfrequenztakt des PLL-Schaltkreis-Zählers dividiert wird, so daß sich eine Taktfrequenz aus dem PLL-Schaltkreis-Zähler ergibt, welche das 512-fache der Grundfrequenz der verketteten Spannung ist, die an die phasengesteuerte Thyristorbrücke 1 angelegt wird. Das 512-fache der Grundfrequenz ergibt eine Winkelauflösung von 0,703° der Grundfrequenz und dient als Taktfrequenz für den Rückwärtszähler 59. Der Sollzündwinkel <* wird zu einem Zellenoffset aus einer Suchtabelle 61 addiert. Die Suche in der Tabelle ergibt einen von sechs Offsets auf der Basis der Variablen PH, welche das nächste zu zündende Zellenpaar angibt. Die Variable PH wird jedesmal dann inkrementiert (um 1 erhöht)_t wenn eine Zelle gezündet wird.

— 'S·-—

Der hier benutzte Begriff Zelle bezieht sich auf die steuerbaren Schalter in den Stromrichtern, nämlich auf die Thyristoren. Die Variable PH, die die Werte von eins bis sechs annehmen kann, gibt an, welches Zellenpaar als nächstes zu zünden ist, wie es in der folgenden Tabelle gezeigt ist.

PH EIN ZELLEN

1 6 und 1

2 1 und 2

3 2 und 3

4 3 und 4

5 4 und 5

6 5 und 6

Die Zellen in der Brücke der Stromrichter 1 und 3 sind wie unten angegeben in der Reihenfolge numeriert, in der sie gezündet werden:

13 5

4 6 2

Die Α-Phase ist zwischen die Zellen 1 und 4 geschaltet, die B-Phase ist zwischen die Zellen 3 und 6 geschaltet, und die C-Phase ist zwischen die Zellen 5 und 2 geschaltet. Jede Variable PH hat eine Dauer von 60*, und jede Zelle wird mit einer 120°-Hochfrequenzimpulsfolge gezündet.

Der laufende Zählwert des Zeitzählers, der in dem Quellen-PLL-Schaltkreis 57 angeordnet ist, wird von dem Summierpunkt 58 subtrahiert, und die resultierende Größe wird in den Rückwärtszähler 59 geladen. Wenn der Rückwärtsζähler 59 null erreicht, wird ein Signal zu dem Zellenzündblock 65 gesandt, der das geeignete Thyristorpaar in dem phasen-

gesteuerten Gleichrichter 1 zündet und ein Signal sendet, um die Variable PH in dem Block 63 zu inkrementieren.

Der Motorstrom/Flußwinkel-Generator 67 in der unteren Steuerschleife empfängt eine Drehmomentführungsgröße T* und liefert einen gewünschten Winkel zwischen dem Motorstrom und dem Motorflußwinkel. Der Motorstrom/Motorflußwinkel wird durch den Multiplizierer 39 in Abhängigkeit von dem Flußfehlersignal aus dem Verstärkungsblock 31 modifiziert. Der resultierende Motorstrom/Motorflußwinkel wird in einen äquivalenten Zündwinkel <*■ in einem Motorstromflußwinkel/Alphazündwinkel-Ubersetzer 69 umgewandelt. Der Zündwinkel «*■ wird in einem Summierer 71 zu einem Offset addiert, der aus einer Suchtabelle 73 ermittelt wird, welche sechs Offsets enthält, einen für jeden Wert der Variablen PH, die das als nächstes zu zündende Zellenpaar angibt. Das Ausgangssignal des Summierers 71 ist die unkorrigierte Zeit zum Zünden der Anordnung, die der Zeit in Grad zum Zünden des nächsten Paares von lastseitigen Zellen in dem zwangskommutierten Wechselrichter 3 entspricht.

In dem Summierer 77 wird ein Verzögerungswinkel in Grad von der unkorrigierten Zeit zum Zünden der Anordnung subtrahiert, um die Verzögerung in der Stromaufnahme in dem Thyristor zu kompensieren, wenn dieser aufgrund des gesteuerten Stromkommutierungskreises gezündet wird. Der Verzögerungswinkel wird bestimmt, indem die drei Leitungsströme i , i, , i unter Verwendung von Stromfühlern 79

el JD C

gemessen werden. Die Differenzströme i_ab/ iu_c und i werden danach in einem i_/i^-Transformationsblock 81 bestimmt. Ein Nulldurchgangsdetektor 83 erzeugt ein Digitalsignal, wenn ein Nulldurchgang der Differenzströme auftritt, und eine Drei-Bit-Segmentzahl, die den Differenz-

• Al-

-IQ-

strom angibt, der den Nulldurchgang hat. Diese beiden Sätze von Signalen aus dem Nulldurchgangsdetektor werden an einen Leitungsstromaufnahmedetektor 85 angelegt, der bestimmt, welche Thyristorzündung dem letzten Nulldurchgang zugeordnet ist, sowie die Zeit der Stromaufnahme. Die Differenz zwischen dem tatsächlichen Stromnulldurchgang und dem beabsichtigten Nulldurchgang wird in einem Summierer 87 bestimmt. Der Verzögerungswinkel wird über einen Verstärkungsblock 88 in einen Integrator 89 eingegeben ,und das Ausgangssignal des Integrators wird in einer Begrenzerschaltung 91 mit einem oberen und einem unteren Grenzwert von null bzw. 120° geklemmt. Das Zeit-zum-Zünden-Signal aus dem Summierer 77 wird um den laufenden Zählwert eines PLL-Schaltkreises 93 in dem Summierer 95 reduziert, um die zu verstreichende Zeit zu bestimmen. Die zu verstreichende Zeit wird in einen Rückwärtszähler 97 geladen, der durch ein Taktsignal aus dem PLL-Schaltkreis 93 getaktet wird. Wenn der Rückwärtszähler 97 die Zeitsperre erreicht, zündet der Zellenzündblock 101 das nächste Paar Zellen in dem Wechselrichter 3. Der Integrator 27, der Nulldurchgangsdetektor 99, die Zellenzündschaltung 101 und der Rückwärtszähler 97 arbeiten auf dieselbe Weise wie die beschriebene entsprechende Zündschaltungsanordnung in der oberen Steuerschleife.

Eine digitale Implementierung des Teils des Blockschaltbildes nach Fig. 1, der auf das Drehzahlfehlersignal aus dem Summierer 9 anspricht, um das Zünden des Wechselrichters 3 zu steuern, ist in Fig. 2 gezeigt. Fig. 2 zeigt einen Mikroprozessor 102 vom Typ INTEL 80286, der in der Sprache PLM 86 programmiert ist und eingebaute Unterbrechung sprogr amme unter der Steuerung eines Unterbrechungscontrollers 103 vom Typ INTEL 8259 hat. Der Controller erzeugt Unterbrechungen auf bekannte Weise, die bewirken,

daß der Mikroprozessor 102 eine Aufgabe oder Berechnung ausführt und typisch die Zeit zum Ausführen einer zukünftigen Aufgabe in einem Rückwärtszähler speichert. Wenn der Rückwärtszähler null erreicht, erzeugt der Zähler eine weitere Unterbrechung, die das Ereignis einleitet, woraufhin der Zähler wieder für die Zeit zum Ausführen des nächsten Ereignisses geladen wird.

In Fig. 2 ist eine Software-PLL-Schaltkreis-Konfiguration gezeigt, in der vier Zähler benutzt werden, nämlich ein PLL-Schaltkreis-Zähler 104, ein Zeitzähler 105, ein Zündzähler 106 und ein Impulsfolgegrenzwertzähler 107. Im Betrieb wird eine Quelle veränderlicher Frequenz durch den PLL-Schaltkreis-Zähler 104 erzeugt, indem eine 4,9152-MHz-Ausgangsimpulsfolge aus einem Taktoszillator 108 durch einen Wert N dividiert wird, der durch ein Signal "PRESET N" aus dem Mikroprozessor 102 auf einem Datenbus 109 eingestellt wird. Das Ausgangssignal des Zählers 104 kann auf folgende Weise auf einer Frequenz gehalten werden, die das

512-fache der Frequenz der einzelnen Flußwellen "ψ' ,

ι ι ^ca

V ab' ^Y bc ^lst·

Der Zeitzähler 105 wird am Anfang bei einem gegebenen Flußwellennulldurchgang auf 512 gesetzt und bei jedem Taktimpuls aus dem Zähler 104 um 1 vermindert. Wenn der Zähler 105 auf eins vermindert ist, wird er auf 512 rückgesetzt. Der Zähler 105 liefert daher ein Maß des "Phasenwinkels relativ zu den Flußwellenformen. Der Zählwert in dem Zeitzähler 105 wird an den Mikroprozessor 102 über den Datenbus 110 angelegt, wo er zur Phasenreferenz zum Zünden der Wechselrichterzelle (nicht dargestellt) über ein digitales E/A-Tor 111 benutzt wird. Die Synchronisierung wird erzielt, indem die Pseudof lußwellenformen Y^; _ca/ Y₃J₃' ψ£ο ^{durch ei}~ nen Nulldurchgangsdetektor 112 hindurchgeleitet werden, der

-Wf-

einen Synchronisierimpuls jedesmal dann erzeugt, wenn eine Flußwelle durch null geht. Diese Impulse werden dem ünterbrechungscontroller 103 zugeführt, der den Mikroprozessor 102 unterbricht und ein überkreuzungsserviceprogramm einleitet. Der Nulldurchgangsdetektor 112 erzeugt außerdem eine 3-Bit-Zahl, welche die relativen Vorzeichen der Motorflußwellen angibt, dem Mikroprozessor 102 zugeführt und durch diesen gelesen und benutzt wird, um zu identifizieren, welcher Nulldurchgang den Unterbrechungsimpuls verursacht hat. Das Nullüberkreuzungsserviceprogramm liest den Wert in dem Zeitzähler 105 und vergleicht ihn mit dem korrekten Wert für den besonderen Flußwellendurchgang, um einen Phasenfehler zwischen dem Zähler 105 und den Flußwellen zu erzeugen. Dieser Fehler wird benutzt, um einen neuen "PRESET N"-Wert zu berechnen, der dann in den PLL-Schaltkreis-Zähler 1-0.4 geladen wird.

Es kann eine beträchtliche Verzögerung zwischen dem Anlegen eines Zündsignals an einen Thyristor und der Zeit, zu der er zu leiten beginnt, in einem einen Asynchronmotor speisenden stromgesteuerten Wechselrichter geben, insbesondere bei hoher Motordrehzahl und niedriger Motorbelastung. Diese Verzögerung wird durch die Tatsache hervorgerufen, daß die Kommutierungskondensatoren aufgeladen sind, so daß am Anfang der besondere Thyristor, der gezündet wird, in Sperrichtung vorgespannt ist, und der Strom in diesem Thyristor erst aufgenommen wird, wenn sich der Kommutierungskondensator über die Last entladen hat. Zum Bewahren der gewünschten Beziehung zwischen dem Motorfluß und dem Strom muß diese Verzögerung kompensiert werden. Die Zeit, zu der der Strom tatsächlich aufgenommen wird, d.h. tatsächlich einsetzt, wird durch den Nulldurchgangsdetektor 113 gemessen, der die Nulldurchgänge der Mo-

torleitungsdifferenzströine überwacht, um ein Unterbrechungssignal an dem Unterbrechungscontroller 103 jedesmal dann zu erzeugen, wenn ein Nulldurchgang festgestellt wird. Der Differenzstrom i ist in Fig. 4D gezeigt. Der

Ca

Nulldurchgang in Fig. 4D fällt mit dem Beginn des Stromflusses in der Phase a zusammen, die in Fig. 4C gezeigt ist. Der Unterbrechungscontroller unterbricht den Mikroprozessor 102 und leitet ein Verzögerungsbestimmungsprogramm ein. Der Nulldurchgangsdetektor 113 erzeugt außerdem eine 3-Bit-Zahl, welche die relativen Vorzeichen der Motordifferenzströme angibt, der Mikroprozessor 102 zugeführt und durch diesen gelesen und benutzt wird, um zu identifizieren, welcher Thyristor einem Nulldurchgang zugeordnet ist. Das Verzögerungsbestimmungsprogramm vergleicht die gegenwärtige Durchgangszeit und die unkorrigierte Zeit zum Zünden (auf der Basis der Winkelführungsgröße und des Offsets) und gibt diesen Wert über eine Verstärkung 88 in einen Softwareintegrator ein, um den Verzögerungswinkel zu erzielen. Der Verzögerungswinkel wird zwischen null und 120° geklemmt. Da außerdem die Kommutierungsverzögerung eine konstante Zeiterscheinung ist, nimmt die Notwendigkeit des Kompensierens der Verzögerung als eine Funktion der Drehzahl ab. Da die Abtastgeschwindigkeit des Kompensators mit der sechsfachen Lastfrequenz auftritt, macht das vor allem, daß die Verstärkung der Reglerschleife der Frequenz folgt, wodurch der Kompensator eigenstabilisiert wird.

Die Zeit zum Zünden wird dann als die unkorrigierte Zeit zum Zünden minus dem Verzögerungswinkel bestimmt. Die zu verstreichende Zeit wird bestimmt durch Subtrahieren der Zeitzählerablesung von der Zeit zum Zünden, so daß, wenn die zu verstreichende Zeit, die in Grad gemessen wird, in den Rückwärtszähler geladen wird und der Rückwärtszähler

-νί-

herunter auf den Zählwert null taktet, eine Unterbrechung erzeugt wird, die die nächste Zellenzündung verlangt.

Die Zeitsteuerung des Zündens jeder Thyristorzelle in dem Wechselrichter 3 erfolgt mittels des Zündzählers 106. Nach einer Zellenzündung berechnet der Mirkoprozessor die Zeit zum Zünden der nächsten Zelle. Diese Zeit ist die unkorrigierte Zeit zum Zünden minus dem integrierten Verzögerungswinkel. Diese Zeit wird mit dem Wert in dem Zeitzähler 105 verglichen, die der gegenwärtigen Zeit entspricht. Die Differenz ist die zu verstreichende Zeit, die dann über den Datenbus in den Zündzähler 106 geladen wird, der dann auf null vermindert, was noch eine weitere Unterbrechung über den Unterbrechungscontroller 103 verursacht, der ein Zellenzündprogramm einleitet.

Die Software, die für die Ausführungsform nach Fig. 2 erforderlich ist, ist durch das in Fig. 3 gezeigte Flußdiagramm dargestellt. Wie gezeigt beginnt das Programm zum Zünden der Wechselrichterthyristoren gemäß der Erfindung mit dem Empfangen einer Unterbrechung aus dem Zündzähler 106, wenn der Zündzähler auf null heruntergetaktet wird. Anschließend wird das gewünschte Zellenpaar gezündet. Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers (nicht dargestellt), welches eine Drehmomentführungsgröße ist, wird an einen A/D-Wandler 115 angelegt und in einen Lastfluß/Stromwinkel umgewandelt. Der Winkel zwischen dem Motorleitungsstrom und dem Phasenfluß steht in linearer Beziehung zu dem Winkel zwischen der Motorphasenspannung und dem Leitungsstrom und somit auch zu dem Laststromrichterzündwinkel oC. Zur Veranschaulichung sei angemerkt, daß die Differenz zwischen dem Phasenfluß der Phase a, der in Fig. 4B gezeigt ist, und dem Leitungsstrom der Phase a in Fig. 4A 45° beträgt. Der Lastfluß/Stromwinkel wird dann bezüglich des Flußfehlers korrigiert. Der korrigier-

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- V5 -

te Fluß/Stromwinkel wird in einen Zündwinkel «£ übersetzt. Der Zündwinkel cl ist definiert als ein Winkel gemessen in bezug auf einen besonderen Referenzpunkt, wobei ein Zündwinkel von null dem Zustand entspricht, wenn jeder Thyristor in dem Stromkreis in dem Zeitpunkt gezündet wird, in welchem seine Anodenspannung zum erstenmal in jedem Zyklus positiv wird, wobei angenommen wird, daß keine Kommutierungsschaltung vorhanden ist. Unter dieser Bedingung (d.h. unter der Annahme, daß keine Kommutierungsschaltung vorhanden ist) arbeitet der Stromrichter exakt auf dieselbe Weise, wie wenn er eine ungesteuerte Gleichrichterschaltung wäre. Der Zündwinkel Λ= 0 bezüglich der Spannung der Phase a ist in Fig.4A gezeigt. Es sei daran erinnert, daß nur eine Phase eines dreiphasigen Systems gezeigt ist.

Die Beziehung zwischen dem Zündwinkel ot und der Richtung sowie der Größe der Motorleistung ist in Fig. 41 für Zelle eins eines stromgesteuerten Wechselrichters gezeigt, der einen Asynchronmotor speist, und in Fig. 4H für die Zelle eins eines lastkommutierten Wechselrichters, der einen Synchronmotor speist.In dem Synchronmotor wird die maximale Bremsleistung bei «. = o° erzielt, die Leistung null bei dL = 90° und die maximale Motorleistung bei oC = 180°, wogegen in dem Asynchronmotor die maximale Motorleistung bei oC = 180° erzielt wird, die Leistung null bei °C = 270° und die maximale Bremsleistung bei oC = 360°.

Der Zähler, der das nächste Paar Lastzellen wählt, das zu zünden ist, wird inkrementiert, so daß die Variable NEU PH gleich PH + 1 wird. Aus einer Suchtabelle wird eine Variable OFFSET (NEU PH), die dem gegenwärtigen Wert der Variablen NEU PH entspricht, bestimmt, und die Variable UNKOR-ZEIT-ZUM-ZÜNDEN wird aus der Differenz zwi-

-löschen OFFSET (NEU PH) und dem Zündwinkel oC bestimmt. Die UNKOR-ZEIT-ZUM-ZÜNDEN ist die Zeit in Grad zum Zünden des nächsten Paares lastseitiger Zellen. Da die UNKOR-ZEIT-ZUM-ZÜNDEN bezüglich der Verzögerung in der Stromaufnahme aufgrund des Kommutierungskreises des Wechselrichters kompensiert werden muß, wird dieser Wert in einem Feld UNKOR-ZEIT-ZUM-ZÜNDEN-FELD (AKT PH) gespeichert.

Bei dem Auftreten der Nulldurchgänge der Motorleitungsdifferenz ströme wird ein Unterbrechungsprogramm erzeugt, das den lastseitigen Zeitzähler abliest, der durch den lastseitigen PLL-Schaltkreis synchronisiert gehalten wird, und außerdem die 3 Digitalbits liest, welche den logischen Pegeln entsprechen, die durch das Hindurchleiten der drei Differenzströme durch Komparatorschaltungen gewonnen werden. Die 3-Bit-Segmentzahlen werden gelesen, um zu identifizieren, welche Thyristorzündung dem letzten Stromnulldurchgang zugeordnet ist, und aus dieser Information wird die Kommutierungsverzögerung für die letzte Zündung bestimmt und in einem Feld der Verzögerungszeit für die letzten sechs Zellenzündungen gespeichert, STROMNULLDURCHGANG-ZEIT-FELD (AKT PH). Eine Alternative zur Verwendung der Nulldurchgänge der Differenzströme besteht darin, das Integral des Leitungsstroms zu benutzen. Gemäß Fig. 4E erfaßt der Nulldurchgang des Integrals des LeitungsStroms i, die Aufnahme des Stroms in dem Thyristor 1 und dem Thyristor 4 (nicht dargestellt). Ebenso ergibt das Integral des Leitungsstroms i_ den Nulldurchgang der Zellen 2 und 5. Die Vera

wendung der Differenzströme gibt das beste dynamische Ansprechverhalten. Die Verwendung der integrierten Leitungsströme ergibt eine bessere Filterung zum Schutz vor mehrdeutigen Nulldurchgängen, wenn die Mindeststromeinstellungen nicht richtig mit der Gleichstromzwischen-

- vf -

kreisdrossel koordiniert sind und die Stromwelligkeit einen diskontinuierlichen Strombetrieb verursacht. Bei der hier beschriebenen Ausführungsform wurden die Differenzströme benutzt, nachdem sie durch ein Tiefpaßfilter hindurchgeleitet worden waren.

Die Differenz zwischen dem aktuellen Nulldurchgang und dem beabsichtigten Nulldurchgang wird bestimmt durch das STROMNULLDURCHGANG-ZEIT-FELD (AKT PH) minus dem UNKOR-ZEIT-ZUM-ZÜNDEN-FELD (AKT PH), und zwar korrigiert für numerische Umkehr und bezeichnet als DELTAVERZÖGERUNGSWINKEL. Der Wert von DELTAVERZÖGERÜNGSWINKEL wird über die Verstärkung 88 als ein Eingangssignal in einen Softwareintegrator eingegeben, um VERZÖGERUNGSWINKEL = VERZÖGERUNGSWINKEL + DELTAVERZÖGERUNGSWINKEL zu erzielen. Der Wert von VERZÖGERUNGSWINKEL wird zwischen null und 120° geklemmt. Die Kommutierungsverzögerung ist in Fig. 4G dargestellt, wo die Zündung der Zelle 1 unter Verwendung einer Hochfrequenzimpulsfolgeansteuerung von 10 us EIN, 30 με AUS eingeleitet wurde, wobei aber die Stromleitung in der Phase A verzögert wurde. Die Zellenzündimpulsfolge in Fig. 4G hat wie dargestellt eine Dauer von 120°. Die Zündbereiche, die in den Fig. 4H und 41 gezeigt sind, zeigen die zulässigen Einleitungszeiten des Stromübergangs, nicht deren Dauer. Gemäß Fig. 41 kann die Impulsfolge bis zu 120° vor dem zulässigen Zündbereich eingeleitet werden, falls notwendig, um zu bewirken, daß die Stromaufnahme bei OC= 180° erfolgt.

Die ZEIT-ZUM-ZÜNDEN wird berechnet als ZEIT-ZUM-ZÜNDEN = UNKOR-ZEIT-ZUM-ZÜNDEN - VERZÖGERÜNGSWINKEL. Die ZEIT-ZU-VERSTREICHEN wird dann berechnet als ZEIT-ZU-VER-STREICHEN = ZEIT-ZUM-ZÜNDEN - ZEITZÄHLERABLESUNG. Die ZEIT-ZUM-ZÜNDEN ist der Wert in Grad, der in einen Rück-

ORIGINAL INSI⁹ECTED

wärtszähler zu laden ist, so daß, wenn der Rückwärtszähler auf den Zählwert null zurücktaktet, eine Unterbrechung erzeugt wird, die das Zünden der nächsten Zelle verlangt. Die ZEIT-ZU-VERSTREICHEN wird für numerische Umkehr korrigiert, da der zulässige Wert des Zeitzählers null bis 512 Zählwerte ist.

Wenn die ZEIT-ZU-VERSTREICHEN negativ ist, bedeutet das, daß es zum Zünden bereits zu spät ist, und das nächste Thyristorpaar wird sofort gezündet. Wenn die ZEIT-ZU-VERSTREICHEN zu kurz ist, um eine weitere Reglerberechnung zu gestatten, wird die ZEIT-ZU-VERSTREICHEN in den Zündzähler geladen, und die Zündzählervoreinstellung wird mit dem Äquivalent von 60° an Zählung geladen. Auf diese Weise wird das nächste Thyristorpaar gezündet, . nachdem der ZEIT-ZU-VERSTREICHEN-Zählwert in dem Zündzähler vermindert worden ist, und dann wird der 60"-Zahlwert anschließend in den Zündzähler geladen, so daß, wenn die nächste Reglerberechnung nicht innerhalb von 60° abgeschlossen wird, die Zeit zum Zünden des nächsten Thyristorpaares bis 60° nach der letzten Zündung fehlt.

Wenn die oben berechnete ZEIT-ZU-VERSTREICHEN lang genug ist, um eine weitere Reglerberechnung auszuführen, dann wird der Zündzähler mit einem Zählwert NÄCHSTE-ZEIT geladen, und die Zündzählervoreinstellung wird mit ZEIT-ZU-VERSTREICHEN - NÄCHSTE-ZEIT geladen. Auf diese Weise wird, nachdem NÄCHSTE-ZEIT auf null vermindert worden ist, eine weitere Reglerberechnung ausgeführt, um eine neue ZEIT-ZU-VERSTREICHEN zu bestimmen. Wenn jedoch diese neue Berechnung nicht fertig ist, mangelt die Zeit zum Zünden des nächsten Thyristorpaares um ZEIT-ZU-VERSTREICHEN - NÄCHSTE-ZEIT. Das Programm wartet dann auf eine weitere Unterbrechung aus dem ZtiNDZÄHLER.

Zum volleren Verständnis der Arbeitsweise des Mikroprozessors 102 bezüglich der Steuerung des lastseitigen Wechselrichters 3 werden kurz die Unterbrechungsprogramme für diesen Mikroprozessor betrachtet. Obgleich sich etwas Redundanz im Hinblick auf die fortschreitende Beschreibung ergeben wird, bestehen die Programme in ihrer Reihenfolge absteigender Priorität aus: (1) dem Zündzähler Serviceprogramm, (2) dem Differenzstromüberkreuzungsserviceprogramm, (3) dem Flußüberkreuzungsserviceprogramm, (4) dem Impulsfolgegrenzwertserviceprogramm, (5) dem PLL-Korrekturprogramm und (6) dem Wechselrichter s teuerprogramm.

Das Zündzählerserviceunterbrechungsprogramm wird jedesmal dann eingeleitet, wenn der Zündzähler 106 die Zeitsperre erreicht. Das Zündzählerserviceunterbrechungsprogramm stellt das nächste Zündzähleriastausgangssignal aus dem Mikroprozessor für eine Zählung von 60° ein, so daß abgesehen von späterer Information die nächste Zündzähler Serviceunterbrechung bei 60° erfolgen wird. Das Zündzählerserviceunterbrechungsprogramm prüft dann, um festzustellen, ob die neue Zellenzündung während dieses Durchlaufes durch das Programm erfolgen soll; wenn dem so ist, wird der Zellenzündalgorithmus aufgerufen. Dann erzeugt die ZündzählerServiceunterbrechung eine Unterbrechung, um das Wechselrichtersteuerunterbrechungsprogramm einzuleiten, welches auf einem niedrigeren Pr ioritätsniveau ist.

Das Unterbrechungsprogramm mit zweithöchster Priorität ist ein Differenzstromüberkreuzungsserviceprogramm, das wie oben erwähnt bei jedem Nulldurchgang der Differenzströme erzeugt wird, um durch Ablesen des Zeitzählers 105 festzustellen, wann der Strom in dem geeigneten Thyristor aufgenommen worden ist. Zum richtigen identifi-

zieren/ welcher Stromnulldurchgang aufgetreten ist, wird die Polarität von allen drei Phasen der Differenzströme zur selben Zeit, zu der der Nulldurchgang erfolgt, erfaßt. Und aus dieser Information kann die richtige Identifizierung erfolgen, selbst bei Kommutierungsverzögerungen bis zu 120°, welches die maximal zulässige Verzögerung in einem stromgesteuerten Wechselrichter unter Stabilitätsgesichtspunkten ist.

Das Unterbrechungsprogramm mit der dritthöchsten Priorität ist die Flußüberkreuzungsunterbrechung, die wie erwähnt bei jedem Nulldurchgang der rekonstruierten Flußwellen erzeugt wird, welche sechsmal pro Zyklus der Grundfrequenz auftreten und aus denen die Synchronisiersignale für den Software-PLL-Schaltkreis erzeugt werden, der in Fig. 2 gezeigt ist. Das überkreuzungsunterbrechungsprogramm liest darüber hinaus den Zeitzähler 105 ab, der aus dem PLL-Schaltkreis-Zähler 104 getaktet wird. Wie bereits erwähnt beträgt die Taktfrequenz 512 Impulse für die Grundfrequenz. Die Grundfrequenzperiode wird also durch 512 geteilt, was dem Zeitzähler eine Winkelauflösung von 360° dividiert durch 512 gibt, was gleich 0,703° der Grundfrequenz ist. Das Flußüberkreuzungsprogramm liest außerdem den Impulsfolgegrenzwertzähler, der von einem Zählwert, welcher 30° äquivalent ist, rückwärtszuzählen begann, als die Nulldurchgangsunterbrechung erzeugt wurde. Das ermöglicht eine Korrektur der Zeitzählerablesung um das Ausmaß der Zeit, für die das Zündserviceunterbrechungsprogramm höherer Priorität das Flußüberkreuzungsunterbrechungsprogramm ausgeschaltet gehalten haben kann. Das Flußüberkreuzungsprogramm erzeugt dann eine Unterbrechung, die das PLL-Korrekturunterbrechung sprogramm aufruft. Das PLL-"Korrekturprogramm bestimmt danach den Winkelfehler zwischen den Synchronisierüberkreuzungsunterbrechungsimpulsen, welche von dem

Nulldurchgangsdetektor 112 abgegeben werden, und der aktuellen korrigierten Zeitzählerablesung aus dem Zähler 105, woraufhin ein neues "τ N" in den PLL-Zähler 104 geladen wird und bewirkt, daß dieser Fehler zu null gemacht wird.

Das nächste Impulsfolgegrenzwertserviceprogramm, welches der Priorität nach das vierte ist, tritt auf, wenn der Impulsfolgegrenzwertzähler 107 auf null vermindert. Die erste Impulsfolgegrenzwertunterbrechung erfolgt bei 30° der Grundfrequenz nach einem Flußwellennulldurchgang. Der Hauptzweck des.Impulsfolgegrenzwertunterbrechungsprogramms besteht darin, den Spitzenfluß zu lesen, der 30° nach einem Flußwellennulldurchgang auftritt. Der Impulsfolgegrenzwertzähler wird wieder mit 30° der Grundfrequenzzählung nach der Zeitsperre geladen, der Zähler leitet aber das Rückwärtszählen bis zum Auftreten des nächsten Flußwellennulldurchgangs nicht ein.

Das Unterbrechungsprogramm mit der fünfthöchsten Priorität ist das PLL-Korrekturunterbrechungsprogramm, das einmal für jedes Flußüberkreuzungsunterbrechungsprogramm aufgerufen wird. Ein PLL-Korrekturunterbrechungsprogramm berechnet den Wert des Teilers (f N) des PLL-Schaltkreis-Zählers 104, um Synchronismus zwischen dem Ausgangsimpuls des Zählers und dem Nulldurchgang der Flußwellen aufrechtzuerhalten.

Das Steuerunterbrechungsprogramm des lastseitigen Wechselrichters ist das nächst niedrigere in der Priorität und enthält den überwiegenden Teil der Betriebsartbestimmung, regelt die Thyristorzündwinkelbestimmungsfunktionen und ruft demgemäß die geeigneten Algorithmen auf. Das Wechselrichtersteuerunterbrechungsprogramm hat

zwar eine niedrige Priorität,es wird jedoch durch das Zündserviceunterbrechungsprogramm höchster Priorität aufgerufen. Das Programm niedrigster Priorität ist das Drehzahlreglerunterbrechungsprogramm, das durch Software in dem Wechselrichtersteuerunterbrechungsprogramm aufgerufen wird.

Das in Fig. 3 angegebene Softwareprogramm beschreibt den geregelten (d.h. mit Rückführung erfolgenden) Betrieb der sechspulsigen Wechselrichter in der Asynchronmotor steuerung. Es gibt drei Steuerbetriebsarten für den Lastwechselrichter, nämlich Leerlauf, ohne Rückführung und mit Rückführung. Es gibt zwei Betriebsarten der Steuerung für die Quellenwechselrichter, nämlich Leerlauf und aktiv. Wenn die Steuerung eingeschaltet ist, aber der Antrieb abgeschaltet ist (Drehzahl null), wird die Steuerung sowohl für die Quelle als für die Last in der Leerlaufbetriebsart sein (kein Zünden der Thyristoren in den Quellen- oder Laststromrichtern). Der Betrieb des lastseitigen Stromrichters während der Leerlaufbetriebsart und der Betriebsart ohne Rückführung wird im folgenden in Verbindung mit der Motoranfahrprozedur von irgendeiner Drehzahl aus beschrieben.

Fig. 5 zeigt eine Pseudocodeauflistung der Software für die Leerlaufbetriebsart des lastseitigen Wechselrichters, die zusammen mit der digitalen Hardware nach Fig.2 benutzt wird. Ein Pseudocode oder, wie er manchmal auch bezeichnet wird, eine Pseudosprache ist eine Entwurfssprache, die eine Möglichkeit bietet zum Darstellen von Daten und zur Verarbeitung in einem Textformat. Eine Entwurfsspräche hat eine formale Syntax, umfaßt aber Beschreibungen in deutscher Sprache in freier Form zur Erläuterung von Einzelheiten. Obgleich eine Entwurfssprache nicht direkt ausführbar ist, sind automatische Techniken zur Entwurfsauswertung und sogar

zur Umwandlung in einen Code möglich.

Bei dem in den beigefügten Figuren gezeigten Pseudocode sind Kommentaren die Symbole /* vorangestellt und die Symbole */ nachgestellt. Programmfunktionen, die in deutsch beschrieben sind, beginnen mit dem Symbol < und enden mit dem Symbol > .

Grob gesagt prüft die Leerlaufbetriebsart das Vorhanden sein des Motorflusses, der nach einem kurzen unabsichtlichen Stillsetzen gefunden werden dürfte. Wenn Fluß vorhanden ist, kann der PLL-Schaltkreis mit dem Flußdurchgang synchronisiert werden und es kann ein übergang auf die Regelung (d.h. mit Rückführung) gemacht werden. Wenn kein Fluß gefunden wird, was bei einem Motorstillstand der Fall sein würde, oder wenn sich der Motor dreht, aber durch den Quellenstromrichter kein Strom geliefert wird, dann werden die beiden Thyristoren, die mit einer Motorphase verbunden sind, gleichzeitig gezündet, um die Kommutierungskondensatoren aufzuladen, was ermöglicht, Laststrom bei der nächsten Zündung zu kommutieren. Der Quellenstromrichter wird informiert, Strom zu liefern. Wenn die Kondensatoren eine ausreichende Ladung empfangen haben, um eine Kommutierung zu gestatten, wird ein Übergang zu der rückführungslosen Betriebsart gemacht.

Gemäß Fig. 5 wird bei dem ersten Durchlauf durch das Leerlaufbetriebsartprogramm ein Aufruf für den Wechselrichten- oder Inversionsgrenzwert der Laststromrichterthyristoren gemacht, um dem Motor einen Strom von null zu liefern. Das Auftasten der Laststromrichterthyristoren wird gestoppt. Eine Leerlaufbetriebsartunterbrechungsfrequenz wird so eingestellt, daß die Leerlaufbetriebsart alle vier Millisekunden aufgerufen wird. Nach

- ar -

dem ersten Durchlauf durch das Leerlaufbetriebsprogramm werden andere Hintergrundprogramme durchlaufen, und das Leerlaufprogramm wird alle vier Millisekunden aufgerufen. Verschiedene Variable in dem Leerlaufbetriebsartprogramm werden eingeleitet. Ein FLUSSVERZÖGERUNGSZÄHLER wird auf 256 rückgesetzt. Der Zweck des FLUSSVERZÖGERUNGSZÄHLERS ist es, jedweden Schaltübergangsvorgängen in den Flußwellen zu verschwinden zu gestatten, bevor die Regelung freigegeben wird. Das vervollständigt das, was bei dem ersten Durchlauf durch das Leerlaufbetriebsar tprogramm gehandhabt wird.

Eine Variable LOKAL-BEREIT wird

auf falsch gesetzt. Wenn für den Augenblick angenommen wird, daß kein Fluß vorhanden ist, dann werden sämtliche anderen Unterbrechungsprogramme, wie beispielsweise das ZündzählerServiceprogramm, das Differenzstromüberkreuzungsprogramm, das Flußüberkreuzungsprogramm, das Impulsfolgegrenzwertserviceprogramm und das Wechselrichtersteuerprogramm gestoppt. Die Variablen S-FLAG und LOKAL-BEREIT werden auf wahr gesetzt, um der Quelle das Aufbauen eines Stroms zu gestatten. Der FLUSSVERZÖGERUNGSZÄHLER wird auf 256 rückgesetzt.

Wenn verlangt wird, daß der Antrieb läuft, dann wird die Variable LAST-DURCHMESSERZWEIG-FLAG auf wahr gesetzt, der Aufruf des Inversionsgrenzwertes wird gelöscht. Ein Laststromrichterdurchmesserzweig wird gezündet, und bei nachfolgenden Durchläufen durch das Programm wird die Länge der Zeit, für die der Durchmesserzweig gezündet worden ist, geprüft, um festzustellen, ob eine vorbestimmte Zeit erreicht worden ist. Ein Stromrichterdurchmesserzweig umfaßt zwei in Reihe geschaltete Thyristoren, die mit einer einzelnen Phase des Motors verbunden sind. Wenn der Durchmesserzweig gezündet wird, wird ein Kurzschluß erzeugt, der dem Strom, welcher in dem Gleich-

-Vi-

stromzwischenkreis fließt (wenn der Quellenstromrichter Strom liefert), gestattet, einen Kommutierungskondensator aufzuladen, was ermöglicht, Laststrom bei einem anschließenden Zünden des Zellenpaares durch den aufgeladenen Kondensator zu kommutieren.

Wenn angenommen wird, daß der Durchmesserzweig für eine ausreichende Zeit eingeschaltet war, um die Kommutierungskondensatoren aufzuladen, werden Vorbereitungen getroffen, um die Leerlaufbetriebsart zu verlassen und in die rückführungslose Betriebsart einzutreten. Das Leerlaufbetriebsart-Flag ERSTER-DÜRCHLAÜF-FLAG wird auf wahr rückgesetzt, so daß das Leerlaufprogramm richtig initialisiert sein wird, wenn es wieder aufgerufen wird. Ein Aufruf wird gemacht für die rückführungslose Betriebsart. Die Variable PH wird gesetzt, so daß das korrekte Thyristorpaar gezündet wird, um davon vorteilhaften Gebrauch zu machen, daß die Kommutierungskondensatoren durch das Zünden des Durchmesserzweiges aufgeladen wurden. Der Strombefehl (Sollstrom) wird auf den minimalen Stromgrenzwert eingestellt. Das Flag OFFEN-GESCHLOSSEN-FLAG wird auf falsch gesetzt; das Flag OFFEN-GESCHLOSSEN-FLAG wird auf wahr gesetzt, um der Steuerung zu gestatten,auf die: Steuerbetriebsart mit Rückführung (Regelung) überzugehen; es ist aber auf falsch, während diese in der rückführungslosen Steuerbetriebsart ist. Die Leerlaufbetriebsartbeschreibung für den Fall, wo kein Fluß vorhanden ist, ist nun abgeschlossen. Die rückführungslose Betriebsart wird im folgenden erläutert.

Wenn sich die Steuerung in der Leerlaufbetriebsart befindet und es noch Fluß in dem Motor gibt, während dieser noch in der Leerlaufbetriebsart ist, wird der FLUSS-VERZÖGERUNGSZÄHLER um eins bei jedem Durchlauf durch die

Leerlaufbetriebsart vermindert. Wenn angenommen wird, daß es noch Fluß in dem Motor gibt und der FLUSSVERZÖGERUNGSZÄHLER auf null vermindert worden ist, werden die Unterbrechungen, die dem PLL-Schaltkreis zu arbeiten gestatten, freigegeben, so daß der PLL-Schaltkreis auf die Synchronisierimpulse einrasten kann, die durch die Nulldurchgänge der Flußwellen erzeugt werden, und das S-FLAG wird auf wahr gesetzt. Wenn der PLL-Schaltkreis-Fehler in eine vorbestimmte Toleranz fällt, wird das Flag S-FLAG durch den PLL-Regler auf falsch gesetzt. Wenn das S-FLAG auf falsch gesetzt wird, wird das Flag LOKAL-BEREIT auf wahr gesetzt.

Wenn dem Antrieb zu laufen befohlen wird, dann wird das Flag LAST-DURCHMESSERZWEIG-FLAG auf wahr gesetzt. Der lastseitige Stromrichter wird gezündet, um die Kommutierungskondensatoren aufzuladen. Wenn ein zwölfpulsiges System gestartet wird, wird ein Durchmesserzweig in den lastseitigen Master- und Slave-Stromrichtern gezündet. Der Quellenstromrichter wird informiert, daß der lastseitige Stromrichter für Strom bereit ist. Das vervollständigt diesen Durchlauf durch die Leerlaufbetriebsart.

Bei einem nachfolgenden Durchlauf wird, wenn ausreichend Zeit für das Aufladen der Kommutierungskondensatoren verstrichen ist, eine erwartete Kommutierungsverzögerung in Grad berechnet, und zwar auf der Basis der Motorspannung, des MotorStroms und der Drehzahl, um einen Anfangswert zu liefern, wenn die Steuerung auf die Betriebsart mit Rückführung (Regelung) umgeschaltet wird. Die Kommutierungskreisverzögerungsberechnung wird benutzt, um den Zündwinkel bezüglich der erwarteten Verzögerung zwischen der Zeit, zu der ein Thyristor gezündet wird, und der Zeit, zu der er Strom zu leiten beginnt, zu kompensieren. Wenn die Kommutierungsverzöge-

-errungen nicht berücksichtigt werden, wird der Strom nicht bei dem Sollzündwinkel an die gewünschte Zelle übergeben. Die berechnete Kommutierungsverzögerung wird dann durch 30 dividiert, um die Kommutierungsverzögerung in 30°- Schritten zu bestimmen. Das Thyristorpaar, das gezündet worden ist, um den Lastwechselrichter kurzzuschließen, ist bekannt, und somit ist auch das Thyristorpaar, das aus dem Durchmesserzweig heraus zu zünden ist, um von den aufgeladenen Kommutierungskondensatoren vorteilhaften Gebrauch zu machen, bekannt. Während der Durchmesserzweig hergestellt ist, ist die Spannung an den Gleichstromklemmen null, wobei der aufgenommene Strom durch den phasengesteuerten Gleichrichter gesteuert wird. Zum Erzielen eines stoßfreien Übergangs, wenn das nächste Zellenpaar gezündet wird, ist das Solldrehmoment zuvor auf null gesetzt worden, was einen Zündwinkel von «C = 90° verlangt.

Es ist erwünscht, von der Leerlaufbetriebsart auf die Betriebsart mit Rückführung zu einer derartigen Zeit umzuschalten, daß, wenn der erste Durchlauf durch den Winkelregler (mit Rückführung) erfolgt, der Zündzähler mit einem vernünftigen Wert geladen wird. Mit einem vernünftigen Wert ist gemeint, daß der in den Zündzähler zu ladende Wert, nachdem er mit dem Zeitzähler verglichen worden ist, sich nicht als negativ erweist, was zur Folge haben würde, daß das Zellenpaar sofort gezündet wird, da die Zeit zum Zünden für diese Periode zum Erzielen dieses Zündwinkels (unter Berücksichtigung der Kommutierungsverzögerung) bereits verstrichen sein wird. Außerdem ist es erwünscht, eine Umkehr in dem Wert zu vermeiden, der in den Zähler zu laden ist. Zum Erzielen eines vernünftigen Wertes zum Laden in den Zündzähler wird eine 30°-Zeitspanne benutzt, die aus einer Suchtabelle bestimmt wird, indiziert durch den gezünde-

-Zarten Durchmesserzweig. Die 30°-Zeitspanne aus der Suchtabelle wird um die berechnete Verzögerung korrigiert. Die 30°-Zeitspanne wird durch eine Segmentzahl und den Impulsfolgegrenzwertzähler identifiziert. Die 30°-Zeitspanne, die gewählt wird, um von Steuerung auf Regelung (d.h. mit Rückführung) umzuschalten, gibt der Betriebsart mit Rückführung ausreichend Zeit, die Berechnungen auszuführen, um den Zündwinkel zu bestimmen und zu einer Zündzeit zu gelangen, die noch nicht verstrichen ist. Wenn die gewählte 30°-Zeitspanne auftritt, wird ein Flag OFFEN-GESCHLOSSEN-FLAG auf wahr gesetzt, der richtige PH-Wert wird initialisiert. Eine Lastwinkelreglierberechnung wird ebenso wie die Initialisierung des Verzögerungswinkelreglers aufgerufen. Es erfolgt dann eine Umschaltung auf die Betriebsart mit Rückführung, und sämtliche lastseitigen Unterbrechungen werden freigegeben.

Gemäß Fig. 6 prüft das Programm für die rückführungslose Betriebsart, ob das Flag OFFEN-GESCHLOSSEN-FLAG wahr ist. Wenn für den Augenblick angenommen wird, daß das Flag falsch ist und daß dies der erste Durchlauf durch das Programm für die rückführungslose Betriebsart ist, und wenn weiter angenommen wird, daß das Programm in einer Abstiegsbetriebsart ist, werden ein Strombefehl (Sollstrom) und eine Anfahrfrequenz für die rückführungslose Betriebsart initialisiert. Die Anfahrfrequenz wird auf die maximale Motorfrequenz initialisiert, die in der hier beschriebenen Ausführungsform 60 Hz beträgt. Ein ZWEITER-DURCHLAUF-FLAG wird auf wahr gesetzt.

Wenn das ZWEITER-DURCHLAUF-FLAG auf wahr gesetzt wird, dann wird der PLL-Zähler mit dem Frequenzbefehl (60Hz) für die rückführungsIose Betriebsart geladen. Der

Strom wird linear erhöht, bis ein Referenzwert für die rückführungslose Betriebsart erreicht ist. Der Referenzwert! für die rückführungslose Betriebsart ist ein niedriger Wert/ der ausreicht, um eine ausreichende Spitzenflußwellenamplitude zu erzeugen, wenn der Motor durch eine Frequenzabtastung in der rückführungslosen Betriebsart erregt wird.

Bei folgenden Durchläufen durch das Programm für die icückführungslose Betriebsart, was jedesmal dann erfolgt, wenn ein Zellenpaar gezündet wird, und unter der Annahme, daß das ZWEITER-DüRCHLAÜF-FLAG wahr ist, wird der Referenzwert wieder geprüft, und, wenn der Referenzwert für die rückführungslose Betriebsart erreicht ist, wird das ZWEI-TER-DURCHLAUF-FLAG auf falsch gesetzt. Bei folgenden Durchläufen durch das Programm wird die Wechselrichterzündfrequenz vermindert. Außerdem wird die Variable FLUSS-FB geprüft, um festzustellen, ob sie größer als eine Variable GRENZWERT-1 ist, um sicherzustellen, daß die Flußrückführung oberhalb eines Mindestwertes ist, der den Rauschpegel übersteigt. Die Flußrückführung wird weiter mit dem vorherigen Rückführungsfluß verglichen, und, wenn der Rückführungsfluß größer als ein Mindestwert und größer als der vorherige Rückführungsfluß ist, wird die Variable FLUSSSPITZE gleich der Variablen FLUSS-FB gesetzt. Eine Variable FLUSS-SENKUNG wird gleich 0,875 der Variablen FLUSSSPITZE gesetzt.

Danach wird geprüft, ob der Spitzenfluß passiert worden ist, indem die Variable FLUSS-FB mit FLUSS-SENKUNG verglichen wird, um zu sehen, ob FLUSS-SENKUNG größer ist. Es wird außerdem geprüft, ob FLUSS-FB größer als ein vorbestimmter Wert ist und ob die Frequenz über einem vorbestimmten Wert ist. Wenn entweder die Flußspitze passiert oder ein voreingestellter Flußwert überschritten worden ist und wenn die Frequenz größer als ein Mindestgrenzwert ist, dann

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wird das Flag OFFEN-GESCHLOSSEN-FLAG auf wahr gesetzt, was bedeutet, daß ein übergang auf den Betrieb mit Rückführung gemacht werden kann.

Wenn jedoch die Flußspitze nicht passiert worden ist oder der Fluß und die Frequenz nicht groß genug sind, um auf die Regelung (d.h. mit Rückführung) überzugehen , wird die Frequenz der rückführungslosen Betriebsart geprüft, um festzustellen, ob sie noch über einem Mindestwert ist, und die Frequenz wird weiter erniedrigt.

Wenn eine Spitzenfrequenz nicht gefunden worden ist und wenn die Frequenz unter den Mindestwert der Frequenz der rückführungslosen Betriebsart erniedrigt worden ist, erfolgt eine Umschaltung auf die Frequenzerhöhungsbetriebsart. Das Flag ZWEITER-DURCHLAUF-FLAG wird auf wahr gesetzt. Ein Strombefehl wird auf einen höheren Wert für einen Niederfrequenzanlauf initialisiert. Die Anfahrfrequenz der rückführungslosen Betriebsart wird auf eine Mindestfrequenz gesetzt. Wenn der Niederfrequenzanfahrstrom erreicht ist, wird das ZWEITER-DURCHLAUF-FLAG auf falsch gesetzt.

Die Flußrückführung wird geprüft, um festzustellen, ob sie groß genug ist, um das Erhöhen der Frequenz zu beginnen. Wenn sie es nicht ist, wird die Frequenz der rückführungslosen Betriebsart konstant gehalten. Wenn der Fluß groß genug ist und sich der Motor zu drehen begonnen hat, wird die Frequenz linear erhöht. Wenn die Drehzahl hoch genug ist, wird das Flag OFFEN-GESCHLOSSEN-FLAG auf wahr gesetzt und der PLL-Schaltkreis initialisiert.

Wenn das OFFEN-GESCHLOSSEN-FLAG auf wahr gesetzt ist, dann wird das Flag S-FLAG gesprüft, um festzustellen, ob es falsch ist, was bedeutet, daß der PLL-Schaltkreis in der Toleranz ist. Wenn das Flag S-FLAG falsch ist, wird das

Flußrückführungssignal initialisiert, um die Zündfrequenz in einer Betriebsart mit Rückführung zu bestimmen statt die Frequenz in einer rückführungslosen Betriebsart festzulegen. Der Drehmomentbefehl (Drehmomentführungsgröße) wird auf seinen Anfahrwert initialisiert. Auf der Basis des Motorstroms, der Spannung und der Drehzahl wird der Verzögerungswinkelregler initialisiert. Der Drehzahlregler wird initialisiert, und sämtliche lastseitigen Unterbrechungen werden freigegeben. Die Steuerung schaltet dann auf die Betriebsart mit Rückführung um.

In Fig. 7 zeigt die Kurve A die Flußspitze/Spitzenamplitude über der Frequenz des rückführungslosen Betriebes. Wie dargestellt ist die Abszisse auf die mechanische Frequenz normiert. Der Asynchronmotor wurde bei 200 U/min mit konstantem Strom in dem Gleichstromzwischenkreis angetrieben. Eine scharfe Spitze mit ausgezeichnetem Rauschabstand tritt in der Flußwelle auf, wenn die Frequenz der rückführungsIosen Betriebsart etwas größer ist als die mechanische Frequenz. Die Spitze bei der Frequenz null tritt auf, da der Fluß durch Integrieren der Motorspannung erzielt wurde, ohne sie bezüglich ohmscher Spannungsabfälle bei niedrigen Drehzahlen zu korrigieren.

Eine Abtastung der Frequenz in der rückführungslosen Betriebsart könnte zwar eine ansteigende oder eine abnehmende Frequenz benutzen, gegenwärtig erfolgt jedoch der Beginn der Abtastung von der maximalen Vorwärtsfrequenz aus. Bei einem drehrichtungsumkehrbaren Antrieb kann die Frequenzabtastung bis zu einer maximalen umgekehrten Frequenz fortgesetzt werden. In der hier beschriebenen Ausführungsform wird die Abtastung bei einer kleinen Vorwärtsfrequenz gestoppt, die einer nominellen Schlupffrequenz entspricht.

Gemäß der Kurve B in Fig. 7 besteht eine Alternative zum Erfassen des Spitzenflusses in der rückführungslosen Abtastbetriebsart darin, den Motorleistungsfaktor (oder dessen Äquivalent, das aus dem geeigneten Motorfluß/Strom-Winkel bestimmt wird , zu benutzen). Wenn der Leistungsfaktor von voreilend auf nacheilend geht, wird die Abtastung gestoppt, und der PLL-Schaltkreis wird synchronisiert. Die Kurve B zeigt die Motorflußstromdatenphasenverschiebung in Grad über der normierten elektrischen/ mechanischen Frequenz. Der Winkel θ wird zwischen dem Nulldurchgang des Flusses von der Linie A zur Linie B und der Einleitung des Stroms in den Thyristoren, die mit der A-Phase des„Motors verbunden sind, gemessen.

Vorstehend ist eine Steuerung für das rückführungslose Anfahren eines sich mit irgendeiner Anfangsdrehzahl drehenden Asynchronmotorantriebs beschrieben, durch die ein sanfter übergang auf Regelungsbetrieb möglich ist.

Bezug wird auf einen Mikrofiche-Anhang genommen, der eine Computerprogrammauflistung der Softwaremoduln angibt, die zu der Programmauflistung hinzugefügt oder darin modifiziert worden sind, welche in dem Mikrofiche-Anhang der US-PS 4 449 087 enthalten ist. Dieser Anmeldung ist ein Mikrofiche beigefügt, der insgesamt 14 Einzelbilder enthält. Das US-Patent 4 449 087, auf das bezüglich weiterer Einzelheiten verwiesen wird, gehört ebenfalls der Anmelderin.

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Claims

Patentansprüche :

1. Verfahren zum Anfahren eines Wechselstrommotors von irgendeiner Anfangsdrehzahl aus unter Verwendung einer rückführungslosen Steuerung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Abgeben eines ausreichenden Stroms an den Wechselstrommotor, so daß sich Motorfluß ausbilden kann; Verändern der dem Ständer des Wechselstrommotors zugeführten Frequenz;

Bestimmen der Ständerfrequenz, bei der der Motorspitzenfluß auftritt; und

Obergehen auf eine Steuerung auf einen externen Befehl hin bei ungefähr der Ständerfrequenz, bei der der Spitzenfluß aufgetreten ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens der Frequenz, bei der der Motorspitzenfluß auftritt, die Schritte beinhaltet, die Motorspannung zu messen und die Motorspannung zu integrie-

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ren, um den Motorfluß zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet/ daß der Schritt des Veränderns der Ständerfrequenz die Schritte beinhaltet, die Ständerfrequenz ab einer maximalen Ständerfrequenz nach unten zu verändern.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrommotor ein Asynchronmotor ist.

5. Verfahren zum Anfahren eines Wechselstrommotors ab irgendeiner Anfangsdrehzahl unter Verwendung einer rückführungslosen Steuerung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Versorgen des Wechselstrommotors mit ausreichend Strom, so daß Motorfluß ausgebildet werden kann; Verändern der dem Ständer des Wechselstrommotors zugeführten Frequenz;

Bestimmen der Frequenz, bei der der Motorspitzenfluß auftritt; und

Übergehen auf eine Steuerung mit Rückführung (Regelung) bei ungefähr der Ständerfrequenz, bei der der Spitzenfluß aufgetreten ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Übergehens auf eine Regelung die Schritte beinhaltet, das Verändern der Ständerfrequenz zu beenden, den PLL-Schaltkreis mit den Nulldurchgängen der Flußwellen zu synchronisieren und die Motordrehzahl auf einen Sollwert hin zu verändern.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens der Frequenz, bei wel-

eher der Motorspitzenfluß auftritt, die Schritte beinhaltet, die Motorspannung zu messen und die Motorspannung zu integrieren, um den Motorfluß zu gewinnen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Veränderns der Ständer frequenz die Schritte beinhaltet, die Ständerfrequenz ab einer maximalen Ständerfrequenz nach unten zu verändern.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrommotor ein Asynchronmotor ist.

10. Verfahren zum Anfahren eines Wechselstrommotors ab irgendeiner Anfangsdrehzahl unter Verwendung einer rückführungslosen Steuerung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bestimmen, wann der Motorleistungsfaktor sich von voreilend auf nacheilend ändert; und

übergehen auf eine Steuerung auf einen externen Befehl hin bei ungefähr der Ständerfrequenz, bei der die Änderung im Leistungsfaktor aufgetreten ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens, wann sich der Motorleistungsfaktor von voreilend auf nacheilend ändert, beinhaltet, den Motorfluß/Strom-Winkel zu messen und festzustellen, wann sich der Winkel von voreilend auf nacheilend ändert.