DE3727696C2 - Verfahren und Vorrichtung zum asynchronen motorischen Hochlauf eines Asynchrongenerators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum asynchronen motori­ schen Hochlauf eines Asynchrongenerators entsprechend dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung hierzu.

Gemäß dem Manuskript BW 3898 "Regelverfahren für Drehfeldmaschinen", des VDJ-Bildungswerkes, Düsseldorf, Nov. 1978 kön­ nen Asynchronmaschinen mit einer kurzgeschlossenen Läuferwick­ lung und einer umrichtergespeisten Ständerwicklung nach dem Prinzip der Feldorientierung ("vektor control") dadurch hochdynamisch gesteuert werden, daß in einem Koordinatensy­ stem, dessen eine Achse parallel ist zum Hauptfluß (oder exak­ ter zu dem in der kurzgeschlossenen Läuferwicklung induzierten Läuferfluß), ein Sollwert für die zum Fluß parallele Komponente des Ständerstromvektors als Magnetisierungsstrom und ein wei­ terer Sollwert für die zum Fluß senkrechte Komponente als Wirkstrom vorgegeben werden. Wirkstrom und Magnetisierungs­ strom legen somit einen feldorientierten Ständerstrom-Soll­ vektor fest, die mittels des Feldwinkels, d. h. des Winkels zwischen dem Flußvektor und einer Wicklungsachse des strom­ richtergespeisten Ständers, in die Steuergrößen für den spei­ senden Umrichter umgewandelt werden. Dies entspricht einer Koordinatentransformation vom feldorientierten ins ständer­ orientierte Bezugssystem.

Die Asynchronmaschine verhält sich dann wie eine Gleichstrom­ maschine, wobei der Fluß proportional dem Magnetisierungsstrom und das Drehmoment proportional dem Wirkstrom ist.

Die Information über den Feldwinkel wird in der Regel durch ein die Maschine nachbildendes Rechenmodell geliefert. Dazu kann die feldparallele Komponente des Ständerstrom-Istvektors oder des Ständerstrom-Sollvektors über ein Glättungsglied, dessen Zeitkonstante der Maschinen-Läuferzeitkonstante ent­ spricht, geführt werden. Dadurch wird die Bewegungsgleichung des Läufers im Feldkoordinatensystem nachgebildet und der Quotient aus der feldsenkrechten Komponente und der geglätte­ ten feldparallelen Komponente des Ständerstroms gibt die Fre­ quenz wieder, mit der der Läufer gegenüber dem Fluß schlüpft. Wird diese Schlupffrequenz integriert und zum Winkel zwischen Läuferachse und Ständerachse addiert, so erhält man den ge­ wünschten ständerorientierten Feldwinkel.

Häufig werden aber auch andere Modelle zur Berechnung des Feldwinkels verwendet.

Für die Steuerung von Synchronmaschinen, deren Läuferwicklung mit einem Erregerstrom gespeist wird, kann das gleiche Prinzip angewendet werden, wobei jedoch noch ein Sollwert für den Er­ regerstrom vorgegeben und der Erregerstrom im Maschinenmodell berücksichtigt werden muß. Dabei kann der Fluß weitgehend über die Vorgabe des Erregerstroms gesteuert oder geregelt werden, so daß für die feldparallele Komponente des Ständerstroms z. B. der Wert Null vorgegeben werden kann (ohmscher Betrieb).

Schließlich sind sogenannte "doppeltsynchrone Asynchronmotoren" aus der DE-Zeitschrift "Elektrische Bahnen", 85. Jhrg., Heft 4, 1987, Seiten 118 bis 123 bekannt, deren Läuferwicklung über Schleifringe in Reihe mit der Ständerwicklung geschaltet sind, wobei eine Umkehrung der Phasenfolge vorgenommen wird. Der über den Phasenanschluß R in die Ständerwicklung eingespeiste Strom fließt dabei auch durch entsprechende Windungen der Läuferwicklung; die über die An­ schlüsse S und T eingespeisten Ströme durchfließen dagegen zwar zunächst die in vorgegebener Drehrichtung benachbarten Windungen der Ständerwicklung, aber anschließend die in ent­ gegengesetzter Drehrichtung benachbarten Windungen der Läufer­ wicklung. Sind die Windungszahlen beider Wicklungen gleich, so läuft der Flußvektor mit der halben Umlaufgeschwindigkeit der Läuferachse um; der Feldwinkel ist also eine Funktion des Läuferwinkels. Sind die Windungszahlen unterschiedlich, so er­ gibt sich zwischen dem Feldwinkel und dem halben Läuferwinkel ein Differenzwinkel, der eine Funktion des Wirkstroms und des Magnetisierungsstroms ist.

Beim doppeltsynchronen Asynchronmotor ist also die Feldwinkel­ erfassung im wesentlichen eine Erfassung des Läuferwinkels. Die Steuerung und Regelung von Drehzahl und Fluß kann dagegen nach dem Prinzip der Feldorientierung erfolgen. Der Stromrich­ ter zum Einprägen des Maschinenstromes benötigt dabei einen Frequenzbereich, der nur dem halben Drehzahlbereich der Ma­ schine entspricht.

Die Erfindung betrifft Asynchrongeneratoren, bevorzugt in Wind­ kraftanlagen, bei denen der Läufer von außen mechanisch ange­ trieben wird. Beim generatorischen Betrieb speist der Ständer in ein Versorgungsnetz ein, während die Läuferwicklung über einen steuerbaren Umrichter mit einem Strom veränderlicher Amp­ litude und Frequenz gespeist wird. Die Frequenz des vom Umrich­ ter gelieferten Läuferstroms gibt dann an, mit welcher Winkel­ geschwindigkeit sich der Läuferstromvektor bezüglich der Läu­ ferachse bewegt, d. h. der Umrichter bestimmt den Läuferstrom in einem läuferorientierten Koordinatensystem. Dagegen rotiert der Flußvektor im Ständerkoordinatensystem mit der Frequenz des Ständerspannungsvektors, so daß der ständerorientierte Feld­ winkel direkt aus der Ständerspannung ermittelt werden kann.

Für die Steuerung des den Läufer speisenden Umrichters werden also läuferbezogene Steuergrößen benötigt, wobei der läuferbe­ zogene Feldwinkel sich das Differenzwinkel zwischen dem Stän­ derspannungsvektor und der Läuferachse bestimmen läßt. Insbe­ sondere wird dadurch eine Feldorientierung ermöglicht, bei der durch Vorgabe eines Sollwertes für die feldparallele Komponen­ te des Läuferstromvektors die Blindleistung und durch einen Sollwert für die feldsenkrechte Komponente des Läuferstromvek­ tors die Wirkleistung des Generators gesteuert oder geregelt werden kann. Die Transformation dieses feldorientierten Läu­ ferstrom-Sollvektors in die läuferorientierten Steuergrößen des Umrichters erfolgt demnach lediglich durch eine Phasenver­ schiebung mit dem Differenzwinkel zwischen Ständerspannungs­ vektor und Läuferachse.

Um aber den Läufer aus dem Stillstand oder aus niedrigen Dreh­ zahlen bis auf den Drehzahlbereich zu beschleunigen, bei dem dieser erwähnte Betrieb möglich ist, sind in der Regel aufwen­ dige Zusatzeinrichtungen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen motorischen Hochlauf eines derartigen Asynchrongenerators zu ermöglichen, bei dem unter weitgehender Ausnutzung der bereits für den ge­ neratorischen Normalbetrieb vorhandenen Vorrichtungsteile möglichst wenige und einfache Zusatzeinrichtungen erforder­ lich sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkma­ len des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 oder des Anspruchs 8.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen angegeben und werden anhand zweier Figuren und zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist durch Umschalter S1, S2 und S3 der Übergang zwischen dem erfindungs­ gemäßen motorischen Hochlauf und dem generatorischen Normalbe­ trieb symbolisiert.

Im Normalbetrieb ist die Ständerwicklung des Asynchrongenera­ tors G bei entsprechender Stellung des Schalters S1 transfor­ matorisch an ein Versorgungsnetz N angeschlossen. Der Läufer des Generators trägt eine Drehstromwicklung, deren Phasen im Gegensatz zu der Kurzschlußwicklung einer üblichen Asynchron­ maschine nicht kurzgeschlossen, sondern von Strömen gespeist werden, die über die Einzel-Umrichter eines Direktumrichters DU steuerbar sind und über Umrichtertransformatoren TR ebenfalls dem Versorgungsnetz N entnommen werden können. Die Istwerte dieser Phasenströme entsprechen einem läuferorientierten Läuferstrom-Istvektor iL(L), während die entsprechenden Soll­ werte der Läuferströme und Läuferspannungen, die von einer Regel- und Steuereinrichtung RD des Umrichters zur Steuerung des Direktumrichters DU benötigt werden, einem läuferorien­ tierten Läuferstrom-Sollvektor iL(L)* bzw. läuferorientierten Läuferspannungsvektor uL(L)* entsprechen. Ebenso ist den Spannungen der einzelnen Ständerwicklungen ein ständerorien­ tierter Ständerspannungs-Istvektor uS(S) zuzuordnen. Die Verarbeitung der Vektoren geschieht in Form orthogonaler Komponenten, jedem durch einen Doppelpfeil dargestellten Vektorsignal entsprechen also zwei Signalleitungen für die beiden Komponenten. Die Umwandlung der den einzelnen Wicklungen zugeordneten elektrischen Größen kann durch 3/2-Wandler erfolgen und für die inverse Umwandlung von Vektorsignalen in Einzel­ größen stehen 2/3-Wandler zur Verfügung.

Für den Normalbetrieb ist bei diesem Ausführungsbeispiel vor­ gesehen, daß von einem Blindleistungsregler RPQ der Sollwert i1* für die zum Flußvektor parallele Komponente des Läufer­ stromvektors vorgegeben wird, während ein Wirkleistungsregler RPW den Sollwert I2* für die dazu senkrechte Komponente des Läuferstromvektors liefert. Durch i1* und i2* ist also in einem feldorientierten Koordinatensystem der (feldorientier­ te) Läuferstrom-Sollvektor iL(F)* festgelegt.

Eine Phasendifferenz-Meßeinrichtung PD, der die Meßwerte der Ständerspannungen sowie das Signal eines Läuferstellungsgebers LG zugeführt sind, bildet den Differenzwinkel wF(L) zwischen dem Ständerspannungsvektor und der Läuferachse. Mittels dieses Differenzwinkels werden aus dem Läuferstrom-Sollvektor iL(F)* die entsprechenden Eingangssignale für die Regel- und Steuer­ einrichtung RD gebildet.

Im einzelnen ist dabei eine weitgehend vektorielle Verarbei­ tung aller Signale vorgesehen. Ein Winkelfunktionsgeber FG bildet deshalb aus dem Winkelsignal wL(s), das dem Winkel zwi­ schen der Läuferachse und der Ständerachse entspricht, die Funktionen cos wL(s) und sin wL(s), die somit die orthogona­ len Komponente eines Vektors wL(s) darstellen. Der zum stän­ derorientierten Ständerspannungsvektor uS(s) gehörende Winkel wu(S) wird von einem Vektoranalysator VA ebenfalls in Form der Orthogonalkomponenten cos wu(S) und sin wu(S) eines entsprechenden ständerorientierten Richtungsvektors wu(S) bereitgestellt. Der Differenzwinkel wu(S)-wL(S) entspricht nun der Richtung des Ständerspannungsvektors im läuferorien­ tierten Koordinatensystem und ist gleichzusetzen mit dem ent­ sprechenden läuferorientierten Feldwinkel, d. h. dem Winkel wFL, den der Flußvektor mit der Läuferachse einschließt.

Dieser läuferorientierte Feldwinkel wird von einem Vektordre­ her als Richtungsvektor wF(L) bereitgestellt, der bezüglich des läuferorientierten Koordinatensystems die orthogonalen Komponenten besitzt:

cos wF(L) = cos(wu(S)-wL(S))
sin wF(L) = sin(wu(S)-wL(S)).

Für die exakte Steuerung des Direktumrichters DU ist vorgese­ hen, daß die Regel- und Steuereinrichtung RD für jeden Phasen­ strom einen eigenen Steuersatz ST enthält, der die Zündimpulse für die Ventile des dem Phasenstrom zugeordneten Einzel-Umrich­ ters liefert. Dazu wird der Sollwert dieses Einzelstromes, der durch 2/3-Wandlung aus dem läuferorientierten Sollvektor iL(L)* gebildet ist, mit dem entsprechenden Istwert verglichen und über einen Stromregler RI ausgeregelt, dessen Ausgangssignal durch Addition mit einem Spannungssollwert in die entsprechen­ de Steuerspannung des Steuersatzes ST umgesetzt wird. Im läu­ ferorientierten System wird also auch der Läuferspannungs- Sollvektor uL(L)* benötigt.

Hierzu wird der läuferorientierte Läuferstrom-Istvektor iL(L) durch Transformation ins feldorientierte Koordinatensystem in die feldorientierten Komponenten (entsprechend einem Vek­ tor iL(F) transformiert und in einer Regelstufe RR mit der entsprechenden Komponente des feldorientierten Läuferstrom- Sollvektors iL(F)* verglichen. Die den beiden Komponenten­ differenzen zugeordneten Regler liefern die feldorientierten Komponenten des Spannungsvektors uL(F)*.

Der Übergang zwischen läuferorientierten Komponenten und stän­ derorientierten Komponenten läßt sich in einer Phasenschiebe­ schaltung PH leicht vollziehen. Hierzu dienen die Vektor­ dreher VD1, VD2 und VD3, die mit dem vektoriellen Signal WF(L) für den läuferorientierten Feldwinkel gespeist werden.

Für den erfindungsgemäßen motorischen Hochlauf des Asynchronge­ nerators G ist nun zunächst vorgesehen, mittels des Umschal­ ters S1 die Ständerwicklungen vom Versorgungsnetz N zu trennen und über eine Kurzschlußbrücke kurzzuschließen. Dadurch wird es möglich, den Generator SG durch entsprechende Steuerung des Direktumrichters DU wie eine übliche Asynchronmaschine moto­ risch zu betreiben. Das kurzgeschlossene Ständerwicklungssystem wirkt somit wie ein Käfigläufer und die umrichtergespeisten Läuferwicklungen des Generators übernehmen die Rolle einer umrichtergespeisten Ständerwicklung.

Auch für diesen Fall kann daher vorteilhaft das Prinzip der Feldorientierung angewendet werden, das es ja erlaubt, über den feldsenkrechten Komponentensollwert i2* das Drehmoment M* vorzugeben, mit dem die Drehzahl der Maschine erhöht werden soll. Daher ist beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vorgesehen, mittels des Umschalters S3 nunmehr vom Wirkleistungsregler RPW auf eine entsprechende Eingabeeinrichtung für den Drehmoment­ sollwert M* umzuschalten, während gleichzeitig auch vom Blind­ leistungsregler RPQ auf eine Eingabeeinrichtung für einen Fluß­ sollwert F* umgeschaltet werden kann.

Für die läuferorientierte Einprägung des Läuferstromes ist aber die Umrechnung von dem durch i1* und i2* feldorientiert vorgegebenen Läuferstrom-Sollvektor iL(F)* ins läuferorien­ tierte Koordinatensystem erforderlich, d. h. es muß auch für diesen motorischen Betrieb des Generators als Asynchronmaschi­ ne mit Kurzschlußwicklung der feldorientierte Flußwinkel bzw. dessen Richtungsvektor wF(L) ermittelt werden, was aber jetzt nicht mehr durch die Baugruppe PD möglich ist. Vielmehr wird mittels des Umschalters S2 auf ein Maschinenmodell "MODEL" umgeschaltet.

Dieses Maschinenmodell berechnet aus Signalen, die den einge­ speisten Strömen entsprechen, einen Modellwert für den Winkel zwischen der Flußachse und der gespeisten Wicklung einer Asyn­ chronmaschine mit kurzgeschlossener Induktionswicklung. Bei Asynchronmaschinen mit Käfigläufer ist die kurzgeschlossene Induktionswicklung die Läuferwicklung und die gespeiste Wick­ lung die Ständerwicklung, und die Berechnung des auf die ge­ speiste Ständerwicklung bezogenen Flußwinkels kann insbeson­ dere auf die eingangs erwähnte Weise erfolgen, bei der die Dynamik der Maschine in einem feldorientierten Koordinaten­ system dadurch nachgebildet wird, daß mittels eines Verzöge­ rungsgliedes aus der zum Feldvektor parallelen Ständerstrom­ komponente der Divisor eines Quotienten gebildet wird, dessen Dividend die zum Feldvektor senkrechte Ständerstromkomponente ist. Der Quotient entspricht dann der Drehgeschwindigkeit des Läufers im feldorientierten Koordinatensystem, aus der durch Integration der Winkel zwischen der kurzgeschlossenen Wicklung (also dem Käfigläufer) und dem Flußvektor gebildet wird. Durch Addition des Läuferwinkels, also des Winkels zwischen der kurzgeschlossenen Induktionswicklung des Läufers und der Stän­ derwicklung, die vom Stromrichter gespeist wird (also des Winkels zwischen Läuferachse und Ständerachse) ergibt sich der Winkel zwischen dem Flußvektor und der gespeisten Wicklung des Ständers.

Die Rechenschaltung "MODEL" der Fig. 1 zeigt diese Ausbildung des Asynchronmaschinen-Modells, dessen besonderer Vorzug darin liegt, daß es in feldorientierten Koordinaten arbeitet und da­ her als Signale für die eingespeisten Ströme direkt die Ist­ wertkomponenten des Stromvektors iL(F) bzw. insbesondere die Sollvektor-Komponenten i1*, i2* des eingespeisten Stromvektors im Feldkoordinatensystem verwendet werden können. Da beim mo­ torischen Anlauf des Generators dessen kurzgeschlossene Ständerwicklung die Rolle des Käfigläufers (allgemeiner: der kurzgeschlossenen Induktionswicklung) der Asynchronmaschi­ ne und der eingespeiste Läuferstrom des Generators die Rolle des eingespeisten Ständerstroms der im Modell nachgebildeten Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer übernehmen, stellt das vom Dynamikglied DYN (im allgemeinen ein Verzögerungsglied erster Ordnung mit der Übertragungsfunktion 1/(1 + s · T)) und dem Quotientenbildner QT gebildete Signal die der Drehgeschwindig­ keit des kurzgeschlossenen Asynchronmaschinen-Läufers im feld­ orientierten Koordinatensystem entsprechende Ableitung des Win­ kels zwischen dem Flußvektor und der kurzgeschlossenen Ständer­ wicklung des Generators. Der Integrator INT liefert daher nicht mehr den feldorientierten Läuferwinkel der Asynchronmaschine, aus dem durch Addition mit dem Winkel der Läuferachse der für die Stromeinspeisung in die Asynchronmaschinen-Ständerwicklung benötigte ständerorientierte Asynchronmaschinen-Flußvektor er­ mittelt werden kann. Vielmehr liefert der Integrator INT nun­ mehr den Winkel wF(S) zwischen dem Flußvektor des Generators und der kurzgeschlossenen Ständerwicklung des Generators, aus dem dann durch Addition mit dem Läuferwinkel wL(S) der Winkel wF(L) zwischen dem Flußvektor und der vom Umrichter DU gespeisten Synchrongenerator-Läuferwicklung gebildet werden kann.

Diese zuletzt genannte Winkeladdition kann wieder mittels ent­ sprechender vektorieller Winkelsignale in einem Vektordreher er­ folgen. Hierzu ist der Integrator INT in Form eines Vektoroszil­ lators OSZ ausgebildet, der den ständerorientierten Richtungs­ vektor wF(S) mit den beiden Komponenten cos wF(S) und sin wF(S) liefert, wie im Blockschaltbild der Figur durch einen dem Inte­ grator INT nachgeschalteten Funktionsgeber FG′ dargestellt ist.

Dadurch ist es möglich, bereits beim Hochlauf den Asynchron­ generator mit einem gewünschten Fluß F* und einem gewünsch­ ten Drehmoment M* bis nahe an die Nennfrequenz hochzufahren. Da der Umrichter im Normalbetrieb entsprechend der Schlupf­ frequenz nur auf verhältnismäßig niedrige Spannungen ausgelegt ist, ist auch für den Fluß-Sollwert F* nur ein Bruchteil des Generator-Nennflusses vorgesehen.

Wird für ein ruckfreies Umschalten auf die Regler RPW und RPQ mittels der Umschalteinrichtung S3 gesorgt, so können zum Übergang auf den generatorischen Betrieb auch die Schalter S1 und S2 problemlos betätigt werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, daß die Ausgangssignale der Vektordreher VD und VD4 bereits die richtige Phasenlage für die Steuergrößen iL(L)* und uL(L)* liefern, so daß auch keine besonderen Syn­ chronisierungsprobleme auftreten.

In Fig. 2 ist zunächst die Ständerwicklung dargestellt, deren in Stern geschaltete Windungssysteme R, S und T im Normalbe­ trieb, bei dem die Teilschalter S1′ auf den links dargestell­ ten Kontakt gelegt sind, mit dem Netz N verbunden sind. Die Rotorwicklung ROT besitzt entsprechende Windungssysteme R′, S und T′, deren beidseitige Anschlüsse auf Schleifkontakte SS und SS′ geführt sind. Diese Wicklungssystem werden über SS′ von den Teilumrichtern DR, DS, DT des Direkt-Umrichters DU ge­ speist. Die Kontakte SS dagegen dienen dazu, über die Teil­ schalter S′′ die Rotorwicklung im Normalbetrieb in Sternschal­ tung zu schalten.

Die Maschine erhält dadurch im Normalbetrieb die vorgesehene Struktur als Asynchrongenerator.

Für den motorischen Hochlauf dagegen werden alle Schalter um­ gelegt. Über S1′ werden die Wicklungssysteme R, S, T des Stän­ ders vom Netz N getrennt und an die Eingänge von S1′′ gelegt, wo sie auf die Schleifringe SS geschaltet werden. Der von DR in das Rotor-Wicklungssystem R′ eingespeiste Strom durchfließt daher auch das Ständer-Wicklungssystem R. Die für die doppelt­ synchrone Asynchronmaschine typische Phasenumkehr erfolgt da­ durch, daß das Rotor-Wicklungssystem S′ über SS und S1′′ mit dem Ständer-Wicklungssystem T und T′ mit S verbunden wird.

Als Modell zur Ermittlung des Feldwinkels genügt bei gleichen Windungszahlen von Rotor und Ständer eine Schaltung, die den halben Läuferstellungswinkel wL(s) ermittelt. Z.B. kann vom Lagegeber LG eine drehzahlproportionale Frequenz erzeugt wer­ den, deren Impulse von einem Integrator gezählt werden, der in einem Ortungs-Vorgang (z. B. nach der europäischen Patent­ anmeldung 86 115 282.5) im Stillstand auf einen bestimmten Startwert gesetzt wurde. Für die Ermittlung des halben Feld­ winkels genügt in diesem Falle, die Impulsfrequenz des Lage­ gebers LG in einem Frequenzteiler FD zu halbieren, während der Funktionsgenerator FG aus dem Integral der halbierten Frequenz die Komponenten cos (wL(s)/2), sin (wL(s)/2) des Modell-Richtungsvektors w′L(s) ermittelt, die durch den Um­ schalter S2 als Signale des läuferorientierten, vektoriellen Flußwinkels wF(L) auf die Phasenschiebe-Einrichtung PH gege­ ben werden.

Sind die Windungszahlen von Rotor und Ständer stark unter­ schiedlich, so kann aus den Komponenten-Sollwerten i1*, i2* (im motorischen Hochlauf also aus den Sollwerten F* und M*) nach einer Funktionstabelle in einem Funktionsspeicher FC ein Korrekturwinkel bestimmt werden, um den der Richtungsvektor w′L(s) mittels eines Vektordrehers VD4 gedreht werden kann.

Da der Vektor w′L(s) = wF(L) die Frequenz bestimmt, die vom Umrichter DU dem Rotorstrom vorgegeben wird, benötigt der Um­ richter also nur den halben Frequenzbereich, um den Genera­ tor G motorisch auf die Drehzahl zu bringen, bei der auf den generatorischen Normalbetrieb umgeschaltet werden kann. Die­ sem Vorteil steht allerdings gegenüber, daß durch Einbau der zusätzlichen Schleifkontakte SS die Konstruktion der Maschine verändert werden muß. Außerdem wachsen die Schwierigkeiten, das gewünschte Drehmoment M* aufzubringen, je stärker sich die Windungszahlen von Rotor und Ständer unterscheiden.

Claims (11)

1. Verfahren zum motorischen Hochlauf eines Asynchrongenera­ tors (G), dessen Läuferwicklungen von einem Stromrichter (DU) gespeist und dessen Ständerwicklungen im generatorischen Betrieb an ein Versorgungsnetz (N) angeschlossen sind, wobei im generatorischen Betrieb der Differenzwinkel (wF(L)) zwi­ schen dem Ständerspannungsvektor (uS(S)) und der Läuferachse (wL(S)) erfaßt und aus einem vorgegebenen Läuferstrom-Sollvek­ tor (iL(F)*) mittels des Differenzwinkels phasenverschobene Steuersignale (iL(L)*, uL(L)*) für den Stromrichter (DU) ge­ bildet werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale für den motorischen Hochlauf:

• a) Die Läuferwicklung wird vom Stromrichter (DU) gespeist und die Ständerwicklung ist vom Versorgungsnetz (N) getrennt und kurzgeschlossen,
• b) aus Signalen (i1*, i2*), die den eingespeisten Strömen ent­ sprechen, wird ein Modellwert für den Winkel zwischen der Flußachse und der gespeisten Wicklung einer Asynchronmaschine mit kurzgeschlossener Induktionswicklung berechnet,
• c) aus dem vorgegebenen Läuferstrom-Sollvektor (iL(F)*) werden mittels des Modellwertes die phasenverschobenen Steuersig­ nale (iL(L)*, uL(L)*) für den Stromrichter (DU) gebildet (Fig. 1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Modellwert berechnet wird, indem die den Läuferstrom-Sollwert des Generators bestimmenden Soll­ werte (i1*, i2*) als den eingespeisten Strömen der Asynchron­ maschine entsprechende Signale einem Rechenmodell eingespeist werden, das den Winkel zwischen dem induzierten Flußvektor und der Achse der kurzgeschlossenen Induktionswicklung bildet und dieser Winkel zum Winkel (wL(S)) der Läuferachse des Synchron­ generators addiert wird.

3. Verfahren zum motorischen Hochlauf eines Asynchrongenera­ tors (G), dessen Läuferwicklungen von einem Stromrichter (DU) gespeist und dessen Ständerwicklungen im generatorischen Betrieb an ein Versorgungsnetz (N) angeschlossen sind, wobei im generatorischen Betrieb der Differenzwinkel (wF(L)) zwi­ schen dem Ständerspannungsvektor (uS(S)) und der Läuferachse (wL(S)) erfaßt und aus einem vorgegebenen Läuferstrom-Soll­ vektor (iL(F)*) mittels des Differenzwinkels phasenverschobene Steuersingale (iL(L))*,(uL(L)*) für den Stromrichter (DU) ge­ bildet werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale für den motorischen Hochlauf:

• a) Die Ständerwicklung ist vom Versorgungsnetz (N) getrennt, und mit der Läuferwicklung unter Umkehrung der Phasenfolge in Reihe geschaltet, wobei der Asynchrongenerator über die Läuferwicklung vom Stromrichter doppeltsynchron gespeist wird,
• b) aus Signalen (cos wL(s), sin wL(s)) für die Lage der Läu­ ferachse wird ein Modellwert für den Winkel zwischen der Flußachse und der Läuferachse einer doppeltsynchronen Asyn­ chronmaschine berechnet,
• c) aus dem vorgegebenen Läuferstrom-Sollvektor (iL(F)*) werden mittels des Modellwertes die phasenverschobenen Steuersig­ nale (iL(L)*, uL(L)*) für den Stromrichter (DU) gebildet (Fig. 2).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Modellwert berechnet wird, indem der die Lage der Läuferachse angebende Winkel halbiert und ge­ gebenenfalls mit einem als Funktion des Läuferstrom-Sollvektors (iL(F)*) vorgegebenen Winkel (dF) korrigiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Läuferstrom-Sollvektor (iL(F)*) im motorischen Betrieb durch einen einem Flußsoll­ wert (F*) proportionalen Sollwert (i1*) für die zum Flußvek­ tor parallele Komponente und einen einem Drehmoment-Sollwert (M*) proportionalen Sollwert (i2*) für die dazu senkrechte Komponente des Läuferstromvektors vorgegeben wird.

6. Vorrichtung zum motorischen Hochlauf eines Asynchrongenera­ tors (SG), dessen Läuferwicklungen von einem Stromrichter (DU) gespeist und dessen Ständerwicklung im generatorischen Betrieb an ein Versorgungsnetz (N) angeschlossen sind, mit folgenden Merkmalen:

• a) eine Phasendifferenz-Meßeinrichtung (PD) ist vom Ausgangs­ signal eines Läuferstellungsgebers (LG) und eines Meßglie­ des für die Ständerspannung (uS(S)) des Synchrongenerators (SG) gespeist,
• b) ein der Phasendifferenz-Meßeinrichtung nachgeschalteter Sollwertgeber mit einer Phasenschiebeschaltung (PH) ist von Sollwertsignalen für einen Läuferstrom-Sollvektor (iL(F)*) gespeist und liefert phasenverschobene Steuersig­ nale (iL(L)*, uL(L)*) für den die Läuferwicklungen spei­ senden Umrichter (DU),

gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

• c) eine erste Umschalteinrichtung (S1) trennt für den motori­ schen Hochlauf die Ständerwicklung des Synchrongenerators (SG) vom Versorgungsnetz (N) und schließt sie kurz,
• d) die Phasendifferenz-Meßeinrichtung (PD) ist mit dem einen Eingang einer der Phasenschiebeschaltung (PH) vorgeordneten zweiten Umschalteinrichtung (S2) verbunden,
• e) eine Modell-Schaltung (MODEL) ist von den eingespeisten Strömen entsprechenden Signalen (i1*, i2*) gespeist und be­ rechnet unter Nachbildung einer stromrichtergespeisten Asynchronmaschine mit kurzgeschlossener Induktionswicklung ein dem anderen Eingang der zweiten Umschalteinrichtung (S2) zugeführtes Signal für den Winkel zwischen der Fluß­ achse und der gespeisten Wicklung der Asynchronmaschine mit kurzgeschlossener Induktionswicklung.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im motorischen Betrieb eine Einstelleinrichtung einen einem Drehmoment-Sollwert (M*) pro­ portionalen Sollwert (i2*) für die feldsenkrechte Komponente des Läuferstromvektors und einen einem Flußsollwert (F*) pro­ portionalen Sollwert (i1*) für die feldparallele Komponente des Läuferstrom-Sollvektors (iL(F)*) liefert, daß das Rechen­ modell (MODEL) ein Rechenmodell (DYN, QT), das die Drehfre­ quenz der kurzgeschlossenen Induktionswicklung der Asynchron­ maschine bezüglich des Flußvektors liefert, einen Vektoros­ zillator (OSZ), der die Komponenten eines mit dieser Frequenz rotierenden Richtungsvektors (wF(S)) liefert, und einen Vek­ tordreher (VD4) enthält, der vom Richtungsvektor und einem aus dem Ausgangssignal des Läuferstellungsgebers (LG) gebil­ deten Vektors (wL(S)) gespeist ist.

8. Vorrichtung zum motorischen Hochlauf eines Asynchrongenera­ tors (SG), dessen Läuferwicklungen von einem Stromrichter (DU) gespeist und dessen Ständerwicklung im generatorischen Betrieb an ein Versorgungsnetz (N) angeschlossen sind, mit folgenden Merkmalen:

• a) eine Phasendifferenz-Meßeinrichtung (PD) ist vom Ausgangs­ signal eines Läuferstellungsgebers (LG) und eines Meßglie­ des für die Ständerspannung (uS(S)) des Synchrongenerators (SG) gespeist,
• b) ein der Phasendifferenz-Meßeinrichtung nachgeschalteter Sollwertgeber mit einer Phasenschiebeschaltung (PH) ist von Sollwertsignalen für einen Läuferstrom-Sollvektor (iL(F)*) gespeist und liefert phasenverschobene Steuersignale (iL(L)*) für den die Läuferwicklungen speisenden Umrich­ ter (DU),
  gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:
• c) eine erste Umschalteinrichtung (S1′) trennt für den moto­ rischen Hochlauf die Ständerwicklung des Synchrongenera­ tors (SG) vom Versorgungsnetz (N) und legt sie über Schleif­ kontakte (SS) unter Umkehrung der Phasenfolge in Reihe mit der Läuferwicklung,
• d) die Phasendifferenz-Meßeinrichtung (PD) ist mit dem einen Eingang einer der Phasenschiebeschaltung (PH) vorgeordneten zweiten Umschalteinrichtung (S2) verbunden,
• e) eine Modell-Schaltung ist vom Ausgangssignal des Läufer­ stellungsgebers (LG) gespeist und berechnet unter Nachbil­ dung eines doppeltsynchronen Asynchronmotors ein dem ande­ ren Eingang der zweiten Umschalteinrichtung (S2) zugeführ­ tes Signal für den Winkel zwischen der Flußachse und der Läuferachse des doppeltgespeisten Asynchronmotors.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im motorischen Betrieb eine Einstelleinrichtung einen einem Drehmoment-Sollwert (M*) pro­ portionalen Sollwert (i2*) für die feldsenkrechte Komponente des Läuferstromvektors und einen einem Flußsollwert (F*) pro­ portionalen Sollwert (i1*) für die feldparallele Komponente des Läuferstrom-Sollvektors (iL(F)*) liefert, daß das Rechen­ modell (MODEL) ein Rechenglied zur Halbierung des die Lage der Läuferachse bezüglich der Ständerwicklung angebenden Winkels und zur Erzeugung von Sinus und Cosinus des halbier­ ten Winkels enthält.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Umschaltein­ richtung (S3) vorgesehen ist, durch die beim Übergang vom mo­ torischen Hochlauf in den generatorischen Betrieb von dem Drehmoment-Sollwert (M*) entsprechenden Sollwert auf einen einem Wirkleistungssollwert entsprechenden Sollwert und von dem Flußsollwert (F*) entsprechenden Sollwert auf einen dem Blindleistungssollwert entsprechenden Wert umgeschaltet wird.