DE3937036C2 - Regelverfahren und Regelanordnung für einen Pulswechselrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren für einen Pulswechselrichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Regelanordnung hierzu. Ein derartiges Regelverfahren bzw. eine derartige Regelanordnung sind aus der DE 35 33 277 C2 bekannt.

Dort wird eine Anordnung zur Regelung eines über einen Pulswechselrichter gespeisten dreiphasigen Motors mit Zweipunktreglern beschrieben, die über je ein Summierglied die Differenz aus dem Motorstrom-Istwert und einem zeitveränderlich vorgesehenen Sollwert der jeweiligen Phase, zusammen mit einem dreieckförmigen Taktsignal, erhalten. Der Motorstrom-Istwert der dritten Phase wird aus der Summe der Istwerte der ersten und der zweiten Phase gebildet. Für die erste und zweite Phase sind PI-Regler vorgesehen, die eingangsseitig ebenfalls die Differenz aus dem Motorstrom-Istwert und -Sollwert der jeweiligen Phase erhalten und ausgangsseitig mit dem Summierglied verbunden sind. Das Summierglied der dritten Phase erhält die Summe der Ausgangssignale der beiden PI-Regler. Den PI-Reglern sind jeweils Inverter nachgeschaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren für einen Pulswechselrichter der eingangs genannten Art anzugeben, das bei höheren Frequenzen der vom Pulswechselrichter erzeugten Wechsel- bzw. Drehspannung einen verbesserten Störfrequenzgang gewährleistet. Des weiteren soll eine Regelanordnung zur Durchführung des Regelverfahrens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird bezüglich des Regelverfahrens in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Aufgabe wird bezüglich der Regelanordnung durch die im Anspruch 4 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der proportionale Anteil des Stromreglers nicht mehr fest ist, sondern in Abhängigkeit der Störgröße - d. h. der elektromotorischen Kraft des dreiphasigen Motors (z. B. bürstenloser Gleichstrommotor, Asynchronmotor, Synchronmotor) - veränderbar ist. Auf diese Weise ist stets eine optimale Regelung unter Berücksichtigung der Störgröße möglich. Der Störfrequenzgang wird bei höheren Frequenzen der vom Pulswechselrichter erzeugten Wechsel- bzw. Drehspannung erheblich verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Dabei ist es aus der DE 26 27 537 A1 bereits bekannt, bei einem Verfahren zur Regelung des Motorstromes bei umrichtergespeisten Asynchronmotoren den Strom-Zweipunktreglern mit aufgeschalteter Dreieckshilfsspannung zusätzlich eine errechnete, von der Motorspannung abhängige Größe aufzuschalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert.

In der einzigen Figur ist ein Prinzipschaltbild der Re­ gelanordnung für einen einen dreiphasigen Motor speisen­ den Pulswechselrichter dargestellt. Es ist ein Taktgene­ rator 1 zu erkennen, der ein hochfrequentes, dreieckför­ miges Taktsignal D an einen Multiplizierer 2 abgibt. Der Multiplizierer 2 bewertet das Taktsignal D mit einem von einem Mikroprozessor 3 gelieferten Faktor K (K liegt zwischen 0 und 1) und führt das bewertete dreieckförmige Taktsignal D′ einem Summenpunkt 4 mit positivem Vorzei­ chen zu. Der Summenpunkt 4 empfängt des weiteren unter anderem ein mit negativem Vorzeichen behaftetes EMK-Vor­ steuersignal E - das vom Mikroprozessor 3 gebildet und über einen Digital/Analog-Wandler 5 geführt wird - sowie einen niederfrequenten sinusförmigen Motorstrom-Sollwert (bzw. allgemein eine niederfrequente, zeitveränderliche Führungsgröße) W. Der Motorstrom-Sollwert W wird ferner einem weiteren Summenpunkt 6 zugeleitet.

Der Faktor K und das EMK-Vorsteuersignal E werden vom Mikroprozessor 3 in Abhängigkeit der Drehzahl n des In­ duktionsmotors gebildet und vorgegeben. Hierzu sind dem Mikroprozessor 3 die Abhängigkeiten zwischen Drehzahl n und EMK-Vorsteuersignal E sowie zwischen Drehzahl n und Faktor K eingespeichert. Mit ansteigender Drehzahl n steigt auch das abgegebene EMK-Vorsteuersignal E, wäh­ rend sich gleichzeitig der vorzugebende Faktor K ver­ kleinert.

Das bewertete Taktsignal D′ wird einem Spitzenwertdetek­ tor 7 für positive Spitzenwerte sowie einem Spitzenwert­ detektor 8 für negative Spitzenwerte zugeführt. Die Spitzenwertdetektoren 7, 8 weisen jeweils eine entspre­ chend geschaltete Diode (Anoden-Kathoden-Richtung für positive Spitzenwerte; Kathoden-Anoden-Richtung für ne­ gative Spitzenwerte) mit ausgangsseitig anliegendem Speicherkondensator und diesem parallelgeschalteten Entladewiderstand auf. Die Spitzenwertdetektoren 7 bzw. 8 sind ausgangsseitig mit einem Differenzbildner 9 mit nachgeschaltetem invertierenden Verstärker 10 und Diode 11 bzw. mit einem Differenzbildner 12 mit nachgeschalte­ tem invertierenden Verstärker 13 und Diode 14 beschal­ tet. Die Diode 14 ist mit ihrer Kathode an den Summen­ punkt 6 geschaltet, während die Diode 11 mit ihrer Anode am Summenpunkt 6 liegt. Als weitere Eingangsgröße liegt dem Summenpunkt 6 der Motorstrom-Istwert X mit negativem Vorzeichen an.

Das Ausgangssignal des Summenpunktes 6 führt zu einem PI-Regler 15 (Stromregler), dessen Reglerausgangssignal B dem Summenpunkt 4 mit positivem Vorzeichen sowie einer aus zwei Dioden 16, 17 bestehenden Antiparallelschaltung anliegt. Die beiden antiparallel zusammengeschalteten Dioden 16, 17 sind andererseits an die beiden Differenz­ bildner 9 und 12 angeschlossen.

Dem Summenpunkt 4 liegt als weiteres Signal der Motor­ strom-Istwert X mit negativem Vorzeichen an. Das Aus­ gangssignal des Summenpunktes 4 wird einem Zweipunktreg­ ler 18 zugeleitet. Die dem Zweipunktregler 18 entnehmba­ re Stellgröße Y dient zur Ansteuerung einer Leistungs­ endstufe 19 als Teil eines Pulswechselrichters P mit Transistoren oder Thyristoren als Leistungsschaltern. Der am Ausgang der Leistungsendstufe 19 in der Phase R fließende Motorstrom-Istwert X wird mit Hilfe einer Stromistwerterfassung (Stromwandler) 20 gemessen.

An den Pulswechselrichter P ist ein dreiphasiger Motor M mit in Sternschaltung angeordneten Wicklungen 21, 22, 23 als Last geschaltet. Die Wicklung 21 wird über die Lei­ stungsendstufe 19 gespeist. Die weiteren Wicklungen 22, 23 werden über weitere Leistungsendstufen 24, 25 - die die Phase S und T bilden und die ebenfalls Teile des erwähnten Pulswechselrichters P sind - versorgt. Der Pulswechselrichter P liegt eingangsseitig an einem Gleichspannungszwischenkreis Z. Zur Ermittlung der Dreh­ zahl n des Motors M ist ein Drehzahlaufnehmer 26 vorge­ sehen.

Nachfolgend wird die Funktionsweise der Regelanordnung für einen einen dreiphasigen Motor M speisenden Puls­ wechselrichter beschrieben. In Abhängigkeit der EMK (elektromotorische Kraft) des Induktionsmotors M als Störgröße ergeben sich unterschiedliche Motorstroman­ stiegsgeschwindigkeiten dX/dt. Zur Kompensation dieser nachteiligen Wirkungen der EMK ist es erforderlich, un­ terschiedliche Verstärkungen im Regelkreis in Abhängig­ keit der EMK einzustellen. Dies erfolgt durch den Mikro­ prozessor 3, indem dieser die Amplitude des dreieckför­ migen Taktsignals D und damit die Regelverstärkung in Abhängigkeit der momentan vorliegenden EMK über den Fak­ tor K verändert. Je kleiner die Amplitude des Taktsi­ gnals D′ vorgegeben wird, desto besser wird der Einfluß der Störgröße EMK unterdrückt. Das vom Mikroprozessor 3 berechnete EMK-Vorsteuersignal E wird gleichzeitig zur Entlastung des Reglers 15 dem Summenpunkt 4 mit nega­ tivem Vorzeichen zugeleitet.

Zusätzlich ist es erforderlich, das Reglerausgangssignal B des PI-Reglers 15 auf die momentan vorliegenden Spit­ zenwerte des bewerteten dreieckförmigen Taktsignals D′ zu begrenzen. Hierzu werden die Spitzenwerte des Takt­ signals D′ vorzeichenbehaftet durch die Spitzenwertde­ tektoren 7 und 8 erfaßt und zwischengespeichert. Durch die jeweilige Differenzbildung von Reglerausgangssignal B und den erfaßten positiven und negativen Spitzenwerten in den Differenzbildnern 9, 12 und der anschließenden invertierenden Verstärkung in den Verstärkern 10, 13 wird über die Dioden 11, 14 eine Regelschleife geschlos­ sen, wenn das Reglerausgangssignal B einen positiven Spitzenwert überschreitet oder einen negativen Spitzen­ wert unterschreitet, wodurch der PI-Regler 15 in Rich­ tung "Begrenzung des Reglerausgangssignals B auf den Spitzenwert" beeinflußt wird. Die Dioden 16 und 17 kom­ pensieren dabei den durch die Dioden der Spitzenwertde­ tektoren 7, 8 hervorgerufenen Spannungsabfall.

Die in der Figur für die erste Phase (z. B. R) darge­ stellte Regelanordnung ist in gleicher Ausbildung für die zweite Phase (z. B. S) vorhanden. Das Summierglied der dritten Phase (z. B. T) erhält die Summe der Aus­ gangssignale der beiden PI-Regler der ersten und zweiten Phase. Den PI-Reglern sind hierzu jeweils Inverter 27 nachgeschaltet.

Claims (5)

1. Regelverfahren für einen einen dreiphasigen Motor (M) speisenden Pulswechselrichter (P) mit Zwei­ punktreglern (18), die über ein Summierglied (4) die Differenz aus dem Motorstrom-Istwert (X) und einem zeit­ veränderlich vorgegebenen Motorstrom-Sollwert (W) zusam­ men mit einem dreieckförmigen Taktsignal (D) erhalten, wobei Stromregler (15) vorgesehen sind, denen eingangs­ seitig ebenfalls die Differenz aus dem Motorstrom-Ist­ wert (X) und -Sollwert (W) zugeleitet wird und die aus­ gangsseitig das Summierglied (4) beaufschlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des dreieckförmigen Taktsignals (D) in Abhängigkeit der elektromotorischen Kraft (EMK) des dreiphasigen Motors (M) so verändert wird, daß sie sich mit steigender elektromotorischer Kraft verkleinert und umgekehrt mit fallender elektro­ motorischer Kraft vergrößert.

2. Regelverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Summierglied (4) ein der Störgröße (elektromotorische Kraft (EMK)) entsprechendes EMK-Vor­ steuersignal (E) aufgeschaltet wird.

3. Regelverfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Reglerausgangssignal (B) des Stromreglers (15) auf den negativen und positiven Spitzenwert des bewerteten dreieckförmigen Taktsignals (D′) begrenzt wird.

4. Regelanordnung mit den zur Durchführung des Regelverfah­ rens nach Anspruch 1 nötigen Regelkreisgliedern, dadurch gekennzeichnet, daß das dreieckförmige Taktsignal (D) dem Summierglied (4) über einen Multiplizierer (2) zugeleitet wird.

5. Regelanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das bewertete dreieckförmige Taktsignal (D′) Spitzenwertdetektoren (7, 8) für positive und nega­ tive Spitzenwerte zugeführt wird, daß die erfaßten Spit­ zenwerte mit dem Reglerausgangssignal (B) des Stromreg­ lers (15) verglichen werden und daß bei Überschreiten der erfaßten Spitzenwerte eine Regelschleife zum ein­ gangsseitigen Summenpunkt (6) des Stromreglers (15) ge­ schlossen wird.