DE4215917A1 - Verfahren zur Regelung einer Drehfeldmaschine - Google Patents
Verfahren zur Regelung einer DrehfeldmaschineInfo
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Description
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur
Regelung einer Drehfeldmaschine nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der
Technik Bezug, wie er aus der CH-A-453 471 bekannt ist.
Dort wird ein Verfahren zur frequenz- und
amplitudenabhängigen Steuerung oder Regelung des Stromes
von drehfeldabhängigen Motoren angegeben, bei dem der
geometrische Differenzstrom vom einzustellenden Strom und
von dem vor dem Steuer- oder Regelvorgang vorhandenen Strom
nach Größe und nach Phase gegenüber diesem vorhandenen
Strom eingestellt wird. Die Frequenz der Steuerspannung
wird durch Regelung in Abhängigkeit von der Differenz aus
der tatsächlichen und einer gewünschten Schlupffrequenz
gewonnen und separat je einem Mischglied bzw. Modulator je
Wechselstromphase zugeführt.
Da das Drehmoment der Drehfeldmaschine momentan eingeprägt
wird, ist bei Traktionsantrieben ein schneller
Schleuderschutz erforderlich.
Traktionsantriebe für Eisenbahnfahrzeuge dürfen
grundsätzlich keine schnellen Zugkraftänderungen aufweisen.
Bei Lokomotiven und Triebwagen an einem Zug besteht sonst
die Gefahr des Zerreißens von Zughaken. Zudem sprechen
Komfortgründe dagegen, auch bei Straßenbahnen und
Trolleybussen.
Schnelle Drehmomentänderungen sind lediglich zum Verhindern
des Schleuderns und Gleitens erforderlich. Diese schnellen
Drehmomentänderungen bewirkt ein Asynchronmotor jedoch von
sich aus, wenn man seine natürliche, steile Drehmoment-
Drehzahl-Kennlinie spielen läßt und nicht durch künstliche
Momentan-Drehmomenteinprägung sein günstiges
Schleuderverhalten zunichte macht.
Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist,
löst die Aufgabe, ein Verfahren zur Regelung einer
Drehfeldmaschine der eingangs genannten Art derart
weiterzuentwickeln, daß sehr schnelle Drehzahländerungen
verhindert werden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der
Schleuderschutz nicht sehr schnell sein muß. Ein weiterer
Vorteil besteht darin, daß mit Mittelwerten gerechnet
werden kann, die keinen schnellen Rechner für die
Auswertung bzw. Regelung erfordern. Es genügt ein Rechner
mit einer Zykluszeit von z. B. 10 ms.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei
spielen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Übersichtschema einer Statorfrequenz- und
Spannungsamplituden-Regelschaltung für einen
Einfachantrieb mit einer Asynchronmaschine,
Fig. 2 ein Prinzipschema einer
Statorfrequenzregelschaltung gemäß Fig. 1 ohne
mechanisch erfaßtes Frequenzistwertsignal,
Fig. 3 ein Prinzipschema einer
Spannungsamplitudenregelschaltung gemäß Fig. 1,
Fig. 4 und 5 Prinzipschemata von Segmenten einer zu Fig.
2 alternativen Statorfrequenzregelschaltung mit
mechanisch erfaßtem Frequenzistwertsignal und
Fig. 6 und 7 zu Fig. 3 alternative Prinzipschemata von
Spannungsamplitudenregelschaltungen.
In den Fig. 1-7 sind gleiche Größen und gleiche
Bauelemente gleich bezeichnet. Der Einfachheit halber sind
physikalische Größen und ihnen zugeordnete Signale bzw.
Rechnerwerte ebenfalls gleich bezeichnet.
In Fig. 1 ist mit (1) eine Regelschaltung zur Regelung
einer Drehfeldmaschine bzw. einer Asynchronmaschine (15)
bezeichnet. Diese Regelschaltung (1) kann als Algorithmus
in einem Mikroprozessor oder in einem Rechner implementiert
sein.
Die Regelschaltung (1) enthält eine Stromregelschaltung
(2), die eingangsseitig folgende Signale erhält:
- - z. B. von einem Fahrzeugführer einen vorgebbaren Fahrbefehl (Fa) sowie
- - einen Bremsbefehl (Br),
- - von einem Spannungsdetektor (12) in der Gleichspannungszuführung bzw. im Gleichspannungszwischenkreis eines Stromrichters bzw. Wechselrichters (11) ein der Zwischenkreisgleichspannung (Uzk) proportionales Zwischenkreisgleichspannungssignal,
- - von einem Stromwandler bzw. Stromdetektor (13) in der positiven Gleichstromzuleitung zum Wechselrichter (11) ein dem Speisegleichstrom bzw. Zwischenkreisgleichstrom (Izk) proportionales Zwischenkreisgleichstromsignal,
- - von einem Modulator (10) ein Statorspannungsbezugssignal (U1/Uzk), entsprechend dem Verhältnis von Statorspannung (U1) der Asynchronmaschine (15) zur Zwischenkreisgleichspannung (Uzk),
- - ein z. B. vom Fahrzeugführer vorgebbares Statorfrequenzsollwertsignal (f1w),
- - vom Ausgang eines Integrierers (5) ein Statorfrequenzsignal (f1),
- - ein vorgebbares Statorstromsollwertsignal (I1w),
- - vom Ausgang eines Quadrierers (17) ein quadriertes Signal eines Statorstromes (I1) der Asynchronmaschine (15) und
- - von einem Drehzahlgeber (16), der an den Rotor der Asynchronmaschine (15) gekoppelt ist, ein Drehfrequenzistwertsignal (fm), das aus Polpaarzahl mal Drehzahl der Asynchronmaschine (15) berechnet bzw. gebildet wird.
Ausgangsseitig ist die Stromregelschaltung (2) über einen
Begrenzer (4) mit dem Integrierer (5) verbunden, dessen
Ausgangssignal (f1) dem Modulator (10), der
Stromregelschaltung (2) und einer Spannungssteuerschaltung
(6) zugeführt ist. Der Spannungsregelschaltung (6) ist
eingangsseitig zusätzlich das Statorstromsollwertsignal
(I1w) zugeführt, ausgangsseitig ist sie mit einem
nichtnegierenden Eingang eines Summierers (7) verbunden,
dessen negierendem Eingang ein Spannungssteuersignal (g/f1)
vom Ausgang eines Integrierers (9) zugeführt ist. Dabei
bedeutet (g) ein Modulationstiefesteuersignal für das
Statorspannungsbezugssignal (U1/Uzk). Der Summierer (7) ist
ausgangsseitig über einen Begrenzer (8) mit dem Integrierer
(9) verbunden, dessen Ausgangssignal (g/f1) auch dem
Modulator (10) zugeführt ist. Die mit (2)-(9)
bezeichneten Bauelemente bilden die Regelschaltung (1).
(K1, K2) bezeichnen vorgebbare Integrationskonstanten in
den Integrierern (5) bzw. (9).
Der Modulator (10) liefert ausgangsseitig
Ventilsteuersignale (R+, S+, T+, R-, S-, T-) für steuerbare
Ventile des Wechselrichters (11), der wechselstromseitig
mit der Asynchronmaschine (15) über je einen Stromdetektor (14)
je Wechselstromphase (R, S, T) verbunden ist. Die 3
Stromdetektoren (14) stehen ausgangsseitig mit dem
Quadrierer (17) in Verbindung, welcher ausgangsseitig das
quadrierte Statorstromsignal (I12) liefert.
Fig. 2 zeigt ein detaillierteres Prinzipschema für die
Schaltung der Bauelemente (2)-(5) von Fig. 1 in einer
vereinfachten Anwendung der Regelschaltung (1) für
Hilfsbetriebe, d. h. ohne Verwendung des
Drehfrequenzistwertsignals (fm).
Einem nichtnegierenden Eingang eines Summierers (3) wird
das Statorfrequenzsollwertsignal (f1w) und einem
negierenden Eingang das Statorfrequenzsignal (f1)
zugeführt. Ausgangsseitig ist am Summierer (3) ein
Frequenzdifferenzsignal (Δf) abgreifbar, das einem 1.
Multiplikatoreingang eines Multiplizierers (18) zugeführt
ist. Einem 2. Multiplikatoreingang dieses Multiplizierers
(18) ist ein vorgebbarer Regelverstärkungsfaktor (K3)
zugeführt. Ein ausgangsseitig am Multiplizierer (18)
abgreifbares Produktsignal Δf·K3 wird in dem Begrenzer
(4) erforderlichenfalls auf vorgebbare Grenzwerte (+100%)
bzw. (-100%) begrenzt und dessen Ausgangssignal in einem
1. Kleinstwertbildner (19) mit einem vorgebbaren
Beschleunigungssignal bzw. Fahrzeug-Beschleunigungssignal
(a) verglichen. Das kleinere der beiden Vergleichssignale
wird einem Kleinstwertbildner (31) und einem 1.
Größtwertbildner (32) zugeführt.
In einem 2. Größtwertbildner (20) wird das
Statorspannungsbezugssignal (U1/Uzk) mit einem vorgebbaren
Minimalwert (U1/Uzkmin) von (U1/Uzk) verglichen und das
größere der beiden Vergleichssignale einem 1.
Faktoreingang eines Multiplizierer-Dividierers (21)
zugeführt. Einem 2. Faktoreingang des Multiplizierer-Di
vidierers (21) wird ein vorgebbarer
Stromverstärkungsfaktor (K4) und einem 3. Faktoreingang das
Zwischenkreisgleichspannungssignal (Uzk) zugeführt. Ein 3.
Größtwertbildner (23) vergleicht das Statorfrequenzsignal
(f1) mit einem vorgebbaren Grenzwertsignal (20%) und
liefert das größere der beiden Vergleichssignale an einen
Divisoreingang des Multiplizierer-Dividierers (21). Dessen
Ausgangssignal (x1·x2·x3/x4) wird in einem Begrenzer
(22) erforderlichenfalls auf den Wert des
Statorstromsollwertsignals (I1w) und auf einen vorgebbaren
unteren Grenzwert (0%) begrenzt. Ausgangsseitig liefert
der Begrenzer (22) ein begrenztes Stromsollwertsignal (Iw)
einem nichtnegierenden Eingang eines Summierers (26) und
einem Quadrierer (25), dessen Ausgangssignal einem
nichtnegierenden Eingang eines Summierers (27) zugeführt
ist. Einem negierenden Eingang des Summierers (27) ist, wie
auch einem Wurzelbildner (24), das quadrierte Signal des
Statorstromes (I12) zugeführt. Das Ausgangssignal des
Wurzelbildners (24) ist einem negierenden Eingang des
Summierers (26) zugeführt, dessen Ausgangssignal einem 1.
Schaltkontakt eines Umschalters (28) zugeführt ist. Einem
2. Schaltkontakt dieses durch ein Umschaltsteuersignal (Q)
umsteuerbaren Umschalters (28) ist das Ausgangssignal des
Summierers (27) zugeführt. Ein ausgangsseitig am Umschalter
(28) anliegendes Stromdifferenzsignal (ΔI) oder (ΔI2) wird
in einem Multiplizierer (29) mit einem vorgebbaren
Regelverstärkungsfaktor (K5) multipliziert, dessen
Ausgangssignal (S29) anschließend einem nichtnegierenden
Eingang des Kleinstwertbildners (31) sowie über einen
Invertierer (30) einem nichtnegierenden Eingang des
Größtwertbildners (32) zugeführt. Ein alternatives
Arbeiten mit quadrierten Größen in den Bauelementen (25,
27, 28) ist einfacher als das mit nichtquadrierten. Eine
der beiden Alternativen kann entfallen.
Die Ausgänge des Kleinstwertbildners (31) bzw. des
Größtwertbildners (32) sind 1. Schaltkontakte für
Beschleunigungsbetrieb bzw. 2. Schaltkontakte eines
Umschalters (33) für Verzögerungs- bzw. Bremsbetrieb
zugeführt. Ausgangsseitig ist der Umschalter (33) mit dem
Eingang des Integrierers (5) verbunden.
Das Ausgangssignal (f1) des Integrierers (5) ist einem
Komparator (40) mit Hysterese zugeführt, in dem es mit
einem kritischen Wert (f1k) für die Statorfrequenz (f1)
verglichen wird, bei einer vorgebbaren Hysterese (2%). In
einem weiteren Komparator (41) mit Hysterese wird der
Zwischenkreisgleichstrom (Izk) mit einem vorgebbaren
Grenzwert (0%) mit einer vorgebbaren Hysterese (1%)
verglichen. Die Ausgangssignale der beiden Komparatoren
(40, 41) sind einem UND-Glied (42) zugeführt, das
ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Umschalters (33)
in Verbindung steht. Ist der Zwischenkreisgleichstrom (Izk)
negativ und gleichzeitig die Statorfrequenz (f1) größer
als die kritische Statorfrequenz (f1k), so wird der
Umschalter (33) auf Bremsbetrieb geschaltet.
Fig. 3 zeigt ein detaillierteres Prinzipschema für die
Schaltung der Bauelemente (6)-(9) von Fig. 1 in einer
vereinfachten Anwendung der Regelschaltung (1).
Einem nichtnegierenden Eingang eines Summierers (43) ist
eine Konstante (K6) zur Anhebung eines g/f1-Wertes bei
tiefen Frequenzen und einem negierenden Eingang das
Statorfrequenzsignal (f1) zugeführt. Das Ausgangssignal des
Summierers (43) wird in einem Multiplizierer (44) mit einem
vorgebbaren Verstärkungsfaktor (K7) multipliziert und
anschließend in einem Begrenzer (45) erforderlichenfalls
auf einen vorgebbaren Anhebungsgrenzwert (K8) sowie auf
einen 2. Grenzwert (0%) begrenzt. Der Begrenzer (45) ist
ausgangsseitig mit einem nichtnegierenden Eingang eines
Summierers (46) verbunden, dessen 2. nichtnegierendem
Eingang eine vorgebbare Konstante (K9) für ein vorgebbares
Spannungs-Frequenzverhältnis zugeführt ist. Ausgangsseitig
ist der Summierer (46) mit einem 1. Faktoreingang eines
Multiplizierer-Dividierers (47) verbunden, dessen 2.
Faktoreingang ein vorgebbarer Faktor (60%) zugeführt ist.
Ein Divisoreingang des Multiplizierer-Dividierers (47) ist
mit dem Ausgang eines Umschalters (49) verbunden, dessen 1.
Schaltkontakt die Zwischenkreisgleichspannung (Uzk) und
dessen 2. Schaltkontakt eine vorgebbare Konstante (60%)
zugeführt ist. Die Umsteuerung des Umschalters (49) erfolgt
durch eine Dualkonstante (D) mit der Bedeutung:
0 = langsame, 1 = schnelle Zwischenkreisspannungskompensation.
0 = langsame, 1 = schnelle Zwischenkreisspannungskompensation.
Das Ausgangssignal (x·y/z) des Multiplizierer-Dividierers
(47) wird in einem Begrenzer (48) erforderlichenfalls auf
vorgebbare Grenzwerte (100%, 10%) begrenzt und dem
nichtnegierenden Eingang des Summierers (7) zugeführt. Das
Ausgangssignal des Summierers (7) wird in einem
Multiplizierer (50) mit einem vorgebbaren
Regelverstärkungsfaktor (K10) multipliziert, nachfolgend in
dem Begrenzer (8) erforderlichenfalls auf vorgebbare
Grenzwerte (+100%, -100%) begrenzt und in dem Integrierer
(9) zum Spannungssteuersignal (g/f1) integriert. Dieses
wird dem negierenden Eingang des Summierers (7) sowie einem
Divisoreingang eines Multiplizierer-Dividierers (52)
zugeführt. Dabei wirkt der Integrierer (9) als
Nachlaufintegrator. Einem 1. Faktoreingang des
Multiplizierer-Dividierers (52) ist das Ausgangssignal
eines Umschalters (51) zugeführt, an dessen 1.
Schaltkontakt ein vorgebbarer Grenzwert (60%) und an
dessen 2. Schaltkontakt das
Zwischenkreisgleichspannungssignal (Uzk) anliegt. Gesteuert
wird der Umschalter (51) durch die Dualkonstante (D). Einem
2. Multiplikatoreingang des Multiplizierer-Dividierers (52)
ist ein vorgebbarer Faktor (16,67%) zugeführt;
ausgangsseitig ist ein f1/g-Signal abgreifbar, das anstelle
des Spannungssteuersignals (g/f1) für einen ggf. anderen,
nicht dargestellten Modulator verwendbar ist, der z. B. mit
dem reziproken Wert arbeitet.
Die Fig. 4 und 5 zeigen zusammen ein detaillierteres
Prinzipschema für die Schaltung der Bauelemente (2)-(5)
von Fig. 1 in einer Anwendung der Regelschaltung (1) mit
Verwendung des Drehfrequenzistwertsignals (fm). Soweit die
Bauelemente mit denen der Fig. 2 übereinstimmen, wird auf
die Beschreibung zu Fig. 2 verwiesen.
Dem Größtwertbildner (23) und dem Summierer (3) wird
eingangsseitig anstelle des Statorfrequenzsignals (f1)
dessen Betragssignal (f1b) zugeführt. Das Ausgangssignal
des Summierers (3) wird unverstärkt über den Begrenzer (4)
dem Kleinstwertbildner (19) zugeführt, dessen 2.
Vergleichseingang das Ausgangssignal eines Umschalters (55)
zugeführt ist. Dieser wird in Abhängigkeit vom Bremsbefehl
(Br) als Steuersignal von einem 1. Grenzwert (+100%) auf
einen 2. Grenzwert (-100%) umgesteuert. Das Ausgangssignal
des Kleinstwertbildners (19) wird in einem Multiplizierer
(58) mit dem Regelverstärkungsfaktor (K5) multipliziert,
dessen Ausgangssignal (S58) über einen Invertierer (95)
einem 1. Umschaltkontakt und direkt einem 2.
Umschaltkontakt eines Umschalters (96) zugeführt ist.
Ausgangsseitig ist an dem Umschalter (96) ein
Begrenzungssignal (Bf1) für das Statorfrequenzsignal (f1)
abgreifbar.
Gesteuert wird der Umschalter (96) in Abhängigkeit von
einem vorgebbaren Vorwärtssignal (VW) und einem vorgebbaren
Rückwärtssignal (RW). Das Vorwärtssignal (VW) ist
UND-Gliedern (87) und (88) zugeführt, das Rückwärtssignal (RW)
dem UND-Glied (87) und einem weiteren UND-Glied (89). Das
UND-Glied (87) ist ausgangsseitig mit negierenden Eingängen
der UND-Glieder (88) und (89) verbunden. Der Fahrbefehl
(Fa) ist einem nichtnegierenden Eingang des UND-Gliedes
(88) und einem negierenden Eingang des UND-Gliedes (89)
zugeführt. Das Ausgangssignal eines ODER-Gliedes (57) ist
negierenden Eingängen der UND-Glieder (88) und (89) sowie
nichtnegierenden Eingängen von UND-Gliedern (90) und (91)
zugeführt. Dem ODER-Glied (57) ist eingangsseitig der
Bremsbefehl (Br) und das Ausgangssignal eines Komparators
(56) ohne Hysterese zugeführt. Dessen nichtnegierendem
Eingang ist das Betragssignal (f1b) der Statorfrequenz (f1)
und dessen negierendem Eingang das
Statorfrequenzsollwertsignal (f1w) zugeführt. Ein
Vorzeichensignal (Vf1) von (f1) ist einem negierenden
Eingang des UND-Gliedes (90) und einem nichtnegierenden
Eingang des UND-Gliedes (91) zugeführt.
Der Ausgang des UND-Gliedes (88) ist mit einem Eingang
eines ODER-Gliedes (93) und (92) verbunden, der Ausgang des
UND-Gliedes (89) mit dem Eingang eines ODER-Gliedes (94),
der Ausgang des UND-Gliedes (90) mit einem Eingang des
ODER-Gliedes (93) und der Ausgang des UND-Gliedes (91) mit
einem Eingang des ODER-Gliedes (92) und (94). Der Ausgang
des UND-Gliedes (92) ist mit dem Steuereingang des
Umschalters (96) verbunden. Am Ausgang des ODER-Gliedes
(93) ist ein Befehl (Pf2) für einen positiven Signalwert
von (f2) abgreifbar und am Ausgang des ODER-Gliedes (94)
ein Befehl (Nf2) für einen negativen Signalwert von (f2).
Die Bauelemente (20)-(28), vgl. die Fig. 4 und 5,
entsprechen denjenigen der Fig. 2, wobei jedoch dem
Größtwertbildner (23) statt des Vergleichswertes 20% ein
solcher von 5% zugeführt ist. Das Ausgangssignal des
Umschalters (28) ist dem Multiplizierer (29) über einen 1.
Schaltkontakt eines Umschalters (59) zugeführt, wobei an
einem 2. Schaltkontakt ein vorgebbarer Wert (+100%)
anliegt. Gesteuert wird der Umschalter (59) durch ein
Freigabesignal (Ff1) für das Statorfrequenzsignal (f1). Das
Ausgangssignal des Multiplizierers (29) wird einem
Begrenzer (60) zugeführt, der sein Eingangssignal
erforderlichenfalls auf vorgebbare Grenzwerte (100%, -100%)
begrenzt. Das Ausgangssignal (S60) des Begrenzers
(60) ist über einen Invertierer (98) einem Eingang des
Größtwertbildners (32) und direkt einem Eingang des 2.
Kleinstwertbildners (31) zugeführt. Zusätzlich ist diesen
beiden Extremwertbildnern (31, 32) das Begrenzungssignal
(Bf1) für das Statorfrequenzsignal (f1) zugeführt.
Das Ausgangssignal des Kleinstwertbildners (31) ist einem
1. Schaltkontakt eines Umschalters (61) zugeführt, an
dessen 2. Schaltkontakt ein Nullwertsignal (0%) anliegt.
Gesteuert wird dieser Umschalter (61) durch den Befehl
(Pf 2) für einen positiven Signalwert von (f 2). Das
Ausgangssignal des Größtwertbildners (32) ist dem 1.
Schaltkontakt des Umschalters (33) zugeführt, an dessen 2.
Schaltkontakt ebenfalls ein vorgebbares Grenzwertsignal
(0%) anliegt. Gesteuert wird dieser Umschalter (33) durch
den Befehl (Nf2) für negativen Signalwert von (f2).
Ausgangsseitig sind die Umschalter (61, 33) mit
nichtnegierenden Eingängen eines Summierers (99) verbunden,
an dem ausgangsseitig ein Auf/Ab-Signal (S99) für die
Statorfrequenz (f1) abgreifbar ist.
Das Ausgangssignal eines Funktionsgebers (66), der ein
eingangsseitig zugeführtes Drehfrequenzistwertsignal (fm)
gemäß einem Frequenzgang 1/(1 + p·T1) verzögert, ist
einem negierenden Eingang eines Summierers (67) zugeführt.
Im Frequenzgang bedeuten:
ω = Kreisfrequenz, T1 = vorgebbare Filterzeitkonstante. Einem
nichtnegierenden Eingang des Summierers (67) ist das
Statorfrequenzsignal (f1) zugeführt. Ausgangsseitig ist am
Summierer (67) ein Rotorfrequenzsignal (f2) abgreifbar, das
nichtnegierenden Eingängen eines Komparators (70) mit
Triggerung durch die Abstiegsflanke und eines Komparators
(71) mit Triggerung durch die Anstiegsflanke zugeführt ist,
deren negierende Eingänge das Ausgangssignal eines
Summierers (68) erhalten, jedoch der Komparator (70) über
einen Invertierer (69). Einem nichtnegierenden Eingang
dieses Summierers (68) ist das Ausgangssignal eines
Begrenzers (79) und einem negierenden Eingang das
Ausgangssignal eines Umschalters (63) zugeführt, der in
Abhängigkeit vom Freigabesignal (FU1) gesteuert ist, wobei
der Schalter bei FU1 = 0 an Null (0%) liegt, andernfalls
an einem Schaltkontakt mit einer Konstante (K15), die einen
Hysteresewert von z. B. 0,1% für die Rotorfrequenz (f2)
bedeutet. Die beiden Komparatoren (70, 71) sind
ausgangsseitig mit je einem Eingang eines ODER-Gliedes (72)
verbunden, an dem ausgangsseitig ein Freigabesignal (FU1)
für die Statorspannung (U1) abgreifbar ist.
Der Begrenzer (79) erhält eingangsseitig ein Produktsignal
aus einem Betragssignal (f1b) der Statorfrequenz (f1) und
einer vorgebbaren Konstante (K14) von einem Multiplizierer
(78) und begrenzt dieses Produktsignal auf eine vorgebbare
maximal zulässige Rotorfrequenz (f2max) und auf einen
Umschaltgrenzwert (f2U) für die Rotorfrequenz (f2).
Ausgangsseitig ist an dem Begrenzer (79) ein
Rotorfrequenzgrenzwertsignal (f2G) abgreifbar, das außer
dem Summierer (68) einem 1. Schaltkontakt eines Umschalters
(100) und über einen Invertierer (97) einem 2.
Schaltkontakt eines Umschalters (101) als negatives
Rotorfrequenzgrenzwertsignal (-f2G) zugeführt ist. Einem 2.
Schaltkontakt des Umschalters (100) und einem 1.
Schaltkontakt des Umschalters (101) ist je ein 0-%-Signal
zugeführt. Der Umschalter (100) wird durch den Befehl (Pf2)
für positiven Signalwert von (f2) gesteuert und der
Umschalter (101) von dem Befehl (Nf2) für negativen
Signalwert.
Ausgangsseitig sind die Umschalter (100) bzw. (101) mit
nichtnegierenden Eingängen von Summierern (102) bzw. (103)
verbunden, deren negierenden Eingängen das Ausgangssignal
(f2) des Summierers (67) zugeführt ist. Die Ausgangssignale
der Summierer (102) bzw. (103) sind Multiplikatoreingängen
von Multiplizierern (104) bzw. (105) zugeführt, in denen
sie mit dem Regelverstärkungsfaktor (K3) multipliziert
werden. Die Ausgangssignale der Multiplizierer (104) bzw.
(105) sind Begrenzungseingängen eines Begrenzers (106)
zugeführt, der das eingangsseitig zugeführte Ausgangssignal
(S99) des Summierers (99) begrenzt. Das Ausgangssignal des
Begrenzers (106) wird in dem nachgeschalteten Begrenzer (4)
nochmals auf die Werte des Beschleunigungssignals (a) und
(-a) begrenzt. Das Beschleunigungssignal (-a) ist aus dem
Beschleunigungssignal (a) mittels eines Invertierers (107)
erzeugt.
Das Statorfrequenzsignal (f1) am Ausgang des dem Begrenzer
(4) nachgeschalteten Integrierers (5) ist einem
Betragsbildner (108), an dem ausgangsseitig das
Betragssignal (f1b) der Statorfrequenz (f1) abgreifbar ist,
und einem Komparator (109) zugeführt, an dem ausgangsseitig
das Vorzeichensignal (Vf1) von (f1) abgreifbar ist. Der
Komparator (109) vergleicht das Statorfrequenzsignal (f1)
mit einem Nullwert (0%).
Fig. 6 zeigt ein detaillierteres Prinzipschema für die
Schaltung der Bauelemente (6)-(9) von Fig. 1 in einer
Anwendung der Regelschaltung (1) mit Verwendung des
Drehfrequenzistwertsignals (fm). Soweit die Bauelemente mit
denen der Fig. 3 übereinstimmen, wird auf die Beschreibung
zu Fig. 3 verwiesen.
Der Summierer (43) ist ausgangsseitig über den
Multiplizierer (44) mit einem 1. Vergleichseingang eines
Größtwertbildners (74) verbunden, dessen 2.
Vergleichseingang ein Nullwertsignal (0%) zugeführt ist.
Ausgangsseitig ist der Größtwertbildner (74) mit einem
nichtnegierenden Eingang eines Summierers (7a) verbunden,
dessen negierendem Eingang das Ausgangssignal (S9a) eines
Integrierers (9a) zugeführt ist. Das Ausgangssignal des
Summierers (7a) wird in einem Multiplizierer (50a) mit dem
Regelverstärkungsfaktor (K10) multipliziert, dessen
Ausgangssignal einem Kleinstwertbildner (113) zugeführt
ist. Dieser Kleinstwertbildner (113) erhält ein weiteres
Vergleichssignal vom Ausgang eines Begrenzers (112), dem
eingangsseitig das Ausgangssignal eines Umschalters (111)
zugeführt ist, welches auf vorgebbare Grenzwerte (+100%, -100%)
begrenzt wird. Einem 1. Schaltkontakt des
Umschalters (111) ist das Produktsignal eines
Multiplizierers (110) zugeführt, der das
Stromdifferenzsignal (ΔI) mit dem Regelverstärkungsfaktor
(K5) multipliziert. Gesteuert wird der Umschalter (111)
durch das Freigabesignal (FU1) für die Statorspannung (U1).
Einem 2. Schaltkontakt des Umschalters (111) ist das
Grenzwertsignal (-100%) zugeführt.
Ausgangsseitig steht der Kleinstwertbildner (113) über
einen Begrenzer (8a) mit Grenzwerten (+100%, -100%) mit
einem Integrierer (9a) in Verbindung, dessen Ausgangssignal
(S9a) außer dem Summierer (7a) und einem Summierer (116)
auch noch einem Komparator (80) zugeführt ist, welcher
dieses Ausgangssignal (S9a) mit dem Grenzwert (K12)
vergleicht. Der Komparator (80) liefert ausgangsseitig das
Freigabesignal (Ff1) für das Statorfrequenzsignal (f1).
Der Summierer (116) erhält eingangsseitig an einem weiteren
nichtnegierenden Eingang das Ausgangssignal (S9) eines
Schaltblockes (74) und liefert ausgangsseitig ein
Divisorsignal an den Divisoreingang des Multiplizierer-Di
vidierers (52), an dem ausgangsseitig ein modifiziertes
Modulator-Steuersignal (f1/ga) abgreifbar ist.
Der Schaltblock (74) enthält einen Multiplizierer (115),
dessen Multiplikatoreingängen das Statorstromsollwertsignal
(I1w) und eine Konstante (K13) für ein vorgebbares
Spannungs-Frequenzverhältnis zugeführt ist. Das
Ausgangssignal dieses Multiplizierers (115) ist einem
nichtnegierenden Eingang des Summierers (7) zugeführt,
dessen negierendem Eingang das Ausgangssignal (S9) des
Integrierers (9) zugeführt ist.
Dem 2. Schaltkontakt des Umschalters (51) ist das
Zwischenkreisgleichspannungssignal (Uzk) über einen
Funktionsgeber (82) zugeführt, der dieses Signal gemäß
einem Frequenzgang 1/(1 + p · T2) verzögert,
T2 = vorgebbare Verzögerungs- bzw. Filterzeitkonstante.
Das Zwischenkreisgleichspannungssignal (Uzk) ist ferner
einem nichtnegierenden Eingang eines Summierers (84) und
über einen Funktionsgeber (83), der sich von dem
Funktionsgeber (82) nur durch eine ggf. andere
Filterzeitkonstante (T3) unterscheidet, einem negierenden
Eingang dieses Summierers (84) zugeführt. Im
Ausführungsbeispiel ist T1 = T2 = T3 = 100 ms gewählt.
Ausgangsseitig ist der Summierer (84) mit einem
Faktoreingang eines Multiplizierers (85) verbunden, dessen
2. Faktoreingang die vorgebbare Konstante (K13) zugeführt
ist. Ausgangsseitig ist der Multiplizierer (85) mit einem
nichtnegierenden Eingang eines Summierers (86) verbunden,
an dem ausgangsseitig ein alternatives Statorfrequenzsignal
(f1a) anstelle des Statorfrequenzsignals (f1) in Fig. 1 für
einen schnellen Eingriff abgreifbar ist. Einem weiteren
nichtnegierenden Eingang des Summierers (86) ist das
Betragssignal (f1b) der Statorfrequenz (f1) zugeführt.
Um das natürliche Schleuderverhalten einer
Asynchronmaschine (15) sicherzustellen, muß man lediglich
verhindern, daß sich Statorfrequenz (f1) und
Statorspannung (U1) schnell verändern können. Dies kann
dadurch erreicht werden, daß man zumindest die
Statorfrequenz (f1) und, gemäß einer vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung, auch die Statorspannung (U1)
über Integratoren (5, 9) ausgibt, deren
Hochlaufgeschwindigkeit auf die geforderte
Fahrzeug-Beschleunigung (a) abgestimmt ist.
Eine zusätzliche Schleuder- und Gleitschutzeinrichtung ist
trotzdem erforderlich; sie muß jedoch nur verhindern, daß
die Statorfrequenz (f1) durch die übergeordnete Regelung
nachgestellt wird. Sie braucht daher nicht besonders
schnell zu reagieren.
Bei gegebenem Fluß einer Asynchronmaschine (15) ist sowohl
das Drehmoment als auch der Statorstrom (I1) eine Funktion
des Verhältnisses von Rotorfrequenz (f2) zu
Rotorwiderstand. Durch Regelung des Statorstromes (I1) auf
einen Sollwert (I1w) über die Statorfrequenz (f1) als
Stellgröße wird auch das Drehmoment auf einem konstanten
Wert gehalten, unabhängig vom temperaturabhängigen
Rotorwiderstand. Dadurch entfällt eine aufwendige und
problematische Rotor-Temperaturmessung.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird
durch die Begrenzung des Statorstromsollwertes (I1w) auf
den thermisch zulässigen Wert bei vollem Feld das
Überschreiten des Kippunktes sicher vermieden. In der
Feldschwächung muß der Maximalstromsollwert entsprechend
reduziert werden. Dies kann auf einfache Weise dadurch
geschehen, daß eine zusätzliche Begrenzung des
Statorstromsollwertes (I1w) proportional zum Verhältnis von
Statorspannung (U1) zu Statorfrequenz (f1) eingeführt wird.
Wenn durch irgendwelche dynamischen Vorgänge der Kippunkt
gelegentlich überschritten wird, so sorgt der zunehmende
Strom der Asynchronmaschine (15) für ein Auffangen, d. h.,
für ein Rückführen der Asynchronmaschine (15) in Richtung
der Synchrondrehzahl.
Die Soll-Ist-Differenz des Statorstrombetrages |ΔI| kann
direkt als Hochlaufgeschwindigkeit für den Statorfrequenz-In
tegrierer (5) verwendet werden. Mit einem zusätzlichen
Soll-Ist-Vergleich für die Statorfrequenz (f1), dessen
Differenz (Δf) über einen Kleinstwertbildner (31), vgl.
Fig. 5, ebenfalls auf die Integrator-Hoch
laufgeschwindigkeit wirkt, kann die Statorfrequenz (f1)
begrenzt werden. Man kann auch den Statorstromsollwert
(I1w) fest einstellen und die Statorfrequenz (f1) variabel
vorgeben (Nachlaufintegrator).
Bei Rekuperationsbetrieb muß der Regelsinn der
Stromregelschaltung (2) mit Bezug auf
Beschleunigungsbetrieb umgekehrt werden, und anstelle des
Kleinstwertbildners (31) tritt ein Größtwertbildner (32).
Als Kriterium für die Umschaltung kann das Vorzeichen des
Zwischenkreisstromes (Izk), vgl. den Komparator (41) in
Fig. 2, oder der Motorleistung dienen, sofern die
Stromregelschaltung (2) nur zur Maximalstrombegrenzung
eingesetzt ist. Die Ungenauigkeit des Umschaltkriteriums
spielt hierbei keine Rolle, da die Stromregelung nur bei
großen Leistungen aktiv ist. In diesem Fall ist keine
Erfassung der mechanischen Drehzahl (fm) erforderlich.
Wenn der Statorstromsollwert (I1w) auch kleine Werte
annehmen kann, muß das Vorzeichen der Rotorfrequenz (f 2)
als genaues Kriterium für die Umschaltung verwendet werden.
Diese kann als Differenz zwischen Statorfrequenz (f1) und
mechanisch erfaßter Frequenz (fm = Drehzahl · Polpaarzahl)
erfaßt werden.
Bei Traktionsantrieben wird das Umschaltkriterium durch die
von außen kommenden Befehle "Fahren" (Fa) und "Bremsen"
(Br) bestimmt. In diesem Fall wird die Rotorfrequenz (f2)
beim "Fahren" auf positive und beim "Bremsen" auf negative
Werte begrenzt. Dazu wird die Differenz zwischen
Rotorfrequenz (f2) und Rotorfrequenzgrenzwertsignal (f2G)
bzw. (-f2G) in den Summierern (102, 103) gebildet und über
den Begrenzer (106) auf den Eingang des Statorfrequenz-Inte
grierers (5) gegeben. Durch die Umschalter (100, 101)
werden diese Rotorfrequenzwerte (f2) betragsmäßig auch
nach oben begrenzt.
Wenn die Fahrrichtungsumschaltung in der
Stromregelschaltung (2) intern ausgeführt werden muß, dann
werden die Fahrrichtungsbefehle Vorwärts (VW) oder
Rückwärts (RW) zusätzlich zu den Befehlen Fahren (Fa) oder
Bremsen (Br) in die Regelsinn-Umschaltung mit einbezogen.
Für die Erfassung des Drehfrequenzistwertsignals (fm)
können die normalen Achsdrehzahlgeber verwendet werden, wie
sie für die Geschwindigkeitsmessung schon vorhanden sind.
An die Dynamik der Drehzahlerfassung werden keine hohen
Anforderungen gestellt, d. h., eine Filterzeitkonstante
(T1) ist zulässig. Wenn sie allzu groß wird, dann wird
allerdings die Beschleunigung des Fahrzeuges begrenzt.
Mit dem 2. Integrierer (7) für die Statorspannung (U1) wird
der Fluß der Asynchronmaschine (15) eingestellt. Für
konstanten Fluß ist die Statorspannung (U1) im
wesentlichen proportional zur Statorfrequenz (f1). Es
können jedoch Korrekturwerte addiert werden. Dies ist
besonders bei tiefen Statorfrequenzen (f1) nötig. Auch kann
darüber der Fluß stromabhängig gemacht werden. Hier kann
auch die Zwischenkreisgleichspannung (Uzk) zur Kompensation
ihrer Schwankungen eingeführt werden.
Da die Korrektur der Statorspannung (U1) infolge des
temperaturabhängigen Statorwiderstandes bei tiefer
Statorfrequenz (f1), inklusiv 0, mit reiner Steuerung sehr
schwierig ist, wird folgendermaßen vorgegangen: Die
Rotorfrequenz (f2) wird im Statorfrequenzregelkreis (2-5)
auf den Umschaltgrenzwert (f2U) begrenzt, der nach
Motordaten bei Maximaltemperatur für volles Drehmoment
nötig ist. Ist diese Grenze erreicht, so wird die
verstärkte Soll-Ist-Stromdifferenz (ΔI) als Korrekturwert
auf die Statorspannung (U1) gegeben. Der Statorstrom (I1)
wird nun mit der Statorspannung (U1) als Stellgröße
geregelt, bis der dazu nötige Spannungskorrekturwert bei
steigender Statorfrequenz (f1) wieder 0 wird; danach wird
wieder auf Regelung über die Statorfrequenz (f1)
zurückgeschaltet. Von den beiden Regelkreisen (2-5) bzw.
(6-9) wird jeweils nur einer freigegeben, so daß immer
nur einer regelt. Es versteht sich, daß statt des
Freigabesignals (Ff1) für das Statorfrequenzsignal (f1) und
statt des Freigabesignals (FU1) für die Statorspannung (U1)
entsprechend wirkende Sperrsignale verwendet werden können.
Dadurch, daß die Regelkreise nur einen relativ langsamen
Integrierer (5, 9) und keine zusätzlichen Zeitglieder
enthalten, ist die Reglerstabilität problemlos.
Der gesamte Regelungsalgorithmus läßt sich in einem
programmierbaren Einkartenrechner realisieren, da die
Signalverarbeitung nur mit Mittelwerten der Motorgrößen
arbeitet.
Eventuell notwendige schnelle Eingriffe, z. B. für
sogenannte Antiregelungen, können direkt an den Eingängen
des Modulators (10) erfolgen.
Für den Regelalgorithmus braucht die Statorspannung (U1)
nicht erfaßt zu werden; es genügt die Erfassung der
Zwischenkreisgleichspannung (Uzk). Das Verhältnis der
beiden Spannungen kann durch einen vom Modulator (11)
zurückgemeldeten effektiven, d. h. ggf. begrenzten Faktor
(U1/Uzk) bestimmt werden. Man könnte auch die
Statorspannung (U1) direkt erfassen und die
Zwischenkreisgleichspannung (Uzk) mit reziprokem Verhältnis
daraus berechnen.
Bei Anwendungen, bei denen auch bei Statorfrequenz 0
(f1 = 0) Strom und damit Drehmoment erzeugt werden muß
(Anfahren eines rückwärts rollenden Fahrzeuges), wird ein
nicht dargestellter Modulator mit den Eingangssignalen von
Statorfrequenz (f1) und Statorspannung (U1) bzw.
Modulationstiefesignal (g = U1/Uzk) benötigt. Dazu muß das
Regelverfahren etwas modifiziert werden.
Fig. 7 zeigt eine derartige Regelschaltung, wobei nur auf
die Änderungen bezüglich Fig. 6 eingegangen wird. Das
Ausgangssignal des Integrierers (9) bzw. des Schaltblockes
(74) wird in einem Multiplizierer (117) mit dem
Ausgangssignal eines Summierers (120) multipliziert und als
Modulationstiefesignal (g) an einen Faktoreingang eines
Multiplizierer-Dividierers (118) geliefert.
Nichtnegierenden Eingängen des Summierers (120) sind das
Ausgangssignal (S9a) des Integrierers (9a) und das
Ausgangssignal eines Summierers (119) zugeführt, der die
Summe aus dem Betragssignal (f1b) der Statorfrequenz (f1)
und der Konstanten (K14) bildet, welche verhindert, daß
bei f1 = 0 auch g = 0 wird. Einem 2. Faktoreingang des
Multiplizierer-Dividierers (118) ist ein 60-%-Signal
zugeführt und einem Divisoreingang das Ausgangssignal (S51)
des Umschalters (51). Ausgangsseitig ist am Multiplizierer-Di
vidierer (118) ein modifiziertes g-Signal (ga) zur
Modulatorsteuerung abgreifbar.
Das Statorspannungssignal (U1) bzw. das
Modulationstiefesignal (g) werden direkt proportional zum
Statorfrequenzsignal (f1) gesteuert mit additiv und
multiplikativ zugefügten Korrektursignalen. Da der
frequenzproportionale Anteil bereits über einen Integrierer
(5) läuft, dürfen nur die Korrektursignale über Integrierer
geführt werden.
Die Komparatoren (70, 71, 80) können auch
Hysteresekomparatoren sein.
Bezeichnungsliste
1 Regelschaltung
2 Stromregelschaltung über die Statorfrequenz
3, 7, 7a, 26, 27, 43, 46, 67, 68, 84, 86, 99, 102, 103, 116, 118, 120 Summierer
4, 8, 8a, 22, 45, 48, 60, 79, 106, 112, 114 Begrenzer
5 Integrierer, Statorfrequenz-Integrierer
6 Spannungssteuerschaltung und Stromregelung über die Statorspannung
9, 9a Integrierer
10 Modulator, Mischglied
11 Stromrichter, Wechselrichter
12 Spannungsdetektor
13, 14 Stromdetektoren, Stromwandler
15 Asynchronmaschine, Drehfeldmaschine
16 Drehzahlgeber
17, 25 Quadrierer
18, 29, 44, 50, 50a, 58, 77, 78, 85, 104, 105, 110, 115, 117 Multiplizierer
19, 31, 113 Kleinstwertbildner
20, 23, 32, 74 Größtwertbildner
21, 47, 52, 118 Multiplizierer-Dividierer
24 Wurzelbildner
28, 33, 49, 51, 55, 59, 61, 63, 96, 100, 101, 111 Umschalter
30, 64, 69, 95, 97, 98, 107 Invertierer
40, 41 Komparatoren mit Hysterese
42, 87-91 UND-Glieder
56, 70, 71, 80, 109 Komparatoren ohne Hysterese
57, 72, 92-94 ODER-Glieder
66, 82, 83 Funktionsgeber
74 Schaltblock
108 Betragsbildner
a Beschleunigung, Fahrzeug-Beschleunigung
Bf1 Begrenzungssignal für f1
Br Bremsbefehl
D Dualkonstante langsam/schnell
Fa Fahrbefehl
fm Drehfrequenzistwertsignal
Ff1 Freigabesignal für f1
FU1 Freigabesignal für U1
f1 Statorfrequenz
f1a alternatives Statorfrequenzsignal für schnellen Eingriff
f1b Betragssignal für f1
f1k kritische Statorfrequenz
f1w Statorfrequenzsollwert
f2 Rotorfrequenz
f2G Rotorfrequenzgrenzwertsignal
f2max maximal zulässige Rotorfrequenz
f2U Umschaltgrenzwert für f2
g Modulationstiefesteuersignal
ga modifiziertes g-Signal zur Modulatorsteuerung
g/f1 Spannungssteuersignal
I1 Statorstrom
I1w Statorstromsollwert
Iw begrenzter Stromsollwert
Izk Speisegleichstrom, Zwischenkreisstrom
K1, K2 Integrationskonstanten
K3, K5, K10 Regelverstärkungsfaktoren
K4 Stromverstärkungsfaktor
K6, K14 Konstanten
K7 Verstärkungsfaktor
K8 Anhebungsgrenzwert
K9, K13 Konstante für ein vorgebbares Spannungs-Frequenzverhältnis
K12 Grenzwert
K15 Hysteresekonstante für f2
Nf2 Befehl für negativen Signalwert von f2
p = j·ω, ω=Kreisfrequenz
Pf2 Befehl für positiven Signalwert von f2
Q Umschaltsteuersignal
R, S, T Wechselstromphasen
RW Rückwärtssignal
R+, S+, T+; R-, S-, T- Ventilsteuersignale für 11
S9, S9a, S29, S51, S58, S60 Ausgangssignale von 9, 9a, 29, 51, 58, 60
S74 Grenzsignal für g/f1
S99 Auf/Ab-Signal für f1
S112 Zusatzsignal bzw. U1-Auf/Ab-Signal für U1
T1-T3 Filterzeitkonstanten
U1 Statorspannung
Uzk Zwischenkreisgleichspannung, Wechselrichtergleichspannung
U1/Uzk Statorspannungsbezugssignal
U1/Uzkmin Minimalwert von U1/Uzk
Vf1 Vorzeichensignal für f1
VW Vorwärtssignal
x, y, z, x1-x4 Variable
Δf Frequenzdifferenz
ΔI Stromdifferenzsignal
2 Stromregelschaltung über die Statorfrequenz
3, 7, 7a, 26, 27, 43, 46, 67, 68, 84, 86, 99, 102, 103, 116, 118, 120 Summierer
4, 8, 8a, 22, 45, 48, 60, 79, 106, 112, 114 Begrenzer
5 Integrierer, Statorfrequenz-Integrierer
6 Spannungssteuerschaltung und Stromregelung über die Statorspannung
9, 9a Integrierer
10 Modulator, Mischglied
11 Stromrichter, Wechselrichter
12 Spannungsdetektor
13, 14 Stromdetektoren, Stromwandler
15 Asynchronmaschine, Drehfeldmaschine
16 Drehzahlgeber
17, 25 Quadrierer
18, 29, 44, 50, 50a, 58, 77, 78, 85, 104, 105, 110, 115, 117 Multiplizierer
19, 31, 113 Kleinstwertbildner
20, 23, 32, 74 Größtwertbildner
21, 47, 52, 118 Multiplizierer-Dividierer
24 Wurzelbildner
28, 33, 49, 51, 55, 59, 61, 63, 96, 100, 101, 111 Umschalter
30, 64, 69, 95, 97, 98, 107 Invertierer
40, 41 Komparatoren mit Hysterese
42, 87-91 UND-Glieder
56, 70, 71, 80, 109 Komparatoren ohne Hysterese
57, 72, 92-94 ODER-Glieder
66, 82, 83 Funktionsgeber
74 Schaltblock
108 Betragsbildner
a Beschleunigung, Fahrzeug-Beschleunigung
Bf1 Begrenzungssignal für f1
Br Bremsbefehl
D Dualkonstante langsam/schnell
Fa Fahrbefehl
fm Drehfrequenzistwertsignal
Ff1 Freigabesignal für f1
FU1 Freigabesignal für U1
f1 Statorfrequenz
f1a alternatives Statorfrequenzsignal für schnellen Eingriff
f1b Betragssignal für f1
f1k kritische Statorfrequenz
f1w Statorfrequenzsollwert
f2 Rotorfrequenz
f2G Rotorfrequenzgrenzwertsignal
f2max maximal zulässige Rotorfrequenz
f2U Umschaltgrenzwert für f2
g Modulationstiefesteuersignal
ga modifiziertes g-Signal zur Modulatorsteuerung
g/f1 Spannungssteuersignal
I1 Statorstrom
I1w Statorstromsollwert
Iw begrenzter Stromsollwert
Izk Speisegleichstrom, Zwischenkreisstrom
K1, K2 Integrationskonstanten
K3, K5, K10 Regelverstärkungsfaktoren
K4 Stromverstärkungsfaktor
K6, K14 Konstanten
K7 Verstärkungsfaktor
K8 Anhebungsgrenzwert
K9, K13 Konstante für ein vorgebbares Spannungs-Frequenzverhältnis
K12 Grenzwert
K15 Hysteresekonstante für f2
Nf2 Befehl für negativen Signalwert von f2
p = j·ω, ω=Kreisfrequenz
Pf2 Befehl für positiven Signalwert von f2
Q Umschaltsteuersignal
R, S, T Wechselstromphasen
RW Rückwärtssignal
R+, S+, T+; R-, S-, T- Ventilsteuersignale für 11
S9, S9a, S29, S51, S58, S60 Ausgangssignale von 9, 9a, 29, 51, 58, 60
S74 Grenzsignal für g/f1
S99 Auf/Ab-Signal für f1
S112 Zusatzsignal bzw. U1-Auf/Ab-Signal für U1
T1-T3 Filterzeitkonstanten
U1 Statorspannung
Uzk Zwischenkreisgleichspannung, Wechselrichtergleichspannung
U1/Uzk Statorspannungsbezugssignal
U1/Uzkmin Minimalwert von U1/Uzk
Vf1 Vorzeichensignal für f1
VW Vorwärtssignal
x, y, z, x1-x4 Variable
Δf Frequenzdifferenz
ΔI Stromdifferenzsignal
Claims (9)
1. Verfahren zur Regelung einer Drehfeldmaschine (15),
- a) die über einen Wechselrichter (11) gespeist wird, dessen Ausgangsspannungssystem (R, S, T) in Amplitude, Phasenlage und Frequenz veränderbar ist,
- b) wobei einem Modulator (10) zur Erzeugung von Ventilsteuersignalen (R+, S+, T+; R-, S-, T-) für steuerbare Ventile des Wechselrichters (11) ein 1. Modulatorsteuersignal bzw. ein Statorfrequenzsignal (f1) zur Regelung der Statorfrequenz (f1) der Drehfeldmaschine (15) und
- c) ein 2. Modulatorsteuersignal bzw. ein
Spannungssteuersignal (g/f 1, g) zur Regelung der
Amplitude einer Statorspannung (U1) zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, - d) daß zumindest das 1. Modulatorsteuersignal (f1) durch Integration eines Stromdifferenzsignals (ΔI) oder eines davon abhängigen Signals (S29, S60) über die Zeit gebildet wird, welches Stromdifferenzsignal (ΔI) von einem Statorstromistwertsignal (I1) und von einem Stromsollwertsignal (Iw) abhängig ist, wobei dieses Stromsollwertsignal (Iw) ein vorgebbares Statorstromsollwertsignal (I1w) nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Stromsollwertsignal (Iw) mit abnehmendem Verhältnis
von Statorspannung (U1) zu Statorfrequenz (f1)
erniedrigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet,
- a) daß die Statorfrequenz (f1) in Abhängigkeit von einem aus der Statorfrequenz (f1) errechneten und durch vorgebbare Grenzwerte (f2max, f2U) begrenzten Rotorfrequenzsollwertsignal (f2G) sowie
- b) in Abhängigkeit von einem mechanisch erfaßten Drehfrequenzistwertsignal (fm) gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet,
- a) daß das 1. Modulatorsteuersignal (f1) durch Integration eines Frequenzdifferenzsignals (Δf) oder eines davon abhängigen Signals (S60) über die Zeit gebildet wird, welches Frequenzdifferenzsignal (Δf) von dem Statorfrequenzsignal (f1) und von dem Statorfrequenzsollwertsignal (f1w) abhängig ist,
- b) wenn dieses Frequenzdifferenzsignal (Δf) oder dieses davon abhängige Signal (S60) kleiner als das Stromdifferenzsignal (ΔI) oder das davon abhängige Signal (S29, S60) ist oder
- c) wenn dieses Frequenzdifferenzsignal (Δf) oder dieses davon abhängige Signal (S58) größer als das Stromdifferenzsignal (ΔI) oder das davon abhängige Signal (S29, S60) ist, bei Rekuperationsbetrieb der Drehfeldmaschine (15), d. h., wenn ein Speisegleichstrom bzw. Zwischenkreisgleichstrom (Izk) des Wechselrichters (11) negativ ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
- a) daß das Frequenzdifferenzsignal (Δf) verstärkt, betragsmäßig auf einen vorgebbaren Wert (+100%, -100%) begrenzt sowie mit einem vorgebbaren Beschleunigungssignal (a) verglichen wird und
- b) daß der kleinere der beiden Vergleichswerte einer nachfolgenden Minimal- oder Maximalauswahl (31, 32) mit dem Stromdifferenzsignal (ΔI) oder einem davon abgeleiteten Signal (S29, S60) unterworfen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das 2. Modulatorsteuersignal
(g/f1, g) in Abhängigkeit von dem Statorfrequenzsignal
(f1) und von der Zwischenkreisgleichspannung (Uzk)
durch Integration gebildet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet,
- a) daß das 2. Modulatorsteuersignal (g/f1, g) in Abhängigkeit von einem auf Grenzwertüberschreitungen überwachten und erforderlichenfalls begrenzten (114) Statorstromsollwertsignal (I1w) und
- b) von einem auf Grenzwertüberschreitungen überwachten und erforderlichenfalls begrenzten (112) Stromdifferenzsignal (ΔI) als Zusatzsignal (S112) durch Integration gebildet wird und
- c) daß dieses Zusatzsignal (S112) von 0 verschieden ist, solange eine Rotorfrequenz (f2) der Drehfeldmaschine (15) mindestens so groß wie ein vorgebbarer Umschaltgrenzwert (f2U) für die Rotorfrequenz (f2) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Zusatzsignal (S112) auf einem Wert 0 gehalten wird,
solange der Betrag der Rotorfrequenz (f2) den
Umschaltgrenzwert (f2G) für die Rotorfrequenz (f2)
nicht erreicht.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Regelung über das 1.
Modulatorsteuersignal (f1) blockiert wird (Ff1),
solange das Zusatzsignal (S112) von 0 verschieden ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4215917A DE4215917A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Verfahren zur Regelung einer Drehfeldmaschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4215917A DE4215917A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Verfahren zur Regelung einer Drehfeldmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4215917A1 true DE4215917A1 (de) | 1993-11-18 |
Family
ID=6458860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4215917A Withdrawn DE4215917A1 (de) | 1992-05-14 | 1992-05-14 | Verfahren zur Regelung einer Drehfeldmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4215917A1 (de) |
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