DE4306350C1

DE4306350C1 - Stromregler

Info

Publication number: DE4306350C1
Application number: DE19934306350
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl Ing Behrendt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Alstom Anlagen und Automatisierungstechnik GmbH
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2013-02-24

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromregler mit Spannungsvorsteuerung, ins besondere für eine maschinengeführte Steuerung von über Direktumrichter gespeisten Synchronmaschinen. Ein solcher Stromregler ist durch den Auf satz von Salzmann: "Direktumrichter und Regelkonzept für getriebelosen Antrieb von Rohrmühlen" in der "Siemens-Zeitschrift" 1977, Heft 5, Seiten 416 bis 422 bekannt.

Eine der bekannten Schaltungsanordnung entsprechende, stark schemati sierte Anordnung zur Steuerung von über Direktumrichter gespeisten Syn chronmaschinen ist in Fig. 2 der Zeichnung gezeigt. Dort wird ein Syn chronmotor 1 über drei Einzelstromrichter 2u, 2v, 2w gespeist, die den Direktumrichter bilden und über Transformatoren 3 an ein Mehrphasen netz angeschlossen sind. Jedem der Einzelstromrichter ist ein als Phasen stromregler eingesetzter PI-Stromregler 4 zugeordnet, der einerseits zu geordnet errechnete Stromsollwert W_U,V,W von einer Maschinenführung 5 und andererseits abgegriffene Stromistwerte X_U,V,W über einen Subtraktionspunkt 20 zugeführt bekommt, wobei jeder Phasenstromregler eine Steuerspannung U_St1 bzw. U_St2 bzw. U_St3 abgibt. Dieser Steuerspannung wird zugeordnet über einen Additionspunkt 21 jeweils eine Sollspannung W_U,V,W von der Maschinenführung 5 aufgeschaltet. Der Maschinenführung 5 wird neben den Strom- und Spannungsistwerten X_U,V,W bzw. X_U,V,W die Istdrehzahl X_n und die Lage des Rotors (cos λ, sin λ) des Motors 1, ein von einem Feldstromregler 6 abgeleiteter Flußsollwert W und das Sollmoment W_M aus einer überlagerten Drehzahlregelung 7 zugeführt. Mit W_n ist die Solldrehzahl des Motors bezeichnet.

An die bei einer solchen Anordnung mit Direktumrichtern eingesetzten Stromregler werden besondere Anforderungen hinsichtlich der Dynamik gestellt. Um den erforderlichen sinusförmigen Strom in die Maschine 1 ein prägen zu können, müssen sie jeweils - unterstützt durch eine Ausgangs spannungsvorsteuerung - das korrekte Übergangsverhalten in allen Be triebsbereichen sicherstellen. Abweichungen der Stromkurvenform einer Phase wirken sich stets auch verzerrend auf die beiden anderen Phasen aus.

Das dynamische Übergangsverhalten hängt von den Parametern der Strecken ab und wird deshalb auch von stromabhängigen Sättigungserscheinungen der dortigen Induktivitäten bestimmt. Die Dimensionierung der Stromregler 4 ist dadurch stark arbeitspunktabhängig. So bewirkt eine optimale Ein stellung der Stromregler 4 bei kleinen Werten ein starkes Überschwingen im oberen Bereich, während umgekehrt bei Optimierung auf große Werte der Strom bei kleinen Werten nicht dem Sollwert folgt.

Eine Vorsteuerung der jeweiligen Stromreglerausgangsspannung U_St ist eine sehr schnelle Eingriffsmöglichkeit zur Unterstützung der Stromregler 4. Bei einer Ungenauigkeit in der Vorsteuerung sind die Stromregler 4 allerdings dynamisch nicht in der Lage, einen Fehler zu kompensieren. Dies führt beim Betrieb an den Phasenstromgrenzen zu Schwierigkeiten mit dann evtl. auftretenden Überströmen.

Die beschriebenen Effekte wirken einem zuverlässigen Betrieb des Direkt umrichters entgegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die aufgezeigten Schwierigkeiten auf ein fache Weise zu beheben und den Stromregler so zu verbessern, daß er einer seits Veränderungen der Regelstrecke durch Sättigungserscheinungen kom pensiert und andererseits Überströme durch Ungenauigkeiten der Vorsteuerung vermeidet.

Diese Aufgabe wird für einen Stromregler der eingangs genannten Art gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Aus gestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand der schematischen Zeichnungsfiguren wird die Erfindung näher er läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau des erfindungsgemäßen Stromreglers,

Fig. 2 eine bekannte Anordnung (bereits behandelt).

In Fig. 1 ist der eigentliche PI-Stromregler 4 (vgl. auch Fig. 2) durch eine Verstärkungsadaptionsstufe I und eine aktive Vorsteuerbegrenzungs stufe II ergänzt und bildet mit diesem eine Einheit. Der strichpunktiert umrahmte Stromregler 4 nach Fig. 2 ist durch den in Fig. 1 ersetzbar. Die Verstärkungsadaptionsstufe I zeigt einen 1. Absolutwertbildner 10 mit nachgeschaltetem Kennliniengeber 11. Zugeführt wird der Stromsollwert W_i und abhängig von diesem erfolgt eine von der Kennlinie des Kennlinien gebers 11 arbeitspunktabhängig variable Verstärkung K, die den Stromregler 4 beeinflußt. Die Kennlinie wird durch Funktionswerte für die maximale Verstärkung K_max und die minimale Verstärkung K_min sowie durch untere und obere Grenzeckpunkte des Sollwertes gr_un, gr_ob bestimmt. Zwischen den beiden Eckpunkten erfolgt eine lineare Interpolation für den Verstärkungs faktor K.

Der Eingangswert des Kennliniengebers 11 ist der Absolutwert des Stromsoll wertes W_i. Diese Anpassung der Verstärkung K ermöglicht bereits ein im gesamten Regelbereich gleiches Führungsverhalten.

Zur Vermeidung von Überströmen durch Ungenauigkeiten der Vorsteuerung dient die integrierte aktive Vorsteuerbegrenzungsstufe II. Sie setzt sich zusammen aus weiteren Absolutwertbildnern 12, 13, 14, den Schwellwertstufen 15, 16 (Grenzwertgeber), einem NAND-Glied 17, einem RS-Flip- Flop 18, sowie einem Sample & Hold-Glied 19. Mit 20 und 22 sind Subtraktions punkte und mit 21 ist ein Additionspunkt bezeichnet.

Das Sample & Hold-Glied 19 schaltet abhängig von der Wertigkeit am Ausgang Q des RS-Flip-Flops 18 entweder die Sollwertspannung W_u auf den Summations punkt 21 durch (normale Aufschaltung) oder trennt die Verbindung unter Fixierung auf einen im Glied 19 gespeicherten aufgelaufenen bisherigen Spannungsvorsteuerwert (im Kondensator). Das RS-Flip-Flop 18 wird ge setzt, wenn die Schwellwertstufe 15 anspricht, d. h. der Stromistwert X_i eine bestimmte Stromhöhe in der Nähe des maximal zulässigen Wertes über schreitet. Der momentane Spannungsvorsteuerwert W_u bleibt dann fixiert und der Stromregler 4 übernimmt allein die Führung. Die Freigabe der Vorsteuerspannung W_u durch das Sample & Hold-Glied 19 erfolgt erst wieder, wenn der Stromistwert X_i die Aktivierungsgrenze von Schwellwertstufe 15 und auch die Differenz zwischen der herrschenden Sollspannung W_u und der gespeicherten Vorsteuerspannung am Subtraktionspunkt 22 bestimmte Werte unterschreiten und die Schwellwertstufe 16 auf Low geht, über NAND-Glied 17 wird dann das RS-Flip-Flop zurückgesetzt und das Sample & Hold-Glied 19 schaltet die Vorsteuerung wieder direkt auf die Sollspannung W_u.

Claims

1. Stromregler mit Spannungsvorsteuerung, insbesondere für eine maschi nengeführte Steuerung von über Direktumrichter gespeisten Synchron maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler (4) mit einer stromsollwertabhängigen Verstär kungsadaptionsstufe (I) und einer aktiven Speicherstufe (II) ausgestat tet ist, wobei die Speicherstufe die Vorsteuerspannung auf dem zu diesem Zeitpunkt gültigen Wert fixiert, wenn der Stromistwert einen Grenzwert überschreitet.

2. Stromregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsadaptionsstufe (I) einen Kennliniengeber (11) aufweist.

3. Stromregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinie durch Funktionswerte für die Maximalverstärkung (K_max) und die Minimalverstärkung (K_min) sowie durch Eckpunkte der oberen und unteren Stromsollwertgrenzen (gr_ob, gr_un) festgelegt wird und der Verstärkungsfaktor (K) durch lineare Interpolation zwischen den beiden Eckpunkten bestimmbar ist.

4. Stromregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Speicherstufe ein Sample & Hold-Glied (19) vorgesehen ist, das stromistwertabhängig (X_i) über eine 1. Schwellwertstufe (15) mit nachgeschaltetem RS-Flip-Flop (18) gesteuert wird.

5. Stromregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rückkippen der 1. Schwellwertstufe (15) nach Rückgang des Stromistwertes (X_i) und einem Zurückschalten einer 2. Schwellwert stufe (16) abhängig von der Unterschreitung einer definierten Differenz zwischen Sollwertspannung (W_u) und dem fixierten Speicherwert das RS-Flip-Flop (18) über ein NAND-Glied (17) zurückgesetzt und das Sample & Hold-Glied (19) wieder auf Vorsteuerung mit der Sollwert spannung (W_u) umgeschaltet wird.