DE1221714C2 - Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl einer in beiden Drehrichtungen betriebenen Drehstrommaschine - Google Patents

Description

aufgeteilt in Einzelsignale in Form von mindestens annähernd sinusförmig ausgebildeten Wechselströmen oder Wechselspannungen, als Sollwert vorgegeben wird und daß das gemeinsame Steuersignal aus zwei verschiedenen Steuergrößen gebildet wird, von denen die eine die Frequenz der Drehstrommaschine steuert und die andere aus der Regelabweichung des Luftspaltflusses gewonnen wird.

. Die Vorgabe des gemeinsamen Steuersignals als Sollwert an Einrichtungen zur Stromregelung bedeutet eine unterlagerte Stromregelung. Daß durch eine unterlagerte Stromregelung das dynamische Verhalten eines Gleichstrom-Nebenschlußmotors verbessert werden kann, ist z.B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 072 704 bekannt. Dort wird der Stromsollwert durch die Differenz zwischen Soll- und Istwert einer übergeordneten Regelgröße, die z.B. die Drehzahl des Motors sein kann, gebildet. Eine solche Stromsollwertbildung wird sowohl für den Anker- als auch den Erregerstrom des Gleichstrom-Nebenschlußmotors mit einem gemeinsamen Drehzahlsollwertgeber vorgenommen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, symmetrische und im wesentlichen unter- und oberschwingungsfreie Maschinenströme auszubilden. Weiterhin ist es bei einer Störung möglich, nur eine der beiden Betriebsgrößen (Frequenz, Luftspaltfluß) getrennt auszuregeln.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. In

Fig. 1 ist eine Drehstrommaschine mit einem Umrichter mit je zwei gegenparallelgeschalteten Drehstrombrücken in jeder Zuleitung dargestellt; in

F i g. 2 sind die Signale einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem Diagramm veranschaulicht.

Nach F i g. 1 sind die Primärwicklungen 41, 42, 43 einer Drehstrommaschine 40 über je einen der Stromrichter 44, 45, 46 und je einen der Transformatoren 47, 48, 49 an ein Drehstromnetz mit den Netzleitern R, S, T angeschlossen. Die Stromrichter und die zugehörigen Transformatoren sind der Einfachheit halber einpolig dargestellt. Die Stromrichter 44 bis 46 haben den gleichen Aufbau und bestehen aus je einer gegenparallelgeschalteten Drehstrombrücke mit steuerbaren Ventilen 50 bis 53. Die Steuer- und Regeleinrichtung der Anordnung besteht aus einem Drehzahlregler 63, dem über eine Klemme 60 und einen Verstärker 62 ein Drehzahlsollwert und von einer Tachomaschine 58, die mit der Drehstrommaschine 40 gekuppelt ist, ein Drehzahlistwert vorgegeben werden kann. Der Ausgang des Drehzahlreglers 63 ist mit einem Eingang eines Steuergerätes 65 verbunden, dessen zweitem Eingang ein Flußregler 64 vorgeschaltet ist, dem über eine Klemme 61 ein Luftspaltfluß-Sollwert und von einer Flußmeßeinrichtung 59 der Istwert des Luftspaltflusses vorgegeben werden kann. Der Flußsollwert kann für alle Betriebszustände konstant und deshalb dem Flußregler 64 fest vorgegeben sein. Der Luftspaltfluß der Maschine kann beispielsweise mittels Hallsonden gemessen werden, wobei zweckmäßig der Amplitudenwert erfaßt wird. Es kann dann der magnetische Fluß durch jeden Zahn innerhalb einer Polteilung gemessen und der Betrag des Maximalwertes als Flußistwert weitergeleitet werden. Das vom Flußregler 64 dem Steuergerät 65 vorgegebene Eingangssignal wird zusammen mit dem vom Drehzahlregler 63 vorgegebenen Signal in ein gemeinsames Steuersignal wechselnder Größe umgeformt, dessen Amplitude vom Ausgangswert des Flußreglers 64 und dessen Frequenz vom Ausgangswert des Drehzahlreglers 63 bestimmt wird. Dieses Signal wird in Steuersignale aufgeteilt, die über je eine getrennte Ausgangsleitung den Stromreglern 66 als Sollwert vorgegeben werden. Somit kann der magnetische Luftspaltfluß der Maschine 40 mit Hilfe der Größe der Strangströme und die Drehzahl der Maschine 40 mit Hilfe der Frequenz der Strangströme geregelt werden. Die Amplitude der Steuersignale kann im Grunddrehzahlbereich so vorgegeben sein, daß der Betrag des Luftspaltflusses konstant gehalten wird. Dann bleibt unabhängig von der Frequenz das Kippmoment der Maschine konstant. Die Steuersignale auf den drei Ausgangsleitun-

ao gen des Steuergerätes 65 sind zeitlich so gegeneinander versetzt, daß sie ein oberschwingungsfreies, symmetrisches Drehsystem ergeben. Die Steuersignale werden ferner dem Eingang einer Kommandostufe .67 für einen kreisstromfreien Betrieb vorgegeben.

Die Kommandostufen 67, die aus elektronischen Schaltelementen nach den logischen Funktionen, sogenannten Gattern, aufgebaut sein können, geben jeweils die Zündimpulse für ein Ventilsystem, das Strom führen soll, frei, wenn in dem gegenparaliel geschalteten System der Strom wenigstens annähernd Null geworden ist.

Dem Eingang der Stromregler 66 sowie der Kommandostufen 67 wird ferner von je einem der Stromwandler 70 und 71 der Stromistwert der betreffenden Zuleitung zugeführt. Die Ausgangssignale der Stromregler 66 und der Kommandostufen 67 bilden die Eingangssignale der Steuersätze 68 und 69, welche die erforderlichen Zündimpulse für die Gitter der Ventile 50 bis 53 bzw. bei Verwendung von HaIbleiterventilen für die Zündelektroden der Halbleiterventile liefern.

In F i g. 2 sind die Eingangs- und Ausgangssignale des in F i g. 1 dargestellten Steuergerätes 65, das aus kontaktlosen elektronischen Schaltelementen nach den logischen Funktionen aufgebaut sein kann, in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Das vom Flußregler 64 vorgegebene Eingangssignali für die Größe des Stromsollwertes soll beispielsweise zur Zeit t_t vermindert werden. Dementsprechend wird die Amplitude der Steuersignale i_t bis i_s auf den drei Ausgangsleitungen kleiner. Zur Zeit t₂ wechselt das vom Drehzahlregler 63 vorgegebene Eingangssignal / für die Frequenz des Stromsollwertes sein Vorzeichen und wird dem Betrage nach größer. Dementsprechend ändert sich die Phasenfolge der Steuersignale auf den Ausgangsleitungen so, daß sich ein Drehfeld mit umgekehrter Drehrichtung ergibt. Gleichzeitig wird die Frequenz der Steuersignale erhöht.

Das¹ Verfahren wurde im Ausführungsbeispiel für die Drehzahlregelung einer Drehstromasynchronmaschine beschrieben. Es kann aber in gleicher Weise auch zur Drehzahlsteuerung oder -regelung einer Drehstromsynchronmaschine angewendet werden, und zwar sowohl für motorischen als auch für generatorischen Betrieb.

Neben der beschriebenen Regelung auf konstantes Luftspaltfeld ist auch eine Regelung im Feld-

sehwäehbereiph möglich, indem beispielsweise oberhalte einej vorbestimmten Drehzahl der Luftspaltfluß Yerminderi wird/,

i·; Im Apsiührungsbeispiel ist die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit Regeleinrichtungen für die Ströme der Maschine beschrieben. Die Erfindung kann aber auch mit Regeleinrichtungen: für die Spannungen der Maschine angewendet werden, wobei in F i g. 1 an die Stelle der Stromregler Spannungsregler zu setzen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

stem in jeder Zuleitung und mit Steuereinrichtungen Patentansprüche: , für getrennte Aussteuerung der Ventile an ein Dreh stromnetz angeschlossen sind, bei dem der Dreh-

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Strommaschine durch unterschiedliche Aussteuerung Drehzahl einer in beiden Drehrichtungen betrie- 5 der Ventile mittels eines gemeinsamen Steuersignals benen Drehstrom-Asynchronmaschine mit Kurz- periodisch wechselnder Größe, dessen Frequenz die Schlußläufer oder einer Drehstrom-Synchron- Frequenz und dessen Amplitude den Speisestrom maschine, die über einen Umrichter mit minde- oder die Speisespannung der Drehstrommaschine stens einem steuerbaren Ventilsystem in jeder proportional beeinflußt, Speiseströme oder Speise-Zuleitung und mit Steuereinrichtungen für ge- ίο spannungen veränderbarer Größe, veränderbarer trennte Aussteuerung der Ventile an ein Dreh- Frequenz und umkehrbarer Phasenfolge vorgegeben stromnetz angeschlossen sind, bei dem der Dreh- werden.

Strommaschine durch unterschiedliche Aussteue- Ein solches Verfahren ist aus der Beschreibung zu

rung der Ventile mittels eines gemeinsamen Steu- Fig. 10 der deutschen Auslegeschrift 1 065 080 beersignals periodisch wechselnder Größe, dessen 15 kannt. Ein zweiphasiger Asynchronmotor mit Kurz-• Frequenz die Frequenz und dessen Amplitude Schlußläufer wird über einen Pulswechselrichter mit den Speisestrom oder die Speisespannung der steuerbaren Ventilen in Brückenschaltung, einen Drehstrommaschine proportional beeinflußt, Gleichspannungs-Zwischenkreis und einen Gleich-Speiseströme oder Speisespannungen veränderba- richter aus einem Drehstromnetz gespeist. Die Verrer Größe, veränderbarer· Frequenz und umkehr- 20 änderung der Drehzahl und Drehrichtung erfolgt barer Phasenfolge vorgegeben werden, da- durch Einwirkung auf die Steuerung der Ventile, durch gekennzeichnet, daß den Steuer- Dazu ist ein gemeinsames Steuersignal periodisch einrichtungen der Ventile (50 bis 53) Einrichtun- wechselnder,Größe vorgesehen, dessen Frequenz die gen (66) zur Strom- oder Spannungsregelung zu- Geschwindigkeit des Drehfeldes und somit die Drehgeordnet sind, denen das gemeinsame Steuersi- 25 zahl und dessen Amplitude die Speisespannungsamgnal, aufgeteilt m Einzelsignale (Z₁, Z₂, Z₃) in Form plitude des Asynchronmotors proportional beeinvon mindestens annähernd sinusförmig ausgebil- flußt. Das Steuersignal wird durch einen Frequenzdeten Wechselströmen oder Wechselspannungen, wandler erzeugt. Als Frequenzwandler dient ein roals Sollwert vorgegeben wird und daß das ge- tierender Umformersatz, dessen Motor mit einstellmeinsame Steuersignal aus zwei verschiedenen 30 barer Drehzahl angetrieben wird. Frequenz und Am-Steuergrößen gebildet wird, von denen die eine plitude des vom Frequenzwandler gelieferten Steuerdie Frequenz der Drehstrommaschine (40) steuert signals sind somit wiederum starr aneinander gekop- und die andere aus der Regelabweichung des pelt, so daß eine getrennte Einstellung nicht vorge-Luftspaltflusses gewonnen wird. nommen werden kann. Eine getrennte Ausregelung

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 der beiden Betriebsgrößen wäre somit dort nicht kennzeichnet, daß die Anzahl der Einzelsignale möglich und ist auch nicht vorgesehen.

(Z₁, Z₂, Z₃) gleich der Phasenzahlder Drehstrom- Aus der deutschen Auslegeschrift N 9089VIIIb/ maschine (40) ist, daß die Einzelsignale (Z₁, Z₂, Z₃) 21 c ist ferner eine Drehzahlregeleinrichtung für derart gegeneinander phasenverschoben sind, daß einen Drehstrommotor bekannt, bei welcher ein ihre zeitliche Staffelung ein Drehsystem ergibt, 40 Drehstrominduktionsmotor aus dem Drehstromnetz und daß jedes Einzelsignal (Z₁, Z₂, Z₃) als Sollwert über einen Gleichrichter, der mittels eines Phaseneiner Einrichtung (66) zur Strom- öder Span- Schiebers steuerbar ist, und über einen statischen nungsregelung zugeführt^: wird, die getrennt für Dreiphasenumrichter, der diesem nachgeordnet ist, eines der Ventilsysteme (50 bis 53) vorgesehen gespeist wird. Für die Drehzahl und die Motorspeiseist. . 45 spannung wird in separaten Regelkreisen je ein Steu-

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ersignal gebildet, von denen das eine auf den steuergekennzeichnet, daß die Frequenz des gemeinsa- baren Gleichrichter und das andere auf den Umrichmen Steuersignals bzw. der Einzelsignale (Z₁, Z₂, ter wirkt. Frequenz und Motorspeisespannung wer-Z₃) dem Ausgangssignal eines Drehzahlreglers den proportional zueinander geführt. Daher kann bei

(63) und daß die Amplitude des gemeinsamen 50 Frequenz Null kein Drehmoment abgegeben werden. Steuersignals bzw. der Einzelsignale (Z₁, Z₂, Z₃) Bei niederen Drehzahlen wird der Drehstrommotor dem Ausgangssignal eines Luftspaltflußreglers infolge der blockweisen Spannungsaufschaltung

(64) proportional ist. schrittweise weitergeschaltet, so daß sich ein unrun

der Lauf ergibt. - -

55 Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art unter Verbesserung des dynamischen Verhaltens einerseits zu gewährleisten,

daß die Drehstrommaschine auch bei niederen Drehzahlen in beiden Drehrichtungen mit ruhigem Lauf 60 betrieben wird, und auch bei .Drehzahl Null ein Drehmoment abgeben kann, und andererseits die Möglichkeit zu schaffen, unabhängig von der Fre-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur quenz das Kippmoment der Drehstrommaschine im Steuerung oder Regelung der Drehzahl einer in bei- Grunddrehzahlbereich konstant zu halten,
den Drehrichtungen betriebenen Drehstrom- 65 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geAsynchronmaschine mit Kurzschlußläufer oder einer löst, daß den Steuereinrichtungen der Ventile Ein-Drehstrom-Synchronmaschine, die über einen Um- richtungen zur Strom- oder Spannungsregelung zurichter mit mindestens einem steuerbaren Ventilsy- geordnet sind, denen das gemeinsame Steuersignal,