DE1588783B2 - Einrichtung zur steuerung eines umkehrstromrichters - Google Patents

Einrichtung zur steuerung eines umkehrstromrichters

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DE1588783B2 DE1967S0112212 DES0112212A DE1588783B2 DE 1588783 B2 DE1588783 B2 DE 1588783B2 DE 1967S0112212 DE1967S0112212 DE 1967S0112212 DE S0112212 A DES0112212 A DE S0112212A DE 1588783 B2 DE1588783 B2 DE 1588783B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung eines Umkehrstromrichters mit antiparallelgeschalteten Ventügruppen in kreisstromfreier Schaltung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors mit einem von dessen Drehzahlregler geführten Stromregler, der den Steuersätzen der einzelnen im Ankersfromkreis liegenden Ventügruppen ein Steuersignal vorgibt, und mit einer vom Ausgangssignal des Drehzahlreglers gesteuerten Kommandostüfe, die bei Polaritätswechsel des Ausgangssignals zur Umsteuerung für den Steuersatz der stromführenden Ventilgruppe einen Verschiebebefehl für Wechselrichterbetrieb abgibt, bei Nulldurchgang des Ankerstromes den Verschiebefehl aufhebt und einen Befehl zur Zündung der der anderen Stromrichtung zugeordneten Ventilgruppe unter gleichzeitiger Sperrung der bisher stromführenden Ventilgruppe liefert. Eine solche Einrichtung ist aus der Siemens-Zeitschrift 1965, Seite 1081 bekannt (vgl. Bild 3).
Zur Spannungsversorgung von Gleichstrommotoren aus Drehstromnetzen sind bereits verschiedenartige Umkehrstromrichterschaltungen bekannt. Die kreisstrombehafteten Umkehrstromrichterschaltungen haben zwar recht gute dynamische Regeleigenschaften, erfordern jedoch außer verhältnismäßig vielen Drosseln auch einen erheblichen steuerungstechnischen Aufwand. Die kreisstromfreien Umkehrstromrichterschaltungen erfordern demgegenüber steuerungstechnisch einen etwas geringeren Aufwand; die Steuerungsprobleme beim Umsteuervorgang sind jedoch bisher bei derartigen Schaltungen nicht für alle Betriebsfälle geeignet gelöst worden.
Bekannte Schaltungen dieser Art bestehen aus antiparallel geschalteten Ventügruppen und einem beiden Ventügruppen gemeinsamen Steuersatz. Die Steuerimpulse des Steuersatzes werden über eine Impulsweiche der Ventügruppe zugeführt, die gerade den Strom führen soll. Zur Regelung des Gleichstrommotors wird sein Drehzahlistwert zusammen mit einem Drehzahlsollwert auf einen Drehzahlregler gegeben, dessen Ausgangssignal die Führungsgröße für einen Stromregler liefert, der seinerseits den Stromistwert von der Wechselspannungsseite des Stromrichters erhält. Das Ausgangssignal des Stromreglers steuert den gemeinsamen Steuersatz (vgl. Siemens-Zeitschrift 1965, Seiten 251 und 1081, Fig. 3). Beim Übergang vom motorischen auf generatorischen Betrieb, d. h. bei einem Wechsel der Ankerslromrichtung des Motors muß die bisher stromführende Ventügruppe gelöscht und die bisher gesperrte Ventügruppe gezündet werden. Hierzu ist bei den bekannten Schaltungen eine Kommandostufe vorgesehen, welche den Polaritätswechsel am Ausgang des Drehzahlreglers feststellt und daraufhin — nach Begrenzung des Ausgangssignals des Drehzahlreglers — auf einen Eingang des Stromreglers ein derartiges Kommando abgibt, daß die bisher stromführende Ventilgruppe in den Wechselrichterbetrieb übergeht. Ist der Strom des Stromrichters bis auf Null abgesunken, was ebenfalls durch die Kommandostufe überwacht wird, so wird, falls die Polarität des Ausgangssignals des Drehzahlreglers erhalten geblieben ist, der Verschiebebefehl aufgehoben und der Steuersatz von der einen Ventügruppe auf die andere Ventügruppe umgeschaltet.
Diese bekannten Schaltungen haben den Nachteil, daß beim Umkehrvorgang verhältnismäßig große Totzeiten auftreten können. So wird z. B. schon verhältnismäßig viel Zeit (T > 20 msec.) zur Umladung der zur Regeloplimierung erforderlichen Kondensato-
ren im Rückführungskreis des Stromreglers benötigt; außerdem vergeht einige Zeit bei der Rückwärlsinlegralion des Stromrcglers bis in den EingrilTsbercich, vor allem bei kleinen Drehzahlen, d. h. kleinen Stromrichterausgangsspannungen. Die Folge ist eine relativ schlechte Rcgeldynamik des Unisteuervorganges und Stromspitzen im Leerlauf bis zum dreifachen Ankerncnnstrom während des Überganges von der Freigabe des Steuersatzes bis zum Eingriff des Stromreglers.
Zur Verbesserung dieser Schaltungen hat man jeder Ventilgruppe einen Slromregler und einen Steuersatz zugeordnet und die einzelnen Stromreglerausgänge einander nachgeführt. Ein derartiger Eingriff bringt aber u. U. Spannungsstöße mit sich; außerdem ist eine einwandfreie Reglernachführung technisch schwierig realisierbar. Sie bedingt eine verhältnismäßig aufwendige Kommandostufe (vgl. Siemens-Zeitschrift 1965, Seite 1081, Fig. 2).
Es ist auch eine unstetige Feldspeisung mit kreisstromfceier Zweistromrichter-Schaltung für den Umkehrbetrieb eines Gleichstrommotors bekannt, bei , ~. der zur Reversierung des Motors das Feld in mög-J]9 liehst kurzer Zeit gewendet werden soll (vgl. Brown-Boveri-Mitt. 1961, S. 660 bis 662, Bild 12). Dabei ist den beiden Gittersteuersätzen ein Erregerstrom-Regel verstärker vorgeschaltet, der einen Erregerstromsollwert von immer gleicher Polarität und gleichem Betrag erhält. Ferner ist noch eine Umschaltlogik vorgesehen, der der Erregerstromistwert der stromführenden Ventilgruppe, die Drehzahl-Soll-Istwertabweichung des Motors, der Drehzahlsoll- und der Drehzahlistwert zugeführt werden und die sowohl logische Signale zur Gittersperrung als auch direkte Befehle für Wechselrichterbetriebe an die einzelnen Gittersteuersätze geben kann. Beim Umlegen des Steuerhebels auf die Gegendrehrichtung, also einer Änderung des Vorzeichens der Drehzahl-Regelabweichung, wird von der Umschaltlogik ein Signal für Wechselrichterbetrieb direkt auf den Gittersteuersatz der gerade stromführenden Ventilgruppe gegeben, so daß der Erregerstrom rasch zu Null und damit das Feld schnell abgebaut wird. Die Erregerstromregelung selbst ist am Feldabbau nicht beteiligt. Der beim Umsteuervorgang abnehmende Erregerstromistwert, der in die Erregerstromregelung eingeht, bewirkt ein vollständiges Öffnen des Erregerstrom-Regelverstärkers, so daß bei Fortfall des Wechselrichterbefchls und verzögerter Freigabe des anderen Giltersteuersatzes sofort die volle Gleichrichterspannung umgekehrter Polarität an der Erregerwicklung erscheint. Da diese dem mehrfachen Spannungsnennwert entspricht, wird ein schneller Feldaufbau erreicht, wobei der Erregerstrom durch die Regelung auf vorgegebene Werte begrenzt wird.
Eine derartige verzögerte Spannungsüberhöhung nach dem Fortfall des Wechselrichterbefehls ist für die vorliegende Erfindung nicht brauchbar. Denn hierbei handelt es sich im Gegensatz zur bekannten Anordnung um eine Einrichtung mit einem Umkehrstromrichter im Ankerstromkreis, bei der die Stromregelung ihrerseits von einer übergeordneten Drehzahlregelung mit unter Umständen sich rasch änderndem Sollwert geführt ist und bei der nach dem Fortfall des Wechselrichterbefehls ein an die übergeordnete Regelung angepaßtes und nicht zu Stromstößen führendes Regelsignal sofort zur Verfügung gestellt werden muß.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art eine gute und schnelle Regeldynamik bei Verwendung nur eines Slromreglers und bei Vermeidung von Stromstößen zu erzielen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Steuersignal des Steuersatzes der stromführenden Venlilgruppc unter Umgehung des Stromreglers direkt durch die Kommandostufe in einen Verschicbebefehl für Wechselrichterbetrieb änderbar ist und daß der bei diesem
ίο Vorgang eingeschaltet bleibende Stromregler auf Grund seines Zeitverhallens sein augenblickliches Ausgangssignal beibehält, so daß er nach Forlfall des Verschiebebefehls sofort das zur stromstoßfreien Aussteuerung gehörende Steuersignal für den Sleuersatz der der anderen Stromrichtung zugeordneten Ventilgruppe liefern kann.
Auf diese Weise erhält man bei sehr geringem Schaltungsaufwand eine einwandfreie Regeldynamik des Umstcuervorganges bei gleichzeitiger Vermeidung von Stromstößen, wobei es im Gegensatz gerade zu der bekannten Schaltung für dje Feldumkehr wesentlich ist, daß der Stromregler auf seinem Arbeitspunkt belassen und nicht in irgendeine Extremlage getrieben wird.
Eine einfache schaltungsmäßige Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersatz der einen Ventilgruppc über zwei Umkehrverstärker und der Steuersatz der anderen Ventilgruppe über nur einen dieser Umkehrverstärker mit dem Stromregler verbunden ist und daß der Verschiebebefehlder Kommandostufe Eingängen beider Umkehrverstärker zuführbar ist.
Wird für beide Ventilgruppen nur ein Steuersatz vorgesehen, dessen Ausgangspulse durch eine Impulsweiche sperrbar oder auf eine der beiden Ventilgruppen führbar sind, so kann diese Schaltung dahingehend abgewandelt werden, daß der beiden Ventilgruppen gemeinsame Steuersatz wahlweise über einen oder zwei Umkehrverstärker mit dem Stromregler verbunden ist und daß der Verschiebebefehl der Kommandostufe nur dem Eingang des direkt vor dem Steuersatz angeordneten Umkehrverstärkers zuführbar ist.
Erwähnt sei auch noch, daß es sehr vorteilhaft ist, den einen der Umkehrverstärker zusätzlich zur Angleichung der Kennlinien der Steuersätze zu benutzen. An Hand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt
F i g. 1 eine Einrichtung mit zwei Steuersätzen und F i g. 2 eine Einrichtung mit einem Steuersatz.
Die Ankerwicklung eines Gleichstrommotors 1 wird über einen kreisstromfreien Thyristor-Umkehrstromrichter mit zwei antiparallel geschalteten Venlilgruppcn 2 und 3 in kreisstromfreier Schaltung aus einem Drehstromnetz RST gespeist.
Für jede der einer der beiden Stromrichtungen zugeordneten Ventilgruppen 2 und 3 ist ein Steuersatz 4 und 5 mit Impulsverstärkern 6 und 7 vorgesehen. Zur Drehzahlregelung des Gleichstrommotors 1 wird dessen Istdrehzahl nlst mit einer Tachometermaschine 8 gemessen und deren Ausgangssignal zusammen mit einem Signal für den Drehzahlsollwert /7so// auf einen Drehzahlregler 9 gegeben. Das Ausgangssignal des Drehzahlreglers 9 stellt die Führungsgröße für einen Stromregler 10 dar, der seinen vorzeichenrichligen Ankerstromistwert/,-,, aus einem im Ankerstromkreis des Motors 1 angeordneten Gleichstromwandler 13 erhält. Je nach der gewähl-
5 6
ten Slromrichtung wird das Ausgangssignal" des festgestellt, wenn der Ankerstrom des Glcichslrom-Stromreglers 10 über einen Umkehrverstärker 11 an motors 1 bis auf Null abgesunken ist. Bevor nun die den Steuersatz4 oder über zwei Umkchrvcrslärker andere Vcnlilgruppe, z.B.2, freigegeben wird, wird 11 und 12 an den Steuersalz 5 geführt. Die Umkeh- nochmals die Polarität des Ausgangssignals des Drchrung der Polarität des Ausgangssignals des Strom- 5 zahlrcglers 9 geprüft und, falls diese gleich geblieben reglerslO durch den Umkehrverstärker 12 ist dabei ist, der Verschiebebefehl weggenommen, der Impulsnotwendig, damit bei einer Stromumkehr, bei der verstärker 6 über eine Leitung 17 6 gesperrt, der Imdann ein umgekehrter Stromistwert geliefert wird, pulsverstärkcr? über eine Leitung 17« freigegeben die richtige Polarität der Sleuerspannung am belrcf- und die Begrenzung des Ausgangssignals des Drchfendcn Steuersatz erhalten bleibt. io zahlreglers 9 aufgehoben. Hierdurch zündet dann die
Tritt z.B. der Fall ein, daß der Gleichstrom- Ventilgruppc2; der Ankerstrom kann somit in um-
motor 1 vom motorischen in den generatorischen gekehrter Richtung fließen.
Betrieb übergehen muß, z. B. wenn er von seiner Last Erwähnt sei auch noch, daß durch Zusalzspan-
über seine Solldrehzahl hinaus angetrieben wird oder nungen oder durch Änderung der Verstärkung im
bei einer starken Verkleinerung des Drehzahlsollwcr- 15 Umkehrverstärker 12 eine Angleichung der Kcnn-
tcs, so muß auch der Ankerstrom seine Richtung linien der Steuersätze 4 und 5 möglich ist.
ändern, d. h. die bisher gezündete Ventilgruppe, F i g. 2 zeigt eine Schaltungsvcreinfachung, bei
z. B. 3, muß gelöscht werden und die bisher strom- der man mit einem einzigen Steuersatz 4 b auskommt,
lose Vcnlilgruppe, z. B. 2, muß gezündet werden. der wahlweise über den Impulsverstärker 6 oder 7
Zur Steuerung dieses Vorganges ist eine Komman- 20 an die Ventilgruppe 2 oder 3 geschaltet werden kann, doslufc 14 vorgesehen. Diese Kommandostufe 14 Bei dieser Einrichtung wird der Verschiebebefehl überwacht die Polarität des Ausgangssignals des für Wcchselrichterbelrieb von der Kommandostufc Drehzahlreglers 9. Ändert sich die Polarität dieses 14 her stets über den gleichen Umkehrverstärker 12« ( Ausgangssignals, z.B. weil, wie oben erwähnt; der auf den Steuersalz4b gegeben. Die geeignete Polari-Motor 1 von seiner Last angelrieben wird, so spricht 25 tat des Eingangssignals für den Steuersatz 4 b wird die Kommandostufe 14 an und gibt durch eine Lei- je nach der gewünschten Stromrichtung durch Schlietung 16 über den Umkehrverstärker 11 zunächst ßen eines Schalters 18 und öffnen eines Schalters 19 einen Verschicbebefehl auf den Steuersatz 4 derart, oder umgekehrt durch die Kommandoslufe 14 bedaß die Vcnlilgruppe3 bis zur Wechsclrichtertritt- wirkt. Ist z.B. der Schalter 18, der im Regelfall aus grenze ausgesteuert wird. Gleichzeitig damit wird das 30 einem Schaltlransistor besieht, geschlossen und der Ausgangssignal des Drehzahlreglers 9 durch ein über Schalter 19 geöffnet, so liegt am Umkchrverslärkcr eine Leitung 15 gegebenes Signal der Kommando- 12a über den unteren Spannungsteiler das Ausgangsstufe 14 begrenzt. ■ , signal des Stromrcglers 10. Das Ausgangssignal des
Der Stromreglcr 10 bleibt bei diesem Vorgang ein- Umkehrverstärkers 11 α ist dann über den oberen
geschaltet und behält dabei auf Grund seines Zeit- 35 Spannungsteiler und den Schalter 18 geerdet.
Verhaltens sein augenblickliches Ausgangssignal bei. Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung kann bei-
Da jedoch der Verschiebebefehl verhältnismäßig groß spielsweise in der Weise abgewandelt werden, daß
gegenüber dem möglichen Ausgangssignal des Strom- an Stelle der einzelnen Impulsverstärker 6 und 7 eine
rcglers 10 gewählt wird, ist der Einfluß des Aus- einzige Impulsweiche 20 benutzt wird, mit der die
gangssignals zu diesem. Zeitpunkt praktisch vernach- 40 vom Steuersatz 4 b gelieferten Impulse wahlweise auf
lässigbar. die Venlilgruppe 3 oder 2 geführt werden können.
In der Kommandoslufe 14 wird der Zeitpunkt Diese Möglichkeit ist gestrichelt angedeutet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen t.

Claims (5)

  1. Patentansprüche:
    I. Einrichtung zur Steuerung eines Umkehrstromrichters mit antiparallelgeschalteten Ventilgruppen in kreisstromfreier Schaltung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors, mit einem von dessen Drehzahlregler geführten Stromregler, der den Steuersätzen der einzelnen im Ankerstromkreis liegenden Ventilgruppen ein Steuersignal vorgibt, und mit einer vom Ausgangssignal des Drehzahlreglers gesteuerten Kommandostufe, die bei Polaritätswechsel des Ausgangssignals zur Umsteuerung für ■ den Steuersatz der stromführenden Ventilgruppe einen Verschiebebefehl für Wechselrichterbetrieb abgibt, bei Nulldurchgang des Ankerstromes den Verschiebebefehl aufhebt und einen Befehl-zur Zündung der der anderen Stromrichtung zugeordneten Ventilgruppe unter gleichzeitiger Sperrung der bisher stromführenden Ventilgruppe liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal des Steuersatzes (4,- 5) der stromführenden Ventilgruppe (3; 2) unter Umgehung des Stromreglers (10) direkt durch die Kommandostufe (14) in einen Verschiebebefehl für Wechselrichterbetrieb änderbar ist und daß der bei diesem Vorgang eingeschaltet bleibende Stromregler (10) auf Grund seines Zeitverhaltens sein augenblickliches Ausgangssignal beibehält, so daß er nach Fortfall des Verschiebebefehls sofort das zur stromstoßfreien Aussteuerung gehörende Steuersignal für den Steuersatz (5; 4) der der anderen Stromrichtung zugeordneten Ventilgruppe (2; 3) liefern kann.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für beide Ventilgruppen (2, 3) nur ein Steuersatz (4 b) vorgesehen ist, dessen Ausgangsimpulse durch eine Impulsweiche (20) sperrbar oder auf eine der beiden Ventilgruppen (2, 3) führbar sind. (F i g. 2)
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersatz (5) der einen Ventilgruppe (2) über zwei Umkehrverstärker (11,12) und der Steuersatz (4) der anderen Ventilgruppe (3) über nur einen dieser Umkehrverstärker (11) mit dem Stromregler (10) verbunden ist und daß der Verschiebebefehl der Kommandostufe (14) Eingängen beider Umkehrverstärker (II, 12) zuführbar ist. (Fi g. 1)
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Umkehrverstärker (12) zusätzlich zur Angleichung der Kennlinien der Steuersätze (4, 5) dient.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beiden Ventügruppen (2, 3) gemeinsame Steuersatz (4 b) wahlweise über einen oder zwei Umkehrverstärker (11 λ, 12 α) mit dem Stromregler (10) verbunden ist und daß der Verschiebebefehl der Kommandostufe (14) nur dem Eingang des direkt vor dem Steuersatz (4 b) angeordneten Umkehrverstärkers (12 ä) zuführbar ist. (F i g. 2).
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