Verfahren zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung einer Drehstrommaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung
einer Drehstrommaschine, die an einen selbstgeführten Stromrichter angeschlossen
ist, dessen Frequenz die Frequenz der Maschine und dessen Eingangsgleichspannung
die Spannung der Maschine bestimmt. Die Eingangsgleichspannung des Stromrichters
wird-im allgemeinen von einem netzgeführten Stromrichter geliefert. Es kann aber
auch beispielsweise eine Akkumulatorenbatterie
mit einem nachgeschalteten
elektronischen Gleichstromsteller vorgesehen sein. Solche Umrichter sind beispielsweise
aus den deutschen Auslegeschriften i 222 156 und 1 246 86-1 sowie aus der Fachliteratur
bekannt.Method for controlling the speed and direction of rotation of a three-phase machine
The invention relates to a method for controlling the speed and direction of rotation
a three-phase machine connected to a self-commutated converter
whose frequency is the frequency of the machine and its DC input voltage
determines the voltage of the machine. The DC input voltage of the converter
- is generally supplied by a line-commutated converter. But it can
also, for example, an accumulator battery
with a downstream
electronic DC chopper can be provided. Such converters are for example
from the German Auslegeschriften i 222 156 and 1 246 86-1 as well as from the specialist literature
known.
Eine Drehzahlsteuerung einer Drehstromasynchronmaschine über einen
weiten Bereich läßt sich durch Frequenzänderung des speisenden Drehstromes erreichen.
Bei der-Drehzahlsteuerung durch Änderung der Frequenz und der Klemmenspannung wird
bekanntlich-' die Spannung der Frequenz angepaßt. Da die Asynchronmaschine im Ständerkreis
überwiegend Reaktanzen enthält, wird die Klemmenspannung im allgemeinen etwa proportional
der Speisefrequenz mitgeführt, weil sich dann eine annähernd lineare Abhängigkeit
der Klemmenspannung von der Speisefrequenz ergibt. Da,s Verhalten des Käfigläufermotors
bei einer derartigen frequenzproportionalen _ Änderung der Klemmenspannung ist aus
der Literatur bekannt.A speed control of a three-phase asynchronous machine via a
A wide range can be achieved by changing the frequency of the feeding three-phase current.
When controlling the speed by changing the frequency and the terminal voltage
as is well known- 'the voltage adapted to the frequency. Since the asynchronous machine in the stator circle
contains predominantly reactances, the terminal voltage is generally roughly proportional
the feed frequency, because then there is an approximately linear dependency
the terminal voltage results from the supply frequency. There, s behavior of the squirrel cage motor
in the case of such a frequency-proportional change in the terminal voltage, it is off
known in literature.
Es wurde nun erkannt, daß diese Art der Steuerung oder-Regelung dann
wegen der Zeitkonstanten im Gleichstromzwischenkreis unbefriedigend ist, wenn schnelle
Drehzahländerungen, insbesondere bei Einzelantrieben, notwendig sind. Wird die Frequenz
des Stromrichters schneller verstellt als die Spannung nachgeführt werden kann,
so neigt die angeschlossene Maschine zum Kippen. Die iteuerung ist deshalb fürschnelle
Regelvorgänge, insbesondere -für Antriebe mit Laststößen-, nicht geeignet.It has now been recognized that this type of control or regulation then
because of the time constants in the DC link is unsatisfactory if fast
Speed changes, especially with individual drives, are necessary. Will the frequency
of the converter is adjusted faster than the voltage can be adjusted,
so the connected machine tends to tip over. The iteration is therefore for the fast
Control processes, especially for drives with load surges, not suitable.
Es ergibt-sich daraus die Aufgabe, die ungünstige Wirkung der Zeitkonstante
des Gleichstrom-Eingangskreises und die damit vc!r.-bundene
Trägheit
in der Regeldynamik zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Eingangsgleichspannung des Stromrichters gesteuert und die Frequenz des
Stromrichters in Abhängigkeit von der Gleichspannung nachgeführt wird. Diese Umkehrung
des bekannten Steuerprinzips ermöglicht schnelle Frequenz- und Spannungsänderungen
und damit ein Auffangen von Laststößen der Maschine. Dem Frequenzgeber für die Steuerung
des Stromrichters, vorzugsweise einem Flußregler oder einem Läuferfrequenzgeber,
wird ein fester Sollwert für die jeweiligen Maschinengrößen vorgegeben: Die Maschinengröße
wird erfaßt oder auch nachgebildet und dem Eingang des @'requenzgebers vorgegeben.
Das Ausgangssignal des Frequenzgebers wird dem Spannungsregler als Istwert vorgegeben.
Dieser Spannungsregler regelt entsprechend einem .einstellbaren Spannungs®ollwert
die Regelabweichung aus. Der Drehzahlsollwert wird somit jeweils am :;pannungsregIer
eingestellt und die-Frequenz des Stromrichters entsprechend der geänderten Ausgangsspannung
des Gleichrichters oder der h!isgangsspannung.eines Gleichstromstellers nachgeführt.-Z>@r
weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf` die Zeichnung Bezug genommen,
in der ein Ausführungsbeispiel einer. Anordnung zur Durch,ühr,@ung des Verfahrens
nach der h,rf"indung schematisch veranschaulicht ist.This results in the task of avoiding the unfavorable effect of the time constant of the direct current input circuit and the associated inertia in the control dynamics. This object is achieved according to the invention in that the input DC voltage of the converter is controlled and the frequency of the converter is tracked as a function of the DC voltage. This reversal of the well-known control principle enables rapid frequency and voltage changes and thus the absorption of load surges from the machine. The frequency generator for controlling the converter, preferably a flux regulator or a rotor frequency generator, is given a fixed setpoint value for the respective machine variables: The machine variable is recorded or simulated and given to the input of the frequency generator. The output signal of the frequency generator is given to the voltage regulator as an actual value. This voltage regulator regulates the control deviation according to an adjustable voltage setpoint. The speed reference value is thus respectively on: adjusted pannungsregIer and the frequency of the power converter according to the changed output voltage of the rectifier or the h isgangsspannung.eines DC chopper nachgeführt.-Z> @r further explanation of the invention reference is made to` the drawing, in! the one embodiment of a. Arrangement for carrying out the process according to which the invention is illustrated schematically.
Eine Drehstr.ommaschine 2 ist über einen selbstgeführten Stromrichter
3 und einen Gleichttromzwischenkreis sowie-einen netzgeführten Stromrichter 4 an
ein Drehstromnetz :angeschlossen.: Der Gleichstromzwischenkreis soll eine Glättungaeinri@chtung
enthalten!
die als Glättungsdrossel 5 und Glättungskondensator 6 angedeutet ist. Der Kondensator
6 kann auch zwischen zwei Drosseln angeschlossen sein. Den gesteuerten Ventilen,
insbesondere Thyrietoren,der Stromrichter 3 und 4 ist jeweils eine Steuereinrichtung
9 bzw.-10 zugeordnet. Der Steuereinrichtung 9 ist ein Frequenzgeber 12 vorgeschaltet,
dessen Ausgangssignal die Frequenz der Ausgangsimpulse der Steuereinrichtung 9 und
da=it die Frequenz der Stromführung d.er Hauptventile des Stromrichters 3 bestimmt.
Als Frequenzgeber soll ein Flußregler vorgesehen sein,-dem von einem Sollwertgeber
13, der als Potentiometer dargestellt ist, ein Flußsollwert vorgegeben werden kann.
Zur Erfassung des Flußistwertes der Maschine 2 sind verschiedene bekannte Einrichtungen
geeignet. Es kann unter Umständen vorteilhaft sein, eine Anordnung zur Nachbildung
des Maschinenflusses zu verwenden, die vorzugsweise aus einer Drossel 14 mit einem
nachgeschalteten Gleichrichter 15 und einem Wandler 16 bestehen kann. Falls die
Flußnachbildung mit einem Fehler behaftet sein kann, soll nach der Erfindung noch
eine zusätzliche Sollwerteinspeisung für den Flußregler 12 vorgesehen sein, die
an eine Eingangsklemme 17 angeschlossen ist. -Falls längere und wiederholte Laständerungen
im Betrieb der Maschine 2 auftreten können, wird nach der Erfindung eine stromabhängige
Einspeisung einer Hilfsgröße für den Sollwert über den Eingang 17 vorgesehen. Bei
Teillast wird dann der Sollwertgeber 13 aüf' einen entsprechend geringen Sollwert
eingestellt, der einen guten Wirkungsgrad der Maschine 2 ergibt: Bei einer anschließenden
schnellen= Lasterhöhung wird der Sollwert'mittels der Hilfsgröße
17
entsprechend stromabhängig nachgeführt.A three-phase machine 2 is powered by a self-commutated converter
3 and a DC intermediate circuit and a line-commutated converter 4
a three-phase network: connected .: The direct current intermediate circuit should provide a smoothing device
contain!
which is indicated as smoothing choke 5 and smoothing capacitor 6. The condenser
6 can also be connected between two chokes. The controlled valves,
in particular thyrietors, the converters 3 and 4 are each a control device
9 or -10 assigned. The control device 9 is preceded by a frequency generator 12,
whose output signal is the frequency of the output pulses of the control device 9 and
da = it determines the frequency of the current flow d.er main valves of the converter 3.
A flux regulator should be provided as a frequency generator, -dem from a setpoint generator
13, which is shown as a potentiometer, a flow setpoint can be specified.
Various known devices are used to detect the actual flow value of the machine 2
suitable. Under certain circumstances it can be advantageous to use an arrangement for replication
of the machine flow to be used, which preferably consists of a throttle 14 with a
downstream rectifier 15 and a converter 16 may exist. if the
Flux simulation can be subject to an error, is still intended according to the invention
an additional setpoint feed for the flow controller 12 may be provided, the
is connected to an input terminal 17. - In case of prolonged and repeated load changes
can occur during the operation of the machine 2, is a current-dependent according to the invention
Infeed of an auxiliary variable for the setpoint via input 17 is provided. at
Partial load is then the setpoint generator 13 aüf 'a correspondingly low setpoint
set, which results in a good efficiency of the machine 2: With a subsequent
fast = load increase, the setpoint is set by means of the auxiliary variable
17th
tracked accordingly depending on the current.
Zur Drehzahleinetellung der-Maschine 2 wird einem Spannungsregler
20 des Stromrichters 4 von einem Sollwertgeber 21, der ebenfalls als Potentiometer
angedeutet ist, ein entsprechender Sollwert vorgegeben. Der'Regler 20 regelt entsprechend
diesem eingestellten Sollwert die Einga.ngsgle£crispa.nnung des Stromrichters 3.
Eine dem Fluß der Maschine.2 wenigstens annähernd proportionale elektrische Größe
wird vom Wandler 16 dem Flußregler 12 vorgegeben. Das Ausgangssignal des
Frequenzgebers 12 wird dem Spannungsregler 20 als Regelis'twert. vorgegeben. Der
Frequenzgeber 12 regelt somit die Frequenz des Stromrichters 3 entsprechend der
veränderten Eingangsgleichspannung nach.To adjust the speed of the machine 2, a voltage regulator 20 of the converter 4 is given a corresponding setpoint value by a setpoint generator 21, which is also indicated as a potentiometer. Der'Regler 20 controls in accordance with this set value the Einga.ngsgle £ crispa.nnung of the power converter 3. A Maschine.2 the flow of at least approximately proportional electrical parameter is set by the converter 16 to the flow regulator 12th The output signal of the frequency generator 12 is sent to the voltage regulator 20 as a control value. given. The frequency generator 12 thus adjusts the frequency of the converter 3 according to the changed input DC voltage.
für die Steuereinrichtung nach der Erfindung kann es unter Umständen
vorteilhaft sein,, noch eine Strombegrenzung vorzusehen, die als besondere Einspeisung
einer elektrischen Grüße über eine zusätzliche Klemme 22 des Spannungsreglers 20
angedeutet ist. - -Im Ausführungsbeispiel ist eine flußregelung der Maschine vorgesehen.
Es können aber auch andere Regelverfahren, beispielsweise die. sogenannte häuferfrequenzregelung
oder auch eine Drehmomentregelung angewendet werden.- In jedem falle werden nach
der Erfindung die Spannung im Eingangskreis des Stromrichters 3-verstellt und die
Frequenz des Stromrichters entsprechend nackige--führt.
Im Ausführungsbeispiel
ist für den Flußregler 12 zur Vorgabe des Fluflistwertes der Maschine 2 eine Einrichtung
zur Flußnachbildung vorgesehen. Falls ein Läuferfrequenzregler als Frequenzgeber
vorgesehen ist, so kann diese Einrichtung-beispielsweise durch einen in bekannter
Weise aufgebauten Läuferfrequenzgeber ersetzt werden.for the control device according to the invention it can under certain circumstances
be advantageous, to provide a current limitation as a special feed
an electrical greeting via an additional terminal 22 of the voltage regulator 20
is indicated. - In the exemplary embodiment, a flow control of the machine is provided.
However, other control methods can also be used, for example the. so-called frequency control
or a torque control can be applied. - In each case, after
the invention, the voltage in the input circuit of the converter 3-adjusted and the
Frequency of the converter accordingly naked - leads.
In the exemplary embodiment
is a device for the flow regulator 12 for specifying the Fluflistwert of the machine 2
intended for river simulation. If a rotor frequency controller is used as a frequency generator
is provided, this device can be used, for example, by a known
Way constructed rotor frequency generator can be replaced.