DE1806768B2

DE1806768B2 - Verfahren und anordnung zur drehzahlsteuerung einer ueber umrichter gespeisten drehstrommaschine

Info

Publication number: DE1806768B2
Application number: DE19681806768
Authority: DE
Inventors: Felix Dipl.-Ing.; Rippberger Herbert Dipl.-Ing.; 8520 Erlangen Blaschke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-09-02
Filing date: 1968-11-02
Publication date: 1971-12-30
Also published as: GB1279277A; SE361571B; AT292135B; CH499235A; ES371105A1; US3612971A; DE1806768A1; JPS4822246B1; FR2017208A1; NL6912386A

Description

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Pie vorliegende Erfindung be/iehl sich mil' ein für sehr hohe Anforderungen hiiisichilich der Verfahren /ur Sieuerimg der Drehzahl einer durch Konsum/, der Stiomeinprägung, insbesondere auch konstanthaltung des Zwischenkreissiromes mit ein- bei Net/spannungsschwankungen. wird bei einer geprägtem Ständerstrom betriebenen Drehstrom- weiteren Ausgestaltung der Anordnung /ur Durchmaschine über einen Umrichter, bestellend aus einem 5 führung, des erfindunji^gemäßen Verfahrens dem net/seitigen, steuerbaren Stromrichter und einem Steuersat/, des net/seitigen Stromrichters ein Regler von einem mindestens eine Glättungsdrossel enthal- vorgeordnet. dem zusüt/!i''h noch die am neu^eiugen teilen ijleichstrom/uischenkreis gespeisten maschinen- Drosselende auftretende Spannung im gegen koppel nseitigen Stromrichter. den Sinn zugeführt ist. Zur Erzielung einer höheren

Gemäß der britischen Patentschrift 1 106 5S3 ist io Genauigkeit sollte dieser Regler ein integrales Veres bekannt, derartige zwischenkreisstromgercgelte halten aufweisen.

Umrichter, hei welchen im Gegensatz zu den ent- Hin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im

sprechend den Seilen 165 bis 171 der deutschen folgenden an Hand der figuren erläutert. Es /eigen

Zeitschrift »AEG-Miiteilungen«. 54. 1964. bekannten F i g. I und 2 zwei Varianten für einen drehzahl-

zwischenkreisspaniiungsgeregelten Umrichtern bei einer 15 steuerbaren Umrichteranirieb, während

Energierichtungsumkehr keine sogenannten Rück- E i g. 3 und 4 den Sehaltungsaufbau sowie die

arbeitsdioden erfo- !erlich sind, zur Drehzahlsteue- Kennlinie eines linearisierenden Funk'.ionsgenerators

rung von Drehstrommaschinen einzusetzen. darstellen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, In E i g. 1 ist ein L'mrichterantri'ib mit einem

ein Verfahren zur Konstanthaltung des Zwischen- 20 Drehstrommotor I dargestellt, der sov/ohl ein Dreh-

kreisstromes anzugeben, mit dem den Unbedingten stromasynchron- als auch ein Drchs.tromsynchron-

Störungen schnell entgegengewirkt wird. motor sein kann. An die Phasen R, S, T eines Dreh-

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der ein- Stromnetzes ist ein steuerbarer Stromrichter 2 in

gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Span- Drehstrombrückensdialtungangeschlossen. Im Gleich-

nung an dem dem netzseitigen Stromrichter züge- 25 stroinzwischenkreis ist zur Glättung bzw. Siebung

ordneten Ende der Glättungsdrossel der an ihrem ein T-Glied angeordnet, welches aus ;:wei Glättungs-

anderen Ende auftretenden Spannung nachgeführt ist. drosseln 3 und 4 sowie dem Glättungikondcnsator C

Grundgedanke der Erfindung ist es also, dafür besteht. Vom Gleichstromzvviseheiil<reis wird ein /u sorgen, daß unabhängig -on de Rückwirkungen Stromrichter 5 gespeist, welcher gesteuerte Hauptdes der Glättungsdrossel nachjeordnetcn maschinen- 30 ventile 6 in DrehstrombrückenschalUing sowie diesen scitigen Stromrichters stets die Spannungsdifferenz über Kommutieriingskondensatoren 7 parallel anan der Drossel praktisch bis auf den durch ihren geordnete gesteuerte Konimutierungsvcntile 8 ent-Wicklungswiderstand bedingten Spannungsabfall ver- hält. Die Kondensatoren 7 können über die Ventile 6 schwindet. Durch diese EntkopplungdcsderGlättungs- und 8 durch eine entsprechende Steuerung derselben drossel nachgeschaltetcn Stromkreistciles bekommt 35 mit den ihnen zugeordneten Phasenwicklungen de> diese den Charakter eines rückwirkungsfrei arbeiten- Motors 1 zu Schwingkreisen /usammengeschaltet den Glättungsgliedes. bzw. bei vernachlässigbarem werden zur Erzeugung der für die Löschung der Wicklungswiderstand derselben eines rückwirkungs- Hauptventile 6 erforderlichen Kommutierungsspanfrei arbeitenden Integrators. Das Besondere derartiger nimgen. welche als Eadespannungen an den Konrückvvirkungsfrei arbeitender Glieder ist. daß ihr 40 densatorcn 7 bereitgestellt werden.
Strom ausschließlich von ihren Eingangsparametern Zur Stromvorgabe für den maschinetiseitigen Strombestimmt, d.h. '!eingeprägt'' werden kann. Damit richtcr 5 ist ein Zwischenkreisstromregler 9 vorgesesiiid auch die lastbedingten Störungen schnell elimi- heu. dem als Sollwert cmc Größe /., und als Istwert niert. Außerdem ergibt sich noch der Vorteil, daß der mittels eines Gleichstromwandler 111 erfaßte für die bemessung der Drossel nur eine hinreichende 45 Eingangsstrom I₁ des Stromrichter^ 5 zugeführt ist. Glättung der durch die Anschnittsspannungen des Die mit /;' bezeichnete Ausgangsgröße des Z.wisehennet/scitigcn Stromrichters erzeugten Stromobcrwellcn stromrcglers 9 bestimmt den Steuerwinkc! \ des net/-maßgebeiul ist. während sonst auch die vom maschi- scitigen Stromrichters 2. dessen Stcuerclektroden an nenscitigen Stromrichter erzeugten Stromobcrwellcn die Ausgänge eines Steuersatzes 11 angeschlossen sind, berücksichtigt und die Drossel demzufolge wesentlich 5η Zur schnellen Elimination der durch etwaige Andegrößer aufgelegt werden müßte. riingen der Gegenspannung des maschinenseitigen

Die Nacliführung der Drosseleingangsspannung Stromrichters 5 bzw. der Spannung U₂ am Glättung·*-

auf ^\^n Wert ihrer Aiisgangsspannung kann in einer kondensator hervorgerufenen Rückwirkungen auf den

Anordnung /ι. r Durchführung des erlindungsgemäßen Strom/, der Glättungsdrossel und damit auch auf

Verfahrens 111 besonders einfacher Weise dadurch 55 den Motorstrom Ι._λ ist der Stcuerspannung /. über

erfolgen, daß ein Regler für den Zwischenkrcisstrom einen Summierverstärker 12 die Spannung U₂ am

vorgesehen ist. dessen Aiisgangsspannung zusammen Glättungskondensator. d.h. die an dem dem netz-

mit der im mitkoppelnden Sinn wirkenden, am anderen scitigen Gleichrichter 2 abgewandten Ende der Glät-

Drossclende auftretenden Spannung einem Steuersatz tungsdrossel 3 anstehende Spannung aufgeschaltet,

zugeführt ist. Hierzu kann es sich als vorteilhaft 60 Durch die mitkoppelndc Wirkung der Spannung U₂

erweisen, den Steuersatz des netzseitigen Stromrichters ist der Strom /, durch die Glättwngsdrosscl 3 ein-

cinen Eimktionsgcber vorzuordnen zur Linearisierung geprägt, da er lediglich v_On der Steuerspannung E,

der Abhängigkeit des arithmetischen Mittelwerts nicht aber von irgendwelchen Veränderungen der

seiner Ausgangsspanniing von der Stcuerspannung. Gegenspannung U₂ mehr abhängt. Denn bei un-

Damit kann praktisch über den gesamten Aussteuer- 65 verändertem Wert der Steuerspannung /; wird jede

bereich des Stromrichters Übereinstimmung zwischen Änderung der Gegenspannung U₂ eine entsprechend

dm an beiden Drosscleiulcn auftretenden Spannungen gleich große Änderung der Eingan.gsspanming U₁ der

"·■·■■'■' »""ton Drossel 3 hervorrufen.

Für geringe Aussteuerhereichi· der Aiisgangsspaii-ηιιημ des iiei/seitigeii Sironiricliiers 2 besteht zwischen dein Sieucrwinkel \ Lind ihrem arithmetischen Mittelwert ein annähernd linearer Zusammenhang, so daß es genügen kann, den Ausgang des Summier-Verstärkers 12 direkt aiii den Steuersat/ 11 wirken /ti lassen. Wird dagegen ein größerer A'.issleuerheieich m Betracht gezogen, so muß der dann niclu mehr lineare Zusammenhang /mischen dem Steuerwinkel \ und dem arithmetischen Mittelwert der Stromrichterausgangsspaniumy L₁ berücksiehtigl werden. Dies erfolgt heim Aiisführungsheispiel nach I" i g. 1 mittels des lunktionsgebeis 13, welcher als sogenannter Entzerrer wirkt und dessen nachzubildende Funktion sie!', an Hand folgender Überlegungen ergibt:

Besteht beim Steuersatz Il die in seinem Blocklymbol dargestellte Abhängigkeit zwischen seiner Einfangsspan nimg L\ und einer dem Steuerwinkel \ proportionalen Spannung

20

\ = '^T - UJ K₁ ,

gilt andererseits die Beziehung für den arithmetischen Mittelwert der Stromrichterausgangsspannung

K.,

cos \

wobei Α', und A₂ Konstanten sind, dann wird zum Zwecke der Linearisierung dem Steuersatz 11 ein Funktionsgeber vorgeordnet, bei dem zwischen seiner Eingangsgröße ί und seiner Ausgangsgröße L\ die allgemeine Beziehung besteht:

L', -■- A', · arc sin t ■ K₁.

Bei hinreichend genauer Nachbildung dieser Funktion ist dann im gesamten Aussteuerbereich des netzseitigen Stromrichters 2 die Eingangsgröße 1 des Funktionsgebers 13 gleich dem arithmetischen Mittelwert der Ausgangsspaiinung des netzseitigen Stromrichters 2.

in F i g. 2 ist ein anderes Ausführimgsbeispiel dargestellt.

Die Spannung L₂ am Glättungskondciisator C und die über ein besonderes Glättungsglicd 14 geführte Austjangsspaniumg {.', des nctzseitigen Stromrichters 2 werden subtraktiv dem Eingangskreis eii.es den Steuersatz 11 beaufschlagenden Pl-Reglers 15 zugeführt. Der Funktionsgenerator 13 ist hierbei entbchrlich. seine Aufgabe wird vom Regler 15 mitübernommen, welcher im übrigen dafür sorgt, daß analog wie bei der Einrichtung nach F i g. 1 die Ausgangsspaninmg des netzseitigen Stromrichters 2 dem Wert der am Glättungskondensator C auftretenden Spannimg U₂ im Sinne einer Regelung nachgeführt wird. Die Anordnung, bestehend aus den Elementen 11, 14 und 15, kann für sich gewissermaßen als ein linearer Steuersatz angesehen werden, bei dem mittels einer Regelung ei,ic strenge Proportionalität zwischen der Stellerspannung E und dem Mittelwert der gleichgerichteten Spannung U₁ erzwungen wird, und zwar völlig unabhängig von Net/.spanniingsänderungen, welche die Betrebsspannung der Glieder 11 und 15 sowie die Ausgangsspannung des netzseitigen Strom- 6g richters 2 beeinflussen.

F i g. 3 zeigt eine gerätetechnische Realisierungsmöelichkcit für den in F i g. I dargestellten Funktionsgenerator 13 in Form eines einem ge»engekoppellen elektronischen Verstärkers 16. in dessen I inganti-kreis emc Anzahl von vorgespannicn Schwellweridiodeii in Reihe mil abgestuften EingangMwdeistäiulcn parallel angeordnet im, wobei eine Gruppe von Dioden kalhodenseiiig an die Abgriffe eines mit einer positiven Gleichspannung ■ ί gespeisten Potentiometers 17 und eine zweite Gruppe von Dioden anodeiiseilig an die Abgriffe eines \on einer negativen Gleichspannung L gespeisten Potentiometers 18 angeschlossen sind. Bewegt sich das Potential des Punktes 2(1 von NuII- oder lVuissepoteniial ausgehend in positiver Richtung, dann werden nacheinander die dem Potentiometer 18 zugeordneten Sehwellwertdiodeii durchlässig und liefern dem Verstärker 16 über die mit ihnen in Reihe geschalteten Eingaiigswidersiände zusätzliche F.ingangsströme.

Entsprechendes gilt Fü die dem Potentiometer 17 zugeordneten Schwellwendhden. wenn sich das Potential des Punktes 20 in negativer Richtung bewegt. Wird der bisher beschriebenen Anordnung noch ein Umkehrverstärker 21 zugeordnet, dann ergibt sich zwischen der seinem Eingang zugeführien Größe / und der am Ausgang des Verstärkers 16 abnehmbaren Spannung L^;, die in F i g. 4 dargestellte Charakteristik. Die Knickpunkte dieser Kennlinie sind durch die Abgriffe der Potentiometer 17 und 18 einstellbar, während sich die zugeordnete Steigung der Kennlinie an diesen Knickpunkten aus dem Quotienten von Gegenkopplungswiderstand Rg und dem Parallelwiderstand sämtlicher jeweils stromdurchflossener Eiiigangswiderstar.de ei gibt. Durch eine entsprechend große Anzahl der vorgespannten Schwellwertdioden läßt sich auf diese Weise eine beliebige Annäherung der sich ergebenden Knickkenniinie in die gewünschte Funktion erzielen. Es ist selbstverständlich auch möglich, in analoger Weise die vorgespannten Schwellwertdioden im Gegenkopplungskreis des Verstärkers 16 anzuordnen, ohne etwas an der prinzipiellen Wirkungsweise des Funklionsgcbeni zu ändern.

Claims

Patentansprüche:

!.Verfahren Ziir Steuerung der Drehzahl einer durch Konstanthaltung des Zwischcnkreisstromes mit eingeprägtem Ständerstrom betriebenen Drehstrommaschine über einen Umrichter, bestehend aus einem nctzseitigen. steuerbaren Stromrichter und einem von einem mindestens eine Glättungsdrossel enthaltenden Gleiehs'.romzwischenkrcis gespeisten maschinenseitigen Stromrichter, dadurch g e k e η η ζ e i c h 11 e t. daß die Spannung an dem dem nctzseitigen Stromrichter zugeordneten Ende der Glättungsdrosscl der an ihrem anderen Ende auftretenden Spannung nachgeführt ist.
2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kegler (9) für den Zwischenkreisstrom (Λ) vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung (E) zusammen mit der im mitkoppelnden Sinn wirkenden, am anderen Drosselende auftretenden Spannung (U₂) einem Steuersatz (11) zugeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen dem Steuersatz des netzseitigen Stromrichters (2) vorgeordneten Funktionsgeber (13) ;iir Linearisierung der Abhängigkeit des arith-

metisclieii Mittelwertes seiner Ausgangsspanniing (ί/,) von der Steiierspannung.
4. Anordnung nach Anspruch 2. gekennzeichnet durch einen dem Steuersatz (11) des netzseitigen Stromrichters (2) vorgeordneten Regler (15). dem zusätzlich noch die am netzseitigen Drosselende auftretende Spannung (L₁) im gegenkoppelndcn Sinn zugeführt ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß der dem Steuersatz (II) vorgeordneten Regler (15) ein integrales Verhalten aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen