DE2627537A1 - Verfahren zur regelu ng des motorstromes bei umrichtergespeisten asynchronmotoren - Google Patents

Verfahren zur regelu ng des motorstromes bei umrichtergespeisten asynchronmotoren

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DE2627537A1 DE19762627537 DE2627537A DE2627537A1 DE 2627537 A1 DE2627537 A1 DE 2627537A1 DE 19762627537 DE19762627537 DE 19762627537 DE 2627537 A DE2627537 A DE 2627537A DE 2627537 A1 DE2627537 A1 DE 2627537A1
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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Description

262753T
r 7) r ■'},<->
BROWN, BOVERf & ClE - AKTIENGESELLSCHAFT | j | .'> \^ ->
MANNHEIM BROWN BOVEFiI
Mp.-Nr. 579/76 Mannheim, 11. Juni 1976
ZFE/P3-NL/Ha.
"Verfahren zur Regelung des Motorstromes b&L· umrichtergespeisten Asynchronmotoren"
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung des Motorstroms bei umrichtergespeisten Asynchronmotoren und wird bei Speisung von Wechsel- und Drehstromverbrauchern angewendet. Vorwiegend wird die Erfindung bei Umrichteranlagen eingesetzt t bei denen der selbstgeführte Viechseirichter nach dem Unterschwingungsverfahren getaktet wird und die Gleichspannungs- j zwischenkreisspannung konstant ist.
In der Vergangenheit wurden mit Rücksicht auf den Hardware-Aufwand in der elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung von Konstantspannungs-Umrichtern bei umrichtergespeisten Drehstrom- . motoren Regel verfahren verwendet, Vielehe die vom System her ! mögliche Regeldynamik des umrichtergespeisten Drehstrommotors " >
nicht voll ausnutzten. \
i Bei neueren Üinrichterregeleinrxchtungen treten die Kosten für j die Hardware gegenüber den Forderungen nach großer Regeldynamik ; in den Hintergrund. ί
Eine hohe Regeldynamik wird immer dann benötigt, wenn ein schnelles Reagieren des Drehstrommotors auf sporadische und nicht vorhersehbare Störgrößen, beispielsweise in der Traktion _ 2 -j
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f',11 4 (1 Γ2 3Γ·0ϋ/ΚΕ)
- jr- 3
(Schleudern, Bügelspringen) notwendig ist.
Um die Forderungen nach großer Regeldynamik zu erfüllen, ist es notwendig, die dreiphasige Motorspannung bzw. den Motorstrom so einzustellen, daß der mit dem Läufer verkettete Flußvektpr U/ 2 nach Betrag und Phase unabhängig von der Örehzahl und der Be-r lastung des Motors konstant bleibt. j
Bisher werden bei umrichtergespeisten Drehstrommotoren hoher i Regelgüte Umrichterpiit konstanter Gleichspannungszwischenkreisspannung eingesetzt. Der selbstgeführte Wechselrichter wird dabei nach dem Unterschwingungsverfahren getaktet, d.h. , seine ': Taktfrequenz ist ein Vielfaches der gewünschten Frequenz der ; dreiphasigen Motorspannung bzw. des dreiphasigen Motorstromes. Bei kleiner Motorspeisefrequenz etwa von 0 bis 30 Hz wird der Motorstrom über eine Augenblickswertregelung vorgegeben. Bei höherer Speisefrequenz wird die Motorspeisespannung eingeprägt. (Sonderdruck aus BBC-Mitteilungen, Bd. 60, Januar 1973).
j Im Bereich eingeprägter Motorspannung können mit einfachen : ι Mitteln sowohl Amplitude wie auch Phasenlage der Spannung last- ! und drehzahlunabhängig entsprechend den von der übergeordneten ! , , , , . , vor.gegeben.er Steuergrößen
! elektronischen Steuer- und Regeleinrichtung des Umrichters/genau eingestellt werden. Im Bereich geregelten Motorstromes ist ein amplituden- und phasengetreues Regeln ;des Motorstromes mit Hilfe eines Stromzx^eipunktreglers ohne Zusatzmaßnahme nicht möglich, da wegen der endlichen Taktfrequenz des selbstgeführten Wechselrichters bei den heutigen Anwendungen im Stromaugenblickswertregelkreis nur eine Verstärkung von ca. 0,5 eingestellt werden kann. .
Die Amplituden- und Phasenabweichung zwischen Soll- und Istwert des Motorstromes ist dabei abhängig von der Belastung des Motors und von der erforderlichen Motorspannung, also von der Motordrehzahl. Die Amplitude des Motorstromes kann mit einfachen Mitteln
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'P 4 F 1 if-.τ; '
/ΤΗ
über einen vorgeschalteten Strombetragsregler korrigiert werden.
Soll außer der/ Amplitude auch die Phasenlage des Motorstromes
korrigiert werden, so ist dies bei den bisher bekannten Verfahren nur dadurch möglich, daß entweder Wirk- und Blindkomponente des Motorstromes erfaßt und getrennt geregelt werden oder eine
Phasenregelung vorgesehen wird. I
Um auch bei kleiner Frequenz der Motorströme noch gute Regeljdynamik für die umrichtergespeisten Antriebe zu erreichen, ist ' jedoch dabei der Aufwand zum Messen der Wirk- und Blindstrom- ; komponente bzw. der Phasenlage des Motorstromes sehr groß.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln den Motorstrom eines umrichtergespeisten Asynchronmotors einem errechneten·, Sollwert nachzuführen, ohne daß bei kleinen Motorfrequenzen die
Regeldynamik des umrichtergespeisten Drehstrommotors kleiner wird : als bei höheren Frequenzen. \
Es soll also über einen Zweipunktregelkreis der Motorstrom in
Betrag und Phase möglichst dem Sollwert angeglichen werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erzielt, daß drei errechnete
oder über Istwerterfassungseinrichtungen hergeleitete Spannungen
gebildet werden, die in Frequenz, Amplitude und Phasenlage den
Motorspeisespannungen entsprechen und die als Störgröße zu den
Spannungen hinzuaddiert werden, die sich aus der Addition der
Soll-Istwertdifferenz der drei Motorströme und einer dreieck- ί förmigen Hilfssspannung ergeben. . '
In vorteilhafter Weise werden bei niedriger Wechselrichter-Taktfrequenz sehr geringe Soll-Ist-Wertabweichungen des Motorstromes
erzielt. Es können Werte von bisher nicht gekannter Genaugikeit
erzielt werden. Durch die niedrig wählbare Taktfrequenz kann ' außerdem die Ausnutzung des Wechselrichters bei sehr guter Dynamik des Gesamtantriebes verbessert werden. Diese Vorteile ergeben
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tT/P 4 F 1 1675 5000/KEi
sich durch das erfindungsgemäße Aufschalten der Störgröße, wodurch der Stromistwert gleich dem für den konstanten Flußvektor^„ des Motors errechneten Stromsollwert wird.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. i
Wie schon vorstehend erwähnt, v/erden in einer nicht dargestellten Steuer- und Regeleinrichtung folgende Steuergrößen gebildet:
1. für die Frequenz der Motorspannung bzw. des Motorstromes Y^1
2. für die Phasenverschiebung zwischen Motorspannung und Fluß-Vektor Y
3. für die Amplitude der Motorspannung Z1
4. für die Phasenverschiebung zwischen Motorspannung und Motorstrom Vf I1Zu1
5. für die Amplitude des Motorstror.es Y11 als Funktion der Motordrehzahl, Motortemperatur und dem Sollwert für das Drehmoment des Motors.
Die Steuergrößen Yf, und Y^ JTw(Tm v/erden der Sollwertquelle zugeführt.
j Die Steuergrößen für Frequenz, Phasenlage und Amplitude des ι Motorstromes bzw. der Motorspannung werden über Funktionsgeber ' in der nicht dargestellten übergeordneten Steuer- und Regeleinrichtung gebildet. Sie sind bei konstantem Flußvektor ti/ „ eine Funktion des gewünschten Motordrehmomentes, der Motordrehzahl und der Motortemperatur.
Die Sollwertquelle 1 besteht beispielsweise aus einem Oszillator, der durch die Steuergrößen beeinflußt wird, einem Frequenzzähler und Digital-Analog-Wandlern.
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4 F 1 !Γ.7£..50ΟΓ./ΚΓ)
In der Sollwertquelle 1 werden drei um 120 verschobene Wechselspannungen R, S. T mit konstanter Amplitude gebildet. Die Frequenz dieser Spannungen ist gleich f-, (Frequenz der Motorspannung bzw. des Motorstromes). Die Phasenlage dieser Spannungen ist gleich der Phasenlage der dreiphasigen Motorspannung. Die drei SoIlwert-spannungen R, S, T sind auf einen Sollwertbestimmer 2 geführt. Dieser besteht beispielsweise aus sinus- und cosinus-Funktionsgebern und Multiplikatoren. Als weitere Eingangsgröße wird die Stellgröße für die Phasenlage zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom auf den Sollwertbestimmter 2 geführt. An seinem Ausgang stehen die drei um 120° versetzten Spannungen R1, S1, T' als Sollwert für den Motorstrom an. · ■
Die Phasenlage zwischen den Spannungen R, S, T und R1, S1, T1 entspricht dem über Yh? ~ /Ul am Sollwertbestimmer 2 vorgegebenen Phasenwinkel. Die Amplituden dieser Spannungen R, S, T und R1, S1, T1 haben dagegen die gleiche Höhe.
Die dem Sollwertbestimmer 2 nachgeschalteten Multiplikatoren 6,7, 8 werden mit den in der Amplitude gleichen Spannungen R1, S1, T1 beaufschlagt. In den Multiplikatoren v/erden diese Spannungen mit dem Wert Y , multipliziert, die gewünschte Amplitude der Motorströme wird also stetig vorgegeben. An den Ausgängen der drei Multiplikatoren 6,7, 8 sind die Sollwerte der Motorströme WilR, wüs' Wüt ab9reifbar.
In den Summenpunkten 12, 13, 14 wird der Sollwert des jeweiligen Motorstromes mit dem Istwert verglichen. Die zugeführten Istwerte der Ströme sind mit Xjip' xüs' xüt bezeicnnet·
Die Soll-Ist-Differenz der Ströme wird auf die Summenpunkte 9, 10, 11 geführt, auf die ebenfalls die in der Sollwertquelle 1 gebildete dreieckförmige HiI fs spannung Y„, gelegt wird. Die dreieckförmige : Hilfsspannung bestimmt dabei die Taktfrequenz des Wechselrichters.
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ZFL/P 4 Γ 1 (675.5000/KL)
Die Ausgänge der Summenpunkte 9, 10, 11 werden auf Komparatoren '
15, 16, 17 geführt. Hier wird erfaßt, ob die Soll-Ist-Differenz ; der Motorströme plus dreieckförmige Hilfsspannung positives oder negatives Potential aufweist. [
Die mit steigender Motorspannung größer werdende Abweichung zwischen Stromsollwert und Stromistwert könnte zwar grundsätzlich über einen Strombetrags-Regelkreis und einen Phasen-Regelkreis kompensiert werden - sofern die Zusammenhänge bekannt sind, könnte eine Korrektur auch gesteuert erfolgen - beide Verfahren sind aber schwer handhabbar und mit Rücksicht auf die auch bei kleiner Motorfrequenz geforderte hohe Regeldynamik des Drehstrommotors sehr aufwendig.
Erfindungsgemäß wird deshalb eine Störgrößenaufschaltung vorge- ! nommen. Hierzu werden die drei um 120° verschobenen Wechsel- ! spannungen R, S, T, die in der Sollwertquelle 1 gebildet werden, '-mit der Rechengröße Störgrößenamplitude ZfJ, beaufschlagt. Dies erfolgt für die Phasen R, S, T sinngemäß in den Multiplikatoren 3, 4, 5. Die Strögrößenamplitude Zn, v/ird in einem in der Figur nicht dargestellten Block gebildet, und zwar aus der gewünschten Motorspannung und anderen Motorgrößen für ein bestimmtes Drehmoment. Diese Größe Zn, wird in dem nicht dargestellten Block aus den j Motorgrößen errechnet und den Multiplikatoren 3,4, 5 zugeführt. Aus den Istwerten der Motorspeisespannung R, S, T,die in der ; Sollwertquelle 1 nachgebildet werden und in Frequenz und Phasen- ; lage mit den echten Motorspannungen übereinstimmen, aber eine . ; konstante Amplitude aufweisen, werden durch Multiplikation J mit der errechneten Amplitude der Motorspeisespannung (Störgrößenamplitude Zj,) am Ausgang der Multiplikatoren 3,4,5 drei : um 120 phasenverschobene Spannungen gebildet, die in Frequenz j und Phasenlage mit den meßbaren Motorspeisespannungen übereinstimmen und deren Amplitude bei Soll-^Ist'-Wert-Differenz des Motorstromes gleich Null über den Wechselrichter die für die
7 -
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1 (675 5000'KE)
Drehzahl und die Belastung des Motors (fürU/>2 = konst.) erforderliche Motorspannung einstellt. Diese drei Spannungen sind mit 1^UlP' ^UlS' ^UlT bezeichnet. Diese Spannungen werden als Stör- !großen dem Stromzweipunktregler in den Summenpunkten 9, 10, 'zugeführt. Kach den Summenpunkten sind, wie bereits oben be- !schrieben, die Komparatoren 15, 16, 17 angeordnet, in denen eine ■Bewertung des Potentials vorgenoirjnen wird. Die Ausgänge der ι Komparatoren werden auf den in der Figur nicht gezeigten Wechsel-Irichter geführt.
,Eine theoretisch denkbare, einfache Messung der Motorspeisespannungen und Rückführung in das Regelsystem ist aufgrund von I unerwünschten Oberschwingungen und der damit bei der Siebung verbundenen Phasenverschiebungen nur schlecht möglich. Erfindungs-'gemäß werden deshalb aus den vorliegenden Motordaten rechnerisch j die Amplitude, Phase und Frequenz der Motorspeisespannung errechnet bzw. über Istwerterfassungseinrichtungen abgeleitet und 'der Regelung aufgeschaltet. Es wird dadurch erreicht, daß stationär
j die Abweichung zwischen Motorstromsollwert und -istwert sehr j klein wird und damit eine optimale Regeldynamik des Antriebes j erzielt wird. Eine Begrenzung der Regeldynamik des Antriebes erfolgt jetzt nur noch durch die Totzeiten, die durch die endliche Wechselrichtertaktfrequenz hervorgerufen werden.
0985 2/Ö77F"

Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfären zur Regelung des Motorstromes bei umrichtergespeisten Drehstrommotoren, dadurch gekennzeichnet, daß drei errechnete oder über Istwerterfassungseinrichtungen hergeleitete Spannungen gebildet werden, die in Frequenz, Amplitude und Phasenlage den MotorSpeisespannungen entsprechen und die als Störgröße zu den Spannungen hinzuaddiert werden, die sich aus der Addition der Soll-Ist-Wert-Differenz der drei Motorströme und einer dreieckförmigen Hilfsspannung ergeben.
    709852/0278
    /Ii f- 4 Γ 1 ίιϊϊ!;-_-';:«νΓ.ί ι
DE19762627537 1976-06-19 1976-06-19 Schaltungsanordnung zur Regelung des Motorstromes bei einem über einen Umrichter gespeisten Dreiphasen-Drehstrommotor Expired DE2627537C2 (de)

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DE2627537C2 DE2627537C2 (de) 1982-12-16

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DE (1) DE2627537C2 (de)
FR (1) FR2355329A1 (de)
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ATA383577A (de) 1979-08-15
DE2627537C2 (de) 1982-12-16
GB1584286A (en) 1981-02-11
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FR2355329B1 (de) 1982-11-19

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