DE2653239A1

DE2653239A1 - Verfahren zur steuerung und regelung von asynchronmaschinen ueber eine umrichteranordnung mit einem pulsstromrichter

Info

Publication number: DE2653239A1
Application number: DE19762653239
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Ing Goelz; Harm-Diedrich Dipl Ing Harms; Burckhardt Dipl Ing Kluzowski
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1976-11-19
Publication date: 1978-05-24
Also published as: ATA824977A; DE2653239C2; AT359605B

Description

Verfahren zur Steuerung und Regelung von Asynchronmascinen
über eine Umrichteranordnung mit einem Pulsstromrichter Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer oder mehrerer drehmoment-crehzahlgereselter Stromrichtermaschinen asynchroner Bauart, die von einem etz über eine Stromrichteranordnung bestehend aus einem Pulsstromrichter und einem Phasenfolgestromrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeist werden. Eine derartige Schaltungsanordnung mit einem derartigen Verfahren ist in der DT-OS 24 51 960 beschrieben.
Beim Betrieb umrichtergespeister Antriebe ist neben der geeigneten Drehzahl-Drehmomentführung der Asynchronmaschine eine geringe Blind- und Verzerrungsleistungsbelastung des Speisenetzes von Bedeutung, um die Antriebe technisch und wirtschaftlich sinnvoll einsetzen zu können.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde1 ein erfahren anzugeben, das eine freizügige Belastung des Netzes mit Wirk- und Blindleistung gestattet und bei dem trotzdem unabhängig davon die Verzerrungsleistung lediglich unter Berücksichtigung der technisch zulässigen Beanspruchung der Ventile des Pulsstromrichters und netzseitiger Filter auf ein Minimum beschränkt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung ftir ein Verfahrn der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die Eingangsspannung des Pulsstromrichters innerhalb eines freiwählbaren sinusförmiger. Toleranzbandes unter Einsatz eines netzseitigen Filters geregelt wird.
Das Toleranzband gestattet auf vorteilhafte Weise eine Verstellung der Amplitude des Netzstromes, dessen. Phasenlage bezogen auf die Netzspannung und der Pulsfrequenz unabhängig voneinander. Der Betrieb des Toleranzband geregelten, wechselstromseitig kommutierenden Pulsstromrichters erlaubt demnach mit frei vorgebbarer Phasenlage zwischen den Grundschwingungsanteilen von Netzspannung und Netzstrom eine minimale Belastung des Speisenetzes mit Verzerrungsleistung.
Vorteilhafte Ausgestaltunqen des Verfahrens nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und werden wm Zuge der Zeichnungsbeschreibung noch näher erläutert.
Das Verfahren nach der Erfindung soll im folgenden für ein Beispiel anhand der Zeichnung dargestellt werden: Figur l zeigt ein Prinzipschaltbild für den Betrieb einer drehzahl-drehmomentgeregelten Stromrichtermaschine asynchroner Bauart, die von einem Umrichtersystem mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeist wird, und Figur 2 zeigt ein Zeigerdiagramm der netzseitigen Eingangsgrößen an einem Pulsstromrichter, der entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung betrieben wird.
In der Figur 1 ist ein an ein einphasiges Netz über einen Transformator T angeschlossener Pulsstromrichter PsR drgestellt, der über einen Zwischenkreis und einen PhasenfolQestromrichter PFSR mit einer dreiphasigen Asynchronmaschinc M verbunden ist. Diese Asynchronmaschine M soll drehzahl-drehmomentgeregelt betrieben werden.
Der Zwischenkreis des Umrichtersystems weist einen Energiespeicher in Form einer Induktivität L 2 auf. Im Zwischenkreis fließt ein eingeprägter Strom iD.
Der Pulsstromrichter PSR und der Phasenfolgestromrichter sind mit nicht näher dargestellten, löschbaren Halbleiterschaltern ausgestattet.
Netzseitig ist dem Pulsstromrichter PSR ein Kondensator C vorgeschaltet. Der Kondensator C ist notwendig, um eine Ausbildung der vom Stromrichter geforderten Stromblöcke 1v zu ermöglichen. Zusätzlich werden der Transformator T und/oder eine Induktivität L 1 vorgesehen, um die Forderung nach geringer Verzerrungsleistung besser zu erfüllen. Der Transformator T dient wahlweise der Spannungsanpassuno und kann bei Anforderungen an eine Mindestgröße der Induktivität L 1 als Streutransformator ausgeführt werden. Die Induktivität L l ist vorzugsweise so zu bemessen, daß bei Nennbetrieb die Grundschwingungen von Eingangsspannung und Einganssstrom des Pulsstromrichters PSR in Phase liegen.
Der Pulsstromrichter PSR ist in der Lage bei Beibehaltung der Stromrichtung D im Zwischenkreis zur Energierichtungsumkehr die Polarität der Zwischenkreisspannung UV umzukehren.
Bezüglich des Zwischenkreises nimmt er durch entsprechende Anpassung seiner Ausgangsgleichspannung die Stromführung des Systems vor.
Der maschinenseitige Phasenfolgestromrichter PFSR schaltet blockförmige Phasenströme auf die Maschinephasen mit einer Maschinenfrequenz, die sich aus der Addition der Istdrehzahl des Läufers der Asynchronmaschine und einer Läuferfrequenzvorgabe ergibt.
Der Phasenfolgestromrichter PFSR führt die Energierichtungs umkehr analog zum Pulsstromrichter PSR durch.
Die interessierenden Systemgrößen werden in den Meßwertumformern MU l bis MU 7 für das Regel- und Steuerschema aufbereitet.
Wie in Figur 1 dargestellt, sind die Steuer- und Regeleinrichtungen des Pulsstromrichters und des Phasenfolgestromrichters über eine Stromführungsgröße wiD für den Zwischenkreisstrom iD verbunden. Dies ermöglicht einen getrennten Einsatz der Regelung der netz- und motorseitigen Stromrichter.
Der netzseitige Stromrichter (Pulsstromrichter PSR) wird pulsbar betrieben, um die vom Netz geforderte Blindleistung einstellbar vorzugeben (Führungswinkel w ) und die Verzerrungsleistung stromrichterspezifisch zu minimieren. Dazu wird die Phasenlage der Grundschwingungen vom Netzstrom iN und Netzspannung uN über Filter F l, F 2 in einer Phasenwinkelerfassung PWE als Xf gemessen und über einen Regler R 1 nach Vergleich mit einer Phasenwinkelführungsgröße w + (die vorgegeben wird) eine Führungsgröße wuc als Kondensatorspannungs amplitude eingestellt.
Ein Regler R 2 bildet aus der Führungsgröße Wib nach Vergleich mit einer Regelgröße XiD aus dem Zwischenkreisstrom eine Führungsgröße w g der Phasenlage der Kondensatorspannung uc.
In einem Phasenschieber PS wird aus der Grundschwingung der Netzspannung cos #Nt und der Führungsgröße wt das Zeitglied der Grundschwingung der Kondensatorspannung ucals cos (#Nt-w γ gebildet.
Daraus abgeleitet wird im Trigger T 3 ein Shasenumschaltsignal A', das auf eine Zündimpulsauswahllogik ZA des Pulsstromrichters wirkt.
In einem Multiplikator M 2 wird aus der Amplitude Wuc und dem Zeitglied der Grundschwingung cos (tQNt-w>) die zeitabhängige Führungsgröße Wuc (t) erstellt. Ein Zweipunktregler T 1 schaltet, gesteuert durch ein frei vorgebbares Toleranzband # # uc, wenn die Regelabweichung das Toleranzband überschreitet, den Takt T der Zündimpulsauswahllogik ZA. Infolge der freien Vorgabe des Toleranzbandes kann die Verzerrungsleistungsbelastung des Netzes minimiert werden.
Die Toleranzbandvorgabe # uc ist aus Gründen der Netzrückc wirkung und des Stromrichterbetriebes durch die Vorgabe einer Führungsgröße Wf für die Pulsfrequenz durch den Regler R 3 vorgebbar und begrenzbar.
Aus dem Eingangsstrom iv des Pulsstromrichters PSR bildet der Meßwertumformer NU 4 mit dem Filter F 3 die Grundschwingung, aus der ein Trigger T 2 ein Strompolaritätssignal B' für die Zündimpulsauswahllogik ZA bildet. Die Signale A' und B' werden in einem Winkelbegrenzer WB in Signale A und B umgeformt, denen im Gleich- und Wechselrichterbetrieb Grenzwinkel zugeordnet sind.
Die Phasenlagenbeziehungen der hetzseitigen Eingangsgrößen sind dem Zeigerdiagramm der figur 2 zu entnehmen.
Der Pulsstromrichter PSR liefert, abhängig von seinen Eingangsspannungsschwankungen, unterschiedlich große Gleichspannungs grenzwerte. Im Generatorbetrieb der Asynchronmaschine M führt dies, in Zusammenhang mit einem Gleichspannungsmittelwert uD des Phasenfolgestromrichters PPSR zu bberströmen im Zwischenkreis. Es wird deswegen im Generatorbetrieb ein vergleich der Eingangsspannung uc und der Gleichspannung uD über die eßwertumformer MU 6 und MU 7 durchgeführt. Die Abweichung beider Größen beeinflußt im Generatorbetrieb in einem Taktgeber TW die Umschaltfrequenz f1 des Phasenfolgestromrichters PFSR. Leerseite

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zum Betrieb einer oder mehrerer drehmomentdrehzahlgeregelter Stromrichtermaschinen asynchroner Bauart, die von einem Netz über eine Stromrichteranordnung bestehend aus einem PulsstromricEter und einem Phasenfolgestromrichter mit eingeprågtem Zwischenkreisstrom gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung (Uc) des Pulsstromrichters innerhalb eines freiwShlbaren sinusförmigen Toleranzbandes ( # Uc) unter Einsatz eines netzseitigen Filters CL 1, C) geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage des Stromes zur Spannung des Netzesals Führungsgröße ( V ) frei vorgegeben wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Toleranzbandbreite der Eingangsspannung (Uc) des Pulsstromrichters über die Führungsgröße (W ) für f die Pulsfrequenz begrenzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den aus der Netzspannung abgeleiteten Phasenumschaltsignalen und den von dem Eingangsstrom des Pulsstromrichters abgeleiteten Stropolaritätssignalen zur Steuerung der Zündimpulse des Pulsstromrichters im Gleich.- und Wechselrichterbetrieb Grenzwinkel zugeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße für die Amplitude und die Phasenlage der Eingangsspannung (Uc) des Pulsstromrichters in zwei getrennten Regelkreisen aus der Phasenlage des Netzstromes ( zur Netzspannung (UN) und der Amplitude des eingepragten Zwischenkreisstromes (iD) gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Generatorbetrieb der maschine die Lir.qangsspannung (Uc) des Pulsstromrichters mit der Gleichspannung (UD) des Zwischenkreises verglichen wird und über die'en Vergleich die Umschaltfrequenz (f ) der Maschine d(-rart beeinflußt wird, daß der Pulsstromrichter nicht über seine Aussteuerungsgrenze gelangt.
7 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein übergeordneter Drehzahlregler über einen unterlagerten Drehmomentregelkreis die Führungsgrößerl für die Läuferkreisfrequenz der Maschine und den Strom im Zwischenkreis bildet.