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Verfahren zum Betrieb umrichtergespeister Asynchronmaschinen
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tle Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb umrichtergespeister
Asynchronmaschine mit indirekter Flußführung im Konstantfluß- und Feldschwächbereich
über Kennlinienbildner und Läuferfrequenzregler.
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Im Feldschwächbetrieb der Asynchronmaschinen besteht be sehr geringem
geforderten Drehmoment die Gefahr, daß dit gewünschte Kommutierung beim Pulsstromrichter
und beim Phasenfolgestromrichter eines z.B. aus diesen beiden Stromrichtern mit
Gleichstromzwischcnkreis gebildeten Umrichtersystems nicht sichergestellt ist, weil
die zur Kommutierung vorgesehenen Kondensatoren nicht ausreichend umgeladen werden.
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Die Lösung dieses bekannten Mindesstromproblems bei gleichzeitig kleinen
stationären und dynamischen Drehmomentanforderungen und unter Verzicht auf zusätzliche
Nachlaceeinrichtungen ist Aufgabe der Erfindung.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Verfahren der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Läuferfrequenz bei hoher Feldschwächung und
kleinen Drehmomentanforderungen derart angehoben wird, daß ein Mindeststrom erhalten
bleibt.
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Infolge der Mindeststromeinstellung können die Kommutierungs einrichtungen
in wünschenswerter Weise für den drehmomentgeregelten Betrieb der Maschinen beeinflußt
werden, d.h.
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Nachladeeinrichtungen sind überflüssig.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens nach der Erfindung sind
in den Unteransprüchen beschrieben und werden weiter unten noch näher erläutert.
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Das Verfahren nach der Erfindung soll im folgenden für ein Beispiel
anhand der Zeichnung erläutert werden: Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild für den
Betrieb einer drehzahl-drehmomentgeregelten Stromrichtermaschine asynchroner Bauart,
die z.B. von einem Umrichtersystem mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeist
wird, und die Figuren 2a, 2b zeigen Kennlinienverläufe für die Maschine unterhalb
und oberhalb des Typenpunktes als Funktion der DrehmomentführungsgröBe.
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In der Figur 1 ist ein an ein einphasiges Netz über einen Transformator
T angeschlossener Pulsstromrichter PSR dargestellt, der über einen Zwischenkreis
und einen Phasenfolgestromrichter PFSR mit einer dreiphasigen Asynchronmaschine
M verbunden ist. Diese Asynchronmaschine M. soll drehzahl-drehmomentgeregelt betrieben
werden.
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Der Zwischenkreis des Umrichtersystems weist einen Energiespeicher
in Form einer Induktivität L auf. Im Zwischenkreis fließt ein eingeprägter Strom
iD.
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Der Pulsstromrichter PSR und der Phasenfolgestromrichter PPSR sind
mit nicht näher dargestellten, löschbaren Halbleiterschaltern ausgestattet.
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Der Pulsstromrichter ist in der Lage bei Beibehaltung der Stromrichtung
des Stromes iD im Zwischenkreis zur Energierichtungsumkehr die Polarität der Zwischenkreisspannung
uD umzukehren. Er nimmt durch entsprechende Anpassung seiner Ausgangsgleichspannung
die Stromführung des Systems vor.
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Der Phasenfolgestromrichter PFSR führt die Energierichtungs umkehr
analog zum Pulsstromrichter PSR durch.
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Die interessierenden Systemgrößen werden in den Menwertumformern ü
1 bis MU 9 für des Regel- und Steuerschema aufbereitet.
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Wie in Figur 1 dargestellt, sind die SteLer- und Reqelein richtungen
des Pulsstromrichter und des Phasenfolgestromrichters über eine Stromführungsgröße
WiD für den Zwischenkreisstrom iD verbunden. Dies ermöglicht einen getrennten Einsatz
der Regelung der netz- und motorseitigen Stromrichter.
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Der maschinenseitige Phasenfolgestromrichter PFSR schaltet mit der
erforderlichen Ständerkreisfrcquenz #1 den eingeprägten Gleichstrom iD blockförmig
so auf die Maschinenphasen R, S, T, daß sich ein je nach Drehrichtungsvorgabe DR
folgerichtiges Drehstromsystem iRX ist iT ausbildet.
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Die Ständerfrequenz #1 wird aus der Drehkreisfrequenz #n und einer
entsprechend den Kennlinienverläufen nach den Figuren 2a und 2b regelbaren Läuferkreisfrequenzen
Xt2 durch Addition in der Frequenzaddition FA gebildet. Die Kennllnienverläufe besagen,
dan eine oder mehrere Asynchronmaschinen durch indirekte Flußführungsverfahren durch
Vorgabe einer Ständerstromamplitude entsprechend einer Gleichstromamplitude und
Läuferfrequenzregelung #2 geführt werden können. Dabei
gibt, wie
schon erwähnt, der Pulsstromrichter PSR die Amplitude des Zwischenkreisstromes iD,
der Phasenfolgestrorrich ter PFSR die gewünschte Ständerfrequenz #1 1 vor.
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Im Meßwertumformer MU 9 wird die Wirkleistungsregelgröße xp ermittelt
und nach Division durch die Istdrehzahl n des Läufers der Asynchronmaschine M im
Dividierglied D 1 die Drehmomentregelgröße Xmd ausgegeben.
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Ein überlagerter Drehzahlregler R 7 erhält an seiner Vergleichsstelle
den Drehzahlführungswert W und vom Meßwertumformer MU 8 n die Regelgröße xn. Sein
Ausgangssignal ist eine Drehmomentführungsgröße Wmd, die mit der Drehmomentregelgröße
xmd verglichen wird.
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Außerdem liefert der Menwertumformer MU 9 die Stromregelgröße x 2,
I i I Am Ausgang eines Drehmomentreglers R 4 wird die Stellgrö3e für die Läuferfrequenzkennltnienbildner
K 1 und K 3 und -regler R 4 und R 5 sowie über den Kennlinienbildner K 3 die Zwischenkreisstromführungsgrdße
WiD nach dem Regler R 6 gebildet.
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Unterhalb des Typenpunktes der Maschine M, dadurch charakterisiert,
daß die Gleichspannung uD noch nicht den durch den Pulsstromrichter PSR vorgegebenen
möglichen Grenzwert erreicht hat, wirken in Motor- und Generatorbetrieb die Kennlinienbildner
K 2 und K 3. Die entsprechende Vorzeichenbewertung der Läuferkreisfrequenz bJ2 richtet
sich nach dem Vorzeichen der Drehmomentführungsgröße Wmd mit Berücksichtigung der
Drehrichtungsvorgabe DR. Es können gegebenenfalls für Motor-bzw. Generatorbetrieb
angepaßte Kennlinien getrennt eingestellt werden.
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In Figur 2a sind die Kennlinienverläufe unterhalb des Typenpunkts
(Maschinenfluß n konstant) für die auf die Nennfrequenz bezogene Läuferkreisfrequenz
o)2 2 und den auf den Nennstrom bezogenen Ständerstrom 11 der Maschine in Abhängigkeit
von der Drehmomentführungsgröße Wmd dargestellt. Die linke Hälfte des Diagramms
zeigt den Verlauf bei generatorischem und die rechte Hälfte bei motorischem Betrieb
der Maschine.
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Die Stellung der Energierichtungserkennungseinrichtung ERK wird wahlweise
vorgegeben durch das Vorzeichen der Wirkleistungsregelfröße Xp bzw. der Zwischenkreisgleichspannung
uD.
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Sie bewirkt die Umschaltung der Kennlinienverläufe sowie über Schalter
S 1 die Aktivierung der Gleichspannungsüberwachung im Generatorbetrieb.
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Oberhalb des Typenpunktes, charakterisiert durch das Erreichen der
Spannungsgrenze uDmax des Pulsstromrichters'PSR, erfolgt der Übergang vom Konstantflußbetrieb
zum Feldschwächbetrieb der Maschine M gemäß Kennlinien nach Figur 2b.
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In Figur 2b sind die Kennlinienverläufe im Feldschwächbetrieb der
Maschine für die auf die Nenngrößen bezogenen Lduferkreisfrequenz #2, Magnetisierungsstrom
iµ und Drehmoment md (mit dem Ständerstrom i1 als Parameter) als Funktion der Drehmomentführungsgröße
Wmd dargestellt. Die linke Hälfte des Diagramms zeigt wieder den Verlauf der Kennlinien
bei generatorischem und die rechte Hälfte bei motorischem Betrieb der Maschine.
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Beim Überschreiten des Typenpunktes sinkt zunächst der Gleichstrom
iD unter den vom Kennlinienbildner K 3 vorgegebenen Wert ab. Dadurch wird ein Regler
R 5 aktiviert und erhöht die Läuferkreisfrequenz CJ2 über den nachfolgenden Summierungspunkt
so lange, bis die Stromführungsgröße WiD wieder erreicht ist.
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Werden in diesem Betriebsbereich Drehmomente unterhalb des maximal
möglichen vorgegeben, bleibt der Kennlinienbildner K 3 und der Regler R 5 bis zum
Einstellen eines Mindeststromes wirksam. Dies bedeutet zunächst Einstellung eines
Mindestdrehmomente
aus der Kombination des Mindeststromes nach
der Kennlinie über den Kennlinienbildner K 3 und des aktuellen Läuferkreisfrequenzwertes
nach dem Regler R 5.
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Diese Mindeststromeinstellung ist gemäß der Erfindung vorgesehen,
um den Einbau von Nachladeeinrichtungen für Xommutierungskondensatoren im Pulsstromrichter
PSR und Phasenfolgestromrichter PFSR zu vermeiden.
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Sollen Drehmomente unterhalb dieses Mindestdrehmomentes eingestellt
werden, wird unter Aufrechterhaltung des Mindestenstromes die Läuferfrequenz oJ2
mit dem Kennlinienbildner K 1 bei negativen Ausgangssignal des Reglers R 4 weiter
erhöht (vgl. Figur 2b).
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Dieses Verfahren bewirkt eine weitergehende Feldschwachung in der
Maschine M. Auch können für Motor- und Generatorbetrieb angepaßte Kennlinien getrennt
eingestellt werden.
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Der nachgeschaltete Spannung-Frequenzwandler W 2 liefert den digitalen
Läuferkreisfrequenzwert für die nachgeschaltete Frequenzaddition FA, in der die
Ständerkreisfrequenz L3lt .
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2 gebildet wird. Positives Vorzeichen bedeutet Motorbetrieb, negatives
Vorzeichen Generatorbetrieb. Eine Zündkoordination ZK schaltet die Zündimpulse der
Thyristoren des Phasenfolgestromrichters PFSR entsprechend der gewünschten Ständerkreisfrequenz
S
Je nach Erwärmungszustand ces Maschinenläufers werden die Kennlinienbildner
K 1 und K 2 durch eine externe Temperaturkorrektur v nachgeführt.