DE2940747C2 - Verfahren zur Steuerung eines Zwischenkreisumrichters - Google Patents
Verfahren zur Steuerung eines ZwischenkreisumrichtersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Zwischenkreisumrichters'nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Zwischenkreisumrichter dieser Art eignen sich insbesondere
zur Steuerung von Drchstromniasehincn. beispielsweise
Asynchronmaschinen mit Kurzschlußläufer.
Bei einem Zwischenkreisumrichter ist die Bemessung der Kapazität der Komimitierungskondensatoren problematisch,
wenn stark unterschiedliche Zwischenkreisströme bei großen Arbeitsfrequenzen komnuiiieri werden
müssen, weil der bei Leerlauf auftretende Magnetisierungsstrom so klein werden kann, daß er die Koinmutierungskondensatoren
innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit, die bei einem dreiphasigen Stromrichter r>o
einem Drittel der Pcriodciidaucr entspricht, nicht umladen
kann. Aus diesem Grunde muß dafür gesorgt werden, daß der Zwischenkreissirom einen zulässigen Mindestwert
nicht unterschreitet. Die Kapazität der Kommutierungskondensatoren muß also derart ausgelegt v>
werden, daß der minimale Laststrom bei der maximalen Arbeitsfrequenz noch kommutiert wird. Liegt dieser minimale
Laststrom beispielsweise bei stark unterschiedlichen Zwischcnkreissirömen unter dem Mindcstzwischenkreissirom,
bei dem noch eine Kommutierung w) möglich ist, müssen besondere Sehaluingsmaßnahmcn
getroffen werden, um den Zwischenkreisumrichter überhaupt cinscl/cn /u können.
Hei einem aus der Dl. VS ^8 18 S87 bckamiien Valahrcn
nach dem Oherbegnlf des l'.iienianspnu-hs I tr>
steuert der Zwischenki eisumi ichtcr eine Asynchronmaschine.
I Im nach diesem bekannten Vet I.ihren bei einem
Reduzieren des Drehmoments der Asynchronmaschine eine sichere Kommutierung des selbstgeführten Stromrichters
zu gewährleisten, wird der Mindestzwischenkreisstrom
beibehalten und gleichzeitig die Schlupffrequenz vergrößert, wobei die Vergrößerung der Schlupffrequenz
linear zum abnehmenden Drehmoment vorgenomir.cn wird. Nach dem bekannten Verfahren läßt sich
also ein Zwischenkreisumrichter zur Steuerung einer Asynchronmaschine nur einsetzen, wenn der Mindestzwischenkreisslrom
aufrechterhalten wird und bei absinkendem Drehmoment die Schlupffrequenz vergrößert
wird, was einen beträchtlichen zusätzlichen Schaltungsaufwand bedeutet.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart zu
verbessern, daß der Stromstellbereich ohne wesentliche zusätzliche Schaltungsmaßnahmen erweitert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnender. Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zur Lösung der geschilderten Probleme keine Veränderungen
am Leistungsteil, sondern nur geringfügige Modifikationen an der Umrichtersteuerung vorgenommen.
Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens beruht darauf, daß man die Grundschwingungsamplitude
des Umrichterausgangsstromes nicht nur über die Amplitude, sondern auch über Phasenlage und
Blockdauer der positiven und negativen Stromblöcke verstellen kann. Bei den bisher bekannten Steuerverfahren
wird der Zwischenkreisglcichstrom durch den Wechselrichter in drei positive und drei negative Stromblöcke
mit je 120° Dauer auf die drei Phasen der angeschlossenen
Last aufgeteilt. Positiver und negativer Stromblock jeder Phase sind zueinander zentralsymmetrisch
angeordnet und stellen einen Wechselstrom dar. Die Wechselströme in den drei Phasen sind um je 120°
phasenversetzt.
Der Beginn der Stromblöcke eilt gegenüber den Nulldurchgängen der Grundschwingung um jeweils 30°
nach. Mit dieser Anordnung erhält man für 120° lange Stromblöekc die maximal mögliche Grundsehwingungsampliiudc
/ji),„.,<
zu:
iVT
'(1) max
mit /,/ = Amplitude des Zwischcnkrcisgleich stromes.
Nach dem erfindungsgemäßen Gedanken werden nun beide Stromblöckc zur Mitte hin verschoben; d. h.
der Beginn des positiven Stromblocks eilt um Winkel Λ\
> 50" und der Beginn des negativen Stromblocks um Winkel
■β,
gegenüber dem positiven Nulldurchgang der Grundschwingung
nach. Die Zentralsymmetrie bleibt hierbei erhalten. Dieses Verfahren ist in einem Winkelbereich
30 < ,ti < 60° möglich. Für die Grundschwingungsamplitudc
des Stroms An gilt nunmehr:
VTid
(VT cos a\ +sina,);
Ab einem Wmkclbcreich von \\
> b0 beginnen sich tier positive und der negative Stromblock /11 überlappen.
Dies bedeulel, dall wahrend tier 1 Jberlappiinys/eii
ein Brückcnnfad des Wechselrichters kur/ncsehlosscn
ist und der Zwischenkrcisslroni nicht mehr über die
Last, sondern nur noch über diesen internen .Strompfad
im Wechselrichter fließt. Der Ausgangsstroin des Umrichters ist während der Überlappung Null. Damit kann
man den Ausgangsstrom je nach Überlappung /wischen Null (volle Überlappung) und dem Maximalwert (keine
Überlappung) verändern.
Auch für überlappende Ströme gilt der Zusammenhang nach Gl. (2) zwischen Grundschwingungsamplitude
und Winkelverschiebung <x\. Man sieht, daß sich für
einen Winkel von «i,„.„ = 120° die Grundschwingungsamplitudc
^ij = Null ergibt, unabhängig von der I lohe
des Zwischenkreisstromes /,/.
Der wesentliche Vorteil der Rrfindung liegi darin, daß
man auch bei Antrieben mit Forderungen nach hohem Stromstellbereich /(ijmj./Ai)»"" fur ^ie Dimensionierung
des Wechselrichters von einem unkritischen Siromstellbereich
des Zwischenkreisstromes /,;,„.„/Ij,,,,,, /.. B. 2 —3
ausgehen kann. An die Bauelemente des Wechselrichters werden für diese Auslegung keine besondren Anforderungen
gestellt. Wird vom Umrichter eine kleinere Grundschwingiingsamplitude des Ausgangsstromes gefordert,
als sich mil Ij1111n erreichen läßt, hält man den
Zwischenkreisstrom Ij auf dem untersten Grenzwert
Ijmin konstant und verringert die Grundschwingungsaniplitude
des Ausgangsstromes durch gegenseitiges Verschieben der beiden Stromblöcke. Auf diese Weise wird
im Wechselrichter der für die Kommutierung notwendige Mindeststrom /,*„„,, aufrechterhalten und der Ausgangsstrom
weist den gewünschten kleinen Wert auf.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch bei Vorgabe eines für die Kommutierung des Wechselrichters
notwendigen Mindestwertes der Sironiampliiude
der Umrichterausgangsstrom auf beliebig kleine Werte gesteuert werden, so daß der Umrichter ohne
besondere Anpassungen oder Unischullungen im Leistungsteil auch für Maschinen kleinerer Leistungen, für
Mehrmotorenantriebe mit wechselnder Maschinenzahl und für Antriebe mi: hohen Feldschwächebcrciehen geeignet
ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert:
Fig. 1 Prinzip-Schaltbild eines /-Umrichters mil Zündeinrichtung für Wechselrichter mit Phascnfolgclöschung.
Fig. 2 Steuersignale und Ausgangsstrom des Wechselrichters
für verschiedene Verschiebungswinkcl.
F i g. 3 Verlauf der Grundschwingungsamplitiide /^1 in
Abhängigkeit vom Verschiebungswinkel,
Fig. 4 Blockschaltbild einer Umrichter-Steuer- und
Regeleinrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren,
Fig. 5 Verlauf von Stromsollwerl und Stcuc.-.pannungdcr
Verschiebeeinrichtung für Regelbereich .·/, b.
Das in Fig. 1 dargestellte Prinzip-Schallbild eines /-Umrichters
zeigt den nct/.geführtcn Gleichrichter 1 in Blockschaltbilddarstellung, den Gleichslromzwisclienkreis
2 mit Glättungsdrossel und Zwischenkreisstrom /,,, den Wechselrichter 3 zur zyklischen Verteilung des Zwisehenkreisstroms
auf die Klemmen U. V. IVeiner angeschlossenen
Maschinenlast 4. Der Wechselrichter besteht aus sechs Thyristoren Ti-TG. sechs Dioden
DX- Db und sechs Kommutierungskondensatoren
CX-Cb. In Fig. 1 isl ein Stromfiuß vom nei/.geführien
Gleichrichter zur Glättungsdrossel über Thyristor 71.
Diode D 1, Maschinenstrang V, Maschinenstrang IV.
Diode Db. Thyristor 76 und zurjck zum Gleichrichter
angedeuliM.
Das Weilerschalten des Stromes, z. B. vom Strang U auf V erfolgt durch Zündung von Thyristor Γ3 und
gleichzeitiger Wegnahme des Zündimpuises am Thyri-
■3 stör Ti. Der Ablauf der Kommutierung selbst ist in der
Literatur ausführlich beschrieben (Proc. IEE Vol.120
No. 9. Sept. 1973). Für die weiteren Betrachtungen wird
vereinfachend angenommen, daß die Kommutierung, d. h. das Weiterschalten des Stromes unenulich schnell
to erfolgt.
Da in der Maschine ein Wechselstrom fließen soll,
führen abwechselnd die linke und die reihte Brückenhüllte den l.astsiroii) einer Phase. Die Zündung der einzelnen
Thyristoren muß so erfolgen, daß der Zwischen-
r> kreissirom nicht lückt und immer einen Strompfud findet.
Dies bedeutet, daß bei einer dreiphasigen Anordnung jeder Briickenzweig während 1A der Perdiodenduuer
Strom führt.
Die 6 Thyristoren Ti — Tb werden durch die sechs
Signale Z 1 — Zb des Zündgenerators 5 gezündet. Da man üblicherweise Daucrimpul.sc zur Zündung verwendet,
sind die Zündimpulse ein Abbild der Stromlcitdauer der Thyristoren. Bei den bisher bekannten Steuerverfahren
leitet man die Zündimpulse Zl-Zb aus den
Ausgangssignalen Ri-Rb eines Ringzählers 7 ab.
Zündimpuls- und Ringzählersignale unterscheiden sich nur durch das Signalnivcau, aber nicht in Pulsfolge und
Pulsdauer. Die Signale des Ringzählers RX-Rb werden
aus einem Frcquenzsignal mit der öfachen Grund-
jo Schwingungsfrequenz 6 · /[η erzeugt. In der erfindungsgemäßen
Anordnung ist zwischen Ringzähler und Zündimpulsgcnerator eine Verschiebeeinrichtung 6 eingefügt.
Diese Verschiebeeinrichtung setzt die Ringzählersignale R I — R6 in verschobene Signale V I — Kbinil
Ci wiederum 120 Dauer um. Die GrüÜc des Verseliicbungswinkcls
(</ = ii — 30 ) gibt man über eine Steiierspannung
ίΛ, vor.
Entsprechend dem erlindungsgcmäßen Gedanken werden hierbei die Zündimpulse für positiven Maschinenslroin
Z 1, Z3. Z5 nacheilend und die Zündimpulse
für negativen Maschinenstrom jeweils um den gleichen Winkel voreilend verschoben. Dies bedeutet, daß mit
zunehmender Verschiebung sich z. B. das Ende von Zündimpiils Zl und der Beginn von Zündimpuls Z4.
4") d.h. auch die Stromleitdaucr von 'I und 7~4 immer
mehr nähern. Ab einem Verschiebungswinkel g· = 30°
wird Γ4 gezündet, obwohl 7"! noch Strom führt. Der
Zwischenkreisstrom /,/ fließt dann direkt über den internen Brückenpfad TX DX.D4. T4. Solange dieser internc
Briickenkurzschluß besteht, sind die Umrichterausgangsklcmmen stromlos. Der Brückenkurzschluß wird
z. B. durch Zündung des Thyristors Ti wieder aufgehoben. Der Strom durch TX kommutiert auf T3 und die
Stromaufteilung entspricht wieder den üblichen Verhältnissen. Zur Veranschaulichung sind in F i g. 2 die 6fache
Grundschwingungsfrequenz b · /|i). die Ringzählersignale
R 1, R 4 und die Zündimpulse Z I, Z4 der Thyristoren TI. 7*4zusammen mit dem zugehörigen Unirichtcrstrom
/„ beispielhaft für verschiedene Verschiebe-
w) winkel </■ - ii — 30' aufgezeigt. Im einzelnen gilt:
Figur 2a: ι/ = 0"; t\, = 30';
(Normalzustand)
Figur 2b: ι/ = 30' : x, = H) ;
Figur 2b: ι/ = 30' : x, = H) ;
h5 (Beginn der I Iberlappung)
Figur 2c: (j = bO ; \, = 90 ;
(Betrieb mit Überlappung)
Vl j n sieht, daß die Ringzählersignalc /?1. Λ4 synchron
/urot'achen Grundschwingiingsfrequen/. sind und
von Jer Verschiebung nicht beeinflußt werden. Die Verschiebung der Signale V 1, V4 bzw. Z I, Z 4 hängt von
der Höhe der Steuerspannung Uu ab. Für Verschiebewinkel
φ < 30° sind die Stromblöcke des Stromes /„ein
Abbild der Zündsignale Z1. Z 4.
Ab Verschiebewinkel ψ > 30" beginnt die Überlappung.
Während der Übcrlappungsdauer ü ist der Ausgangssirom
/„ = 0. Weiterhin bestätigt die Y i g. 2, daß ι« die Grunclschwingungsampliludc /Jn trot/ konsiantem
Zwischcnkreissirom /,/mit wachsendem Verschiebungswinkel abnimmt. Der Zusammenhang /wischen Verschiebungswinkel
φ und normierter Griindschwingungsamplitude
/(i)//(i)„,.,, ist in F i g. 3 wiedergegeben. r>
Der Kurveiiverlauf zeigt, daß unabhängig vom Zwischenkreisstrom
/,/ein Herabsteuern der Grundschwingungsamplitude
I^ bis zum Wert Null möglich ist.
Abschließend wird in F i g. 4 beispielhaft verdeutlicht, wie man das erfindungsgemäße Verfahren in cine Rc- 2n
gelanordnung integrieren kann. Die Amplitude des
Stromes / wird über den ncizgeführten Stromrichter 1 und eine Stroniregeleinrichtung mit Zündimpulsgenerator
8 und Stromreglcr 9 entsprechend dem Sironisollwert
/",„//2 geregelt. Für Stromsoiiwcrtc L,,m, die größer
sind als ein umrichtertypischer Stromgrenzwert /.·„„/,
unterscheidet sich Isou2 nicht vom Ausgangssignal h„iii
des Spannungsreglers 11. Der Spannungsregler 11 gibt
den Stromsollwert Λ,,//ι so vor, daß die Maschinenspannung
Um einem vorgegebenen Spannungssollweri liK,,n jo
entspricht. Die Maschinenspannung Uv,n wird in einem
Kennliniengeber 12 von einer Sollspannung Ui für die
Frequenz abgeleitet. Die Sollspannung Ur setzt ein Spannungsfrequenzwandler 13 in eine Pulsfrequenz mit
der6fachenGrundschwingungsfrequenzb · /Ji)um. jr>
Für Ströme/„,//,
> 1^n-,,/ erzeugen Ringzähler 7, Verschiebeeinrichtung
6 und Steuersatz 5, Zündimpulsc Z1 — Ζβ für den Wechselrichter 2 so. daß die Maschine
4 mit dem bereits bekannten Blockströmen laut F i g. 2a gespeist wird. Die Stcuerspannung i/„ zur Verschicbung
der .Stromblöcke ist Null. Für Ströme Λ,,/π
< /f-„w
hält eine Ablösceinrichtung 10 den Sollwert für den Stromregler auf dem Wert h,,m = /Λ·.ν^ = konstant.
Damit bleibt auch die Amplitude des Zwischenkreisstromes bzw. des Maschinenstromes unabhängig von
irgendwelchen Lastschwankungen konstant. Für weitere Verminderungen der Siromgrundschwingungsamplitude
kann der Spannungsregler über die Steuerspannung Un die Stromblöcke so gegeneinander verschieben,
bis der Maschinenstrom /(D einen Wert erreicht, der
in der Maschine die gewünschte Gejicnspannung (/,-„
/.Uf SuilS[>arii'iui"ig tA(>//ii~iuu/icfi.
Zur weiteren Veranschaulichung sind in Fig. 5 F.ingangs-
und Ausgangssignalc der Ablösceinrichtung 10 aufgezeigt. Man sieht, daß für Ströme Λ,,//ι
> I pa* (Regelbereich
a) kein Unterschied zwischen den beiden Sollwerten l„n\ und ls„in besteht: die Stcuerspannung
U5I ist Null. Ab dem Grenzwert lerCn, bleibt ls„\n konstant
und die Steuerspannung und damit der Vcrschiebewinkel nimmt für kleinere Λ,,// τ zu (Regelbereich b). t>o
Zweckmäßigerweise wird man den Grenzstrom Iprcn,
so einstellen, daß der für die Auslegung des Wechselrichters maßgebliche Wert /,/,„.,>/7,/„„„ klein bleibt, um die
spannungsmäßige Beanspruchung der Wechsclrichlcrbauelemente
gering zu halten. ei
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Verfahren zur Steuerung eines Zwischcnkreisumrichters,
der einen im Zwischenkreis eingeprägten Gleichstrom regelbarer Größe und einen verbraucherseitigen
Stromrichter mit zur Phasenfolgclöschung dienenden Kommutierungskondensatoren aufweist, die laststromabhängig umgeladen werden,
wobei der Ausgangsstrom oberhalb eines umrichtcrlypischen Stromgrenzwerics nur über die Amplitude
positiver und negativer Stromblöcke des Ausgangsstroms verändert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsstrom unterhalb des Stromgrenzwertes bei konstanter Amplitude über
die Phasenlage und über die Dauer der Stromblöcke verändert wird, indem der positive und negative
Stromblock mit zunächst jeweils 120" Dauer gegeneinander
verschoben werden, bis sich die Stromblökke überlappen, wobei während der Überlappung der
Ausgangssfrom Null ist, so daÜ je nach Überlappungsgrad
die Stromblockdauer des Ausgangsstroms 0° bis 120" beträgt, und daß das Maß der
Verschiebung derart bestimmt wird, daß die Gegeniipannung
einer angeschlossenen Last einem vorgegebenen Spannungssollwert entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Verschiebung durch eine
Sieuerspannung IK, bestimmt wird, die von einer
Ablösceinrichtung (10) abhangig von dem Strom-Sollwert
Λ,,,π und dem umrichtertypischen .Stromgrenzwert
/,.„■„/ bei lirreichen des Sollwertes I1.,,.,,,
abgegeben wird.
JO
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792940747 DE2940747C2 (de) | 1979-10-08 | 1979-10-08 | Verfahren zur Steuerung eines Zwischenkreisumrichters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19792940747 DE2940747C2 (de) | 1979-10-08 | 1979-10-08 | Verfahren zur Steuerung eines Zwischenkreisumrichters |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2940747A1 DE2940747A1 (de) | 1981-04-09 |
DE2940747C2 true DE2940747C2 (de) | 1984-06-20 |
Family
ID=6082977
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19792940747 Expired DE2940747C2 (de) | 1979-10-08 | 1979-10-08 | Verfahren zur Steuerung eines Zwischenkreisumrichters |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2940747C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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FR2587559B1 (fr) * | 1985-09-18 | 1988-01-08 | Electricite De France | Dispositif d'alimentation de machines a reluctance variable |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2818887B1 (de) * | 1978-04-28 | 1979-09-13 | Siemens Ag | Verfahren zur Steuerung einer Asynchronmaschine sowie Schaltungsanordnung zur Durchfuehrung des Verfahrens |
-
1979
- 1979-10-08 DE DE19792940747 patent/DE2940747C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2940747A1 (de) | 1981-04-09 |
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Legal Events
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