DE3020139C2 - - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
- H02P7/03—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors
- H02P7/05—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for controlling the direction of rotation of DC motors by means of electronic switching
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur
Steuerung eines Umkehrstromrichters mit antiparallel ge
schalteten, durch mindestens einen Steuersatz gesteuer
ten Ventilgruppen in kreisstromfreier Schaltung zur Dreh
zahlregelung eines Gleichstrommotors, mit einem von des
sen Drehzahlregler geführten Stromregler, der dem wirk
samen Steuersatz der einzelnen, im Ankerstromkreis lie
genden Ventilgruppen ein Steuersignal vorgibt, und mit
einer vom Ausgangssignal des Drehzahlreglers gesteuerten
Kommandostufe, die bei Polaritätswechsel einen Verschie
bebefehl für Wechselrichterbetrieb durch entsprechende
Ansteuerung des Stromreglers erzeugt, bei Nulldurchgang
des Ankerstromes den Verschiebebefehl aufhebt und einen
Befehl zur Zündung der der anderen Stromrichtung zuge
ordneten Ventilgruppe unter gleichzeitiger Sperrung der
bisher stromführenden Ventilgruppe liefert.
Bekannte Schaltungen dieser Art bestehen aus antiparallel
geschalteten Ventilgruppen mit je einem Steuersatz für
jede Ventilgruppe oder einem beiden Ventilgruppen ge
meinsamen Steuersatz, bei dem die Steuerimpulse des
Steuersatzes über eine Impulsweiche der Ventilgruppe zu
geführt werden, die gerade den Strom führen soll. Zur
Regelung des Gleichstrommotors wird sein Drehzahlist
wert zusammen mit einem Drehzahlsollwert auf einen Dreh
zahlregler gegeben, dessen Ausgangssignal die Führungs
größe für einen Stromregler liefert, der seinerseits den
Stromistwert von der Wechselspannungsseite des Stromrich
ters erhält. Das Ausgangssignal des Stromreglers steuert
dann den gemeinsamen Steuersatz.
Vergleiche z. B. Siemens-Zeitschrift 1965 (Seiten 251 und
1081, Bild 4 bzw. Bild 3).
Beim Übergang von motorischen auf generatorischen Betrieb,
d. h. bei einem Wechsel der Ankerstromrichtung des Motors,
muß die bisher stromführende Ventilgruppe gelöscht und
die bisher gesperrte Ventilgruppe gezündet werden. Hier
zu ist bei den bekannten Schaltungen eine Kommandostufe
vorgesehen, welche den Polaritätswechsel am Ausgang des
Drehzahlreglers feststellt und daraufhin - gegebenen
falls nach Begrenzung des Ausgangssignals des Drehzahl
reglers - auf einen Eingang des Stromreglers ein der
artiges Kommando abgibt, daß die bisher stromführende
Ventilgruppe in den Wechselrichterbetrieb übergeht. Ist
der Strom des Stromrichters bis auf Null abgesunken,
was ebenfalls durch die Kommandostufe überwacht wird,
so wird, falls die Polarität des Ausgangssignals des
Drehzahlreglers erhalten geblieben ist, der Verschiebe
befehl aufgehoben und der Steuersatz von der einen Ven
tilgruppe auf die andere Ventilgruppe umgeschaltet.
Diese bekannten Schaltungen haben den Nachteil, daß beim
Umkehrvorgang verhältnismäßig große Totzeiten auftreten
können. So wird z. B. verhältnismäßig viel Zeit zur Umla
dung der zur Regeloptimierung erforderlichen Kondensa
toren im Rückführungskreis des Stromreglers benötigt;
außerdem vergeht einige Zeit bei der Rückwärtsintegra
tion des Stromreglers bis in den Eingriffsbereich; vor
allem bei kleinen Drehzahlen. Die Folge ist eine relativ
schlechte Regeldynamik des Umsteuervorganges und Strom
spitzen im Leerlauf während des Übergangs von der Frei
gabe des Steuersatzes bis zum Eingriff des Stromreglers.
Um die Regeldynamik des Umsteuervorganges zu erhöhen, ist
es bereits bekannt (vergleiche z. B. Deutsche Patent
schrift 15 88 783) das Steuersignal des Steuersatzes der
stromführenden Ventilgruppe unter Umgehung des Stromreg
lers direkt durch die Kommandostufe in einen Verschiebe
befehl für Wechselrichterbetrieb zu ändern und dabei den
Stromregler dauernd eingeschaltet zu lassen. Auf diese
Weise kann der Stromregler sein augenblickliches Ausgangs
signal beibehalten, so daß er nach Fortfall des Verschiebe
befehls sofort das zur stromstoßfreien Aussteuerung ge
hörende Steuersignal für den Steuersatz der der anderen
Stromrichtung zugeordneten Ventilgruppe liefern kann.
Da die in der Kommandostufe verwendeten Grenzwertmelder
systembedingt eine kleine Umempfindlichkeit aufweisen,
schaltet die Kommandostufe bei der Vorzeichenumkehr des
Ausgangssignals des Drehzahlreglers nicht sofort um. Die
se Unempfindlichkeit hat zur Folge, daß der Stromregler
im Unempfindlichkeitsbereich wegdriften kann. Um dieses
Wegdriften zu vermeiden, ist es bereits bekannt, dem an
der Kommandostufe anliegenden Ausgangssignal des Dreh
zahlreglers eine Hilfswechselspannung zu überlagern,
deren Amplitude in der Größenordnung des Unempfindlich
keitsbereiches der Kommandostufe liegt (vergleiche
Deutsche Patentschrift 19 45 307). Hierdurch schwingt
der Stromsollwert am Eingang der Kommandostufe im festen
Rhythmus. Solange der Stromsollwert also in der Nähe des
Wertes 0 verbleibt, wird abwechselnd im Takte der Hilfs
wechselspannung Strom in beiden Ventilgruppen fließen und
damit ein Wegdriften des Stromreglers verhindert.
Das ständige Umschalten der Momentenrichtung im Bereich
kleiner Stromsollwerte hat aber andererseits den Nach
teil, daß sich die ständigen Drehmomentschwankungen über
den Antrieb auf den Prozeß auswirken, z. B. unsaubere
Schnittbilder beim Feinbearbeiten eines Werkstückes her
vorrufen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubil
den, daß man den Stromregler für den Wechselrichterbe
trieb heranziehen kann, aber trotzdem nur sehr geringe
Totzeit benötigt.
Diese Aufnahme wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch
die Kommandostufe nach Fortfall des Verschiebebefehls
ein zusätzliches Signal für Gleichrichterbetrieb auf den
Eingang des Stromreglers bis zum Wiederauftreten des An
kerstromes geschaltet wird. Durch dieses 3-Punkt-Verhal
ten der Regelung im Nullbereich der Momentenanforderung
werden Momentenumschaltungen - wie bei der bekannten Lö
sung - überflüssig und damit Antriebsschwankungen vermie
den.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs
beispieles sei die Erfindung näher erläutert.
Die Ankerwicklung eines Gleichstrommotors 3 wird über
einen kreisstromfreien Thyristor-Umkehrstromrichter mit
zwei antiparallelen Ventilgruppen 1 und 2 aus einem Wech
selstromnetz N gespeist. Die Ansteuerbefehle für die Ven
tilgruppen 1 und 2 werden über eine von der Kommandostufe
8 gesteuerte Weiche 9 von einem Steuersatz 4 geliefert.
Die Steuerspannung U st für den Steuersatz 4 stammt aus
einem Stromregler 5.
Der Drehzahlregler 7 des Motors 3 erhält der Solldreh
zahl n* und der Istdrehzahl n i proportionale Eingangs
werte und liefert an seinem Ausgang eine dem Stromsoll
wert I* proportionale Größe. In einem Absolutwertbildner
6 wird aus dieser Größe der Absolutwert |I* | gebildet und
dem Stromregler 5 als Sollwert vorgegeben. Ferner wird
dem Stromregler 5 ein dem Absolutwert des Stromistwertes
I proportionaler Wert als Istwert über Leitung 53 mit
entgegengesetzter Polarität zugeführt. Der Stromistwert
wird mittels Wandler 12 am Netz N gemessen und mittels
des Gleichrichters 11 in den entsprechenden Absolutwert
verwandelt. Aus dem Vergleich beider Werte am Eingang 51
des Stromreglers wird im Stromregler 5 die Steuerspan
nung U st für den Steuersatz 4 gebildet.
Da nur die Absolutwerte von Stromsollwert und Stromist
wert miteinander verglichen werden, kann jeder Polari
tät des Stromreglerausgangssignals auch ein definierter
Betriebszustand des Umkehrstromrichters zugeordnet wer
den, zum Beispiel bedeutet positive Polarität der Strom
reglerausgangsspannung einen Wechselrichterbefehl für den
Steuersatz 4 und negative Polarität einen Befehl für
Gleichrichterbetrieb an den Steuersatz 4. Die jeweils
für die benötigte Stromrichtung vorgesehene Ventilgrup
pen 1 bzw. 2 wird durch die Kommandostufe 8 über Leitung
84 und Weiche 9 angewählt, wobei die Kommandostufe 9 die
sen Anwählbefehl aus der Polarität des Ausgangssignals
des Drehzahlreglers 7 ermittelt.
Wird zum Beispiel vom Drehzahlgeber 7 her eine Umkehr
der Stromrichtung gefordert, so wird sofort durch einen
Befehl über Leitung 82 ein Signal auf die einstellbare Be
grenzung 55 des Stromreglers 5 gegeben und damit an des
sen Ausgang eine Steuerspannung erzwungen, die einem
Wechselrichterbetrieb entspricht. Vorteilhafterweise wird
dabei dieser Wert in etwa gleich der Wechselrichtertritt
grenze gewählt.
Im Wechselrichterbetrieb wird nun der Strom abgebaut und
bei Stromnullmeldung über Leitung 83 die der geforderten
Momentenrichtung entsprechende Ventilgruppe 1 bzw. 2 über
die Weiche 9 zugeschaltet. Gleichzeitig hebt dann die
Kommandostufe 8 die Begrenzung 55 am Stromregler 5 wieder
auf, so daß der Stromregler 5 von der Wechselrichtertritt
grenze α w, das heißt immer von einer definierten Aus
gangslage zu dem geforderten Arbeitspunkt läuft. Um hier
bei eine möglichst schnelle Umladung des Rückkoppelkrei
ses 52 des Stromreglers 5 mit Kondensatoren und einen
schnellen Wiedereingriff zu erreichen, wird zusätzlich
über den von der Kommandostufe 8 gesteuerten Schalter 81
die Spannung +U, die z. B. maximalem Gleichrichterbetrieb
entspricht, an den Eingang 51 des Stromreglers 5 gelegt.
Damit wird dessen Ausgangssignal sehr schnell in Rich
tung Gleichrichterbetrieb verändert und damit der ge
wünschte Strom in der neuen Stromrichtung aufgebaut.
Beim Auftreten der ersten Stromkuppe auf Leitung 83 wird
dann durch die Kommandostufe 8 der Schalter 81 wieder
geöffnet, so daß der dem Ausgangssignal des Drehzahlreg
lers 7 entsprechende Sollwert allein als Führungsgröße
am Eingang 51 wirksam ist.
Damit auch bei dem gezeichneten Einphasenanschluß des
Umrichters der Ankerstrom zu Null gemacht werden kann,
wird durch die Kommandostufe über die Leitung 82 die
einstellbare Begrenzung 55 so umgeschaltet, daß die Wech
selrichtertrittgrenze α w in Abhängigkeit von Stromlücken
zwischen 150° und 180° umgeschaltet wird; d. h. während
der Lückpause wird eine Wechselrichtertrittgrenze von
180° eingestellt.
Geht das Ausgangssignal des Drehzahlreglers gegen Null
und tritt kein Polaritätswechsel auf, d. h. es liegt
keine Momentenanforderung vor, so werden im definierten
Unempfindlichkeitsbereich der Kommandostufe 8 beide Ven
tilgruppen durch entsprechende Ansteuerung der Weiche 9
gesperrt und das Stromreglerausgangssignal ebenfalls
auf Wechselrichterbetrieb eingestellt. Kommt nun wieder
eine Momentenanforderung, so wird die Begrenzung 55 des
Stromreglers 5 wieder freigegeben und der Schalter 81
geschlossen. Hierdurch läuft der Stromregler auch wieder
relativ schnell zum benötigten Arbeitspunkt. Auch hier
wird beim Auftreten der ersten Stromkuppe wieder der
Schalter 81 geöffnet.
Durch das 3-Punkt-Verhalten der Regelung - bedingt durch
den definierten Unempfindlichkeitsbereich der Kommando
stufe 8 sind auch bei relativ kleinen Momentenanforde
rungen keine Antriebsschwankungen zum Aufrechterhalten
eines definierten Betriebes erforderlich.
Claims (3)
1. Einrichtung zur Steuerung eines Umkehrstromrichters
mit antiparallel geschalteten, durch mindestens einen
Steuersatz gesteuerten Ventilgruppen in kreisstromfreier
Schaltung zur Drehzahlregelung eines Gleichstrommotors,
mit einem von dessen Drehzahlregler geführten Stromreg
ler, der dem wirksamen Steuersatz der einzelnen, im
Ankerstromkreis liegenden Ventilgruppe ein Steuersi
gnal vorgibt, und mit einer vom Ausgangssignal des Dreh
zahlreglers gesteuerten Kommandostufe, die bei Polari
tätswechsel zur Umsteuerung einen Verschiebebefehl für
Wechselrichterbetrieb durch entsprechende Ansteuerung
des Stromreglers erzwingt, bei Nulldurchgang des Anker
stromes den Verschiebebefehl aufhebt und einen Befehl
zur Zündung der der anderen Stromrichtung zugeordneten
Ventilgruppe unter gleichzeitiger Sperrung der bisher
führenden Ventilgruppe liefert, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Kommandostufe (8) nach
Fortfall des Verschiebebefehls ein zusätzliches Signal
für Gleichrichterbetrieb auf den Eingang (51) des Strom
reglers (5) bis zum Wiederauftreten des Ankerstromes auf
schaltet.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß in einem definierten Un
empfindlichkeitsbereich der Kommandostufe (8) beide Ven
tilgruppen (1, 2) gesperrt sind und der Stromregleraus
gang auf Wechselrichterbetrieb gesteuert ist und daß bei
Anforderung einer Stromrichtung und damit Fortfall des
Verschiebebefehls das zusätzliche Signal für Gleichrich
terbetrieb ebenfalls bis zum Wiederauftreten des Anker
stromes auf den Eingang (51) des Stromreglers (5) geschal
tet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Ausgangssignal des
Stromreglers (5) durch eine einstellbare Begrenzung (55)
im Wechselrichterbetrieb stromabhängig zwischen zwei
Werten veränderbar ist.
Priority Applications (4)
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Also Published As
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BR8103278A (pt) | 1982-02-16 |
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