DE3527844C2

DE3527844C2 -

Info

Publication number: DE3527844C2
Application number: DE19853527844
Authority: DE
Inventors: Norbert Ing.(Grad.) Niesel; Klaus Ing.(Grad.) 1000 Berlin De Wegener
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1985-07-31
Filing date: 1985-07-31
Publication date: 1987-08-20
Also published as: DE3527844A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Schaltungsanordnung ist durch die DE-OS 30 21 119 bekannt.

Soll eine über einen Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter gespeiste Drehstrommaschine während des Betriebes im Feldschwächbereich abgebremst werden, wird am Sollwertgeber für den die Frequenz der Maschine bestimmenden Zwischenkreis-Spannungsregler des Zwischenkreisumrichters die eingestellte Führungsgröße verringert. Weil aber wegen der entsprechenden Frequenzverringerung die Maschine generatorisch arbeitet, steigt ohne Gegenmaßnahme die Spannung im Zwischenkreis.

Bekannt ist nach der DE-OS 32 34 301 eine Schaltungsanordnung, bei der zur Vermeidung der zuvor erwähnten Überspannungen ein zusätzlicher Sollwertgeber vorgesehen ist, der oberhalb eines Istwerts von mehr als 90% des maximal zulässigen Wertes eine bis zum maximal zulässigen Wert ansteigende Zusatzgröße auf die Frequenznachführung aufschaltet. Automatisch wird damit für die benötigte Frequenzerhöhung unterhalb der maximal zulässigen Zwischenkreisspannung gesorgt. Der zusätzliche Sollwertgeber wird also schon unterhalb der Nennfrequenz aktiviert. Es wird in Kauf genommen, daß lediglich 90% der maximalen Zwischenkreisspannung bzw. der Ausgangsspannung ausgenutzt werden, wenn die Drehstrommaschine am Typenpunkt betrieben wird. Vielfach ist es jedoch wünschenswert, beim Typenpunkt der Maschine die volle mögliche Spannung ausnutzen zu können, bzw. bei einem Absinken der Ausgangsspannung des Umrichters die bisherige Drehzahl der Drehstrommaschine beizubehalten.

Es stellt sich also die Aufgabe unter Ausnutzung der vollen Spannung am Typenpunkt zu gewährleisten, daß die Drehstrommaschine im Feldschwächbereich stets ihre Drehzahl hält, auch wenn die Ausgangsspannung, z. B. bedingt durch Netzspannungsabsenkungen, ihre Amplitude verkleinert.

Zur Lösung dieser Aufgabe gibt deshalb bei der Schaltung nach der zuvor erwähnten DE-OS 30 21 119 der zusätzliche Sollwertgeber beim Betrieb der Drehstrommaschine im Feldschwächbereich ein Zusatzsignal ab, das durch eine Änderung der Kennliniensteigung in einem Kennlinienglied über eine Frequenzerhöhung einen Anstieg der Zwischenkreisspannung verhindert und das zur optimalen Ausnützung der gerade verfügbaren Spannung der Netzspannung nachgeführt wird.

Die obengenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gleichermaßen, jeoch auf andere Art gelöst.

Die Drehstrommaschine kann damit vorteilhaft an allen Betriebspunkten also besonders auch im Feldschwächbereich, einwandfrei vom statischen Umrichter geführt werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Den Anspruch 3 betreffend ist durch die DE-PS 26 24 597 eine Schaltung bei einem Gleichspannungs- Zwischenkreisumrichter bekannt, die einen zusätzlichen Nachführverstärker zur Führung eines die Verstellgeschwindigkeit für die Führungsgröße eines Zwischenkreis-Spannungsreglers begrenzenden Steilheitsbegrenzers in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung vorsieht.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung und

Fig. 2 den Verlauf der Zwischenkreisspannung in Abhängigkeit von der Frequenz des Maschinenstromrichters bzw. in Abhängigkeit vom Sollwert der Maschinendrehzahl.

Gemäß Fig. 1 wird ein Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter aus einem dreiphasigen Netz RST gespeist. Der Zwischenkreisumrichter besteht aus einem gesteuerten Netzstromrichter 1, der eine Netzrückspeisung gestatten soll, einem Zwischenkreis mit einer Glättungsdrossel 2 und einem Zwischenkreiskondensator 3 sowie einem Maschinenstromrichter 4. Der Maschinenstromrichter 4 speist einen Drehstrommotor 5.

Der Umrichter arbeitet mit variabler Zwischenkreisspannung, die vom Netzstromrichter 1 bereitgestellt wird. Die Steuerung besteht aus einem Frequenzregelkreis (indirekter Spannungsregelkreis) mit einem unterlagerten Stromregelkreis. Zur Einstellung der variablen Zwischenkreisspannung dient ein Sollwertgeber 10, an dem die gewünschte Maschinendrehzahl als Führungsgröße w _n einstellbar ist. Diese Führungsgröße wird über einen Steilheitsbegrenzer 11, der die Verstellgeschwindigkeit der Führungsgröße begrenzt, und einen Betragsbildner 12 einem Zwischenkreisspannungszregler 13 als negative Führungsgröße -w _UD vorgegeben. Die Regelgröße +x _UD der Zwischenkreisspannung wird über ein Spannungserfassungsglied 6 im Zwischenkreis ermittelt und mit der Führungsgröße w _UD verglichen. Die Regelabweichung dient als Eingangsgröße des Reglers 13, dessen Ausgangsgröße einem ihm nachgeschalteten Stromregler 27 als Stromführungsgröße w _IE zugeführt wird. Diese Stromführungsgröße w _IE wird mit dem über einen Stromwandler 7 erfaßten Stromeingangswert x _IE verglichen. Entsprechend der Regelabweichung des Stromes beeinflußt der Stromregler 27 mit seinem Ausgangssignal einen Steuersatz 28 für die Ventile des gesteuerten Netzstromrichters 1, so daß diese entsprechend der gewünschten Zwischenkreisspannung U _D gezündet werden.

In üblicher Weise ist der Maschinenstromrichter 4 in seiner Frequenz entsprechend der anstehenden Zwischenkreisspannung U _D nachgeführt. Zu diesem Zweck wird die über das Spannungserfassungsglied 6 bereitgestellte, der Zwischenkreisspannung proportionale Regelgröße x _UD über ein Potentiometer 23, das der Einstellung der Spannungs-Frequenz-Kennlinie dient, sowie über ein weiteres Potentiometer 24, das der Einstellung der Maximalfrequenz des Umrichters dient, einem Spannungs/Frequenz- Umsetzer 25 zugeführt. Die Ausgangsfrequenz des Spannungs/Frequenz- Umsetzers 25 beeinflußt einen Steuersatz 26, mit dem die Ventile des Maschinenstromrichters 4 frequenzgerecht für die Drehstrommaschine 5 geschaltet werden.

Die zwischenkreisspannungsproportionale Regelgröße x _UD ist ferner als Regelgröße einem Feldschwächregler 21 zugeführt. Als Führungsgröße für den Feldschwächregler 21 dient eine Größe, die dem Betrage der Netzspannung U _NETZ entspricht. Diese Größe wird als Netzspannung über eine Netzspannungserfassungseinrichtung 8 von einem zusätzlichen Sollwertgeber 14 bereitgestellt.

Der Feldschwächregler 21 wird über die Führungsgröße -|U _NETZ| so eingestellt, daß er bei Netznennspannung (z. B. U _NETZ = 380 V) eine gleichgroße Ausgangsspannung (d. h. U _A = 380 V) garantiert. Ist dabei die ausgangsseitige Frequenz des Umrichters gleichgroß wie die Netzfrequenz (d. h. f _A = 50 Hz), so kann die Ausgangsfrequenz weiter gesteigert werden, da der Feldschwächregler die entsprechende Spannung als sein Ausgangssignal zur Regelgröße +x _UD hinzuaddiert.

Es ergibt sich mithin ein Verlauf der Zwischenkreisspannung U _D in Abhängigkeit von der Frequenz f der Drehstrommaschine 5 bzw. deren Nenndrehzahl n _soll, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Die maximale Zwischenkreisspannung U _DMAX und mithin die maximale Ausgangsspannung wird beim Typenpunkt der Maschine (f _nenn) erreicht. Im Feldschwächbereich bleibt die Zwischenkreisspannung U _D gleich der Netznennspannung U _NETZ-NENN.

Das Ausgangssignal des Feldschwächreglers 21 wird nicht nur der zwischenkreisspannungsproportionalen Regelgröße x _UD zur Bildung des Eingangssignals für den Spannungs/Frequenz-Umsetzer 25 und der Bildung der Regelgröße für den Regler 13 hinzuaddiert, es wird vielmehr auch einem Kennlinienbildner 22 zusätzlich zugeführt. Der Kennlinienbildner 22 dient für den Betrieb im Feldschwächbereich in Zusammenhang mit einer Strombegrenzungsanordnung der Begrenzung des Drehmoments über die Stromführungsgröße -w _IE für den Stromregler 27. Zur Ausgangsstrombegrenzung wird eine dem Betrage des Ausgangsstromes des Umrichters proportionale, von einem Stromwandler 9 bereitgestellte Regelgröße |x _IA| einem Ausgangsstrombegrenzungsregler 17 zugeführt. Diese Regelgröße |x _IA| wird mit einer von einem Geber 16 vorgegebenen Führungsgröße für den maximal möglichen Ausgangsstrom I _Amax verglichen. Das Ausgangssignal des Strombegrenzungsreglers 17 ist über eine geeignet gepolte Diode 18 dem Regler 13 zur Begrenzung seines Ausgangssignals zugeführt. Durch den Kennlinienbildner 22 wird nun in Zusammenarbeit mit der Ausgangsstrombegrenzung über Dioden 19, 20 die Stromgrenze und damit das Drehmoment im Feldschwächbereich begrenzt. Damit wird die Drehstrommaschine 5 immer einwandfrei geführt, d. h. beim Überschreiten des zulässigen Drehmoments wird die Drehzahl entsprechend reduziert.

Um den Einsatz des Steilheitsbegrenzers 11 auch während des Feldschwächbetriebes sicherzustellen, ist ein Nachführverstärker 15 mit dem Steilheitsbegrenzer 11 verbunden. Der Nachführverstärker ist eingangsseitig mit der Summe der zwischenkreisspannungsproportionalen Regelgröße x _UD und der Ausgangsspannung des Feldschwächreglers 21 beaufschlagt. Damit wird die Ausgangsspannung des Steilheitsbegrenzers 11 bei Laststößen, die eine Drehzahlabsenkung hervorrufen, automatisch so abgesenkt, daß bei einer erneuten Entlastung der Steilheitsbegrenzer 11 wieder im Eingriff ist.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Frequenzverstellung im Feldschwächbereich einer Drehstrommaschine über einen diese speisenden Gleichspannungs- Zwischenkreisumrichter,

- der eingangsseitig einen eine variable Zwischenkreisspannung bereitstellenden Netzstromrichter mit einem Zwischenkreis-Spannungsregler aufweist,
- der ausgangsseitig einen Maschinenstromrichter mit einem Spannungs- Frequenz-Umsetzer aufweist, dem als Führungsgröße eine zwischenkreisspannungsproportionale Größe und im Feldschwächbereich eine netzspannungsabhängige Zusatzgröße zugeführt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Feldschwächregler (21), dem die Differenz aus der zwischenkreisspannungsproportionalen -Größe (x _UD ) und einer durch einen zusätzlichen Geber (14) abgegebenen, dem Betrage der Netzspannung (U _NETZ ) proportionalen Größe vorgegeben ist, an seinem Ausgang die Zusatzgröße bildet,
und daß die Summe aus der zwischenkreisspannungsproportionalen Größe (x _UD ) und der Zusatzgröße dem Zwischenkreis-Spannungsregler (13) als Istwert und dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer (25) als Führungsgröße zugeführt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem dem Zwischenkreis- Spannungsregler unterlagerten Stromregler, dem die Ausgangsspannung des Zwischenkreis-Spannungsreglers als Führungsgröße und der in den Zwischenkreisumrichter fließende (Netz-)Strom als Regelgröße zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Feldschwächreglers (21) zusätzlich einem Kennlinienbildner (22) zugeführt ist, durch dessen Ausgangssignal die Führungsgröße (w _IE ) für den Stromregler (27) im Feldschwächbereich begrenzt ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der zwischenkreisspannungsproportionalen Regelgröße (x _UD ) und dem Ausgangssignal des Feldschwächreglers (21) zusätzlich einem Nachführverstärker (15) zur Führung eines die Verstellgeschwindigkeit für die Führungsgröße (w _UD ) des Zwischenkreis- Spannungsreglers (13) begrenzenden Steilheitsbegrenzers (11) zugeführt ist.