DE2055473A1

DE2055473A1 - Regler mit selbsteinstellenden Parametern in Stromrichteranlagen

Info

Publication number: DE2055473A1
Application number: DE19702055473
Authority: DE
Inventors: Alfons Dipl.-Ing. 1000 Berlin. M Schräder
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1970-10-30
Filing date: 1970-10-30
Publication date: 1972-07-06
Also published as: FR2110127A5; SE381387B; NL165892B; DK142689B; NL7114919A; DE2055473B2; ES395735A1; DE2055473C3; BE774099A; DK142689C; CH540600A; NL165892C; JPS5145062B1

Description

055473

1*4* Γ A·

Mcentia Patent-Verwaltungs-GmbH Frankfurt/Main, Theodor-Stern-Kai 1

Grützmann/mn Erf.-Nr.: B I 70/20 Gn

Regler mit selbsteinstellenden Parametern in Stromrichteranlagen

Die Erfindung betrifft einen Segler für die Stromregelung in Stromrichteranlagen mit selbsteinstellenden Parametern für den lückenden und nichtlückenden Arbeitsbereich eines Stromri chters.

Die Dimensionierung von Reglern für die Stromrichtertechnik, wie sie bei Antrieben oder Stromversorgungen eingesetzt werden, stellt kein Problem dar, solange die Glieder des Regelkreises linear sind. Das ist in dem Arbeitsbereich der Fall, in dem der Strom auf der Verbraucherseite nicht lückt. In diesem Bereich enthält die Regelstrecke ein Totzeitglied in Form des Stromrichters und ein Verzögerungsglied 1. Ordnung. Der Regler wird zweckmäßigerweise als PI-Regler ausgebildet. Das Verhalten der Regelstrecke ist jedoch in dem Arbeitsbereich, in dem der Strom auf der Verbraucherseite lückt, nicht linear. Die Verstärkung des Stromrichters ist viel ge-

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ringer und die Er satζzeitkonstante der gesamten Strecke kleiner als im lückenlosen Bereich. Außerdem verändert sich die Steigung der Kennlinien des normierten Stromes ¹A / ¹AN ^ⁿ Abhängigkeit vom Zündverzögerungswinkel °^ im gesamten Lückbereich kontinuierlich (Fig. 3)· Der für den lückenlosen Betrieb optimierte Stromregler kann daher in diesem Bereich nicht mehr optimal arbeiten.

In Verbindung mit übergeordneten Reglern, z.B. einem Drehzahlregler, kann es sogar zu Schwingungen kommen, weil sich die Parameter des unterlagerten Regelkreises, für den ja der überlagerte Regelkreis optimiert war, ändern. Es liegt daher die Aufgabe vor, einen Stromregler zu schaffen, der seine Parameter selbsttätig ändert und sie den Verhältnissen der Regelstrecke anpaßt. Ein solcher Regler wird in einem Aufsatz der "Technischen Mitteilungen AEG-Telefunken" (59»Jahr* gang, 1969, Heft 6, S. 348-352) unter dem Titel "Regelung von Stromrichterantrieben bei lückendem und nichtlückendem Ankerstrom" beschrieben. Danach ist es bekannt, daß der selbstanpassende Regler für den Stromregelkreis die Bedingungen: PI-Verhalten bei nichtlückendem Strom und I-Verhalten .bei lückendem Strom erfüllen muß. Außerdem muß die Reglerzeitkonstante T-^ derart nachgeführt werden, daß die Gleichung (8) dieses Aufsatzes erfüllt wird, die aus dem Gleichsetzen der Frequenzgänge des offenen Regelkreises für den nichtlückenden und den lückenden Strom entsteht.

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iür die Lösung der genannten Aufgabe ist in Bild 3 des zitierten Aufsatzes eine Prinzip schaltung eines umschaltb&rtn II/l-Eeglerr angegeben. Diese »Schaltung setzt zun cii,'. η voraus, dai: die von der Aussteuerung des Stromrichters abh' nrige Lückgrenze o.a^vt erfaßt v>ird, zum anderen mu£ eic ZeifTor.r-t&nte T,,_T in Abhi'ngifkeit von StroE und von der Aussteuerung des ßtroii.iicLteis nc eheeführt v.eiäen, v.czu ein otellririi^l, ctr über einen fun^tionsgete-r aus dem Ankcr-Htror. ο-ittittt.lt v.irc, eiforderlich ist. Dei für diese Vor-Bufsetzun^en zur- Idealisierung: dei c^!nfregebenen Scheltunr notwendige Aufv.anc ε·.π Erfassungsrliedem, Lultiplikatoren unc lunktionsdetern Vscn rrhctlich rein.

Aufrcbe der vcrlicgeiiucn Erfincung ist cf.her, einen Eerier füi die Stromregelung in StrcErichtcronlagen zu schaffen, der die obengenannten ütcingunfen erfüllt und der gleichzeitig eine für die Praxis virtcchcftliche und vorteilhafte Lösung angibt. Diese Aufgabe v.irc. ei'fincuncsgeniafi dadurch gelöst, cai" der Stromreflei aus der Eeihenschaltung eines ersten prorcrtionalen Gliedes r.it konstanter PrOtortional-Verstl.rkunr eines zweiten jrcpcrtion£.ien Gliedes mit einer Verstlxkung in Abhängigkeit vo^ Stroir und Züncver zöge rungs ν.·±η>·€ΐ der Stronricht-erf-nlage, der. ein differenzierendes Glied jarallel geschaltet ist, und eines integrierender. Gliedes besteht.

Anhand der Figuren "■ bis J seil die Erfindung näher beschrieben v;ercen.

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Pig. 1 zeigt das Schaltbild und Fig. 2 die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Stromregleis. In Fig. 5 ist am Beispiel einer Kennlinie für einen Stromrichterantrieb der auf den Nennßtrom 1^ bezogene AnkerstroBi I. in Abhängigkeit vom Zündverzögerungswinkel mit der Motor-EMK als Parameter dargestellt. Fig. 4 weist eine zusätzliche Beschal tung eines Gliedes des Stromreglers nach Fig. 1 auf.

Die in Fig. 1 angegebene Schaltung des Stromreglers besteht aus der Reihenschaltung eines ersten proportionalen Gliedes 1, eines zweiten proportionalen Gliedes 2, dem ein differenzierendes Glied J parallel geschaltet ist, und eines integrierenden Gliedes 4. Das erste proportionale Glied 1 enthält einen Verstärker 5 und weist eine konstante Proportional-Verstärkung V^ auf, die durch die Wahl . des Eingangßwiderständes R. des Verstärkers 5 und des im Gegenkopplungskreis liegenden Widerstandes R₂ festgelegt wird. Das zweite proportionale Glied 2 enthält einen Ver- ^ stärker 6, der einen Eingangswiderstand R^, und einen Gegenkopplungskreis mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen R^, und R[- hat. Dem Verstärker 5 nachgeschaltet ist ein Widerstand Rg. Die Verstärkung des Gliedes beträgt

V₂ (I,cO / R₆ , „it V₂ = R_{4 +} R₅/ R₃

Dem zweiten proportionalen Glied 2 ist ein differenzierendes Glied ⁷j parallel geschaltet, dessen Verstärker 7 einen Eingangswiderstand R„ und einen Gegenkopplungskreis mit

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einem Widerstand Bg hat. Hachgeschaltet ist ein Kondensator CL·. Der Frequenzgang dieses Gliedes ist P-V₂.C,, wobei ο 5 3

Y-,,G, der Differenzierbeiwert ist und von der Wahl der Widerstände Hy und Sg abhängt. Das integrierende Glied 4- enthält einen Verstärker 8 mit einem Kondensator C., in seinem Gegenkopplungskreis. Das Ausgangssignal des Verstärkers 8 steuert z.B. einen Steuersatz, der die Zündimpulse für einen zu regelnden Stromrichter liefert. Auf das integrierende Glied 4 werden additiv zwei Signale - ein differenzierendes vom Glied 3 und ein proportionales vom Glied 2 geschaltet. Zusammen mit dem integrierenden Glied ergibt sich resultierend ein proportional-integrales-(PI)-Verhalten. Durch eine Veränderung des integralen Anteiles über eine Veränderung der Verstärkung V₂CI,o<- ) / IL- des zweiten proportionalen Gliedes 2 wird das gesamte Zeitverhalten des Stromreglers wesentlich beeinflußt. Für den Frequenzgang des dargestellten Stromreglers gilt:

V₂(I,et )

X₁ §_

. pCrr . iL-

^R6

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. A L· Ix

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Das let der bekennte Frequenzgang eines PI*-Reglers, Vergrößert stan nun 72(1,01) /Rg wesentlich, dann ist der zweite ZaMerauedruck vernachlässigbar, BOdaß man ein integrierendes Verhalten erhält. Die Verstärkung V₂(l,o6)/H₆ dee zweiten proportionalen Gliedes 2 muß demnach in Abhängigkeit von den Parametern der Hegelstrecke analog zu der Kennliniendarstellung der Fig. 5 geändert wenden. Das geschieht durch das öffnen und Schließen des Kontaktes 9, der parallel zu dem im Gegenkopplungskreis des Verstärkers 6 liegenden Widerstandes Bc liegt.

Im nichtlückenden Bereich beträgt die Zeitkonstante des PI-Regler somit

V₂ (const. ) -*

und kann durch Veränderung von V, und C, variiert werden. Die Integrationszeit für den lückenden Bereich beträgt unter Berücksichtigung einer großen Verstärkung V₂(I,cc) / Rg des zweiten proportionalen Gliedes und der Gleichung (1):

V₂

Die Anregung des Schalters 9, der sowohl ein mechanischer Schalter als auch ein Feldeffekt-Transistor sein kann, erfolgt durch den im Stromrichter fließenden oder nichtflie-

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ßenden Strom. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Spannung an den Thyristoren des Stromrichters zu erfassen und daraus eine Anregung des Schalters 9 abzuleiten.

Zur Verdeutlichung ist im Diagramm 2a ein aus dem lückenden Bereich ansteigender Strom dargestellt.

Im Diagramm 2b ist ein binäres Signal S (t) dargestellt, das durch das Vorhandensein bzw. NichtVorhandensein des Stromes erzeugt wird. Dieses binäre Signal verändert die Verstärkung Vp (I,*-* ) / Rg des zweiten proportionalen Gliedes, indem es den Schalter 9 ansteuert und damit den im Gegenkopplungszweig des Verstärkers 6 liegenden Widerstand Rc kurzschließt oder in Reihe zum Widerstand R- schaltet. Auf diese Weise wird das gewünschte Zeitverhalten des Stromreglers in Abhängigkeit davon, ob der Stromrichter im lückenden oder nichtlückenden Bereich arbeitet, erreicht.

In Fig. 4 wird durch zusätzliche Beschaltung des differenzierenden Gliedes 5 eine besonders günstige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stromreglers gezeigt. Bei der Reglerdimensionierung wird im allgemeinen vereinfachend die Induktivität der Glättungsdrosseln des Stromrichters als konstant angesehen. Die Glättungsdrosseln sind jedoch aus wirtsehaltliehen Gründen so dimensioniert, daß sie mit wachsendem Ankurstrom I- in die Sättigung gehen, wobei in bekannter Weise mit wachsendem Strom die Induktivität ab-

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nimmt. Ba aber mit Bückeicht auf die Stabilität des Stromrichterbetriebes die Proportionalverstärkung nach der
niedrigsten Induktivität eingesetzt werden muß, ergibt sich im Bereich niedriger Ströme im nichtlückenden Betrieb eine zu große Anregelzeit.

Im nichtlückenden Bereich ist nach Gleichung 2 die Begierzeitkonstante !jr^t die der Ankerzeitkonstante T^ gleich
sein soll:

:₆ und T₁

V₂( const.) * ° ^& B

wobei L. die Summe der Induktivitäten und B. die Summe der wirksamen ohmschen Widerstände im Ankerkreis sind. Bei einer Änderung der Induktivität L^ mit dem Ankerstrom ändertsich die Ankerzeitkonstante T., Da aber Ankerzeitkonstante T.
und Begierzeitkonstante Tj^ im nichtlückenden Bereich gleich sein sollen, ist zur Anpassung der Begierzeitkonstante

zweckmäßigerweise V, linear mit der Induktivität L. zu ändern. Dazu ist im Bückkopplungszweig des Verstärkers 7 ein veränderbarer Widerstand Bq in Beihe zum fest vorgegebenen V/iderstand E₈ vorgesehen. Dieser veränderbare Widerstand Bq kann entweder aus einem oder mehreren in Eeihe geschalteten Widerständen bestehen, die durch parallelgeschaltete Feldeffekttransistoren, die vom Strom im Gegenkopplungszweig
angesteuert werden, zu- oder abgeschaltet werden, oder aus einem Feldplattenwiderstand bestehen, der in Abhängigkeit

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vom magnetischen Fluß des Stromes seinen Widerstandswert ändert.

Das Verhalten des Beglers wird durch diese zusätzliche Be^ schaltung des Differenziergliedes 3 i^ Lückbereieh nur unwesentlich beeinflußt, da im Lückbereich die Verstärkung des zweiten proportionalen Gliedes 2 maßgebend ist.

Der erfindungsgemäße Regler kann auch ohne die Änderung der Verstärkung des zweiten proportionalen Gliedes 2 eingesetzt werden. Das ist zum Beispiel in kreisstrombehafteten Stromrdbchterschaltungen erwünscht, bei denen die Glättungsdrosseln sehr früh in die Sättigung gehen und hohe Spitzenströme auftreten.

9 Seiten Beschreibung

8 Pa-tentansprüche

1 Blatt Zeichnungen mit 4- Figuren

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Claims

Licentia Patent-Verv«kltungs-Gn:bn IrsnVfuit/liain, Theodor-Stern-Kai ^
Glut zip anri/inn Eif.-Γίΐ. B I 7^/^-0 Gn
Pateritansp rüche
(! ·) Kegler für die Stromregelung in Stromrichteranlagen mit k selbsteinstellenden Parametern füi den lückenden und
nichtlückenden Arbeitsbereich eines Stromrichterε, dadurch gekennzeichnet, daE der Strcrreglei- aus der Reihenschaltung eines ersten proportionalen Gliedes (1) mit ^1jronstantei Proportional-Verstärkung.eines zweiten proportionalen Gliedes (2) mit einer Verstärkung in Abhängigkeit vom Strom und Zündverzögerungswinkel der Stromrichteranlage, dem ein differenzierendes Glied (3) parallel geschaltet ist, und eines integrierenden Gliedes (4) besteht
W 2. Kegler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung des zweiten proportionalen Gliedes (2) durch Zu- oder Abschalten eines von zwei in Reihe geschalteten Widerständen (R^ und R₁-), die parallel zu einem Verstärker (6) liegen, verändert wird.
⁷. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem , zu- oder abschaltbaren Widerstand (R₁-) ein Schalter (9) parallelgeschaltet ist.

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4. Regler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (9) aus einem mechanischen Kontakt oder einem Feldeffekt-Transistor besteht.

5. Regler nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (9) Äurch ein binäres Signal angesteuert wird, das durch das Vorhandensein bzw« Nichtvorhandensein des Stroerichterstrones erzeugt wird, wobei die Ansteuerung durch den Strom selbst oder durch eine Erfassung der Spannung an den Thyristoren des Stromrichters erfolgt·

6. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das differenzierende Glied (3) aus einem Verstärker (7) besteht, dem ein Widerstand (H₁,) vor- und ein Kondensator (C,) nachgeschaltet ist und in dessen Rückkopplungszweig ein fest vorgegebener Widerstand (Rg) und ein veränderbarer Widerstand (Rq) liegen.

7· Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (Rq) ein Feldplattenwiderstand ist.
8. Regler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand (Rq) aus einem Widerstand oder mehreren in Reihe geschalteten Widerständen besteht, denen Feldeffekt-Transistoren parallel geschaltet sind, die die einzelnen Widerstände in Abhängigkeit vom Strom im

Gegenkopplungszweig zu- oder abschalten. 209828/0090

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