DE3320004A1 - Verfahren zur strompulsung eines wechselrichters zur speisung einer drehfeldmaschine im anfahrbereich - Google Patents

Description

• Verfahren zur Strompulsunq eines Wechselrichters
• zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.
• Zweck der Erfindung ist die Vermeidung von störenden niederfrequenten DrehmomentpulsatiDnen im Anfahrbereich einer Drehfeldmaschine.
• Bekannt ist ein drehwinkelabhängiges Pulsverfahren mit optimalen Mustern.
• Bei diesem Verfahren wird die Ständeidurchflutung der Maschine in Abhängigkeit vom Winkel zwischen Ständerstromsollwertzeiger und Ständerwicklungsachse gesteuert. Da nur eine beschränkte Zahl diskreter Winkel für den Ständerstromistwertzeiger realisierbar ist, wird bei laufendem Sollwertwinkel zur Mittelung eine Pulsung zwischen benachbarten einstellbaren I)urchflutungen vorgenommen. In der Dissertation RWTH Aachen, 1979 von W. Lienau "Untersuchung eines stromeinprägenden Wechselrichters, der zur Speisung einer frecjuenzgesteuerten Asynchronmaschine in einem Bahnantrieb geeignet ist" wird detailliert über verschiedene Taktarten (9-,7-,5-, 3-erTakt) berichtet, mit denen sich die niedrigen Harmonischen in den gepulsten Strömen weitgehend unterdrücken lassen Die Realisierung dieses Verfahrens ist erschwert für sehr niedrige Umlaufgeschwindigkeiten des Ständerstromsollwertzeigers, da dies sehr hohe Taktzahlen erforderte.
• Insbesondere bei Stillstand des Stromistwertzeigers auf einem Zwischenwert der diskreten realisierbaren Winkel arbeitet dieses winkelabhängige Verfahren unzureichend, da kein Wechsel zwischen den einstellbaren Durchflutungszuständen mehr stattfindet. Es muß auf zeitabhängige Pulsung übergegangen werden.
• Bei diesem Verfahren mit zeitabhängiger Pulsung wird aus den winkel abhängig vorgegebenen Durchflutungsanteilen pro Pulszyklus in konstanten Zykluszeiten die gewünschte mittlere Durchflutung zusammengesetzt. Die konstanten Pulszykluszeiten ermöglichen auch die Stellung von strom mittelwerten bei Stillstand des Sollwertzeigers.
• Zu den Verfahren mit zeit abhängiger Pulsung gehört das bekannte Verfahren mit Winkelmodulation, um bei sehr niedrigen Ausgangs frequenzen des Stromrichters eine Kurzzeitmittlung der Durchflutungszustände beim Stromweiterschalten durchzuführen.
• Die Aufteilung der Durchflutungszustände wird durch Vergleich einer linearen, vom Drehwinkel des Stollwerts abhängigen Referenzfunktion mit einer dreiecksförmigen, zeitabhängigen Abtastfunktion durchgeführt; je nach gewonnenem Vorzeichen werden mit vom Drehwinkel des Stromsollwertzeigers abhängigem Tastverhältnis Steuersignale für die Thyristoren zweier sich im Stromfluß abwechselnder Zweige einer Brückenhälfte des Wechselrichters für den Zustrom bzw. Rückstrom alternierend freigegeben werden, während der Thyristor eines Zweiges der anderen Brückenhälte des Wechselrichters für den Rückstrom bzw. Zustrom während eines Drehwinkelintervalls von 600 des Stromsollwertzeigers dauernd gezündet ist.
• Bei diesem Verfahren kommt es jedoch zu Schwankungen des Amplitudenwertes des Stromistwertzeigers gegenüber dem Stromsollwertzeiger.
• Folge dieser Schwankungen des Stromistwertzeigers gegenüber dem Sollwertzeiger und dem auch nahezu gleichförmig umlaufenden Fluß sind Drehmomentpulsationen mit den Vielfachen der 6-fachen Ständerdrehfrequenz bei einem 6-fachen Strangwechsel pro Periode.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem durch eine geeignete Kurzzeitmittlung von möglichen Stromistwertzeigern eine möglichst gleichförmige Drehung dieses Zeigers bei gleicher Zeiger länge des gemittelten Zeigers erreicht wird.
• Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.
• Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.
• Es zeigt die Fig. 1 die Grundschaltung eines Umrichters mit Gleichstrom-Zwischenkreis mit Steuerung und Regelung zur Speisung einer Drehfeldmaschine, die Fig.2a die Funktionsverläufe der zeitabhängigen Abtsstfunktion D(t) und der drehwirkelabhängigen Referenzfunktion b(cPw) gemäß der Erfindung, die Fig. 2b die Stromflußbereiche der Stromrichterzweige, die Fig. 2c die Ein- und Ausgangsstromverläufe des Stromrichters und die Fig. 2d eine Darstellung der Stromistwert zeiger.
• Der Umrichter zur Ständerstromspeisung der Drehfeldmaschine A besteht entsprechend Fig. 1 aus einem konventionellen Netzstromrichter G in Drehstrombrückenschaltung und einem prinzipiell gleichartigen Maschinenstromrichter W, der wegen des induktiven Lastcharakters durch Löscheinrichtungen ergänzt ist. Die zusätzlichen Löscheinrichtungen bestehen aus zwischen den Stromrichterzweigen angeordneten Löschkondensatoren, die gegenüber den Maschinensträngen u,v,w durch Dioden entkoppelt sind.
• Die Spannungsentkopplung beider Stromrichter erfolgt durch die Drossel D im Stromzwischenkreis.
• Jeder Stromrichter hat einen Steuersatz(1 mit Steuerwinkel i und 2 mit Steuerwinkel Y1), der dafür sorgt, daß die richtige Zündfolge eingehalten wird und die richtige Phasenlage der erzeugten Wechsel ströme gegenüber dem jeweils angeschlossenen Wechselspannungssystem gewährleistet wird. Die Drehfeldmaschine wird drehmomentgesteuert bei variabler Drehzahl betrieben. Der Umrichter liefert hierfür als Stellglied Ströme mit variabler Frequenz und Amplitude. Dem Steuer- und Regelteil 3 des Antriebs werden neben den Vorgabewerten für das Drehmoment M und den Maschinenmagnetfluß v Information über den mechanischen Drehwinkel T n und den Zwischenkreisstrom id geliefert.
• Die Ständerwicklungen der Stränge u,v,w in der Drehfeldmaschine sind im Stern geschaltet.
• Die Thyristoren des Maschinenstromrichters W, die zwischen der stromzuführenden Leitung des Zwischenkreises zu den Strängen u,v,w liegen, sind mit T1, T3, T5 und die Thyristoren, die zwischen den Strängen u,v,w und der stromabführenden Leitung des Zwischenkreises liegen, mit T4, T6, T2 bezeichnet.
• Der maschinenseitige Stromrichter = Wechselrichter W wird im gepulsten Betrieb in folgender Weise gesteuert, vgl. Fig. 2a und Fig. 2b: Während einer Periode von 0 - 600 des Stromsollwertwinkels cfw respektive eines über die Drehkreisfrequenz proportionalen Winkels wird der Thyristor T1 leitend geschaltet.
• Es wird in dieser Zeit die Referenfunktion b( #w) = mit einer dreiecksförmigen Abtastfunktion D( ft) verglichen. Ist D( ft) größer als b( # w) - angedeutet durch die Bezeichnung 1 - , so wird der Thyristor T6 für den Rückstrom geöffnet; liegt der umgekehrte Fall vor - angedeutet durch die Bezeichnung 2, so wird der Thyristor T2 für den Rückstrom geöffnet.
• Der Zustand QI bedeutet also, daß der Strom im Strang u hin-und im Strang v zurückfließt; der Zustand Q hingegen, daß er im Strang u hin-und und im Strang w zurückfließt.
• Die Fig. 2b zeigt die dementsprechenden Öffnungszeiten von T1, T2 und T6, dargestellt über dem die Zeit repräsentierenden Winkel In der oberen Kurve von Fig. 2c ist der Verlauf des Zwischenkreisstromes gemäß der Beziehung id ( tw) = Id cos (300 - fw) 1d = const dargestellt, wobei hier im besonderen Yw identisch gesetzt wurde.
• Die darunter in Fig. 2c dargestellten Funktionsverläufe stellen den Verlauf der Strangströme iu, iv und iw in Abhängigkeit von tut dar.
• In der Fig. 2d ist die Lage des Stromistwertzeigers i dargestellt Es ist i1 = iu - iv und i2 = iu - iw.
• Der Stromistwertzeiger i( Yx) setzt sich aus den Anteilen (1 - b) . i1 und b . i2 zusammen. Er führt - abgesehen von dez Pulsfrequenz - bei laufendem fw eine gleichförmige Drehbewegung mit konstanter Länge aus.
• In der nächsten 600-Periode wird der Thyristor T2 dauernd leitend, während die Thyristoren T1 und T3 in Abhängigkeit des Vergleichs der Referenzfunktion b( fw) durchschalten. Die Referenzfunktion wiederholt sich also nach #w = 60° und wird wieder neu zum Vergleich herangezogen.
• In der folgenden 60°-Periode ist der Thyristor T3 dauernd geöffnet, es ist je nach Ergebnis des in dieser Periode erfolgten Vergleichs der Thyristor T4 oder der Thyristor T2 durchgeschaltet.
• Während der nächsten 60°-Periode ist dann T4 dauernd geöffnet usf.
• Die genannte Referenzfunktion kann auch in approximativer Form vorgegeben werden.

Claims (2)

1. Verfahren zur Strompulsunq eines Wechselrichters zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich Patentansprüche (lj Verfahren zur Strompulsung des in Drehstrombrückenschaltung betriebenen Wechselrichters eines Umrichters mit Gleichstrom-Zwischenkreis zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich, die drehmomentgesteuert bei variabler Drehzahl betrieben wirc, wobei eine Referenzfunktion mit einer dreiecksfrrrigen Abtastfunktion verglichen wird und je nach gewonnenem Vorzeichen mit vom Drehwinkel des Stromso7lwertzeigers abhängigem Tastverhältnis Steuersignale für die Thyristoren zweier sich im Stromfluß abwechselnder Zweige einer Brückenhälfte des Wechselrichters für den Zustrom bzw. Rückstrom alternierend freigegeben werner., während der Thyristor eines Zweiges der anderen Erückenhälfte des Wechselrichters für den Rückstrom bzw. Zustrom während eines Drehwinkelintervalls von 600 des Stromsollwertzeigers dauernd gezündet ist, dadurch gekennzeichnet, daX als Referenzfunktion für jeweils 600 eine nicht-lineare Funktion = Winkellage des Stromsollwertzeigers benutzt wird wobei die Abtastfunktion (D(#t)) eine sich zwischen 0 und 1 linear ändernde, vorzugsweise dreieckige Funktion darstellt und der Zwischenkreisstrom d in diesem Drehwinklintervall von 600 gemäß der Beziehung id ( #w ) = Id . cos (30° - #w), Id = const durch Steuerung des netzseitigen Gleichrichters des Umrichters moduliert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfunktion in approximativer Form vorgegeben wird.