DE3320006A1

DE3320006A1 - Verfahren zur strompulsung eines wechselrichters zur speisung einer drehfeldmaschine im anfahrbereich

Info

Publication number: DE3320006A1
Application number: DE19833320006
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 1000 Berlin Grumbrecht
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-05-31
Filing date: 1983-05-31
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE3320006C2

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH
Theodor-Stern-Kai 1
D-6000 Frankfurt 70

Krn/schb B 83/15 Krn

Verfahren zur Strompulsunq eines Wechselrichters zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Zweck der Erfindung ist die Vermeidung vorr Drehmoment-

\ störenden niederfrequenten/ Vermeidung von Drehmomen·

pulsationen im Anfahrbereich einer Drehfeldmaschine. 20

Bekannt ist ein drehwinkelabhängiges Pulsverfahren mit optimalen Mustern.

Bei diesem Verfahren wird die Ständerdurchflutung der 5 Maschine in Abhängigkeit vom Winkel 2; wischen Ständerstromsollwertzeiger und Ständerwicklungsachse gesteuert. Da nur eine beschränkte Zahl diskreter Winkel für den Ständerstromistwertzeiger realisierbeir ist, wird bei laufendem Sollwertwinkel zur Mittelung eine Pulsung zwischen benachbarten einstellbaren Durchflutungen vorgenommen. In der Dissertation RWTH Aachen, 1979 von W.Lienau "Untersuchung eines stromeinpräger.den Wechselrichters, der zur Speisung einer frequenzgesteuerten 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 Ständerstromsollwertzeigtrs, da dies sehr hohe Taktzahlen erforderte. Insbesondere bei Stillstand des Stromistwertzeigers auf einem Zwische-nw^rt der diskreten realisierbaren Winkel arbeitet dieies winkelabhängige Verfahren unzureichend, da kein Wechiel zwischen den einstellbaren Durchflutungszuständen mehr stattfindet. Es muß auf zeitabhängige Pulsung übergegangen werden.

Bei diesem Verfahren mit zeitabhängiger Pulsung wird aus den winkelabhängig vorgegebenen Durchflutungsanteilen pro Pulszyklus in konstanten Zykluszeiten die gewünschte mittlere Durchflutung zusammengesetzt. Die konstanten Pulszyklusze._ten ermöglichen auch die Stellung von Strommittelwerten bei Stillstand des Sollwertzeigers.

Zu den Verfahren mit zeitabhängiger Pulsung gehört das bekannte Verfahren mit Winkelmodulation, um bei sehr niedrigen Ausga igsfrequenzen des Stromrichters eine Kurzzeitmittlung der Durchflutungszustande beim Stromweiterschalten durchzuführen.

Die Aufteilung der Durchflutungszustande wird durch Vergleich einer linearen Referenzfunktion mit einer dreiecksförmigen Abtast funktion 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, während der Thyristor eines Zweiges der anderen Brückenhälfte des Wechselrichters für den Rückstrom bzw. Zustrom während eines Lrehwinkelintervalls von 60° des Stromsollwertzeigers dauernd gezündet ist.

Bei diesem Verfahren kommt es jedoch zu Schwankungen des

Amplitudenwertes des Stromistwertzeigers gegenüber dem

Stromsollwertzeiger. t

' 1

Folge dieser Schwankungen des Stromistwertzeigers gegen- -' über dem Sollwertzeiger und dem auch nahezu'gleichförmig umlaufenden Fluß sind Drehmomentpu]satiqneh_;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 Zeigerlänge des gemittelten Zeigers erreicht wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im

Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel an Hand d*er 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 Abtastfunktion S(Cp, ) und der beiden drehwinkelabhängigen Referenzfunktionen gemäß der Erfindung, die Fig. 2b die Stromflußbereiche der'Stromrichterzweige,

BAD ORIGINAL

die Fig. 2c die Ein- und Ausgangsstromverläufe

des Stromrichters und

die Fig. 2d eine Darstellung de:f Stromistwertzeiger.
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Der Umrichter zur Ständerstromspeisung der Drehfeldmaschine A besteht entsprechend Fig. I_- aus einem konventionellen Netzstromrichter G in Drehstrombrückenschaltung und einem prinzipiell gleichartigen Maschinenstromrichter W, der wegen des induktiven Lastcharakters durch Löscheinrichturigen 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 uC und 2 mit Steuerwinkel G? ,, ), der dafür sorgt, daß die richtige Zündfolge eingehalten wird und die richtige Phasenlage der erzeugten Wechselströme gegenüber dem jeweils angeschlossenen Wechselspannungssystem gewährleistet wird.
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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 Y" Information über, den mechanischen Drehwinkel Cp und den Zwischenkreisstrom i, 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

BAD

zu den Strängen u,v,w liegen, sind mit Tl, 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

0-60 des Stromsollwertwinkels ψ respektive eines über die Drehkreis frequenz proportionalen Winkels u>, wird der Thyristor Tl leitend geschaltet, und es wird die erste Referenzfunktion

. 1 - e( φ ) = l - sin (60° - φ )■ Tw 'w

und die zweite Referenzfunktion

f ( ü? ) = sin W

mit einer sägezahnförmigen Abtastfunktion S ( ψ ), die sich zwischen den Werten 1 und 0 ändert, verglichen. Ist S ( W) größer als 1 - e ( ψ ) - angedeutet durch die Bezeichnung (T), - , so wird der Thyristor T6 für den Rückstrom gezündet; ist S ( ψ ) kleiner als f ( CD ) — ange—

deutet durch die Bezeichnung Q)^ so wird der Thyristor T2 für den Rückstrom gezündet.

Der Zustand Q) bedeutet also, daß der Strom im Strang u hin- und im Strang ν zurückfließt; der Zustand Q) hingegen, daß er im Strang u hin- und im Strang w zurückfließt.

Die Fig. 2 zeigt die dementsprechenden Öffnungszeiten von T2 und T6₍ dargestellt über ψ . '"

Der Wechselrichter wird nun weiterhin so gesteuert, daß er einen Leerlaufzustand (Kurzschluß durch Zündung von T4)

während eines bestimmten Drehwinkels des Stromsollwertzeigers (respektive eines bestimmten zeitabhängigen Winkels) besitzt, dessen Beginn durch die Bedingung 1 - e ( Q? ) > S ( Cp.) und dessen Ende durch die Bedingung f ( cp ) > S ( ψ.) bestimmt ist.

Die in der Fig. 2c dargestellten Funktionsverläufe stellen den Verlauf der Strangströme in Abhängigkeit von cp, dar.
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Die Folge der geschilderten Abtastung besteht darin, daß die Strangströme keine Vielfachen ihrer Grundfrequenz mehr enthalten.

Die Sägezahnform der Abtastfunktion würge gewählt, da sie mit gleicher Winkelauflösung wie eine Dreiecksfunktion, die hier aucn einsetzbar wäre, neben der verdoppelten Umschalthäufigkeit auch eine Verdopplung der Pulsfrequenz und damit eine weitere Entfernung von störenden Resonanzfrequenzen ermöglicht. Sie kann auch als ansteigender Sägezahn ausgeführt sein. Die mit diesem Verfahren verbundene zyklische Umschaltung innerhalb eines Sterns aus Stromrichterzweigen ist jedoch auch nur bei niedrigen Ausgangsspannur.gen möglich.

In der Fig. 2d ist die Lage des Stromistwertzeigers I=T (Ψ ) dargestellt.

aus

Der Stromzeiger T (QP ) setzt sich^zwei benachbarten Stromzeigern, hier i/^\ und ΐΥ^Γ) und einem Kurzschluß als Leerlaufzustand i /^s zusammen. Die jeweiligen Anteile dieser Zustände, nämlich e,f und 1 - e - f, ergänzen sich zu 1.

In der nächsten 6Ö°-Periode wird der Thyristor T2 für den Rückstrom dauernd leitend, während die Thyristoren Tl und T3 in Abhängigkeit des Vergleichs der Referenzfunktio-

nen 1-e und f abwechselnd den Zustrom führen und über T5 der Leerlauf eingeschaltet wird. Die Referenzfunktionen werden also i

herangezogen,

werden also in jeder 60 -Periode wieder neu zum Vergleich

In der folgenden 60°-Periode ist der Thyristor T3 dauernd leitend, es ist je nach Ergebnis des in dieser Periode erfolgten Vergleichs der Thyristor T4 oder der Thyristor T2 zur Rückstromführung und T6 für den Leerlauf durchgeschaltet.

Während der nächsten 60 -Periode ist dann T4 dauernd leitend usf.

Die genannten Referenzfunktionen können auch in approximativer Form vorgegeben werden.

- Leerseite -

Claims

15 Patentansprüche

Verfahren zur Strompulsung des in Drehstrombrückenschal tung betriebenen Wechselrichters eines Umrichters mit Gleichstrom-Zwischenkreis zur Speisung einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich, die drehmomentgesteuert bei variabler Drehzahl betrieben wird, wobei eine Referenzfunktion mit einer dieiecksförmigen Abtastfunktion verglichen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Referenzfunktion

- e ( Cp_w) = 1 -

sxn

(60° -

φ )

T w

und eine zweite Referenzfunktion

f <

(p_w

) « sin

wobei

Ψνι ⁼ ΨVi^ ^ ^{= WinJcella}?^e des Stromsoll-

wertzeigers

für diesen Vergleich zur Steuerung der Thyristoren (T6, T2, T4 ) der sich im Stromfluß abwechselnden Zweige einer Brückenhälfte des Wechselrichters benutzt werden,

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wobei die zeitabhängige Abtastfunktion ^s(tp_t) einen linearen, sich zwischen 1 und 0 ändernden vorzugsweise sägezahnf"5rnigen Verlauf hat und wobei der Thyristor (Tl ) in einem Zweig der anderen Brückenhälfte während eines Drehwinkelintervalls von 60° des Stromsollwertzeigers dauernd gezündet ist, und daß bei der Bedingung

1 - e > S > f 10 der im gleichen Zweigpaar mit dem dauernd leitenden Thyristor (Tl) befindliche Thyristor (T4) gezündet ist; bei der Bedingung

S > 1 - e

einer der weiteren Thyristoren (T6) dieser Brückenhälft gezündet ist und bei der Bedingung 20

f> S

der andere der weiteren Thyristoren (T2) dieser Brücken; hälfte gezündet ist. 25

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfunktionen in approximativer Form vorgegeben werden.