DE2818933C2

DE2818933C2 - Regelverfahren für eine Asynchronmaschine sowie Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2818933C2
Application number: DE2818933A
Authority: DE
Inventors: Felix Dr.-Ing. 8520 Erlangen Blaschke; Herwig Dipl.-Ing. 8510 Fürth Klautschek; Manfred Dipl.-Ing. Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1978-04-28
Publication date: 1982-06-16
Also published as: DE2818933A1; JPS623671B2; JPS54143814A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelverfahren für eine Asynchronmaschin?. die über einen Umrichter, bestehend aus einem selbstgeführten Stromrichter, einem Zwi.'chenkreis mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom und einem netzgeführten Stromrichter, von einem Wechselspannungsnetz gespeist ist, wobei der selbstgeführte Stromrichter mindestens einen Kommutierungskondensator besitzt, der bei der Kommutierung laststromabhängig umgeladen wird, und wobei den beiden Stromrichtern eine Steuer- und Regelschaltung zugeordnet ist, die nach dem Prinzip der Feldorientierung arbeitet und mit deren Hilfe der Magnetisierungsströffl-Söllwert und der Wirkstrom-Sollwert der Asynchronmaschine getrennt voneinander einstellbar sind, sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der Zeitschrift »Regeluiigstechnische Praxis«, September 1973, Seiten 217 bis ?21, insbesondere BiIdS mit zugehöriger Beschreibung, bekannt. Das Prinzip der Feldorientierung bei eier Steuerung einer Asynchronmaschine wird in der DE-PS 19 41312 ausführlich beschrieben.

Selbstgeführte Stromrichter mit laststromabhftngiger Umladung des Kommutierungskondensators sind zur Speisung einer Asynchronmaschine in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Bei einer ersten Ausführungsform ist einer Drehstrom-Brückenschaltung aus steuerbaren Hauptventilen eine weitere Drehstrom-Brückenschaltung von steuerbaren Löschventilen parallel geschaltet, wobei jeweils ein Mittelabgriff eines Zweigs der erstgenannten Brückenschaltung mit einem Mittelabgriff eines Zweigs der weiteren Brückenschaltung über einen Kommutierungskondensator verbunden ist (vergl. DE-OS 19 41 312, insbesondere Figur 13, und DE-OS 22 36 763, insbesondere Figur 1). Bei einer zweiten Ausführungsform handelt es sich bei dem selbstgeführten Stromrichter um einen Stromrichter mit Phasenfolgelöschung. Hierbei ist in einer Drehstrom-Brückenscl/altung aus steuerbaren Hauptventilen mit jedem Hauptventil ein ungesteuer\i<; Ventil in Reihe geschaltet, wobei in jedem Zweig beidseitig benachbart zum Mittelabgriff je ein ungesteuertes Ventil liegt; in jeder Brückenhälfte sind weiterhin zwischen dem Verbindungspunkt eines Hauptventils mit dem zugehörigen umgesteuerten Ventil des einen Zweigs und dem entsprechenden Verbindungspunkt der beiden anderen Zweige jeweils Kommutierungskondensatoren angeordnet (vergl. DE-OS 25 14 557, insbesondere Figur 1, und DE-OS 25 20 158, insbesondere Figar 1).

In beiden Ausführungsformen eines selbstgeführten Stromrichters läuft der Kommutierungsvorgang im Prinzip in gleicher Weise ab: Der Laststrom wird zunächst auf den gerade wirksamen Kommutierungskondensator kommutiert; dieser lädt sich mit dem Laststrom um, bis seine Spannung die in der Asynchronmaschine im Kommutierungszeitpunkt vorhandene Maschinen-EMK erreicht hat, woraufhin sich der Strom in der nächsten Phase aufbaut. Während des Stromübergangs auf die nächste Phase lädt sich der betreffende Kommutierungskondensator über die erwännte Maschinen-EMK hinaus um eine bestimmte Überladespannung zusätzlich auf. In beiden Ausführungsformen ist der Kommutierungsvorgang von der Größe der Last abhängig, da der gerade betrachtete Kommutierungskondensator mit dem Laststrom umgeladen wird.

Im allgemeinen ist man bestrebt, die wirksame Kommutierungskapazität so zu bemessen, daß die

erwähnte Überladespannung nicht zu groß wird, damit keine zu großen Spannungen an den Ventilen des Stromrichters auftreten und keine Reihenschaltungen von Ventilen erforderlich werden. Das bedeutet, daß die K.apt.2uät der Kommutierungskondensatoren genügend groß gewählt werden muß. Die Kapazität muß jeweils über einem unteren Grenzwert (Mindestkapazität) liegen, der von der zulässigen Spannungsbeanspruchung der Ventile abhängt. Auf diese Weise können im Normalbetrieb, wenn keine extremen Bedingungen vorherrschen, die Spannungen an den Ventilen im zulässigen Bereich gehalten werden.

Mit dem unteren Grenzwert der Kapazität können sich aber bei ungünstigen Betriebsverhältnissen sehl lange Kommutierungszeiten ergeben. Das ist speziell im Leerlaufbetrieb bei Tiaximaler Arbeitsfrequenz der Fall, insbesondere dann, wenn auch noch Feldschwächung vorliegt. Bei einem Stromrichter darf aber die Kommutierungszeit nicht größer werden als eine

Maximalzeit, die bei einem dreiphasigen Stromrichter (z. B. Thyristoren in Drehstrom-Brückenschaltung) einem Drittel der Periodendauer entspricht, um einen ordnungsgemäßen Kommutierungsvorgang zu gewahrleisten. Sollen daher in einem solchen ungünstigen Betriebsfall, in dem der Leerlaufstrom der Asynchronmaschine (Betrieb mit konstantem, belastungsunabhängigem Feld bei der jeweiligen Frequenz vorausgesetzt) sehr klein gegenOber dem Maximalstrom werden kann und z.B. 10% des Maximalstroms betregt, die Spannungsbeanspruchungen der Ventile stets — insbesondere bei maximaler Belastung — in den zulässigen Grenzen bleiben, so kann bei Leerlaufbetrieb die aus der erforderlichen Mindestkapazität der Kommutierungskondensatoren resultierende Kommutierungszeit die zulässige Maximalzeit überschreiten, was natürlich zu einem Zusammenbruch des Stromrichterbetriebs führen würde.

Mit anderen Worten: Die Dimensionierung der Kapazität des oder der Kommutierungskondensatoren bei einem selbstgeführten Stromrichter in einem Strom-Zwischenkreisumrichter bereitet dann Schwierigkeiten, wenn stark unterschiedliche Zwischenkreisströme bei hohen Arbeitsfrequenzen kommutiert werden müssen. Wie bereits erwähnt, kann der im Feldschwächbetrieb auftretende verminderte Magnetisierungsstrom bei Leerlauf nicht ausreichen, die Kommutierungskondensatoren innerhalb der erwähnten Maximalzeit, die bei einem dreiphasigen Stromrichter gleich dem erwähnten Drittel der Periodendauer ist. umzuladen. Wenn nicht spezielle Maßnahmen ergriffen werden, führt der erwähnte Betriebsfall zum Ausfall des Umrichters.

Ein eine Asynchronmaschine speisender Umrichter der genannten Art muß auch in einem solchen ungünstigen Betriebsfail. nämlich im Leerlauf bei maximaler Arbeitsfrequenz, die obige Bedingung erfüllen, wonach die zulässige Kommutierungsverzugszeit immer kleiner sein muß als die zulässige Maximalzeit für die Umladung. Zur Erfüllung dieser Bedingung gibt es u. a. zwei Möglichkeiten:

I.Möglichkeit

Man wählt die Kapazität des Kommutierungskondensators so klein, daß im gesamten Betriebsbereich eine ordnungsgemäße Kommutierung gewährleistet und damit ein stets sicherer Betrieb möglich ist. Nach dieser I.Möglichkeit wurde bei der bisherigen Auslegung eines Umrichters in der Praxis häufig vorgegangen. Dies kann aber Nachteile und Einschränkungen in der Anwendung des Umrichters zur Folge haben. So können sich am Kommutierungskondensator hohe Spannungen ergeben, die zu einer hohen Spannungsbeanspruchung der Stromrichterventile, die insbesondere als Halbleiterventile ausgeführt sind, führen. Dadurch ist häufig eine Reihenschaltung der Ventile erforderlich, was einen hohen Aufwand darstellt Weiterhin muß bei dieser Möglichkeit die Asynchronmaschine so dimensioniert werden, daß der Leerlauf- oder Magr.etisierungsstrom im äußersten Feldschwächpunkt einen bestimmten Wert, z. B. 20% des Nennstromes, nicht unterschreitet. Durch diese Forderung kann die Asynchronmaschine unter Umständen nicht optimal ausgelegt werden.

2. Möglichkeit

Man wählt die Kapazität jedes Kommutierungskondensators genügend groß, legt also den oder die Kommutierungskondensatoren optimal auf Spannungsbegrenzung aus, und zwar unabhängig vom Verhältnis von Leerlauf- zu Nennstrom der Asynchronmaschine. Um den Kommutierungsvorgang aber weitgehend lastunabhängig zu gestalten, ordnet man ztnÄtzliche Umschwingkreise an. Diese 2. Möglichkeit ist z. B. in der DE-PS 9 04 917 und in der US-PS 37 33 543 beschrieben. Die beiden genannten Möglichkeiten haben aber als Nachteile jeweils einen nicht unerheblichen zusätzlichen Aufwand im Starkstromkreis des selbstgeführten

Stromrichters zur Folge.

Um bei einer Asynchronmaschine mit Feldschwächbereich, die aus einem Gleichstromzwischenkreis-Umrichter mit einem Pulsstromrichter oder einem Phasenfolgestromrichter gespeist ist, unter Verzicht auf zusätzliche Nachladeeinrichtungen bei gleichzeitig kleinen stationären und dynamischen Drehmomentanforderungen sicherzustellen, daß die zur Kommutierung vorgesehenen Kondensatoren ausreichend umgeladen werden, ist in der nicht-vorveröffentlichten DE-OS 27 03 541 vorgeschlagen, die Schlupffrequenz bei hoher Feldschwächung und kleinen Drehmomentanforderungen derart anzuheben, daß ein Mindeststrom erhalten bleibt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine sichere Kommutierung des selbstgeführten Stromrichters bei einem Umrichtc". der eine Asynchronmaschine speist, die nach dem Prinzip der Feldorientierung betrieben wird, zu gewährleisten, ohne daß einerseits Reihenschaltungen von Ventilen erforderlich sind und andererseits zusätzliche Umschwingkreise benötigt werden. Weiterhin soll eine Schaltungsanordnung angegeben werden, mit der dies bewirkt werden kann. Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß diese Aufgabe bei einem Strom-Zwischenkreisumrichter, bei dessen selbstgeführten Stromrichter gemäß der 2. Möglichkeit der Kommutierungskondensator bezüglich seiner Kapazität auf Spannungsbegrenzung optimal ausgelegt ist. gelöst werden kann, wenn in die übliche Steuerung dieses selbstgeführten Stromrichters derart eingegriffen wird, daß die Kommutierungszeit stets kleiner als die zulässige Maximalzeit (z. B. entsprechend der erwähnten Drittelperiode) bleibt

Die genannte Aufgabe wird bei einem Regelverfah-

ren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst daß beim Reduzieren des Drehmoments der Asynchronmaschine von einem vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkt ab, bei dem mindestens der für eine sichere Kommutierung des selbstgeführten Strom richters erforderliche Mindest-Wirkstrom vorha-den ist mindestens der Mindestwirkstrom-Sollwert beibehalten und gleichzeitig der Magnetisierungsstrom-Sollwert verringert wird. Beim Vergrößern des Drehmoments von einem Wert unterhalb des erwähnten vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkts wird entsprechend umgekehrt vorgegangen. Somit wird die gestellte Aufgabe durch bestimmte Maßnahmen nicht fan Starkstromkreis, sondern m der Ansteuerung und Regelung gelöst, wodurch der Aufwand gegenüber den oben erwähnten vorbekannten Möglichkeiten erheblich geringer ist. Es wird stets ein Mindestwert des Wirkstroms vorgegeben, der auch größer sein kann als der zum momentanen Maschinenfluß gehörige Magnierssuom, der aber auf jeden

ss Fall zs einer ordnungsgemäßen KonnBntieniBg des Stroms ausreicht

Unter Anwendung des vorliegenden Regetverfahrens kann eine Entlastung (= Reduzierung des Drehmo-

ments) aus Vollast (Drehmoment-Nennlastpunkt) nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens folgendermaßen erfolgen: Zunächst wird aus Vollast heraus bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom der Wirkstrom-Sollwert verkleinert, bis der Mindest-Wirkstrom ·, erreicht ist. Dieser wird im folgenden nicht unterschritten. Bei weiterer Entlastung wird also nicht der Wirkstirom-Sollwert zurückgenommen, vielmehr wird der Mindest-Wirkstrom beibehalten; dafür wird der Magnetisierungsstrom-Sollwert der Asynchronmaschi- m ne verkleinert. Dadurch geht der Maschinen/luO zurück, und das Drehmoment wird ebenfalls verkleinert. — Exakter Leerlaufbetrieb ist hierbei nicht ohne weiteres möglich; ein bestimmtes Mindestdrehmoment, z. B. 5% des Nenn-Drehmoments, kann hierbei nicht überschrit- π ten werden, sofern nicht weitere Maßnahmen ergriffen werden. Beim Übergang von Motor- in den Generatorbetrieb wird dann die Polarität des Wirkstrom-Sollweris umgekehrt. — fvfii zunehmender Betastung wird anschließend der Magnetisierungsstrom-Sollwert wie- _>o der dem Betrage nach vergrößert, bis nach Erreichen eines vorbestimmten Wertes fortan der Wirkstrom-Sollwert vergrößert werden kann.

Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens kann auch so vorgegangen werden, daß beim Reduzie- :=> ren des Drehmoments der Asynchronmaschine zunächst vom Drehmoment-Nennlastpunkt ab der Magnetisierungsstrom-Sollwert direkt proportional zum abnehmenden Wirkstrom-Sollwert nach der Funktion i*i = K · i'u wobei i'\ der Magnetisierungs- und i*j der in Wirksirom-Sollwert sowie K eine Konstante sind, verkleinert wird, bis der vorgegebene Drehmoment-Lastpunkt erreicht ist.

Die erwähnten Maßnahmen zur Einstellung eines Drehmoments unterhalb des Mindestdrehmoments j5 können darin bestehen, daß mit einstellbarem Puls-Pausenverhältnis zwischen dem positiven und dem negativen Mindest-Wirkstrom hin- und hergeschaltet wird.

Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich insbesondere als to Zusatzschaltungen zu den bekannten Regelschaltungen aufbauen.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Regelverfahrens mit einer Steuer- und Regelschaltung, bei der der Magnetisierungsstrom-Sollwert über einen Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert über einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß dem Feld-Regler ein erster Funktionsgeber nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie einen V-förmigen, bezüglich eines Eingangssignals gleich Null symmetrischen Verlauf besitzt daß am Ausgang des ersten Funktionsgebers der Magnetisierungsstrom-Sollwert für die Steuer- und Regelschaltung abgegriffen ist, daB dem Drehzahl-Regler ein zweiter Funktionsgeber nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie einen stufenförmigen Verlauf besitzt, und daß am Ausgang des zweiten Funktionsgebers der Wirkstrom-Sollwert für die Steuer- und Regelschaltung abgegriffen ist

Eine weitere Schaltungsanordnung zur Durchführung des Regelverfahrens mit einer Steuer- und Regelschaltung, bei der der Magnetisierungsstrom-Sollwert über einen Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert über einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, zeichnet sich erfmdiingsgemäß dadurch aus, daB dem Feld-Regler der es erste Eingang eines Multipliziergliedes nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang der Magnetisierungsstrom-Sollwert für die Steuer- und Regelschaltung abgegriffen ist.

daß der zweite Eingang des Multipliziergliedes mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers verbunden ist, daß dem Drehzahl-Regler ein Funktionsgeber nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie einen stufenförmigen Verlauf besitzt, und daß am Ausgang dieses Funktionsgebers der Wirkstrom-Sollwert für die Steuer- und Regelschaltung abgegriffen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von 7 Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Zeigerdiagramm mit der Ortskurve des Ständerstroms, wenn ein bekanntes Regelverfahren angewendet wird,

Fig. 2 ein Zeigerdiagramm mit der Ortskurve des .Ständerstroms, wenn eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens angewendet wird.

Fig.3 eine Schaltungsanordnung, mit der das Regelverfahren nach F i g. 2 durchgeführt werden kann,

F i g. 4 eine Ausführungsrorm einer Funkiionsschartung, die bei aer Schaltungsanordnung nach Fig. J eingesetzt werden kann,

Fig.5 ein Zeigerdiagramm mit der Ortskurve des Ständerstroms, wenn eine zweite Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Regelverfahrens angewendet wird,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung, mit der das Regelverfahren nach F i g. 5 durchgeführt werden kann, und

Fig. 7 eine Ausführungsform einer Funktionsschaltung, die bei der Schaltungsanordnung nach Fig.6 eingesetzt werden kann.

Fig. 1 verdeutlicht in einem Zeigerdiagramm das bekannte Transvektor-Regel verfahren. Danach läßt sich der Ständerstrom i, einer Asynchronmaschine in zwei Komponenten zerlegen, wobei die eine dem Magnetisierungsstrom Z₁ und die andere dem Wirkstrom /2 entspricht. Der Ständerstrom i, schließt mit dem Magnetisierungsstrom /Ί den Winkel ν ein. Der Zeiger des Magnetisierungsstroms /1 zeigt in dieselbe Richtung wie der Zeiger des Flusses Φ in der Asynchronmaschine. Bei dem bekannten Verfahren der Transvektor-Regelung wird die Lage des Ständerstroms i, zum Fluß Φ oder zur Ständerspannung der Asynchronmaschine vorgegeben und ausgeregelt, und zwar so, wie das in F i g. 1 dargestellt ist. Dabei wird der Magnetisierungsstrom /Ί sowie der (dem Moment der Asynchronmaschine proportionale) Wirkstrom /2 jeweils als (nicht eingezeichneter) Sollwert vorgegeben; diese werden im folgenden mit ;'* bzw. i*i bezeichnet. Der Endpunkt des Zeigers des Ständerstroms /, läuft bei der Regelung, abhängig von der Belastung oder dem Drehmoment, auf der mit L bezeichneten Ortskurve. Diese Ortskurve L ist eine senkrecht verlaufende Gerade.

Bsi Vollast im Betriebspunkt A ist der Magnetisierungsstrom h gleich dem Nennmagnetisienmgsstrom /■„, und der Wirkstrom h ist gleich dem Nennwirkstrom h* Bei Entlastung (Reduzierung des Drehmoments) aus Vollast wird der Wirkstrom-Sollwert 1*2 bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom /i„ verkleinert; nach Erreichen des Wirkstrom-Sollwerts i\ — 0 wird dessen Vorzeichen umgekehrt, und dieser Wirkstrom-Sollwert /*2 nimmt dann bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom ha wieder zu, bis im Betriebspunkt F Vollast bei umgekehrter Energie-Richtung erreicht ist

Bei der hier durchgeführten Betrachtung wird jeweils angenommen, daB die Istwerte h, h den vorgegebenen Sollwerten /* bzw. 1*2 bei der Regelung unmittelbar folgen, d. h. die Darstellung von F i g. I gilt auch für die entsprechenden Sollwerte. Das wird auch bei Fig.2

vorausgesetzt.

Bei großer Frequenz und im Feldschwächbetrieb, d. h. bei kleinem Magnetisierungsstrom i\, kann es vorkommen, daß in dem schraffierten Bereich der Ortskurve L in F i g. 1 um den Wert h = 0 die Kommutieningszeit zu groß wird, daß also der die Asynchronmaschine speisende Wechselrichter nicht funktionieren könnte. Deshalb wird Jie nach F i g. 1 vorgegebene Ortskurve des Ständerstroms /, nach Fig.2 so abgewandelt, daß sie dem Verlauf der Kurve zwischen den einzelnen Lastoder Betriebspunkten A, B, C, D, Eund ^entspricht.

Aus Fig. 2 ist zu entnehmen, daß bei Entlastung aus Vollast vom Betriebspunkt A ab zunächst, wie bekannt, bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom/Ί = i'mder Wirkstrom h vom Nennwirkstrom h_n aus verkleinert wird, bis in einem Betriebspunkt B ein bestimmter Mindest-Wirkstrom h _m,„ erreicht ist, der nicht unterschritten wird. Der Mindest-Wirkstrom ij „,„ ist mindestens so groß gewühlt, daß eine sichere Kommutierung des selbstgeführten Stromrichters gewährleistet ist. Unter Beibehaltung mindestens dieses Mindest-Wirkstroms hmm wird bei weiterer Entlastung der Magnetisierungsstrom-Sollwert /* (also nicht der Wirkstrom-Sollwert ;':) bis zu einem Mindest-Magnetisierungsstrom /Ί mm zurückgenommen, woraufhin der magnetische Fluß in der Asynchronmaschine und damit das Moment ebenfalls zurückgehen. Damit ist der Betriebspunkt Cerreicht.

Beim Übergang in den anderen Quadranten, d. h. beim Übergang in den Generatorbetrieb, wird — ausgehend vom Betriebspunkt C — der Sollwert 1*2 mm des Mindest-Wirkstroms 12 mm umgepolt. Dadurch ergibt sich der gepunktet eingezeichnete Übergang zum Betriebspunkt D. Anschließend wird vom Betriebspunkt D unter Beibehaltung des umgepolten Sollwerts — i^#2 mm des Mindest-Wirkstroms hmm der Sollwert /*, des Magnetisierungsstroms /1 vergrößert, bis im Betriebspunkt Eder Nennmagnetisierungsstrom A„ wieder erreicht ist. Sodann wird unter Beibehaltung dieses Wertes i\„ der Wirkstrom /2 betragsmäßig vom Mindest-Wert — hmm ab vergrößert, bis der Betriebspunkt Ferreicht ist. Auf *iiese Weise wird der in F i g. 1 eingezeichnete schraffierte »verbotene« Bereich umgangen.

Bei dem in F i g. 2 skizzierten Regelverfahren kann ein exakter Leerlaufbetrieb nicht durchgeführt werden: das Luftspaltmoment der Asynchronmaschine kann einen Mindestwert, z. B. 5% des Nennmoments, nicht unterschreiten.

Muß ein Lastmoment aufgebracht werden, das kleiner ist als dieses Mindestmoment von z. B. 5% des Nennmoments, so kann dies dadurch beherrscht werden, daß mit einem bestimmten Puls-Pausenverhältnis zwischen den Werten + hmm und —hmm hin- und hergeschaltet wird. Das Moment ergibt sich dann als entsprechender Mittelwert und kann auf diese Weise jeden Wert zwischen dem positiven und dem negativen Mindestmoment +Afnröbzw. — M„m annehmen.

F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, mit der das Regelverfahren nach Fi g. 2 durchgeführt werden kann, und zwar oberhalb einer vorgegebenen Mindest-Drehzahl einer Asynchronmaschine.

Nach F i g. 3 ist eine Drehstrom-Asynchronmaschine 2, deren Läuferwelle 3 zur Ermittlung der Drehzahl π mit einer Tachometermaschine 4 versehen ist. Ober einen Umrichter an ein Drehstromnetz 6 mit den Phasenleitern R, S, T angeschlossen. Die Drehstrom-Asynchronmaschine 2 ist beispielsweise für den Betrieb

eines Schienenfahrzeugs vorgesehen. Der Umrichter besteht aus einem selbstgeführten Stromrichter 7, einem netzgeführten Stromrichter 8 und einem Gleichstrom-Zwischenkreis 9 mit Glättungsdrossel 10. Dieser Gleichstrom-Zwischenkreis 9 verbindet den selbstgeführten Stromrichter 7 mit dem netzgeführten Stromrichter 8. Der Umrichter 7, 8, 9 ist ein Umrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom Id.

Der selbstgeführte Stromrichter 7 ist als Stromrichter mit Phasenfolgelöschung ausgebildet. Er um^faßt steuerbare Hauptventile in Drehstrom-Brückenschaltung, die als Thyristoren ausgeführt sind. Mit jedem Hauptventil ist ein ungesteuertes Ventil in Reihe geschaltet. Die Anordnung der ungesteuerten Ventile ist dabei so vorgenommen, daß in jedem Zweig beidseitig benachbart zum Mittelabgriff, an dem jeweils die Drehstrom-Asynchronmaschine 2 angeschlossen ist, je eines dieser ungesteuerten Ventile liegt. In jeder Brückenhälfte isi zwischen dem Verbindungspunkt von Hauptventil und ungesteuertem Ventil des einen Zweigs und dem entsprechenden Verbindungspunkt der beiden anderen Zweige jeweils ein Kommutierungskondensator angeordnet. Der Aufbau des dargestellten Stromrichters 7 ist beispielsweise aus der DE-OS 25 14 557, insbesondere Figur !,bekannt.

Die sechs Kommutierungskondensatoren des selbstgeführten Stromrichters 7 sind für Nennstrom ausgelegt, d. h. ihre Kapazität ist jeweils so groß gewählt, daß in jedem Betriebsfall eine für die Ventile gefährlich hohe Kondensatorspannung vermieden wird (Spannungsbegrenzung). Infolge später beschriebener Regelmaßnahmen werden dennoch zu große Kommutierungszeiten vermieden, obwohl ersichtlich zusätzliche Umschwingkreise nicht vorgesehen sind.

Jedem der Stromrichter 7 und 8 ist ein Steuersatz 17 bzw. 18 zugeordnet. Diese Steuersätze 17 und 18 versorgen die steuerbaren Ventile über die eingezeichneten Steuerleitungen mit Steuerimpulsen. Der Steuersatz 18 erhält seine Eingangssignale in bekannter Weise von einem vorgeschalteten Stromregler 21. Der dem Stromregler 21 zugeordnete Vergleicher 21 erhält von einem Stromwandler 20. der im Gleichstrom-Zwischenkreis 9 angeordnet ist. den Zwischenkreisstrom U als Strom-Istwert zugeführt. Dem Vergleicher 22 wird außerdem ein Strom-Sollwert /*<* zugeführt. Die vom Vergleicher 22 ermittelte Abweichung Al beaufschlagt den Stromregler 21.

Der Strom-Sollwert 1% wird von einer Steuer- und Regelschaltung 23 für die Transvektorregelung geliefert. Diese Steuer- und Regelschaltung 23 enthält in bekannter Weise einen Vektoranalysator 23a, dem ein Magnetisierungsstrom-Sollwert i*\ und ein Wirkstrom-Sollwert 1*2 zugeführt werden. Weiterhin umfaßt sie einen Vektordreher 236, dem vom Vektoranalysator 23a die Größen cosv* und sinv* und von einem Istwert-Rechner 23c die Größen cos ν und sin ν zugeführt werden. Die Bedeutung des Winkels ν ist aus F i g. 2 ersichtlich. Der Istwertrechner 23c ist seinerseits mit dem Maschinenstrom /und der Maschinenspannung (/beaufschlagt An seiner Ausgangsklemme 23t/gibt er eine Meßgröße für den Fluß-Istwert Φ ab. Weiterhin ist ein Winkelregler 23e vorgesehen, der vom Vektordreher 236 mit der Größe sin (v*— v) beaufschlagt ist und der die Eingangsgröße für den Steuersatz 17 liefert Der Wert sin (v* — v) ist dabei eine analoge Größe, die ein Maß für die Winkeiabweichung (v * — v) ist Der Vektordreher 23£» kann weiterhin an einer Ausgangsklemme 23/noch eine Ausgangsgröße ccs(v*— v)

abgeben.

Der Magnetisierungsstrom-Sollwert /* ist mit Hilfe eines Feldreglers 24 und einer Funktionsschaltung 25 vorgegeben, und der Wirkstrom-Sollwert 1*2 ist mit Hilfe dieser Funktionsschaltung 25 und eines D"ehzahl- -, Reglers 27 vorgegeben. Die Funktionsschaltung 25 wird dabei von dem Ausgangssignal /V des Drehzahl-Reglers 27 beaufschlagt. Dieses Ausgangssignal /V kann als Drehmoment-Sollwert M* angesehen werden. Der vorgeschaltete Vergleicher 29 des Drehzahl-Reglers 27 in erhält positiv einen Drehzahl-Sollwert n* von einem Sollwertgeber 29, der als Potentiometer dargestellt ist, sowie negativ den Drehzahl-Istwert η von der Tachometermaschine 4.

Auf die Fjnktionsschaltung 25 wirkt auch ein 1 > Grenzwertmelder 31 mit seinem Ausgangssignal a ein. Dieser Grenzwertmelder 31, der eine Kennlinie mit Hysterese besitzen kann, ist vom Drehzahl-Istwert η beaufschlagt.

Das Ausgangäsignal a zeigt an, ob der Drehzahl-Ist- >n wert' unterk ilb oder oberhalb einer vorgegebenen Mindest-Drehzahl π 1 liegt.

Weiterhin wirkt auf die Funktionsschaltung 25 das Ausgangssignal /V eines Additionsgliedes 33 ein. Dieses Additionsglied 33 ist mit seinem einen Eingang 2\ über einen Schalter 34 mit dem Ausgang des Feld-Reglers 24 und mit seinem anderen Eingang mit dem Ausgang eines Kennliniengebers oder Funktionsgliedes 36 verbunden. Der eine Eingang des Additionsgliedes 33 kann dabei mittels des Schalters 34, der durch v\ ein von der Funktionsschaltung 25 geliefertes Signal d betätigt wird, auch an Masse gelegt werden. Das Funktionsglied 36 ist vom Ausgang eines als Potentiometer dargestellten Sollwertgebers 37 mit einem Magnetisierungsstrom-Sollwert /*' beaufschlagt. Wei- π terhin erhält es den Drehzahl-Istwert η zugeführt. Es ist so aufgebaut, daß es die im Block für das Funktionsglied 36 gezeigte Charakteristik besitzt. Mit anderen Worten: Bei niederen Drehzahlen η entspricht das Ausgangssignal dem eingestellten Magnetisierungsstrom-Sollwert /*', und bei höheren Drehzahlen η sinkt das Ausgangssignal stetig ab. Die Bauelemente 36,37 stellen somit einen Sollwertgeber für eine vorbestimmte Magnetisierungsstrom-Kennlinie dar. Dieser Sollwertgeber 36, 37 bewirkt die im Feldschwächbereich -n erforderliche Verminderung des Magnetisierungsstroms. Darüber hinaus liefert er eine gewisse Vorsteuerung, so daß der Feld-Regler 24 nur mehr korrigierend eingreift.

Das Vergleichsglied 39 des Feld-Reglers 24 ist von der Ausgangsklemme 23c/her mit dem Fluß-Istwert Φ und von einem Funktionsglied 40 mit dem Fluß-Sollwert Φ * beaufschlagt Dem Funktionsglied 40 wiederum ist von einem als Potentiometer dargestellten Sollwertgeber 41 ein Sollwert Φ *' zugeführt Weiterhin wird ihm der Drehzahl-Istwert π zugeliefert Er hat eine Kennlinie, die der Kennlinie des Funktionsgliedes 36 entspricht Die beiden Bauelemente 40, 41 stellen somit einen Sollwertgeber mit einer vorbestimmten Fluß-Sollwert-Kennlinie dar.

Die Funktionsschaltung 25 enthält ihrerseits einen ersten und einen zweiten Schalter 51 bzw. 52, die als Umschalter ausgebildet und vom Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 31 betätigbar sind. Sie enthält weiterhin einen ersten Funktionsgeber 53 und einen zweiten Funktionsgeber 54, die jeweils die in den zugehörigen Blöcken eingezeichneten Kennlinien besitzen.

Der erste Funktionsgeber 53 besitzt dabei eine Kennlinie mit einem V-förmigen, bezüglich des Eingangssignals /V symmetrischen Verlauf. Mit abnehmendem (negativen) Eingangssignal /V bleibt das AusgMngssignal zunächst konstant, während es von einem bestimmten Wert ab linear zurückgeht. Beim Eingangssignal /V = 0 ist noch ein Ausgangssignal ungleich Null vorhanden. Mit ansteigendem (positiven oder negativen) Eingangssignal 1*2" nimmt das Ausgangssignal dann wieder linear zu, bis es von einem bestimmten Wert an weiterhin konstant bleibt. Der zweite Funktionsgeber 54 besitzt dagegen eine Kennlinie mit stufenförmigem Verlauf. Mit abnehmendem (negativen) Eingangssignal nimmt das Ausgangssignal linear ab (Gerade, die durch den Nullpunkt führen würde), bis es von einem bestimmten Wert an konstant bleibt. Nach Erreichen des Eingangssignals von etwa Null tritt ein Polaritätssprung des Ausgangssignals auf. Mit ansteigendem (positiven) Eingangssignal bleibt das Ausgangssignal zunächst konstant, während es von einem vorgegebenen Wert ab weiter linear zunimmt (Nullpunktsgerade).

Mit Hilfe des ersten Schalters 51 wird das Ausgangssignal /V entweder direkt oder über den erster Funktionsgeber 53 als Magnetisierungsstrom-Sollwert /* an die Steuer- und Regelschaltung 23 weitergeleitet. Mittels des zweiten Schalters 52 wird das Ausgangssignal /V des Drehzahlreglers 27 entweder direkt oder über den zweiten Funktionsgeber 54 als Wirkstrom-Soliwert i'2 an die Steuer- und Regelschaltung 23 weitergegeben.

Im vorliegenden Fall wird das neue Regelverfahren erst ab der vorgegebenen Mindest-Drehzahl η 1 wirksam. Das Vorliegen dieser Mindest-Drehzahl η 1 wird mit Hilfe des Grenzwertmelder 31 bestimmt. Im Normalbetrieb, d. h. unterhalb der Mindest-Drehzdhl nt. wird entsprechend Fig. 1 vorgegangen. Dabei haben die beiden Schalter 51 und 52 die in Fig.3 eingezeichnete erste Schaltstellung. In diesem Fall wird das Ausgangssignal /V direkt als Magnetisierungsstrom-Sollwert /Ι und das Ausgangssignal /V direkt als Wirkstrom-Sollwert 1*2 (gleich Moment-Sollwert M*) auf den Vektoranalysator 23a der Steuer- und Regelschaltung 23 durchgeschaltet. Der Vektoii.nalysator 23a bildet daraus den Strom-Sollwert /*■ für den Zwischenkreisstrom f_d und den Sollwinkel 1·* zwischen Fluß Φ und Ständerstrom /,; der Zwischenkreisstrom Id und der Winkel ν werden über den Stromregler 21 bzw. den Winkelregler 23eeingestellt.

Liegt die Ist-Drehzahl η über der vorgegebenen Mindest-Drehzahl η 1, so spricht der Grenzwertmelder 31 an. und sein Ausgangssignal a springt in die andere Lage. Dadurch stehen die beiden Schalter 51 und 52 nunmehr in der (nicht gezeigten) zweiten Schaitstellung. Nunmehr werden dem Vektoranalysator 23a die durch die Kennlinien der beiden Funktionsgeber 53 und 54 modifizierten Sollwerte i*\ bzw. 1*2 zugeführt die das Regelverfahren entsprechend F i g. 2 auf der Kennlinie A, B, Q D, E, Fermöglichen.

Der erste Funktionsgeber 53 gibt auch das den Schalter 34 steuernde Signal dab. Dieses Signal dsorgt dafür, daß der Feld-Regler 24 im V-förmigen Bereich des ersten Funktionsgenerators 53 außer Betrieb ist Dann liegt der eine Eingang des Additionsgliedes 53 auf Masse. Der Feld-Regler 24 ist nur dann wirksam, wenn das Ausgangssignal des Funktionsgenerators 53 oberhalb eines Mindestemgangssignals i'l'mm konstant bleibt

In F i g. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Funktionsschaltung 25 dargestellt. Die Funktionsschaltung 25 ist mit Hilfe einer Reibe von Operationsverstärkern 61 bis 67 und einem als Verknüpfungsglied dienenden NAND-Glied 68 aufgebaut.

Dem vom Signal 1*2" beaufschlagten Verstärker 61, der mit zwei Dioden beschaltet ist und zur Betragsbildung herangezogen wird, ist der Verstärker 62, der als Ädditionsglied verwendet wird, nachgeschaltet Der Verstärker 62 ist eingangsseitig auch mit einem Potentiometer oder Grenzwertgeber 69 verbunden. Der Ausgang (Punkt' E) ist zum einen an den Schalter 51 und zum anderen an den Eingang des Verstärkers 65 geführt, der mittels einer Zenerdiode als Grenzwertmelder geschaltet ist Dessen Ausgang liegt am einen Eingang des NAND-Gliedes 68, dessen anderer Eingang vom Ausgangsjignal a beaufschlagt ist Das Ausgangssignal d des NAND-Gliedes 68 steuert die Schalter 51 und 52 sowie den Schalter 34 (vergL F i g. 3). Das Signal 1*2" beaufschlagt auch den mit zwei gegengeschalteten Zenerdioden bestückten Verstärker 63, dem der Verstärker 64 mit veränderlichem Widerstand in der Rückführung nachgeschaltet ist Dessen Ausgang^signal oder das Signal /V kann über den Schalter 52 als Sollwert 1*2 abgegriffen werden. Das Signal /V ist an den Eingang des Verstärkers 66 gelegt; diesem Eingang ist auch der Schalter 51 vorgeschaltet Am Ausgang ist der Sollwert /* abgegriffen. Dieser wird auch dem n&chgeschaheten Verstärker 67 zugeführt, der einen Kondensator in der Rückführung aufweist Der Ausgang des Verstärkers 67 ist über eine Diode an den einen Eingang des Verstärkers 66 zurückgeführt, wodurch bewirkt wird, daß ein Mindestwert von /*, nämlich /Ί«, nicht unterschritten wird (geregelte Begrenzung).

Unterhalb der vorgegebenen Mindest-Drehzahl η 1, d.h. bei Normalbetrieb, ist das Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 31 ein L-Signal. Damit liegt am Ausgang des NAND- oder Verknüpfungsgliedes 68 als Ausgangssignal d ein Η-Signal. Die hiervon beaufschlagten Schalter 51 und 52 liegen dadurch in der in F i g. 4 gezeichneten ersten Schaltstellung. Damit ist der Magnetisierungsstrom-Sollwert /* gleich dem Signal /'", und ebenso ist der Wirkstrom-Sollwert i*₂ gleich demSägnal/V = M* «

Liegt die Drehzahl oberhalb der vorgegebenen Mindest-Drehzahl π 1, so wird das neue Regelverfahren wirksam. Dann ist das Ausgangssignal a ein H-Signal. Am Punkt E zwischen den Verstärkern 62 und 65 steht ein analoges Signal an, das dem Wert \i^mi\ — 1*7 _m,„ entspricht Dieser Mindestwert 1*2 min ist an dem Potentiometer 69 des Verstärkers 62 eingestellt. Ist nun |/*2|2/*2iiMk ^so '^st der Spannungswert am Punkt E positiv. Damit hat der Ausgang des Verstärkers 65 L-Signal. Dadurch behalten die beiden Schalter 51 und 52 die in F i g. 4 gezeichnete Schaltstellung bei, und zwar entsprechend F i g. 2, wo die Ortskurve für \h\ ^ h mm mit der Ortskurve L von Fi g. 1 übereinstimmt

Für Teillast dagegen, wenn |/*2|£/"2/mn gilt, ist der Spannungswert am Punkt E negativ. Der Ausgang des Verstärkers 65 hat damit Η-Signal. Dadurch kippt der Ausgang der NAND-Stufe 68 über dem L-Signal, wodurch die beiden Schalter 51 und 52 in die (nicht gezeigte) andere Schaltstellung springen. Der nunmehr geschlossene erste Umschalter 51 liegt dabei — wie erwähnt — am Eingang des Verstärkers 66, an dessen Ausgang der Magnetisierungsstrom-Sollwert /* abgegriffen ist, der gleichzeitig dem Verstärker 6? zugeführt ist Die Rückführung vom Ausgang dieses Verstärkers 67 zum Eingang des Verstärkers 66 stellt eine geregelte Begrenzung dar. Diese bewirkt, daß der Magnetisierungsstrora-Sollwert i*\ nicht unter einen Mindest-Sollwert /^#| min fallen kann, wobei der letztere durch den Spannungsteiler aus den beiden Widerständen am positiven Eingang des Verstärkers 67 gegeben ist Es wird also der Spannungswert im Punkt E, nämlich der Wert \i*₂\ — 1*2 min, über den Schalter 51 auf- die Summationsstelle des Verstärkers 66 durchgeschaltet Dadurch wird der Magnetisierungsstrom-Sollwert /' bei kleiner werdendem Signal \i"2"\ ebenfalls verkleinert Gleichzeitig wird der konstante Mindestwert 1*2 _ro,-„ über den Verstärker 64 vorgegeben, wobei das Vorzeichen über den (als Grenzwertmelder geschalteten) Verstärker 63 gegeben ist

In Fig.5 ist eine weitere Ausführungsform eines Regelverfahrens für eine Asynchronmaschine veranschaulicht Gegenüber dem Regelverfahren nach F i g. 2 ist hier die Art der Vorgabe von Magnetisierungsstrom .··, und Wirkstrom h zwischen den Arbeitspunkten A, C bzw. D, F geändert Die Darstellung gilt entsprechend für die zugehörigen Sollwerte.

Nach F i g. 5 wandert der Zeiger des Ständerstroms auf einer Kurve zwischen den Arbeitspunkten A und B', die einer Geraden h = K ■ i\ durch den Ursprung 0 entspricht Entsprechend wandert er auch im Generatorbetrieb zwischen den Lastpunkten fund F auf einer (gestrichelt eingezeichneten) Geraden, die ebenfalls einer Geraden h = K · i\ durch den Ursprung 0 entspricht Die beiden Lastpunkte B' und E' sind dabei so gewählt daß ein vorgegebener Mindest-Wirkstrom η min nicht unterschritten wird.

Eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des in F i g. 5 veranschaulichten Regelverfahrens ist in F i g. 6 dargestellt Bauteile, die mit solchen von Fig.3 übereinstimmen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Nach F i g. 6 ist eine Funktionsschaltung 75 vorgesehen, die sich in wesentlichen Punkten von der Funktionsschaltung 25 nach Fig.3 unterscheidet. Dieser Funktionsschaltung 75 werden ebenfalls das Ausgangssignal /'*" des Additionsgliedes 33, das Ausgangssignal/V — Λ/'des Drehzahl-Reglers27und das Ausgangssignal a des Grenzwertmelders 31 zugeführt Am Ausgang werden gleichfalls ein Magnetisierungsstrom-Sollwert /Ι und ein Wirkstrom-Sollwert /*2 abgegriffen.

Die Funktionsschaltung 75 umfaßt ein Multiplizierglied 80 mit zugeordnetem Minimalwertbegrenzer 81, der ein als Potentiometer dargestelltes Einstellorgan 82 aufweist, einen dritten Schalter 83, einen Konstantwertgeber 84, der ebenfalls als Potentiometer eingezeichnet ist, einen Gleichrichter 85, einen Funktionsgeber 86 und einen vierten Schalter 87.

Dem ersten Eingang des Multipliziergliedes 80 ist das Ausgangssignal 1* " zugeführt, und der zweite Eingang ist mit dem Ruhekonstakt des dritten Schalters 83 (Umschalter) verbunden. Sowohl der dritte Schalter 83 als auch der vierte Schalter 87 (umschalter) wird vom Ausgangssignal a gesteuert, in der gezeigien ersten Schaltstellung verbindet der dritte Schalter 83 den zweiten Eingang des Multipliziergliedes 80 mit dem Konstantwertgeber 84. Dabei ergibt sich ein Multiplikationsfaktor 1. In der zweiten Schaltstellung ist der zweite Eingang über den dritten Schalter 83 und den Gleichrichter 83 mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers 27 verbunden. Der Minimalwertbegrenzer 81 sorgt

dafür, daß das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 80 nicht Weiher werden kann als der einstellbare

Miniitialwert/'imm-

Der vierte Schalter 87 verbindet in der dargestellten ersten Schaltstellung den Wirkstrom-SoUwertausgang der Funktionsschaltung 75 mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers 27, Ia der zweiten Schaltstellung ist in der Verbindung der Funktionsgeber 86 wirksam. Dieser entspricht hinsichtlich seiner Charakteristik dem zweiten Funktionsgeber 54 in Fig.3, Die Charakteristik ist ebenfalls im zugehörigen Block eingezeichnet Daraus ist ersichtlich, daß die Kennlinie wieder einen stufenförmigen Verlauf besitzt, wobei außerhalb eines vorgegebenen positiven und negativen Grenzwerts eine lineare Abhängigkeit zu verzeichnen ist

Im Normalbetrieb, wenn die Drehzahl π unter der vorgegebenen Mindestdrehzahl η 1 liegt, befinden sich die beiden Schalter 83 und 87 in den in Fig.6 eingezeichneten ersten Schaltstellungen. In diesem Fall werden wiederum das Signal /V als Wirkstrom-Sollwert /*2 und das Signal /*·" als Magnetisierungsstrom-Sollwert /*i direkt zum Vektoranalysator 23a durchgeschaltet

Oberhalb der Mindest-Drehzahl n\ haben gemäß dem vorliegenden Regelverfahren die beiden Schalter 83 und 87 die (andere) zweite Schaltstellung eingenommen. Dadurch kann der Wirkstrom-Sollwert /*2 — bedingt durch den Funktionsgeber 86 — einen vorgegebenen Mindest-Wirkstrom-SoHwert /^# ₂ _mn nicht unterschreiten. Weiterhin wird das Signal /V mit dem Signal i*i" = M* multipliziert; damit wird auch der Magnetisierungsstrom-Sollwert /', bei Teillast abgeschwächt, wie es dem abfallenden Teilstück zwischen den Betriebspunkten A und B' bzw. F und E' in F i g. 5 entspricht Infolge des Minimalwertbegrenzers 81 kann bei der Reduzierung der eingestellte Mindestwert /'Ί _mi„ nicht unterschritten werden. Dies entspricht dem vertikalen Verlauf zwischen den Betriebspunkten Cund D in F i g. 5. Ein Obergang vom Betriebspunkt C zum Betriebspunkt D, oder umgekehrt, ergibt sich bei einem Vorzeichenwechsel des Ausgangssignals /V-

In Fig.7 ist eine Ausführungsform der Funktionsschaltung 75 dargestellt Diese ist weitgehend aus Operationsverstärkern aufgebaut FQr gleiche Funktionselemente sind dieselben Bezugszeichen verwendet worden wie in Fig.6. Im einzelnen werden fünf entsprechend beschaltete Verstärker 91 bis 95 und vier Verknüpfung?- oder NAND-Stufen 96 bis 99 verwendet. Der Schalter 87 umfaßt zwei Teilschalter 87a, 87Ö, Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7 ist das

Ausgangssignal a bei Normalbetrieb ein L-Signal, Die Ausgänge der NAND-Stufen 96 und 97 führen H-Signal, und die Schalter 83 sowie 87a, SIb befinden sich in den eingezeichneten ersten Schaltstellungen, Dadurch wird das Ausgangssignal /*i" als Magnetisierungsstrom-SoII- wert /Ι und das Ausgangssignal /V als Wirkstrom- Sollwert /*2 durchgeschaltet Bei Oberschreiten der Mindest-Drehzahl π 1 springt das Ausgangssignal a auf H-SignaL Dadurch springt der dritte Schalter 83 in die (andere) zweite Schaltstellung, und im Multiplizierglied 80 wird das Ausgangssignal /*" mit dem gleichgerichteten Wert des Ausgangssignals /*₂". das über den Verstärker 91 und den aus zwei Dioden bestehenden Gleichrichter 85 erhalten wird, multipliziv.it Dabei ist durch das Einstellorgan 82, vorliegend ein über eine Diode dem Verknüpfungsglied am Ausgang des Verstärkers 91 zugeschaltetes Potentiometer, der Mindestwert/* mm vorgesehen.

Das Vorzeichen des Ausgangssignals /V wird durch den als Grenzwertmelder geschalteten Verstärker 92 (mit Zenerdiode in der Rückführung) erfaßt Abhängig von diesem Vorzeichen wird über die NAND-Stufen 96 bis 99 einer der beiden Teilschalter 87a oder 876 zugeschaltet Dadurch wird erreicht, daß ein Mindestwert |/*2 min\ nicht unterschritten werden kann. Hierzu

wird entweder die Verstärkerkombination 93, 95 oder die Verstärkerkombination 94, 95, die beide als geregelte Begrenzungen ausgebildet sind, verwendet Der Verstärker 94 dient dabei zur Begrenzung bei negativem Wirkstrom-Sollwert i% und der Verstärker

r, 93 dient zur Begrenzung bei positivem Wirkstrom-Sollwert f'j.

Abschließend sei noch bemerkt, daß die Vorgabe des Zeigers des Ständerstroms i, in Abhängigkeit von der Belastung auch anders, als in Fig.2 und 5 gezeigt,

erfolgen kann. Die Vorgabe kann beispielsweise so erfolgen, daß der Zeiger sich auf einer Kurve bewegt, die in Fig.5 links von der Geraden zwischen den Arbeitspunkten A und B' liegt Die Rechenschaltungen nach F i g. 6 und 7 müssen dann entsprechend geschaltet sein.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Regelverfahren für eine Asynchronmaschine, die über einen Umrichter, bestehend aus einem selbstgeführten Stromrichter, einem Zwischenkreis mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom und einem netzgeführten Stromrichter, von einem Wechselspannungsnetz gespeist ist, wobei der selbstgeführte Stromrichter mindestens einen Kommutierungskondensator besitzt, der bei der Kommutierung laststromabhängig umgeladen wird, und wobei den beiden Stromrichtern eine Steuer- und Regelschaltung zugeordnet ist, die nach dem Prinzip der Feldorientierung arbeitet und mit deren Hilfe der Magnetisierungsstrom-Sollwert und der Wirkstrom- ι s Sollwert der Asynchronmaschine getrennt voneinander einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß beim Reduzieren des Drehmoments (M, M*) der Asynchronmaschine (2) von einem vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkt (B; B') ab, bei dem der für eine sichere Kommutierung des selbstgeführten Stromrichters (7) erforderliche Mindest-Wirkstrom (hmin) vorhanden ist, mindestens der entsprechende Mindest-Wirkstrom-Sollwert (i*2min) beibehalten und gleichzeitig der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i*\) verringert wird (F ig. 2 und 5).

Z Regelverfahren nach Anspruch 1, wobei das Vorzeichen des Drehmoments umgedreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß vom vorgegebenen Drehmoment-Lastpunkt (B; B') ab, bei dem der Mindest-WirKstrom (hmin) vorhanden ist, zunächst unter Beibehaltung <Jes Mindest-Wirkstrom-Sollwerts (i*2min) der Ma^netisierungsstrom-Sollwert (i*\) bis zu einem Mindest-M- gnetisierungsstrom-Sollwert (i*\ „,/„) verringert wird, daß dann unter Beibehaltung dieses Mindest-Magnetisierungsstrom-SoIlwerts (i*\min) das Vorzeichen des Mindest-Wirkstrom-Sollwerts (7*2 mm) umgedreht wird, und daß anschließend unter Beibehaltung des im Vorzeichen umgekehrten Mindest-Wirkstrom-Sollwerts (—/'2 mm) der Magnetisierungsstrom-Sollwert (i*\) wieder bis zu einem weiteren Drehmomem-Lastpunkt (E; E') vergrößert wird (F i g. 2 und 5).

3. Regelverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren nur oberhalb einer vorgegebenen Mindest-Drehzahl (n 1) der Asynchronmaschine (2) durchgeführt wird (F ig. 3 und 6).

4. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Reduzieren des Drehmoments (M, M*) der Asynchronmaschine (2) zunächst vom Drehmomenl-Nennlastpunkt (A) ab bei gleichbleibendem Magnetisierungsstrom-Sollwert (i*\ „) der Wirkstrom-Sollwert (7*₂) verkleinert wird, bis der vorgegebene Drehmoment-Lastpunkt (^erreicht ist (F ig. 2).

5. Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Reduzieren des Drehmoments (M, M*) der Asynchronmaschine (2) zunächst vom Drehmoment-Nennlastpünkt (A) ab der Magnetisierungsstrom-Sollwert (/*} direkt proportional zum abnehmenden Wirkstrom-Sollwert (1*7) nach der Funktion i*₂ = K ■ /', wobei /* der Magnetisierungs- und 1*2 der Wirkstrom-Sollwert sowie K eine Konstante ist, verkleinert wird, bis der vorgegebene Drehmoment-Lastpunkt (B') erreicht ist (F ig. 5).

6, Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit einstellbarem Puls-Pausenverhältnis zwischen dem positiven und dem negativen Mindest-Wirkstrom {+hmin bzw. —hmia) hin- und hergeschaltet wird.

7> Schaltungsanordnung zur Durchführung des Regelverfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Steuer- und Regelschaltung, bei der der Magnetisierungsstrom-Sollwert über einvn Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert über einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feld-Regler (24) ein erster Funktionsgeber (53) nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie (i*\ (/'*")) einen V-förmigen, bezüglich eines Eingangssignals (/*") gleich Null symmetri- , sehen Verlauf besitzt, daß am Ausgang des ersten Funktionsgebers (53) der Magnetisierungsstrom-SoIIwert (i*\) für die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist, daß dem Drehzahl-Regler (27) ein zweiter Funktionsgeber (54) nachgeschaltet ist dessen Kennlinie (1*2 (1*2")) einen von einem Eingangssignal (M') Null bis zu einen dem vorgegebenen Drehmomentlastpunkt (B) entsprechenden Eingangssignal konstanten und danach ansteigenden Verlauf besitzt, und daß am Ausgang des zweiten Funktionsgebers (54) der Wirkstrom-Sollwert (1*2) für die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist (F i g. 3).

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 zur Durchführung des Regelverfahrens nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem der Drehzahl (n) proportionalen Signal beaufschlagter Grenzwertmelder (31) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal (a) einen ersten und einen zweiten Schalter (51 und 52) steuert, wobei durch den ersten Schalter (51) eine Verbindung zwischen dem Magnetisierungsstrom-Sollwerteingang der Steuer- und Regelschaltung (23) einerseits und — unterhalb der Mindest-Drehzahl (n Y) — dem Ausgang des Feld-Reglers (24) oder — obernalb der Mindest-Drehzahl (n 1) — des ersten Funktionsgebers (53) andererseits herstellbar ist, und wobei durch den zweiten Schalter (52) eine Verbindung zwischen dem Wirkstrom-Sollwerteingang der Steuer- und Regelschaltung (23) einerseits und — unterhalb der Mindest-Drehzahl (n\) — dem Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) oder — oberhalb der Mindest-Drehzahl (n 1) — des zweiten Funktionsgebers (54) andererseits herstellbar ist (F i g. 3).

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Schalter (34) vorgesehen ist, mit dem das Ausgangssignal des Feld-Reglers (24) auf Null setzbar ist, daß der Ausgang des Feld-Reglers (24) mit dem ersten Eingang eines Additionsgliedes (33) verbunden ist, dessen zweiter Eingang vom Ausgang eines Sollwertgebers (36, 37) für einen Magnetisierungsstrom mit vorgegebener Kennlinie gespeist ist, und daß der Ausgang des Additionsgliedes (33) an den Eingang des ersten Funktionsgebers (53) angeschlossen ist (F ig. 3).

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Funktionsgeber (53, 54) aus Operationsverstärkern aufgebaut sind (F i g. 4).

11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Regelverfahrens nach Anspruch 5, mit einer Steuer- und Regelschaltung, bei der der Magnetisierungs-

strom-Sollwert über einen Feld-Regler und der Wirkstrom-Sollwert ober einen Drehzahl-Regler vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Feld-Regler (24) der erste Eingang eines Multipliziergliedes (80) nachgeschaltet ist, an dessen Ausgang der Magnetisierungsstrom-Sollwert (7*) für die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist, daß der zweite Eingang des Multipliziergliedes (80) mit dem Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) verbunden ist, daß dem Drehzahl-Regler (27) ein Funktionsgeber (86) nachgeschaltet ist, dessen Kennlinie (i*₂ (1*2")) einen von einem Eingangssignal (M') Null bis zu einen dem vorgegebenen Drehmomentlastpunkt (B) entsprechenden Eingangssignal konstanten und danach ansteigenden Verlauf besitzt, und daß am Ausgang dieses Funktionsgebers (86) der Wirkstrom-Sollwert (i*₂) für die Steuer- und Regelschaltung (23) abgegriffen ist (F i g. 6).

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem der Drehzahl (n) proportionalen Signal beaufschlagter Grenzwertmelder (31) vorgesehen ist, dessen Ausgangssignal (a) einen dritten und einen vierten Schalter (83 und 87) steuert, wobei durch den dritten Schalter (83) eine Verbindung zwischen dem zweiten Eingang des Multipliziergliedes (80) einerseits und einem Konstantwertgeber (84) oder dem Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) andererseits herstellbar ist, und wobei durch den vierten Schalter (87) eine Verbindung zwischen dem Wirkstrom-Sollwerteingang der Steuer- und Regelschaltung (23) einerseits und dem Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) oder des Funktionsgebers (86) andererseits herstellbar ist (F ig. 6).

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Drehzahl-Reglers (27) und den zweiten Eingang des Multipliziergliedes (80) ein Gleichrichter (85) geschaltet ist (F i g. 6).

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Bauelemente Operationsverstärker vorgesehen sind (F ig. 7).