DE3320007A1 - Verfahren zur strompulsung eines wechselrichters zur speisung einer drehfeldmaschine im anfahrbereich - Google Patents

Description

• Verfahren zur Strompulsunq eines Wechselrichters
• zur Speisunq 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 Drehmomentpulsationen im Anfahrbereich einer Drehfeldmaschine.
• Bekannt ist ein drehwinkelabhängiges Pulsverfahren mit optimalen Mustern.
• Bei diesem Verfahren wird die Ständerdurchflutung 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 Durchflutungen vorgenommen. In der Dissertation RWTH Aachen, 1979 von W. Lienau Untersuchung eines stromeinprägenden 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 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 Strommittelwerten bei Stillstand des Sollwertzeigers.
• Zu den Verfahren mit zeitabhängiger 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 Stromsollwerteiger, 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 gleichformige Drehung dieses Zeigers bei gleicher Zeigerlänge 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 Abtastfunktionen der drehwinkelabhängigen Referenzfunktionen 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 Stromistwertzeiger.
• Der Umrichter zur Ständerstromspeisung der Drehfeldmaschine A besteht entsprechend Fig. 1 aus einem konventionellen Netzstromrichter G in Drehstrombrü.ckenschaltung und einem prinzipiell gleichartigen Maschinenstromrichter W, der wegen des induktiven Lastcharakters durch Löscheinrichtunien ergänzt ist. Die zusätzlichen Löscheinrichtungen bestehen aus zwischen den Stromrichterzweigen angeordneten Löschkondensatoren, die gegenüber den Maschinensträngen u,v,w durch Dioden entkoppelt sind.
• Die SpannungsenWkopplung beider Stromrichter erfolgt durch die Drossel D im Stromzwischenkreis.
• Jeder Stromrichter hat einen Steuersatz(1 mit Steuerwinkel < und 2 mit Steuerwinkel y'1), 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 9rInformation über den mechanischen Drehwinkel # 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 300 bis +300 des Stromsollwertwinkels #W respektive eines über die Drehkreisfrequenz proportionalen Winkels #t des Drehstromsystems wird zunächst einmal eine Referenzfunktion der Form d ( Yw) = 1 - sin (600 -mit einer dreiecksförmigen Abtastfunktion D (#t), die sich zwischen den Werten 0 und 1 mindert, verglichen.
• Ist D (#t) größer als d (#W) - angedeutet durch die Bezeichnung 1 und 6, so wird der Thyristor T6 für den Rückstrom von der Asynchronmaschine A geöffnet (auf die Steuerung des Zustroms zu dieter Maschine wird anschließend ausführlich eingegangen); liegt der umgekehrte Fall vor - angedeutet durch die Bezeichnung 2, so wird der Thyristor T2 für den Rückstrom geöffnet.
• Die Zustände 1 und 6 bedeuten also, daß der Strom im Strang v zurückfließt; der Zustand (2) hingegen, daß er im Strang w zurückfließt.
• Die Fig. 2 zeigt die dementsprechenden Öffnungszeiten von T2 und T6 dargestellt über Die Steuerung des Zustroms zur Asynchronmaschine A über die Thyristoren T1, T5 wird in folgender Weise durchgeführt: Es wird die Funktion c(#W) = cos (30° - #W) + sin (60° - #W) -1 vorgegeben. Die Summe dieser Funktion mit d (#W), also c(#W) + d(#W), wird mit der Abtastfunktion D (#t) verglichen.
• Ist c (#W) + d (#W) > D (#t), so wird der Thyristor T1 gezündet.
• Ist c (#W) + d (#W) < D (#t), so wird der Thyristor T5 geöffnet.
• In der Fig. 2b sind die Öffnungszeiten dieser Thyristoren über #t dargestellt.
• Die Fig. 2c zeigt den Stromverlauf der Ströme iu, iv, iW in den drei Ausgangssträngen u, v, w des Wechselrichters.
• Die Fig. 2d zeigt die Lage des Stromistwertzeigers i Dieser Stromzeiger ist aus drei möglichen Durchflutungen, i6, i1, i2 zusammengtesetzt.
• Ihre Anteile innerhalb einer Pulsperiode wie 1-c-d, c und d zu 1 ergänzen, da dies alle Zustände innerhalb des betrachteten Winkelbereichs sind, aus denen die Wechselstromzeitverläufe zusammengesetzt werden.
• Durch das beschriebene Verfahren werden die Vielfachen der Grundfrequenz und damit störende Drehmomentpulsationen vermieden.
• Im nächsten Intervall +30° < < Y w < 900 haben die Referenzfunktionen den gleichen Verlauf. Bei d < D führt T1 und im umgekehrten Fall T3 den Hinstrom während der Rückstrom bei c + d < D durch T6 und im umgekehrten Fall durch T2 fließt.
• Die genannten Referenzfunktionen können auch in approximativer Form vorgegeben werden.
• - L e e r s e i t e -

Claims (2)

1. Verfahren zur Strompulsunq eines Wechselrichters zur Speisunq einer Drehfeldmaschine im Anfahrbereich Patentansprüche Verfahren zur Strompulsung des in DrehstromErückenschaltung 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 dreiecksförmigen Abtastfunktion verglichen wird dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Referenzfunktion d (#W) = 1 - sin (60° -und eine zweite Referenzfunktion c( tw) = cos (300 - Fw) + sin (600 - #W) - 1, wobei = #W(t) = Winkellage des Stromsollwertzeigers, für diesen Vergleich zur Steuerung der Thyristoren jeweils zwei zyklisch einanderfolgender und sich im Stromfluß zwischenzeitlich abwechselnder Zweige jeder Brückenhälfte des Wechselrichters benutzt werden, wobei die zeitabhängige Abtastfunktion D (#t) einen linearen, sich zwischen 1 und 0 ändernden Verlauf hat, und wobei in einem Zeitintervall von jeweils 600 beginnend bei -30 mit der Bedingung d 4 D der in diesem Intervall für die eine Brückenhälfte hauptsächlich für den Stromfluß zuständige Thyristor (T6) und mit der Bedingung d>D der zyklisch hierauf folgende Thyristor (T2) dieser Brükkenhälfte leitend ist und wobei im gleichen Zeitintervall in der anderen Brükkenhälfte mit der Bedingung c + d 4 D der in diesem Intervall hauptsächlich für den Stromfluß zuständige Thyristor (T1) und mit der Bedingung c + d>D der zyklisch vorangegangene Thyristor (T5) dieser Brükkenhälfte leitend ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzfunktionen in approximativer Form vorgegeben werden.