DE4110225A1 - Steuerverfahren und steueranordnung fuer einen wechselrichter - Google Patents

Steuerverfahren und steueranordnung fuer einen wechselrichter

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren und eine Steueranordnung für einen Wechselrichter gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 7 und kann vorzugsweise bei nach dem DSR-Verfahren gemäß EP-B1-01 79 356 betrie­ benen Wechselrichtern verwendet werden.
Bei Spannungszwischenkreis-Wechselrichtern mit direkter oder indirekter Regelung (Steuerung) von Drehmoment und Fluß einer am Wechselrichter betriebenen Asynchronma­ schine ist das Konstant-Leistungs-Verhalten des An­ triebssystems (Drehmomentregelung bei konstanter Dreh­ zahl) umso ausgeprägter, je besser die Drehmomentrege­ lung ist:
P = ω · M = 3 · U · I · cos ϕ
(P=Wirkleistung, ω=Kreisfrequenz, M=Drehmoment, U=effektive Spannung, I=effektive Stromstärke, cos ϕ=Leistungsfaktor, ϕ=Phasenwinkel).
Dieser Sachverhalt führt bei einem relativ "weichen" Gleichspannungszwischenkreis, d. h. einem Gleichspan­ nungszwischenkreis mit relativ geringer Kapazität des Zwischenkreiskondensators, zu Leistungspendelungen und zu einer welligen Zwischenkreisspannung, da dem Zwi­ schenkreis infolge der Pulsung des Wechselrichters kein konstanter Strom entnommen wird.
Bei einer kurzzeitigen Störung der Einspeisung, d. h. einer kurzzeitigen Verringerung der Zwischenkreisspan­ nung, die normalerweise kein Abschalten des Systems er­ fordern würde, führt ein Konstant-Leistungs-Verhalten des Antriebssystems über eine sinkende Zwischenkreis­ spannung zu einem höheren Eingangsstrom des Wechselrich­ ters und hierdurch zu einem verschärften Einbruch der Zwischenkreisspannung, der zu einem unerwünschten Ab­ schalten des Systems führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerver­ fahren für einen Wechselrichter anzugeben, durch das ein Konstant-Leistungs-Verhalten eines Antriebssystems ver­ ringert wird. Ferner soll eine Steueranordnung hierzu angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Steuerverfahrens in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfin­ dungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 an­ gegebenen Merkmale gelöst.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Steueranordnung in Ver­ bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs­ gemäß durch im Kennzeichen des Anspruchs 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbe­ sondere darin, daß durch die Aufschaltung der Spannungs­ welligkeit des Zwischenkreises auf die drehmomentbilden­ de Sollwertkomponente das Konstant-Leistungs-Verhalten des Antriebssystems gebrochen wird, d. h. der Zwischen­ kreis wird bedämpft und die Eingangsadmittanz (Verhält­ nis von Eingangsstrom zu Eingangsspannung des Wechsel­ richters) des Wechselrichters wird positiv beeinflußt. Dabei kann eine lineare oder eine quadratische Aufschal­ tung auf die drehmomentbildende Sollwertkomponente er­ folgen. Eine lineare Aufschaltung erzeugt ein Konstant­ Strom-Verhalten des Antriebssystems und eine quadrati­ sche Aufschaltung bewirkt ein ohmsches Verhalten des Antriebssystems.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der einzi­ gen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. In der Figur ist ein Wechselrichter 1 (Pulswechselrich­ ter) zu erkennen, der über seine beiden Gleichspannungs­ anschlüsse mit dem positiven Pol 2 und dem negativen Pol 3 eines Gleichspannungszwischenkreises verbunden ist. Die Wechselspannungsanschlüsse 4, 5, 6 des Wechselrich­ ters sind mit einer Induktionsmaschine 7 (Asynchronma­ schine) verbunden. Zur Einstellung der Schaltzustände der Halbleiterschalter des Wechselrichters 1 ist eine Steuer- und Regeleinrichtung 8 vorgesehen, der eingangs­ seitig Signale von Stromwandlern 9, 10, 11 sowie Span­ nungswandlern 12, 13, 14 zugeführt werden. Die Strom­ wandler 9, 10, 11 sind in den Verbindungen zwischen den Wechselspannungsanschlüssen 4, 5, 6 und der Induktions­ maschine 7 angeordnet. Die Spannungswandler 12, 13, 14 erfassen die zwischen den Wechselspannungsanschlüssen 4, 5, 6 anstehenden, verketteten Spannungen.
Zur Ermittlung des zwischen den Polen 2, 3 anstehenden Augenblickwerts der Gleichspannungszwischenkreisspannung Ud(t) (Zwischenkreisspannung) ist eine Gleichspannungs­ erfassungseinrichtung 15 vorgesehen, die diesen Meßwert Ud(t) an einen Mittelwertbildner 16 und an den ersten Eingang eines Dividierers 17 abgibt. Das Ausgangssignal des Mittelwertbildners 16 stellt den zeitlichen Mittel­ wert der Gleichspannungszwischenkreisspannung UdM(t) dar und wird dem zweiten Eingang des Dividierers 17 zugelei­ tet.
Der Dividierer 17 bildet den Quotienten A aus dem Divi­ dend Ud(t) und dem Divisor UdM(t) und gibt diesen Quoti­ enten A an den Eingang x eines Rechenwerks 18 ab. Durch den Quotienten A wird die Spannungswelligkeit der Zwi­ schenkreisspannung erfaßt:
A = Ud(t)/UdM(t).
Dem Eingang y des Rechenwerks 18 liegt die drehmoment­ bildende Sollwertkomponente Msoll (Drehmoment-Sollwert) an. Das Rechenwerk 18 gibt über seinen Ausgang Z die korrigierte drehmomentbildende Sollwertkomponente Msoll′ an die Steuer- und Regeleinrichtung 8 ab.
Dabei kann die Aufschaltung der Zwischenkreisspannungs­ welligkeit auf die drehmomentbildende Sollwertkomponente linear oder quadratisch erfolgen. Eine lineare Aufschal­ tung bewirkt ein Konstant-Strom-Verhalten des Antriebs­ systems.
Eine quadratische Aufschaltung bewirkt ein ohmsches Ver­ halten des Antriebssystems
(|Z| = Betrag des Scheinwiderstandes)
Msoll′ = A² · Msoll.
Die vorstehenden Ausführungen gelten für einen motori­ schen Betrieb der Induktionsmaschine 7. Bei generatori­ schem Betrieb der Induktionsmaschine gilt für die linea­ re Aufschaltung
Msoll′ = (1/A) · Msoll
Bei generatorischem Betrieb der Induktionsmaschine gilt für die quadratische Aufschaltung
Msoll′ = (1/A²) · Msoll.

Claims (11)

1. Steuerverfahren für einen Wechselrichter, der gleichspannungsseitig mit einem Gleichspannungszwischen­ kreis und wechselspannungsseitig mit einer Induktionsma­ schine verbunden ist und dessen Schaltzustand von einer Steuer- und Regeleinrichtung einstellbar ist, der eine drehmomentbildende Sollwertkomponente vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmomentbildende Soll­ wertkomponente (Msoll) in Abhängigkeit der Spannungswel­ ligkeit der Gleichspannungszwischenkreisspannung (Ud(t)) verändert wird.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ermittlung der Spannungswelligkeit der Gleichspannungszwischenkreisspannung (Ud(t)) ein Quo­ tient (A) auf dem Augenblickswert (Ud(t)) und dem zeit­ lichen Mittelwert (UdM(t)) der Gleichspannungszwischen­ kreisspannung gebildet wird.
3. Steuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei motorischem Betrieb der Induktionsmaschine mit dem die Spannungswelligkeit ausdrückenden Quotienten (A) multipliziert wird.
4. Steuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei motorischem Betrieb der Induktionsmaschine (7) mit dem Quadratwert des die Spannungswelligkeit aus­ drückenden Quotienten (A) multipliziert wird.
5. Steuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei generatorischem Betrieb der Induktionsma­ schine (7) durch den die Spannungswelligkeit ausdrücken­ den Quotienten (A) dividert wird.
6. Steuerverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei generatorischem Betrieb der Induktionsma­ schine durch den Quadratwert des die Spannungswelligkeit ausdrückenden Quoitenten (A) dividiert wird.
7. Steueranordnung für einen Wechselrichter, der gleichspannungsseitig mit einem Gleichspannungszwischen­ kreis und wechselspannungsseitig mit einer Induktionsma­ schine verbunden ist und dessen Schaltzustand von einer Steuer- und Regeleinrichtung einstellbar ist, der eine drehmomentbildende Sollwertkomponente vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mittels einer Gleich­ spannungserfassungseinrichtung (15) ermittelte Augen­ blickswert (Ud(t)) der Gleichspannungszwischenkreisspan­ nung einem Mittelwertbildner (16) und einem Dividierer (17) als Dividend zugeleitet wird, daß der dem Mittel­ wertbildner (16) entnehmbare zeitliche Mittelwert (UdM(t)) der Gleichspannungszwischenkreisspannung dem Dividierer (17) als Divisor zugeführt wird und daß der dem Dividierer (17) entnehmbare Quotient (A) einem Re­ chenwerk (18) zugeleitet wird, dem als weitere Eingangs­ größe die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) anliegt und das eine in Abhängigkeit des Quotienten kor­ rigierte drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll′) an die Steuer- und Regeleinrichtung (8) abgibt.
8. Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rechenwerk (18) das Produkt aus der drehmomentbildenden Sollwertkomponente (Msoll) und dem Quotienten (A) bildet.
9. Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rechenwerk (18) das Produkt aus der drehmomentbildenden Sollwertkomponente (Msoll) und dem Quadratwert (A2) des Quotienten bildet.
10. Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rechenwerk (18) das Produkt aus dem Reziprokwert (1/A) des Quotienten (A) und der dreh­ momentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bildet.
11. Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rechenwerk (18) das Produkt aus dem quadratischen Reziprokwert (1/A2) des Quotienten (A) und der drehmomentbildenden Sollwertkomponente (Msoll) bildet.
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