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DE4110225C2 - Steuerverfahren und Steueranordnung für einen Wechselrichter - Google Patents

Steuerverfahren und Steueranordnung für einen Wechselrichter

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DE4110225C2
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DE
Germany
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voltage
torque
quotient
msoll
setpoint component
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DE4110225A
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Michael Dipl Ing Jaenecke
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Mercedes Benz Group AG
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ABB Patent GmbH
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Publication date
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren und eine Steueranordnung für einen Wechselrichter gemäß dem Oberbe­ griff der Ansprüche 1 und 7 und kann vorzugsweise bei nach dem DSR-Verfahren gemäß EP-B1-01 79 356 betriebenen Wechsel­ richtern verwendet werden.
Bei Spannungszwischenkreis-Wechselrichtern mit direkter oder indirekter Regelung (Steuerung) von Drehmoment und Fluß einer am Wechselrichter betriebenen Asynchronmaschine ist das Konstant-Leistungs-Verhalten des Antriebssystems (Drehmomentregelung bei konstanter Drehzahl) umso ausge­ prägter, je besser die Drehmomentregelung 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 Gleichspannungs­ zwischenkreis mit relativ geringer Kapazität des Zwischen­ kreiskondensators, zu Leistungspendelungen und zu einer welligen Zwischenkreisspannung, da dem Zwischenkreis in­ folge der Pulsung des Wechselrichters kein konstanter Strom entnommen wird.
Bei einer kurzzeitigen Störung der Einspeisung, d. h. einer kurzzeitigen Verringerung der Zwischenkreisspannung, die normalerweise kein Abschalten des Systems erfordern würde, führt ein Konstant-Leistungs-Verhalten des Antriebssystems über eine sinkende Zwischenkreisspannung zu einem höheren Eingangsstrom des Wechselrichters und hierdurch zu einem verschärften Einbruch der Zwischenkreisspannung, der zu ei­ nem unerwünschten Abschalten des Systems führen kann.
Aus der DE 33 47 511 A1 ist ein Antriebssystem mit Wechsel­ strommaschine bekannt, bei dem eine zusätzliche Regel­ schleife insbesondere auf Leitungsstromresonanz zwischen dem Gleichstrom-Eingangsfilter und der Leitungsinduktivität anspricht. Zur Unterdrückung von Leitungsresonanzströmen wird der augenblickliche Leitungsstrom auf demjenigen er­ forderlichen Minimum gehalten, bei dem der augenblickliche Leistungsfluß gehalten wird. Damit wird der geregelte Mo­ torstrom von Änderungen in der Eingangsgleichspannung ge­ trennt. Hierzu wird das Leitungsstromsignal erfaßt und ge­ filtert.
Aus der DE-AS 23 29 583, der DE 31 35 764 A1 und der DE 32 23 786 A1 sind Regelungen für wechselrichtergespeiste Motoren bekannt, mit denen bei bestimmten Drehzahlen des Motors, bei durchgeführten Drehzahlveränderungen oder plötzlichen Laständerungen auftretende Energiependelungen zwischen Zwischenkreiskondensator und Motor vermieden bzw. hierdurch verursachte Drehzahlpendelungen unterdrückt wer­ den. Diese sich in der Drehzahl auswirkenden Pendelungen sind mit den eingangs erwähnten Leistungspendelungen bei konstanter Drehzahl nicht ohne weiteres vergleichbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerver­ fahren für einen Wechselrichter anzugeben, durch das für dynamische Vorgänge ein Kon­ stant-Leistungs-Verhalten eines Antriebssystems verringert wird. Ferner soll eine Steueranordnung hierzu angegeben werden.
Diese Aufgabe wird bezüglich des Steuerverfahrens in Ver­ bindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merk­ male gelöst.
Diese Aufgabe wird bezüglich der Steueranordnung in Verbin­ dung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 6 angegebenen Merk­ male 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 (10)

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 zur Ermittlung der Spannungswel­ ligkeitt der Gleichspannungszwischenkreisspannung (Ud(t)) ein Quotient (A) aus dem Augenblickswert (Ud(t)) und dem zeitlichen Mittelwert (UdM(t)) der Gleichspannungszwischen­ kreisspannung gebildet wird und daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) in Abhängigkeit dieser Span­ nungswelligkeit verändert wird.
2. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei motorischem Betrieb der Induktionsmaschine mit dem die Spannungswelligkeit ausdrückenden Quotienten (A) multipliziert wird.
3. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei motorischem Betrieb der Induktionsmaschine mit dem Quadratwert des die Spannungswelligkeit ausdrückenden Quotienten (A) multipliziert wird.
4. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei generatorischem Betrieb der Induktionsmaschine (7) durch den die Spannungswelligkeit ausdrückenden Quoti­ enten (A) dividiert wird.
5. Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) bei generatorischem Betrieb der Induktionsmaschine durch den Quadratwert des die Spannungswelligkeit ausdrücken­ den Quotienten (A) dividiert wird.
6. 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 Augenblickswert (Ud(t)) der Gleichspannungszwischenkreisspannung einem Mit­ telwertbildner (16) und einem Dividierer (17) als Dividend zugeführt wird, daß der dem Mittelwertbildner (16) entnehm­ bare zeitliche Mittelwert (UdM(t)) der Gleichspannungszwi­ schenkreisspannung dem Dividierer (17) als Divisor zuge­ führt wird und daß der dem Dividierer (17) entnehmbare Quo­ tient (A) einem Rechenwerk zugeleitet wird, dem als weitere Eingangsgröße die drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll) anliegt und das eine in Abhängigkeit des Quotienten korrigierte drehmomentbildende Sollwertkomponente (Msoll′) an die Steuer- und Regeleinrichtung (8) abgibt.
7. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rechenwerk (18) bei motorischem Betrieb das Produkt aus der drehmomentbildenden Sollwertkomponente (Msoll) und dem Quotienten (A) bildet.
8. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rechenwerk (18) bei motorischem Betrieb das Produkt aus der drehmomentbildenden Sollwertkomponente (Msoll) und dem Quadratwert (A2) des Quotienten bildet.
9. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rechenwerk (18) bei generatorischem Betrieb das Produkt aus dem Rezi­ prokwert (1/A) des Quotienten (A) und der drehmomentbilden­ den Sollwertkomponente (Msoll) bildet.
10. Steueranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rechenwerk (18) bei generatorischem Betrieb das Produkt aus dem quadratischen Reziprokwert (1/A2) des Quotienten (A) und der drehmomentbildenden Sollwertkomponente (Msoll) bildet.
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