DE3709382C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist durch den Aufsatz von G. Pfaff und A. Wick: "Direkte Stromregelung bei Drehstromantrieben mit Pulswechselrichter" aus: "Regelungstechnische Praxis" 24. Jahrgang, 1983, Heft 11, Seiten 472 bis 476 bekannt.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1. Such a method is through the article by G. Pfaff and A. Wick: "Direct current control for three-phase drives with pulse inverters" from: "Control engineering practice" 24th year, 1983, volume 11, pages 472 bis 476 known.
Bei diesem bekannten Verfahren arbeiten drei mit Hysterese behaftete Zwei punktregler jeweils auf eine Phase eines Wechselrichters, was ein Zünden des oberen bzw. des unteren Halbleiterschalters des jeweiligen Zweigpaares bewirkt. Eine Steuereinrichtung sorgt für eine Sicherheitspause, bei der beide Halbleiter schalter offen sind. Das Potential aller lastseitigen Klemmen des Wechsel richters liegt damit bis auf Sicherheitszeiten vollständig fest, d. h. bei jedem Zweigpaar ist genau ein Halbleiterschalter gezündet (also drei von sechs Halb leiterschaltern bei einer dreipghasigen Brückenschaltung).In this known method, three two with hysteresis operate point controller each on one phase of an inverter, which means ignition of the causes the upper or the lower semiconductor switch of the respective pair of branches. A control device ensures a safety break in which both semiconductors switches are open. The potential of all load-side terminals of the change With this, richters is completely fixed except for security times, d. H. with everyone Exactly one semiconductor switch is ignited (two out of six half) conductor switches in a three-phase bridge circuit).
In der DE 34 38 034 A1 ist ein Schaltnetzteil für die Speisung einer Induk tivität beschrieben, zu dem auf zwei Transistoren hingewiesen wird, von denen einer schaltet und der andere sperrt. Die beiden Transistoren befinden sich jedoch in verschiedenen Zweigpaaren.DE 34 38 034 A1 describes a switching power supply for feeding an inductor activity described, to which reference is made to two transistors, of which one switches and the other blocks. The two transistors are located however in different pairs of branches.
Zur Erläuterung der der Erfindung zugrundeliegenden Problematik sei auf Fig. 1a der Zeichnung hingewiesen. Dort ist ein Zweigpaar eines eine Spannung einprä genden Wechselrichters dargestellt. Die Eingangsspannung ist üblicherweise eine Gleichspannung, die von einer Gleichspannungsquelle mit den Klemmen V+ und V- stammt. Durch Schließen von Schaltern S+ und S- wird das Potential V+ oder V- an die Sekundärklemme A des Wechselrichters geschaltet. Ein weiteres Zweig paar zum Speisen einer weiteren Klemme (der Klemme B) ist gestrichelt ein gezeichnet. Es sind beliebig viele Zweigpaare möglich, jedoch wurden nur An wendungen bis zu sieben Zweigpaaren bekannt (Literaturstelle: U. Schröder, H. Weh "STATIC INVERTER CONCEPTS FOR MULTIPLE PHASE MACHINES WITH SQUARE-WAVE CURRENT-FIELD DISTRICUTIONS", EPE-CONFERENCE BRUSSELS, 1985, Seiten 1147 bis 1152).To explain the problem on which the invention is based, reference is made to FIG. 1a of the drawing. There is a pair of branches of a voltage impressing inverter is shown. The input voltage is usually a DC voltage that comes from a DC voltage source with terminals V + and V-. By closing switches S + and S-, the potential V + or V- is connected to the secondary terminal A of the inverter. Another branch couple for feeding another terminal (the terminal B) is shown in dashed lines. Any number of branch pairs are possible, but only applications up to seven branch pairs were known (literature reference: U. Schröder, H. Weh "STATIC INVERTER CONCEPTS FOR MULTIPLE PHASE MACHINES WITH SQUARE-WAVE CURRENT-FIELD DISTRICUTIONS", EPE-CONFERENCE BRUSSELS, 1985, pages 1147 to 1152).
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf nur ein Zweigpaar und sind auf weitere Zweigpaare ohne weiteres übertragbar.The following explanations refer to only one pair of branches and are easily transferable to other pairs of branches.
Durch häufiges Hin- und Herschalten (Pulsen) zwischen den Potentialen V+ und V- kann an der Klemme A das Potential quasi kontinuierlich verstellt werden. Dabei sind eine möglichst hohe Pulsfrequenz und ein großer Variationsbereich des Tastverhältnisses anzustreben. Eine einfache Art der Erzeugung der benötigten Potentialstellbefehle ist die Zweipunkt-Stromregelung. Hierbei werden Soll-(iw) und Ist-(ix)wert des Stromes i mit einander verglichen und die Differenz einem Schmitt-Trigger zuge führt, der den Potentialstellbefehl P bildet und an die Schalter S+, S- legt. Üblich ist es, gleichzeitig genau einen der Schalter ge schlossen, und genau einen geöffnet zu haben. Dies soll durch den Inverter (-1) angedeutet werden. Darüber hinaus wird den Schaltern eine Diode parallelgeschaltet, da sie nur positiven Strom iS + bzw. iS - führen können. Beim Umschalten sind aus physikalischen Gründen folgen de Wartezeiten zu beachten:Frequent switching back and forth (pulsing) between the potentials V + and V- allows the potential at terminal A to be adjusted almost continuously. The highest possible pulse frequency and a large variation range of the duty cycle should be aimed for. A simple way of generating the required potential setting commands is the two-point current control. In this case, the setpoint (i w ) and actual (i x ) value of the current i are compared with one another and the difference is fed to a Schmitt trigger which forms the potential setting command P and applies it to the switches S +, S-. It is common to have exactly one of the switches closed at the same time and have exactly one open. This should be indicated by the inverter (-1). In addition, a diode is connected in parallel to the switches, since they can only carry positive current i S + or i S - . For physical reasons, the following waiting times must be observed when switching:
- - Mindest-AUS-Zeit des Schalters (Speicherzeit, Abklingen des Stromes in der Sperrschicht von (bipolaren Silizium-)Bauelementen, Entladung der Einschalt entlastung),- Minimum switch OFF time (Storage time, current decay in the junction of (Bipolar silicon) components, discharge of the switch-on discharge),
- - Mindest-EIN-Zeit des Schalters (Einschalt-Verzugszeit, vollständiges Durchzünden des (bipolaren Silizium-)Bauelementes, Entladung der Ausschalt entlastung).- Minimum ON time of the switch (Switch-on delay time, complete ignition of the (Bipolar silicon) component, discharge of the switch-off discharge).
In den Zeitverläufen gemäß Fig. 2a und 2b werden Umschaltungen zur Verdeutlichung vereinfacht dargestellt. Die halbleiter"eigenen" Zei ten (Einschaltverzug, Anstiegszeit, sowie Speicherzeit und Fallzeit) werden vernachlässigt, d. h. die Abläufe werden so dargestellt, als reagierten die Schalter S+, S- ohne Verzögerung auf die zuge hörigen Befehle.In the time profiles according to FIGS. 2a and 2b, switches are shown in simplified form for clarification. The semiconductors "own" times (switch-on delay, rise time, as well as storage time and fall time) are neglected, ie the processes are shown as if the switches S +, S- reacted without delay to the associated commands.
Der Ablauf einer Umschaltung sei anhand der Bilder Fig. 2a, 2b er läutert. Es sei von einem positivem Strom i ausgegangen. Zunächst sei S+ bereits leitend.The sequence of a switchover is explained with the aid of the pictures in FIGS. 2a, 2b. A positive current i is assumed. First of all, S + is already leading.
Es bedeuten:
P: Potentialstellbefehl
S+: Einschaltbefehl für S+
ON+: Mindest-EIN-Zeit für S+
OFF+: Mindest-AUS-Zeit für S+
TΔ: Wartezeit beim Umschalten
S-: Einschaltbefehl für S-
ON-: Mindest-EIN-Zeit für S-
OFF-: Mindest-AUS-Zeit für S-
PX: Tatsächliches PotentialIt means:
P: potential setting command
S +: switch-on command for S +
ON +: Minimum ON time for S +
OFF +: Minimum OFF time for S +
TΔ: waiting time when switching
S-: switch-on command for S-
ON-: minimum ON time for S-
OFF-: minimum OFF time for S-
PX: actual potential
Beim ersten Wechsel des Potentialstellbefehls P von V+ nach V- wird S+ geöffnet. Da der Strom i bei einer in der Regel induktiven Last weiter in positiver Richtung fließt, übernimmt zunächst die Diode D- den Strom, und schaltet damit das Potential V- an die Klemme A. Nach Ablauf der Wartezeit TΔ wird der Schalter S- eingeschaltet. Erst wenn sich der Strom umkehrte, würde der Strom von der Diode in den Schater kommutieren. Die Mindest-EIN-Zeit ON- wird im Beispiel 2a weit überschritten und danach der Befehl für positives Potential gegeben. S- wird sofort gelöscht und nach Ablauf der Wartezeit TΔ darf S+ er neut eingeschaltet werden. Beim Beispiel wurde der in der Praxis häu fige Fall angenommen, daß der Strom trotz kurzzeitig negativem Poten tial weiter positiv geblieben ist. Deshalb fließt er in D- weiter, bis S+ gezündet wird. Das tatsächliche Potential PX unterscheidet sich vom Befehl P um genau die Wartezeit TΔ. Bei einer noch schnelleren Rückschaltung auf V+ kann auch die Mindest-EIN-Zeit von S- den Impuls verlängern. Dieser Fall ist in Bild 2b gezeigt.When the potential setting command P changes from V + to V- for the first time, S + is opened. Since the current i continues to flow in the positive direction with a generally inductive load, the diode D- first takes over the current and thus switches the potential V- to the terminal A. After the waiting time TΔ, the switch S- is switched on. Only when the current reversed would the current commutate from the diode into the shater. The minimum ON time ON- is exceeded in example 2a and then the command for positive potential is given. S- is deleted immediately and after the waiting period TΔ S + can be switched on again. In the example, it was assumed in practice that the current remained positive despite the short-term negative potential. Therefore, it continues to flow in D- until S + is ignited. The actual potential PX differs from the command P by exactly the waiting time TΔ. With an even faster switch back to V +, the minimum ON time from S- can also prolong the pulse. This case is shown in Figure 2b.
In der Praxis tritt sehr häufig der Fall auf, daß während eines kurz fristigen Potentialumschaltens sich der Strom nicht umkehrt. Dann ist der zweite Schalter im Wechselrichterzweigpaar nicht stromdurchflossen.In practice, the case occurs very frequently that during a short the current does not reverse. Then the second switch in the inverter branch pair does not have current flowing through it.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerverfahren anzugeben, das - durch Ausnutzung der Tatsache, daß während des Pulsens der Strom häufig sein Vorzeichen nicht wechselt - eine kürzere Schaltfolge erlaubt, als das oben beschriebene übliche Verfahren.The invention has for its object to provide a control method that - by taking advantage of the fact that during the pulse the current often his sign does not change - a shorter switching sequence than the usual procedure described above allows.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.According to the invention, this object is achieved by the Claim 1 specified method steps solved.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.The method according to the invention is described below Embodiment explained in more detail with reference to the drawing.
Die Fig. 1b zeigt, daß die Richtung des Stromsollwertes iw erfaßt wird, und die Schaltbefehle abhängig von dieser Stromrichtung (+ oder -) nur an einen Schalter (S+ oder S-) weitergeleitet werden, während der an dere Schalter geöffnet bleibt. Fig. 1b shows that the direction of the current setpoint i w is detected, and the switching commands depending on this current direction (+ or -) are only forwarded to a switch (S + or S-), while the other switch remains open.
Wie der Zeitablauf in Bild 2c zeigt, brauchen dann die diesen Schal ter betreffenden Mindestzeiten (ON, OFF) nicht mehr eingehalten zu werden. (Dafür kann der Istwert des Stromes gegenüber dem Sollwert nicht mehr umgekehrtes Vorzeichen besitzen.)As the timing in Figure 2c shows, the minimum times (ON, OFF) relevant to this switch no longer need to be observed. (The actual value of the current can no longer have the opposite sign compared to the setpoint.)
Vorteilhaft ist dies, weil kürzere Pulse möglich werden, wodurch das Potential PX dem Potentialstellbefehl P besser folgt.This is advantageous because shorter pulses are possible, which means that Potential PX better follows the potential setting command P.
Problematisch ist bei diesem Steuerprinzip die Regelung bei kleinen Strömen. Der 2-Punktregler schaltet immer dann, wenn der Istwert den Sollwert um die Hysterese ±Δi über-/unterschreitet. Der Augenblicks wert des Stromes ist in Fig. 3a für den herkömmlichen Fall dargestellt. Bei der erfindungsgemäßen Ansteuerung wird der untere Grenzwert iw - Δi dann nicht mehr erreicht, wenn, wie in Fig. 3b dargestellt Δi < iw bzw. (iw - Δi) < 0 ist.With this control principle, regulation with small currents is problematic. The 2-point controller always switches when the actual value exceeds / falls below the setpoint by the hysteresis ± Δi. The instantaneous value of the current is shown in Fig. 3a for the conventional case. In the control according to the invention, the lower limit value i w - Δi is no longer reached if, as shown in FIG. 3b, Δi <i w or (i w - Δi) <0.
Eine Umschaltung wird erfindungsgemäß trotzdem dadurch erreicht, daß nach dem Vorzeichenwechsel des Sollwertes ein erstes Umschalten auf grund des Erreichens der oberen Toleranzgrenze veranlaßt wird und gleichzeitig ein Integrator gestartet wird, der die zweite Umschaltung veranlaßt, wenn das Integral über die Regeldifferenz Null wird. Das nächste Umschalten erfolgt wieder an der oberen Toleranzgrenze, das übernächste durch den Integrator usw.A switchover is still achieved according to the invention in that after changing the sign of the setpoint, a first switch to is caused because the upper tolerance limit has been reached and at the same time an integrator is started, which is the second switchover caused when the integral over the control difference becomes zero. The next switchover takes place again at the upper tolerance limit, the the next but one by the integrator etc.
Dieses Verfahren sei anhand von Fig. 4a, b und 5 näher beschrieben. Wie beim herkömmlichen Zweipunktregler werden Soll- und Istwerte (iw, ix) miteinander verglichen, und die Differenz einem Komparator (S) mit Hy sterese zugeführt. Dessen Ausgang stellt direkt den Potentialstellbe fehl P dar. Im Unterschied zur herkömmlichen Lösung wird abhängig vom Vorzeichen des Stromsollwertes (Komparator K 1) nur einer der beiden Schalter (S+ oder S-) angesteuert. Aus diesem Grund braucht die Regel differenz nicht mit Vorzeichen verarbeitet zu werden (Betragsbilder B). Beim Überschreiten der oberen Toleranzgrenze (iw + Δi) schaltet der Schmitt-Trigger (S) wie herkömmlich um. Ein Rückschalten ist in Bei spiel Fig. 4b nicht möglich, da die untere Toleranzgrenze (iw - Δi) negativ ist und daher nicht erreicht wird. Erfindungsgemäß wird nach jedem Wechsel des Vorzeichens des Sollwertes iw und nach jedem Errei chen der oberen Toleranzgrenze vom Impulsbildner P ein Impuls zum Rücksetzen der Integrators I erzeugt. Dieser integriert von diesem Zeitpunkt an die Differenz iw - ix auf und veranlaßt über den Kompa rator K 2 den Zweipunktregler zum Umschalten.This method will be described in more detail with reference to FIGS. 4a, b and 5. As with the conventional two-point controller, setpoints and actual values (i w , i x ) are compared with one another, and the difference is fed to a comparator (S) with hy steresis. Its output directly represents the potential control command P. In contrast to the conventional solution, only one of the two switches (S + or S-) is activated depending on the sign of the current setpoint (comparator K 1 ). For this reason, the rule difference does not need to be processed with a sign (amount diagram B). If the upper tolerance limit (i w + Δi) is exceeded, the Schmitt trigger (S) switches over as usual. A downshift is not possible in the example of FIG. 4b, since the lower tolerance limit (i w - Δi) is negative and is therefore not reached. According to the invention, a pulse for resetting the integrators I is generated after each change in the sign of the setpoint i w and after each achievement of the upper tolerance limit by the pulse generator P. From this point in time, this integrates the difference i w - i x and causes the two-point controller to switch over via the comparator K 2 .
Claims (3)
- a) zunächst der zwischen Ausgangsklemme und positivem Anschluß der Gleichspannungsquelle liegende erste Schalter (S+) geschlossen wird,
- b) beim Erreichen einer oberen Toleranzgrenze, die aus dem Soll wert und der halben Toleranzbandbreite gebildet wird, der erste Schalter (S+) wieder geöffnet wird,
- c) durch dieses Schaltereignis ein Integrator (I), dem die Regel differenz (Stromsollwert minus Stromistwert) am Eingang zuge führt wird, mit dem Anfangswert Null gestartet wird,
- d) beim erneuten Erreichen des Wertes Null am Ausgang des Integra tors der erste Schalter (S+) wieder eingeschaltet wird,
- e) die folgenden Schalterereignisse weiter abwechselnd vom Errei chen der oberen Toleranzgrenze und vom Erreichen des Integra torausgangswertes Null gesteuert werden,
- a) the first switch (S +) between the output terminal and positive connection of the DC voltage source is closed,
- b) when an upper tolerance limit, which is formed from the target value and half the tolerance bandwidth, is reached, the first switch (S +) is opened again,
- c) this switching event starts an integrator (I), to which the control difference (current setpoint minus actual current value) is supplied at the input, with the initial value zero,
- d) when the value zero is reached again at the output of the integrator, the first switch (S +) is switched on again,
- e) the following switch events are alternately controlled by reaching the upper tolerance limit and reaching the integer gate output value zero,
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