DE3239202C2 - Wechselrichter in Brückenschaltung für einen Drehstrommotor - Google Patents

Abstract

Steuereinrichtung für einen Wechselstrommotor, enthaltend eine elektrisch gekoppelte Einheit (2) zur Einstellung von Phasenströmen, eine Einheit (6) von Phasenreglern, eine Speichereinheit (10), eine Steuereinheit (13), einen Drehstrom-Wechselrichter (14) in Brückenschaltung, der an eine Gleichspannungsquelle (15) und an einen Wechselstrommotor (1) angeschlossen ist. Die vorliegende Einrichtung weist auch Stromgeber (17, 18) für zwei Phasen, die mit einem Funktionswandler (16) für Oberschwingungen der Phasenströme verbunden sind, der mit Rückführungseingängen (19, 20) der Einheit (6) der Phasenregler und mit einem Former (22) für ein Stromrückführungssignal der dritten Phase gekoppelt ist. Der Ausgang des Formers (22) für ein Stromrückführungssignal der dritten Phase ist an einen Rückführungseingang (21) der Einheit (6) von Phasenreglern angeschlossen. In der Einrichtung gibt es auch eine Einheit (11) zur Analyse von Zuständen der Phasenregler, die an die Speichereinheit (10) und an die Einheit (6) von Phasenreglern gekoppelt ist.

Description

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einzelnen Phasen durch Schaltregler den Sollwerten sind. Die Phasenausgänge 7,8,9 der Schaltregler 6 sind nachgeführt wird. Hierbei wird jedoch die Regelschwin- mit den zugeordneten Phaseneingängen einer Speichergung durch die Hysterese der Regler erzeugt und in einheit 10 und einer Koinzidenzschaltung 11 gekoppelt, ihrer Frequenz festgelegt Im Grunddrehzahlbereich deren Ausgang mit einem Steuereingang 12 der Speigreift der Regler nicht ein. 5 chereinheit 10 verbunden ist Die Ausgänge der Spei-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- cheremheit 10 sind über eine Steuereinheit 13 an die steht darin, den Wechselrichter in Brückenschaltung für Steuereingänge eines Drehstrom-Wechselrichters 14 in einen Drehstrommotor der angegebenen Gattung der- Brückenschaltung angeschlossen, der über Speiseschieart zu verbessern, daß die Regelgenauigkeit erhöht, die nen mit einer Gleichspannungsquelle 15 und dessen Schaltfrequenz stabilisiert und Unregelmäßigkeiten in io Ausgänge mit den Statorwicklungen des Drehstrommoder Schaltfoige vermieden werden könnea tors I verbunden sind.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch Die Einrichtung enthält ferner ein Verzögerungsglied

16 mindestens zweiter Ordnung für die Schaltfrequenz

1. ein Verzögerungsglied mindestens zweiter Ord- der Phasenströme, dessen Eingänge an die Ausgänge nung im Stroin-Istwertkanal, 15 von Stromgebern 17, 18 für zwei Phasen und dessen

2. eine vergleichsweise geringe oder gar keine Hyste- Ausgänge an die ersten zwei Rückführungseingänge 19, rese der Schaltregler, 20 der Schaltregler 6 angeschlossen sind. Der dritte

3. eine den Reglern nachgeschaltete Speichereinheit, Rückführungseingang 21 der Schaltregler 6 ist an den die die Reglerbefehie für eine vorgegebene Zeit Ausgang eines Umformers 22 für einen Stromrückfühspeichertund 20 rungssignal der dritten Phase angeschlossen, dessen

4. eine Einheit, die die Weitergabe der Reglerbefehle Eingänge mit den Ausgängen des Verzögerungsgliedes an die Speichereinheit bei Koinzidenz aller Regler- 16 für die Schaltfrequenz der Phasenströme verbunden befehle verhindert sind.

Der Sollwertgeber 2 zur Einstellung von Phasenströ-

Besonders vorteihafte Ausgestaltungen und Weiter- 25 men enthält Elemente 23,24 zur Einstellung der Ströme

bildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- der ersten zwei Phasen und einen Umformer 25 zur

Sprüchen. Einstellung des Stromes der dritten Phase, dessen erster

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Aus- und zweiter Eingang jeweils an die Ausgänge der EIe-

führungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung nä- mente 23,24 zur Einstellung der Ströme der ersten zwei

her erläutert Es zeigt 30 Phasen angeschlossen sind. Die Schaltregler 6 enthalten

F i g. 1 das Blockschaltbild eines erfindungsgemäBen drei Phasenregler 26,27,28, deren Steuereingänge und Wechselrichters für einen Drehstrommotor mit einer Ausgänge jeweils als Steuereingänge 3,4,5 und Phasen-Frequenzstabilisierung für die Schaltfrequenz der Pha- ausgänge 7,8,9 der Schaltregler 6 auftreten. Der Rücksenströme, führungseingang jedes Phasenreglers 26, 27, 28 ist mit

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen 35 dem entsprechenden Rückführungseingang 19, 20, 21

Wechselrichters für einen Drehstrommotor mit einer der Schaltregler 6 verbunden.

Spannungsstabilisierung für den Sternpunkt des Dreh- Der Wechselrichter für einen Drehstrommotor zur

strommotors, Spannungsstabilisierung des Sternpunktes des Drch-

F i g. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e — Zeitdiagramme für Signale an strommotors 1 enthält alle Einheiten, die den in F i g. 1

den Ein- und Ausgängen der Elemente des erfindungs- 40 aufgezählten analog sind und außerdem ein Meßglied 29

gemäßen Wechselrichters für einen Drehstrommotor (F i g. 2) für den Sternpunkt, dessen erste drei Eingänge

mit der Frequenzstabilisierung für die Schaltfrequenz 30,31,32 mit den Ausgängen des Drehstrom-Wechsel-

der Phasenströme, richters 14, dessen vierter und fünfter Eingang 33,34 mit

F i g. 4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen den Speiseschienen der Gleichspannungsquelle 15 ver-

Speichereinheit, 45 bunden sind und dessen Ausgang an eine Anpaß- und

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer Koinzidenzschaltung, Glättungsstufe 35 für die Spannung am Sternpunkt des

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines Verzögerungsgliedes Drehstrommotors angeschlossen ist, dessen Ausgang 36

für die Schaltfrequenz der Phasenströme: mit zusätzlichen Rückführungs- oder Istwerteingängen

der Schaltregler 6 verbunden ist.

a) in dem erfindungsgemäßen Wechselrichter für ei- 50 Die Zeitdiagramme für Signale an den Ein- und Ausnen Drehstrommotor mit Frequenzstabilisierung gangen der Elemente des Wechselrichters sind in der Schaltfrequenz der Phasenströme, F i g. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e dargestellt; es bedeuten: /^'-Signal

b) in dem erfindungsgemäßen Wechselrichter für ei- zur Einstellung des Phasenstroms am Ausgang des EIenen Drehstrommotor mit der Spannungsstabilisie- mentes 23 zur Stromeinstellung; /U-Strom in der Phase rung für den Mittelanschluß des Drehstrommotors, 55 A der Statorwicklung des Drehstrommotors; ü**-Pha-

senstrom-Istwertsignal am Rückführungseingang 19 des

F i g. 7 ein Blockschaltbild eines Umformers für ein Phasenreglers 26; 5-Signal am Ausgang des Phasenreg-

Strom-Istwertsignal der dritten Phase, lers 26; f-Zeit

F i g. 8 eine elektrische Schaltung eines Spannungs- Die Speichereinheit 10 enthält D-Flip-Flops 37,38,39

messers für den Sternpunkt des Drehstrommotors, 60 (F i g. 4), deren Steuereingänge und Ausgänge jeweils

■ ; g. J c:nc cicictnscnc i>cna;tung einer Anpaii- und sis tin- und Ausgange der i>peicrisreip.r.s:t ϊίί äüitretsn.

Glättungsstufe für die Spannung am Sternpunkt des Die Takt-Impulseingänge der D-Flip-Flops 37, 38, 39

Drehstrommotors. sind an den Ausgang eines UND-Gatters 40 angeschlos-

Der Wechselrichter für einen Drehstrommotor 1 sen, dessen erster Eingang als Steuereingang 12 der

(Fig. 1) mit der Frequenzstabilisierung für die Schalt- 65 Speichereinheit 10dient und dessen zweiter Eingang an

frequenz der Phasenströme enthält eine Einheit 2 zur den Ausgang des Taktgenerators mit einer hohen Fre-

Einstellung von Phasenströmen, deren Ausgänge an die quenz /angeschlossen ist, der in den Schaltungen nicht

Steuereingänge 3,4,5 der Schaltregler 6 angeschlossen gezeigt ist.

Die Koinzidenzschaltung 11 enthält UND-Gatter 41 (F i g. 5), 42, ein ODER-Gatter 43 und Inverter 44,45,46, 47. Die Eingänge des UND-Gatters 41 und der Inverter 44, 45, 46 sind an entsprechende Phaseneingänge der Koinzidenzschaltung, die Ausgänge der UND-Gatter 41, 42 an die Eingänge eines ODER-Gatters 43 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Inverter 47 verbunden ist. Der Ausgang des Inverters 47 dient als Ausgang der Koinzidenzschaltung 11. Die Ausgänge der Inverter 44, 45, 46 sind an die Eingänge des UND-Gatters 42 gelegt.

Das Verzögerungsglied 16 für Schaltfrequenzen der Phasenströme enthält zwei Glieder 48 (Fig.6a) zur

Phasenverschiebung um einen Winkel von -γ für Schailfrequenzen der Phasenströme, deren Ein- und Ausgänge jeweils als Ein- und Ausgänge des Verzögerungsgliedes 16 für Schaltfrequenzen der Phasenströme auftreten. Die Glieder 48 zur Phasenverschiebung können beispielsweise aus zwei in Reihe liegenden RC-Kreisen ausgeführt werden, die sich aus Widerständen 49 und Kondensatoren 50 zusammensetzen.

Das Verzögerungsglied 16 für Schaltfrequenzen der Phasenströme in Verbindung mit der Spannungsstabilisierung für den Sternpunkt des Drehstrommotors enthält zwei Elemente 51 (F i g. 6b) zur porportionalen Umwandlung, deren Ein- und Ausgänge jeweils als Ein- und Ausgänge des Verzögerungsgliedes 16 für Schaltfrequenzen der Phasenströme fungieren.

Der Umformer 22 für ein Strom-Istwertsignal der dritten Phase enthält einen Summator 52 (F i g. 7) und einen Inverter 53.

Das Meßglied 29 für den Sternpunkt des Drehstrommotors 1 enthält Widerstände 54,55,56 (F i g. 8), deren eine Anschlüsse die Eingänge 30, 31, 32 des Meßglieds für den Sternpunkt des Drehstrommotors 1 bilden und deren andere Anschlüsse zusammengeschaltet sind und den Ausgang des Meßglieds 29 bilden. Das Meßglied 29 für den Sternpunkt des Drehstrommotors 1 weist auch einen ohmschen Spannungsteiler 57 auf, dessen Anschlüsse die Eingänge 33, 34 des Meßglieds 29 für den Sternpunkt des Drehstrommotors 1 bilden und dessen Mittelabgriff 58 mit einer Nullpunktklemme des gesamten Wechselrichters für einen Drehstrommotor verbunden ist. Der ohmsche Spannungsteiler 57 besteht aus Widerständen 59 und Kondensatoren 60.

Die Anpaß- und Glättungsstufe 35 für die Spannung am Sternpunkt des Drehstrommotors stellt ein mehrstufiges Filterpaar, das aus Widerständen 61 (F i g. 9), 62 und Kondensatoren 63, 64 zusammengesetzt ist Die ersten Anschlüsse der Widerstände 61,62 und des Kondensators 64 sind zusammen an den Ausgang 36 der Anpaß- und Glättungsstufe 35 für die Spannung am Sternpunkt des Drehstrommotors angeschaltet Der zweite Anschluß des Widerstandes 62 und des Kondensators 64 ist zusammen und an den ersten Anschluß des Kondensators 63 geschaltet. Die zweiten Anschlüsse des Widerstandes 61 und des Kondensators 63 sind zusammen an den Mittelabgriff 58 des Meßglieds 29 für den Sternpunkt des Drehstrommotors und an die Nullpunktklemme des gesamten Wechselrichters angeschaltet

Der Wechselrichter für einen Drehstrommotor 1 (F i g. 1) arbeitet wie folgt Die Erzeugung der Phasenströme des Drehstrommotors 1 (Fig. 1) erfolgt durch einen beispielsweise transistorisierten Drehstrom-Wechselrichter 14 in Brückenschaltung entsprechend den Informationen, die von den Ausgängen der Phasenregler 26,27,28 kommen. Die Sollwerte der Phasenströme für die Phasenregler 26,27 greifen von den Ausgängen der Elemente 23,24 zur Einstellung der Ströme der ersten zwei Phasen ein, während der Sollwert für den Phasenregler 28 vom Ausgang des Umformers 25 zur Einstellung des Stromes der dritten Phase ankommt, in dem die bekannten Phasenumwandlungen der Ausgangssignale der Elemente 23,24 der Ströme der ersten zwei Phasen vorgenommen werden. Hierbei wird in

ίο dem Sollwertgeber 2 zur Einstellung der Phasenströme eine genauere Formierung des erforderlichen Drehstromsystems für Sollwerte gegenüber der Schaltung gewährleistet, in der einzelne Einsteller in jeder Phase eingesetzt werden.

Die Istwertsignale für die Phasenregler 26, 27 kommen über das Verzögerungsglied 16 für Schaltfrequenzen der Phasenströme von den Ausgängen der Istwertgeber 17,18 an, während das Istwertsignal für den Phasenregler 28 vom Ausgang des Umformers 22 für ein Stromistwertsignal der dritten Phase eintrifft, in dem sich die bekannten Umwandlungen der Ausgangssignale der zwei Phasen des Verzögerungsgliedes 16 in ein Signal der dritten Phase vollziehen. Hierbei wird eine genauere Formierung des Drehstromsystems für Istwertsignale gegenüber der Schaltung gewährleistet, in der die Stromgeber in jeder Phase zum Einsatz gelangen. In jedem der Phasenregler 26, 27, 28 werden eine entsprechende Phasenvorgabe bzw. Sollwert und ein Rückführungssignal bzw. Istwertsignal verglichen. Nach Erhalt der Vergleichsergebnisse werden an den Ausgängen der Phasenregler 26,27,28 (an den Ausgängen 7,8, 9 der Schaltregler 6) Signale erzeugt, deren Größen zwei logische Pegel — »1« oder »0« — entsprechen. In die Speichereinheit 10 mit den D-Flip-Flops 37 (F i g. 4), 38, 39 werden laufende Zustände der Phasenregler 26 (Fig. 1), 27, 28 eingetragen, wo sie auf der Grundlage der Taktimpulse des Generators gespeichert werden, die mit einer Frequenz / aufeinander folgen, die die Frequenz der erzeugten Phasenströme des Drehstrommotors 1 um ein Vielfaches übertrifft

Die Änderung der Zustände der D-Flip-Flops 37 (F i g. 4), 38, 39 erfolgt entsprechend Signalen, die von den Ausgängen der Phasenregler 26 (F i g. 1), 27,28 bei Eintreffen von Taktimpulsen an den Taktimpulseingängen ankommen.

Die Ausgangssignale der D-Flip-Flops 37 (F i g. 4), 38, 39 der Speichereinheit 10 gelangen an die Eingänge einer Steuereinheit 13 (F i g. 1), in der alle diese Signale in Steuersignale für zwei entsprechende Schalter des Drehstrom-Wechselrichters 14 verwandelt werden, die mit einem der Anschlüsse einer Last verbunden sind. Hierbei definiert ein Signalpegel am Ausgang des Phasenreglers 26,27,28 den leitenden Zustand beispielsweise des oberen Schalters des Wechselrichters 14 und der andere Pegel den leitenden Zustand des unteren Schalters des Wechselrichters 14. Die Steuereinheit 13 kann beispielsweise in einer in einem Buch (V. N. Brodovski, E. S. Ivanov, »Antriebe mit Frequenz-Stromsteuerung«, Moskau, Verlag »Energija«, 1974, S. 109 bis 124) dargestellten bekannten Schaltung ausgeführt werden.

Die Sicherung der Gleichmäßigkeit der Umschaltung der (nicht eingezeichneten) Schalter des Drehstrom-Wechselrichters 14 in Brückenschaltung, speziell die Elimination einer Betriebsart, bei der sich die drei oberen an einer Speiseschiene anliegenden Schalter oder die drei unteren an der anderen Speiseschiene anliegenden Schalter als offen für eine unbestimmte Zeit erweisen können, geschieht in der Einrichtung mit Hilfe der Koin-

zidenzschaltung 11 und der Speichereinheit 10.

In der Koinzidenzschaltung 11 erfolgt eine Analyse der Ausgangssignale der Phasenregler 26, 27, 28. Die Signale des einen Pegels werden mit Hilfe des UND-Gatters 41 (F i g. 5) und die des anderen Pegels mit Hilfe der Inverter 44, 45,46 und des UND-Gatters 42 analysiert. Bei Koinzidenz der Pegel der Ausgangssignale der Phasenregler 26 (F i g. 1), 27,28 (beispielsweise sind alle Signale im Einszustand) wird am Ausgang des UND-Gatters 41 (F i g. 5) ein 1-Signal erzeugt. Bei Koinzidenz mit anderem Pegel der Ausgangssignale der Phasenregler 26 (F i g. 1), 27,28 (beispielsweise sind alle Signale im Nullzustand) liegt am Ausgang des UND-Gatters 42 (Fig.5) ein 1-Signal vor. Die Ausgangssignale der UND-Gatter 41, 42 gelangen an die Eingänge des ODER-Gatters 43. Bei Vorhandensein des 1-Signals am Ausgang des UND-Gatters 41 oder des UND-Gatters 42 tritt am Ausgang des ODER-Gatters 43 ein 1-Signal und dementsprechend am Ausgang des Inverters 47 ein O-Signal auf.

Das Signal vom Ausgang des Inverters 47 der Koinzidenzschaltung 11 gelangt an den Steuereingang 12 (F i g. 4) der Speichereinheit 10, der einen der Eingänge des UND-Gatters 40 darstellt. Bei Vorliegen eines 0-Signals am Steuereingang 12 bleiben die Taktimpulse der Frequenz /an den Takt-Impulseingängen der D-Flip-Flops 37,38,39 aus. In diesem Fall ändern die genannten D-Flip-Flops 37,38,39 ihre Zustände nicht, und an den Eingängen der Steuereinheit 13 (F i g. 1) treffen Signale ein, die im vorhergehenden Intervall auftraten, wo die Signale an den Ausgängen der Phasenregler 26,27,28 in den Pegeln nicht koinzidierten.

Mit der Einführung der Speichereinheit 10 und der Koinzidenzschaltung 11 wird also die Betriebsart zur gleichzeitigen Einschaltung aller oberen an einer Speiseschiene oder aller unteren an der anderen Speiseschiene anliegenden Schalter des Drehstrom-Wechselrichters 14 in Brückenschaltung eliminiert, was dem Vorliegen der Signale des einen Pegels an den Ausgängen der Phasenregler 26, 27, 28 entspricht. Dadurch werden in der Einrichtung eine gleichmäßige Umschaltung der Schalter des Drehstrom-Wechselrichters 14 in Brückenschaltung auf einer hohen Frequenz und eine Erhöhung der Genauigkeit der Erzeugung der Grundschwingungen der Phasenströme in den Statorwieklungen des Drehstrommotors 1 in verschiedenen Betriebszuständen erreicht

Die Erhöhung der Genauigkeit der Erzeugung der Grundschwingungen der Phasenströme in der Statorwicklung des Drehstrommotors 1 hängt auch mit Stabilisierungsmaßnahmen für die Schaltfrequenz in verschiedenen Betriebszuständen zusammen. Zu diesem Zweck verwirklicht das Verzögerungsglied 16 für Schaltfrequenzen der Phasenströme in der Steuereinrichtung für einen Drehstrommotor eine derartige Um-Wandlung der Ausgangssignale der Stromistwertgeber 17, 18, bei der deren Grundschwingungen ohne Änderung bleiben, während deren Schaltfrequenzen nach der

Phasenlage um einen Winkel von -^- mit Hilfe der Glieder 48 (Fig.6a) zur Phasenverschiebung verschoben werden.

Da die Frequenz der Schaltfrequenzen der Phasenströme höher als die Grundfrequenz liegt, so liegt praktisch bei der Einführung der genannten RC-Kreise keine Phasenverschiebung in den Grundschwingungen der Phasenströme vor.

Bei der Ausführung des Verzögerungsgliedes 16 werden die Phasenregler 26 (Fig. 1), 27, 28 gemäß dem oben gesagten mit Relaiskennlinien ausgeführt. Zur Erhöhung der Störsicherheit weisen die genannten Phasenregler 26, 27 28 eine kleine Hysteresiszone auf, die Prozentbruchteile vom Pegel des Ausgangssignals beträgt.

Nun wird die Wirkung der Stromrückkoppelung in der Phase A in dem Wechselrichter für einen Drehstrommotor bei Vorhandensein der Glieder 48 (F i g. 6a)

zur Phasenverschiebung um einen Winkel von ■—- im

Verzögerungsglied 16 und bei der Ausführung der Phasenregler 26 (Fig. 1), 27, 28 mit den Relaiskennlinien betrachtet. Es wird auf die Betriebsart eines abgebremsten Drehstrommotors 1 eingegangen, wenn die EMK fehlt und der Wirkwiderstand der Statorwicklung gleich Null gesetzt wird.

Bei der Einschaltung der Einrichtung gelangt vom Ausgang des Elementes 23 zur Stromeinstellung auf einen Eingang des Phasenreglers 26 ein konstantes Signal i_A* (Fig.3a) zur Einstellung des Phasenstroms. Das Stromistwertsignal U** (Fig.3c) ist zu dieser Zeit gleich Null. Am Ausgang des Phasenreglers 26 (F i g. 1) wird z. B. ein 1-Signal 5(Fig. 3e) erzeugt, das eine derartige Betätigung der Schalter des Wechselrichters 14 (F i g. 1) definiert, bei der der Strom i'a (F i g. 3b) in der Phase A ansteigt. Das dem Strom U (F i g. 3b) entsprechende Signal vom Ausgang des Stromistwertgebers 17 (Fig. 1) gelangt auf einen Eingang des Verzögerungsgliedes 16 (F i g. 1) und wird in ein Signal i_A** (F i g. 3c) umgesetzt, in dem die Schaltfrequenz eine Phasenverschiebung von -γ- erfährt.

Im Phasenregler 26 (Fig. 1) werden das Sollwertsignal ja* (F i g. 3a) und das umgesetzte Signal U** verglichen. In dem Zeitpunkt t\, wo das Ergebnis des genannten Vergleiches gleich Null (Ία*—Ία** = 0) ist, ändert sich das Signal S am Ausgang des Phasenreglers 26 (F i g. 1) (wird beispielsweise gleich Null), was die Schalter des Wechselrichters 14 in der Weise umschalten läßt, daß der Strom Ία (F i g. 3b) abzufallen beginnt.

Wegen einer durch ein Glied 48 (F i g. 6a) zur Phasenverschiebung verursachten Verzögerung wird das Signal Ia** (F i g. 3c) nach Ablauf der Zeit ii weiter ansteigen und erst nachher abfallen, um zum Zeitmoment ti wieder gleich dem Signal Ία* zu werden. In diesem Moment wird sich das Signal S am Ausgang des Phasenreglers 26 (F i g. 1) wieder ändern (wird gleich Eins werden), was erneut zur Umschaltung der Schalter des Wechselrichters 14 und zum Anstieg des Stroms Ία (Fig.3b) führen wird.

Im weiteren wiederholen sich die Vorgänge. Wegen der durch das Glied 48 (Fig.6a) zur Phasenverschiebung des Verzögerungsgliedes .16 (F i g. 1) verursachten Verzögerung entstehen also \m-Regelkreis des Stroms Ία (Fig.3) Selbstschwingungen;" Hierbei enthält der Strom in der Phase A der Statorwicklung eine (glatte) Grundschwingung, die von der Vorgabe Ία* abhängt und eine Oberschwingung, deren Amplitude von der Frequenz der Dauerschwingungen abhängt

In der Einrichtung erfolgt eine löpntrolle des Nulldurchganges durch die Ergebnisse dies Vergleichs des Sollwertes i_A* mit dem umgewandelten Strom i_A**· Hierbei wird die Größe der Abweichung des Stroms i_A vom Sollwert nicht überwacht, sondern sie bildet sich automatisch in Abhängigkeit von der Frequenz der Selbstschwingungen und der Induktivität im Phasenstromkreis aus. Die Frequenz der Selbstschwingungen

wird durch die Parameter des Verzögerungsgliedes 16 (Fig. 1) bestimmt, die unter der Bedingung gewählt werden, eine Phasenverschiebung um einen Winkel von

-=- auf der erforderlichen Schaltfrequenz der Schalter

des Wechselrichters zu sichern.

Die Wirkung der Stromrückkoppelungen in den anderen Phasen des Drehstrommotors ist analog der betrachteten.

Dank dem Vorhandensein der Glieder 48 zur Phasenverschiebung um -γ im Verzögerungsglied 16 und der Ausführung der Phasenregler 26,27,28 mit den Relaiskennlinien in den Regelkreisen der Phasenströme des Drehstrommotors 1 wird also die Schaltfrequenz unabhängig von den Betriebsarten des Elektro-Drehstrommotors stabil gehalten und durch die Parameter der Glieder 48 zur Phasenverschiebung bestimmt

Neben der Einführung von Maßnahmen zur Elimination der Betriebsarten des Wechselrichters 14 mit drei offenen oberen und drei offenen unteren Schaltern bestimmt die Frequenzstabilität der Schaltfrequenzen der Phasenströme eine höhere Gleichmäßigkeit der Umschaltung der Schalter des Wechselrichters 14 und eine hohe Genauigkeit der Formierung der Grundschwingungen der Phasenströme in der Statorwicklung des Drehstrommotors 1 unabhängig von dessen Betriebsarten.

Die Erhöhung der Genauigkeit der Formierung der Grundschwingungen der Phasenströme in der Statorwicklung des Drehstrommotors 1 kann auch durch Maßnahmen erreicht werden, die eine Spannungsstabilisierung für den Sternpunkt des Drehstrommotors 1 vorsehen.

In der Steuereinrichtung für einen Drehstrommotor wird die genannte Stabilisierung mit Hilfe des eingeführten Meßglieds 29 (Fig.2) für den Sternpunkt des Drehstrommotors und der Anpaß- und Glättungsstufe 35 für die Spannung am Sternpunkt des Drehstrommotors verwirklicht

Hierbei vollzieht das Verzögerungsglied 16 eine proportionale Umwandlung der Ausgangssignale der Stromistwertgeber 17,18, während jeder der Phasenregler 26,27,28 mit einer Kennlinie vom Typ einer Hysteresis ausgeführt ist, bei der die Breite der Schleife 5 bis 10% des Maximalwerts des eingestellten Stroms in der Phase des Drehstrommotors 1 beträgt

Den ersten drei Eingängen 30, 31,32 des Meßglieds 29 für den Sternpunkt des Drehstrommotors werden Phasenspannungen vom Ausgang des Wechselrichters 14 zugeführt An den Eingängen 33,34 des Meßglieds 29 wird eine Speisespannung von der Gleichspannungsquelle 15 eingespeist

Die Spannungsmessung am Sternpunkt des Drehstrommotors 1 erfolgt im Meßglied 29 in bezug auf ein Nullpotential der Einrichtung. Bei Vorhandensein eines Signals am Ausgang des Meßglieds 29 wird beispielsweise bei einer gleichzeitigen öffnung aller oberen oder aller unteren Schalter des Wechselrichters 14 am Ausgang des Meßglieds 29 ein Abweichungssignal erzeugt das in der Anpaß- und Glättungsstufe 35 für die Spannung am Sternpunkt in ein Korrektursignal umgesetzt wird, das an den zusätzlichen Rückführungseingängen der Schaltregler 6 von Phasenreglern eintrifft Die hierbei an den Ausgängen der Phasenregler 26,27,28 gebildeten Signale sorgen für eine solche Umschaltung der Schalter des Wechselrichters 14, bei der die gleichzeitige öffnung der an einer Speiseschiene anliegenden Schalter ausgeschlossen wird. Die Abarbeitung der Spannungsabweichung am Sternpunkt des Drehstrommotors trägt zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Umschaltung der Schalter des Wechselrichters 14 bei, wodurch die Genauigkeit der Formierung der Grundschwingungen der Phasenströme in der Statorwicklung des Drehstrommotors 1 erhöht wird.

Im Meßglied 29 sind die ersten drei Eingänge 30,31, 32 an die ersten Anschlüsse der Widerstände 54 (F i g. 8), 55,56 gelegt. Die zweiten Anschlüsse der Widerstände 54,55,56 sind in einem gemeinsamen Punkt zusammengeschaltet. Die Spannungsmessung am Sternpunkt des Drehstrommotors 1 erfolgt in bezug auf den Mittelabgriff 58 des Spannungsteilers 57, der mit den Außenanis Schlüssen an die Speiseschienen der Gleichspannungsquelle 15 gelegt ist Der Mittelabgriff 58 des Spannungsteilers 57 liegt am Nullpotential des gesamten Wechselrichters.
Die Anpaß- und Glättungsstufe 35 für die Spannung am Sternpunkt des Drehstrommotors, in Gestalt eines mehrstufigen Filters mit den Widerständen 61 (Fig.9), 62 und den Kondensatoren 63,64 löst folgende Aufgaben.
Die erste Aufgabe hängt mit der Abtrennung einer durch die ständig wirkenden Fehler der Einrichtung, beispielsweise durch die Fehler der Einstellung und Messung der Phasenströme bestimmten Gleichstromkomponente in dem vom Ausgang des Meßglieds 29 (F i g. 2) für den Sternpunkt des Drehstrommotors abgegriffenen Abweichungssignal zusammen.

Der statische Übertragungsfaktor für die genannte Komponente wird durch das Verhältnis der Werte der Widerstände 54 (F i g. 8), 55,56 und des Wertes des Widerstandes 61 (F i g. 9) festgelegt und ausgehend von der erforderlichen Genauigkeit der Kompensation der Gleichkomponente und dem benötigten Minimalwert der Spannung am Widerstand 61 gewählt. So muß das Größenverhältnis bei einer Speisespannung von = 200 V der Gleichspannungsquelle 15, bei einer erforderliehen Genauigkeit der Kompensation der Gleichkomponente vonl % in bezug auf U/2 und bei einer Mindestspannung am Widerstand 61 von 0,5 V wie folgt

/?54 = Λ55 = /?56 = 3./?61

liegen.

Der Lastwiderstand der Anpaß- und Glättungsstufe 35 (F i g. 2) wird viel höher als Re\ gewählt. Hierbei wird am zusätzlichen Rückführungseingang eines jeden der Phasenregler 26,27,28 ein Signal erzeugt das z. B. einer 5 bis 10%igen Abweichung vom Maximalwert des Phasenstroms entspricht

Die zweite Aufgabe wird mit der Notwendigkeit verbunden, diejenige Komponente im Abweichungssignal am Ausgang des Meßglieds 29 zu unterdrücken, die durch die Umschaltung der Schalter des Wechselrichters 14 bei einer maximal möglichen Drehzahl des Drehstrommotors 1 bestimmt wird und die sich mit einer Kreisfrequenz a>=3a>_max ändert worin n)_max— eine ma· ximale Kreisfrequenz der Phasenströme im Drehstrommotor 1 ist
Davon ausgehend, werden beispielsweise gewählt

< A₆₂, A₆₂ < A₆

-63

Die dritte Aufgabe ist mit der Notwendigkeit verbunden, ein Abweichungssignal am Ausgang des Meßglieds

11

29 bei gleichzeitiger Öffnung der drei oberen an einer Speiseschiene anliegenden Schalter oder der drei unteren an der anderen Speiseschiene anliegenden Schalter des Wechselrichters 14 schnell erscheinen zu lassen.

Die Parameter des aus dem Widerstand 62 (F i g. 9) und dem Kondensator 64 aufgebauten Hochpaßfilters werden in Übereinstimmung mit der Durchlaßfrequenz λ eines Systems gewählt, das auf der Basis der vorliegenden Steuereinrichtung für einen Drehstrommotor aufgebaut ist. Hierbei wird beispielsweise

«62 > 4k ■ ¹

10 λ-CiA

gewählt.

Die Einführung eines Spannungsstabilisierungskreises für den Sternunkt des Drehstrommotors 1 (F i g. 2) in die Steuereinrichtung trägt also zu einer gleichmäßigen Umschaltung der Schalter des Wechselrichters 14 bei Nieder- und Hochfrequenzen bei.

In der Steuereinrichtung für einen Drehstrommotor nach Fig.2 werden neben den Maßnahmen zur programmgemäßen Eliminierung der mit Hilfe der Speichereinheit 10 und der Koinzidenzsschaltung 11 realisierten Betriebsarten des Wechselrichters 14 mit drei leitenden, an einer Speiseschiene anliegenden Schaltern durch die Einführung des Spannungsstabilisierungskreises für den Sternpunkt des Drehstrommotors 1 eine höhere Gleichmäßigkeit der Umschaltung der Schalter des Wechselrichters 14 und eine hohe Genauigkeit der Erzeugung der Grundschwingungen der Phasenströme in der Statorwicklung des Drehstrommotors 1 erreicht.

Die vorliegende Erfindung gestattet es also, die Genauigkeit der Erzeugung der Grundschwingungen der Phasenströme in der Statorwicklung des Drehstrommotors 1 durch Sicherung der Gleichmäßigkeit und durch Erhaltung einer hohen Schaltfrequenz für die gesteuerten Schalter des Wechselrichters 14 und durch Erhöhung der Genauigkeit der Erzeugung der Stromrückführungssignale zu steigern. Hierbei wird die Regeigenauigkeit für das Wellenmoment des Drehstrommotors erhöht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

45

50

55

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Claims (4)

1 2 Phasenreglern für Signale, die von den Ausgängen der Patentansprüche: Einheit zur Einstellung von Phasenspannungen und vom Sägezahnspannungsgenerator eintreffen. In dieser be- !. Wechselrichter in Brückenschaltung für einen kannten Einrichtung wird keine hohe Genauigkeit bei Drehstrommotor, bei dem Phasenströme einzeln 5 der Erzeugung von Phasenströmen in der Statorwickdurch Schaltregler auf vorgegebene Sollwerte ein- lung des Wechselstrommotors gewährleistet, weil die geregelt werden, gekennzeichnet durch Größen der Phasenströme vom Widerstand der jeweili gen Phasen abhängig sind.

1. ein Verzögerungsglied (16) mindestens zweiter Es ist ferner eine Steuereinrichtung für einen Wech-Ordnung im Strom-Istwertkanal, io selstrommotor — ein Wandler zur Speisung einer Dreh-

2. eine vergleichsweise geringe oder gar keine stromJast — bekannt, die eine Einheit zur Einstellung Hysterese der Schaltregler (6X von Phasenströmen enthält, deren Ausgänge über eine

3. eine den Reglern (6) nachgeschaltete Speicher- Einheit von Phasenreglern und eine Steuereinheit mit einheit (10), die die Reglerbefehle für eine vor- den Steuereingängen eines Drehstrom-Wechselrichters gegebene Zeit speichert, 15 in Brückenschaltung elektrisch verbunden sind, der über

4. eine Einheit (11), die die Weitergabe der Regler- Speiseschienen an eine Gleichspannungsquelle angebefehle an die Speichereinheit (10) bei Koinzi- schlossen und dessen Aasgänge mit den Statorwicklundenz alier Reglerbefehle verhindert. gen des Wechselstrommotors verbunden sind und beider Stromgeber für zwei Phasen, deren Ausgänge mit

2. Wechselrichter nach Anspruch 1 mit mindestens 20 den Rückführungseingängen der Einheit von Phasen-3 Phasen, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwert- reglern (siehe beispielsweise »Technische Kybernetik«, geber (2) und die Istwertgeber (17,18) jeweils für nur redigiert von V. V. Solodovnikov, Band »Einrichtungen zwei Phasen vorhanden sind, und die Signale für die und Elemente von Systmen der automatischen Steuedritte Phase durch Summation der anderen Phasen- rung und Regelung«, Heft 3, »Stellglieder und Servomesignale gewonnen werden. 2s chanisrr.en«, Verlag »Mashinostroenie«, Moskau, 1976,

3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, ge- S. 273,285) elektrisch gekoppelt sind,
kennzeichnet durch In der genannten Einrichtung sind die Phasenstrom-

regler in Form von Vergleichseinheiten für Spannungen

1. ein Meßglied (29), das die Potentialdifferenz ei- ausgeführt, die von den Ausgängen der Stromgeber und nes künstlichen Sternpunkts des Drehstrommo- 30 der Einheit zur Einstellung von Phasenströmen komtors gegenüber dem mittleren Potential zwi- men. Hier ist ein Folgeprinzip für einen vorgegebenen sehen positiver und negativer Zwischenkreis- Strom realisiert bei dem der Phasenstrom eine dem Gleichspannung feststellt, Sollwert entsprechende Grundschwingung und eine

2. eine dem Meßglied (29) nachgeschaltete An- Oberschwingung aufweist, die eine Abweichung des paß- und Glättungsstufe (35), deren Ausgangssi- 35 Phasenstroms von der Grundschwingung bestimmt, gnal den Stromreglern (6) als Korrektursignal Hierbei ist der Maximalwert der Oberschwingung ein zugeführt wird. Festwert, der durch die Parameter der Phasenstromreg-

ler bestimmt wird.

Bei der Arbeit eines phasenstromrückgekoppelten

40 Drehstrom-Wechselrichters in Brückenschaltung können für eine unbestimmte Zeit drei obere Schalter des

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter in Brük- Drehstrom-Wechselrichters, die an einer Speiseschiene kenschaltung für einen Drehstrommotor, bei dem Pha- anliegen, oder drei untere Schalter des Drehstromsenströme einzeln durch Schaltregler auf vorgegebene Wechselrichters, die an der anderen Speiseschiene anSollwerte eingeregelt werden. Ein derartiger Wechsel- 45 liegen, gleichzeitig leitend werden. Infolgedessen nimmt richter ist aus den BBC-Nachrichten, Dez. 1964, S. die Zeit für den Stromanstieg und-abfall in den Phasen 699—721, bekannt. zu und die Schaltfrequenz der Schalter des Drehstrom-

Der Wechselrichter kann zur Stromregelung der Pha- Wechselrichters in Brückenschaltung wird erniedrigt,

senströme bei Elektroantrieben von Vorschubeinrich- Hierbei erweist sich die Genauigkeit der Erzeugung der

tungen bei Metallbearbeitungsmaschinen verwendet 50 Grundschwingungen der Phasenströme als nicht hoch,

werden. was auch keine hohe Regelgenauigkeit der Ausgangs-

Es ist bereits eine Steuereinrichtung für einen Wech- parameter des Elektromotors, beispielsweise des WeI-

selstrommotor (siehe z. B. »Technische Kybernetik«, re- Ienmomentes, bestimmt.

digiert von V. V. Solodovnikov, Band »Einrichtungen Darüber hinaus führt die Ausnutzung von Stomge-

und Elemente von Systemen der automatischen Steue- 55 bern in jeder Phase, die mit eigenen unkontrollierbaren

rung und Regelung«, Heft 3, »Stellglieder und Servome- Fehlern behaftet sind, dazu, daß in den Rückkoppe-

chanismen«, Verlag »Mashinostroenie«, Moskau, 1976, lungskreisen Ströme erzeugt werden, die die Bedingun-

S. 272) bekannt, die eine Einheit zur Einstellung von gen eines symmetrischen Drehstromsystems für gemes-

Phasenspannungen enthält, deren Ausgänge über eine sene Ströme nicht erfüllen. Dies ist auch eine Ursache

Einheit von Phasenreglern und eine Steuereinheit mit 60 für die nicht hohe Genauigkeit der Erzeugung der

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schaltung verbunden sind, der mit den Statorwicklungen wicklung des Elektromotors.

des Wechselstrommotors gekoppelt ist. Diese bekannte Aus der Literaturstelle »BBC-Nachrichten«, Dezem-

Einrichtung enthält auch einen Sägezahnspannungsge- ber 1964, Seiten 699 — 721, ist ein geregelter Drehstromnerator, dessen Ausgänge an die Einheit von Phasenreg- 65 Umkehrantrieb mit gesteuertem Umrichter nach dem

lern angeschlossen sind und ferner Phasenstromgeber. Unterschwingungsverfahren bekannt, wobei bei einer

Die Erzeugung von Phasenspannungen erfolgt nach Schaltungsanordnung zur indirekten Flußführung durch

den Ergebnissen eines Vergleichs in der Einheit von Statorstromregelung der Maschine der Strom in den