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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Rückspeisen von
Energie, insbesondere eine Einrichtung zum Rückspeisen beim Verzögern eines
Motors anfallender induktiver elektromotorischer Energie in eine Energiequelle.
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Beim Verzögern eines Motors wird dieser als Generator betrieben und
dadurch eine Nutzbremsung mit Rückspeisung ausgeführt. Eine Einrichtung, um
dieses Nutzbremsen zu steuern, ist im allgemeinen als System zur
Stromrückgewinnung oder Einrichtung zur Rückspeisung von Energie bekannt. Nach einem
bekannten Stromrückspeisesystem fließt der Rückspeisestrom, nachdem der
Rückspeisestrom einer bestimmten Phase zu Null wird, in die nächste Phase.
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Fig. 10 zeigt den Zeitverlauf der Sperr-/Durchlaßzustände für die
Transistoren eines konventionellen Konverters, nämlich das Umschalten jeweils der
Transistoren Tr1 bis Tr6, entsprechend einer Änderung der Versorgungsspannung (Die
Schaltung dieses Konverters ist in Fig. 11 dargestellt). In Fig. 10 schalten die
Transistoren Tr1, Tr3 und Tr5 diejenige Phase der Dreiphasenversorgungsspannung
(Phasen R, S und T) ein, die das Potentialmaximum hat. Dementsprechend schalten
die Transistoren Tr2, Tr4 und Tr6 die Phase der beschriebenen dreiphasigen
Versorgungsspannung ein, die das Potentialminimum hat.
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Im einzelnen geht Transistor Tr1 in den Durchlaßzustand, wenn das Potential
der R-Phase das Maximum wird und sonst ist er im Sperrzustand. Dementsprechend
sind die Transistoren Tr3 und Tr5 in Durchlaßzustand, wenn die entsprechenden
Potentiale der S-Phase bzw. T-Phase maximal werden und sind sonst im
Sperrzustand.
Weiter wird der Transistor Tr2 auf Durchlaß geschaltet, wenn das Potential
der R-Phase minimal ist, sonst ist er im Sperrzustand. Dementsprechend gehen die
Transistoren Tr4 und Tr5 in den Durchlaßzustand, wenn das Potential der S- bzw.
der T-Phase das Minimum darstellen und sind sonst im Sperrzustand.
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Beispielsweise ist zwischen den Zeitpunkten t102 und t103 das Potential der
R-Phase das Maximum, das Potential der S-Phase das Minimum. Deshalb gehen die
Transistoren Tr1 und Tr4 in den Durchlaßzustand, die anderen Transistoren in den
Sperrzustand. Ebenso wird zwischen Zeit t103 und t104 das Potential der R-Phase
das Maximum und das Potential der T-Phase minimal. Deshalb sind die
Transistoren Tr2 und Tr6 im Durchlaßzustand und die anderen Transistoren im Sperrzustand.
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In diesem Fall wechselt zum Zeitpunkt t103 das Spannungsminimum von der
S-Phase zur T-Phase, so daß Transistor Tr4 in den Sperrzustand geht, während
Transistor Tr6 mit einer kurzen Zeitverzögerung Δt nach t102 in den
Durchlaßzustand wechselt. Ein solches Umschalten zwischen Sperr-Idurchlaßzustand findet zu
den Zeitpunkten t101, t102 ..., t109 statt.
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Fig. 11 bis 13 sind Schaltpläne, die den Fluß eines konventionellen
Rückspeisestromes zeigen; Fig. 11 zeigt den Fluß des Rückspeisestroms vor dem
Phasenwechsel, Fig. 12 zeigt den Rückspeisestrom beim Phasenwechsel und Fig. 13
zeigt den Fluß des Rückspeisestroms nach dem Phasenwechsel. In anderen Worten,
die Fig. 11 bis 13 zeigen den Fluß des Rückspeisestromes zwischen den Zeiten t102
und t103, den Fluß des Rückspeisestromes beim Zeitpunkt t103 bzw. den Fluß des
Rückspeisestroms zwischen den Zeiten t103 und t104, jeweils aus Fig. 10.
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Zuerst wird nun folgend der Aufbau der Schaltung des Konverters in Fig. 11
bis 13 erläutert. Die Transistoren Tr1 und Tr2 sind miteinander in Reihe geschaltet.
Im einzelnen ist der Emitter des Transistors 1 mit dem Kollektor des Transistors 2
verbunden und beide an der R-Phase einer Energiequelle 11 über eine Spule
(Induktivität) angeschlossen. Entsprechend sind Emitter des Transistors Tr3 und
Kollektor des Transistors Tr4 zusammen verbunden und an die S-Phase der
Energiequelle 11 über eine Spule (Induktivität) angeschlossen. Emitter des Transistors
Tr5 und Kollektor des Transistors Tr6 sind miteinander verbunden und an die T-
Phase der Energiequelle 11 über eine Spule (Induktivität) angeschlossen.
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Die Transistorenpaare Tr1 und Tr2, Tr3 und Tr4, sowie Tr5 und Tr6, die
untereinander in Reihe geschaltet sind, sind zusammen parallel geschaltet. Im
einzelnen sind die Kollektoren der Transistoren Tr1, Tr3 und Tr5 miteinander verbunden
und ein den Rückspeisestrom begrenzender Widerstand R sowie eine Diode D
liegen dazu parallel. Ebenso sind die Emitter der Transistoren Tr2, Tr4 und Tr6
zusammen verbunden. Ein Kondensators C liegt parallel zur Verbindung der
Tansistoren Tr2 und Tr1 und ist mit einem Anschluß an die Verbindung der Transistoren
Tr2, Tr4 und Tr6 angeschlossen. Der andere Anschluß des Kondensators C liegt am
Verbindungspunkt zwischen dem einen Anschluß des
Rückspeisestrombegrenzungswiderstands R und der Kathode der Diode D.
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Zusätzlich ist je eine Diode den Transistoren Tr1 und Tr2 parallel geschaltet;
z.B. ist die Kathode einer Diode D1 an den Kollektor des Transistors Tr 1 und die
Anode an den Emitter des Transistors Tr1 angeschlossen. Entsprechend sind Dioden
D2, D3, D4, D5 und D6 parallel den Transistoren Tr2, Tr3, Tr4, Tr5 und Tr6
geschaltet.
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Im folgenden wird der Fluß des Rückspeisestroms für jeden Zeitpunkt
beschrieben.
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Zuerst fließt ein aus der induktiven elektromotorischen Krafi beim Verzögern
des Motors (nicht dargestellt) herrührender Strom zu beiden Anschlüssen des
Kondensators C, weshalb sich das Potential an diesen beiden Anschlüssen des
Kondensators C erhöht. Nun sinkt das Potential derjenigen Phase der dreiphasigen
Versorgungsspannung der Energiequelle 11, die das Potentialmaximum hat, unter das
Potential an einem Anschluß des Kondensators C und das Potential derjenigen Phase
der dreiphasigen Versorgungsspannung der Energiequelle 11, die das minimale
Potential hat, wird größer als das Potential am anderen Anschluß des Kondensators c.
Dies resultiert in einer Potentialdifferenz zwischen der angeschlossenen
dreiphasigen Versorgungsspannung und dem Kondensator C. Darüber hinaus werden die
Transistoren auf Durchlaß geschaltet und dadurch ein Rückspeisestrom aus dem
Kondensator C in die Energiequelle 11 erzeugt. Der durch diesen Effekt erzeugte
Rückspeisestrom wird im folgenden als "Rückspeisestrom beim Abbremsen"
bezeichnet.
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In Fig. 11 fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen als Phasenstrom IR
durch den Rückspeisestrombegrenzungswiderstand R und den Transistor Tr1 in die
Energiequelle 11 In diesem Fall ist das Potential der T-Phase VT. Darüber hinaus
fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen in den Kondensator C als Phasenstrom
IS durch den Transistor Tr4, da die Spannung VS der S-Phase niedriger ist als das
Potential VT der T-Phase und der Transistor Tr4 im Durchlaßzustand ist.
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Entsteht, wie in Fig. 12 gezeigt, eine induzierte Gegenspannung in der
Eingangsspule L, wenn der Transistor Tr4 in den Sperrzustand geht, fließt der Rück
speisestrom beim Abbremsen in die Energiequelle durch die Transistoren Tr1 und
die Diode D3.
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In Fig. 13 fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen in die Energiequelle
11 als Phasenstrom IR durch den Rückspeisestrombegrenzungswiderstand R und
den Transistor Tr1. Darüber hinaus fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen in
den Motor (nicht dargestellt) als Phasenstrom IT, durch den Transistor Tr6, da das
Potential VT der T-Phase niedriger ist als das Potential V&sub5;, und der Transistor Tr6
im Durchlaßzustand ist.
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Als nächstes wird der Fluß des Rückspeisestroms beim Phasenwechsel
gemäß Fig. 12 beschrieben.
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Fig. 14 zeigt einen Schaltkreis mit einer Darstellung des konventionellen
Flußes des Rückspeisestroms beim Phasenwechsel. Die Spule L1 in der Zeichnung
steht flir die Induktivität der Energiequelle und die Spule L2 für die Induktivität des
Konverters. Die Potentiale VR1, VS1 und VT1 geben die Potentiale der
Versorgungsspannung und VR2, VS2 und VT2 die Potentiale anderer Einrichtungen an,
die an die Energiequelle angeschlossen sind. Gleiche Elemente in Fig. 14 und Fig.
12 sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet und werden deshalb nicht
noch einmal beschrieben.
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Der Rückspeisestrom beim Abbremsen fließt in den Transistor Tr2 als
Schwungradstrom IR, IS, der aus der elektromotorischen Kraft der Spulen L1S und
L2S stammt, durch die Diode D3.
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Aus diesem Grund sind die Potentiale VR und VS kurzgeschlossen und
nehmen fast das gleiche Potential an, nämlich ein mittleres Potential zwischen VR1 und
VS1. Dies hat zur Folge, daß das Potential VR2 eine Spannung annimmt, bei der ein
Teildruck auf die Potentiale VR1 und VR über die Spulen L1R und L2R ausgeübt
wird und das Potential VS2 eine Spannung annimmt, bei der ein Teildruck auf die
Potentiale VS1 und VS über die Spulen L1S und L2S ausgeübt wird. Somit wird die
Zwischenphasenspannung der Potentiale VR2 und VS2 niedriger als das
ursprüngliche Potential, so daß ein Wellenzug der Energiequelle verzerrt wird.
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Fig. 15 ist eine Zeitdarstellung eines konventionellen Rückspeisestroms mit
einem Wechsel der Zwischenphasenspannung und Phasenströmen IT, IR und IS, die
einem Wechsel der Versorgungsspannung entsprechen.
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Die Verzerrung der Zwischenphasenspannung gemäß Fig. 14 tritt zu jedem
Zeitpunkt t151, t152, ..., t159 auf, wenn die Phasenströme IT, IR und IS abnehmen.
Darüber hinaus hängt die Größe der Verzerrung der Zwischenphasenspannung vom
Quotient der Induktivitäten der Spulen L1 und L2 ab.
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Aus diesem Grund stellt sich bei dem konventionellen System zur
Stromrückgewinnung das Problem, daß Interferenzen bei mehreren Einrichtungen
auftreten, die an eine dreiphasige Energiequelle angeschlossen sind, die die vorstehend
beschriebene Verzerrung infolge der Rückspeisung aufweist. Zusätzlich stellt sich
das Problem, daß in der Energiequelle höhere Harmonische auftreten.
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EP-A-314 801 beschreibt eine Schaltung zur Rückspeisung in eine Energie
quelle, bei der elektrische Energie nur während einer vorbestimmten Zeitspanne
zurückgespeist wird.
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Vor dem Hintergrund der vorstehend beschriebenen Problematik wurde die
vorliegende Erfindung geschaffen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine
Einrichtung zur Rückspeisung von Energie in eine Energiequelle zu schaffen, die
eine Spannungsverzerrung der Rückspeisung in eine Energiequelle verhindert.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zur
Rückspeisung von beim Verzögern eines Motors anfallender induktiver
elektromotorischer Energie in eine Energiequelle, mit einem Inverter zum Umformen von in
dem Motor anfallender induktiver elektromotorischer Energie in Gleichstrom zum
Rückspeisen in die Energiequelle, Zeiteinsteilmiffeln zur Ausgabe eines
Rückspeisesignais in einem vorbestimmten Zeitpunkt, bevor eine die Maximalspannung der
dreiphasigen Speisespannungen anzeigende Spannung in einer Phase die gleiche
Spannung wie die einer anderen Phase annimmt, und einem Konverter zum
Umformen des aufgrund des Rückspeisesignals umgeformten Gleichstroms in
Wechselstrom und zum Rückspeisen des Wechselstroms in die Energiequelle, dadurch
gekennzeichnet, daß das Rückspeisesignal in dem vorbestimmten Zeitpunkt
eingeschaltet und im nächstfolgenden Augenblick ausgeschaltet wird, in dem die die
Maximaispannung anzeigende Spannung der einen Phase die gleiche Spannung wie
die einer anderen Phase annimmt.
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Der Inverter formt die induktive elektromotorische Energie, die beim
Nutzbremsen, insbesondere beim Abbremsen des Motors auftritt, in Gleichstrom um. Die
Zeitsteuermittel liefern entsprechend dem Patentanspruch ein Rückspeisesignal. Auf
Grundlage dieses Rückspeisesignals wandelt der Konverter den Gleichstrom, der
zum Rückspeisen in die Energiequelle gebildet wurde, in einen Wechselstrom um
und speist in ihn die Energiequelle zurück.
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Die Zeichnung zeigt:
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Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erklärung des Funktionsprinzips
eines Systems zur Stromrückgewinnung nach der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 ein Schaltplan des Systems zur Stromrückgewinnung;
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Fig. 3(A),3(B) Schaltpläne des Systems zur Stromrückgewinnung,
wobei Fig. 3(A) einen lichtemittierenden Schaltungsabschnitt und Fig. 3(B) einen
lichtempfangenden Schaltungsabschnitt zeigt;
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Fig. 4 den Zeitverlauf der Sperr-/Durchlaßzustände der
Transistoren;
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Fig. 5 einen Schaltplan, mit Angabe des Rückspeisestroms;
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Fig. 6 einen Schaltplan, mit Angabe des Rückspeisestroms;
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Fig. 7 einen Schaltplan, mit Angabe des Rückspeisestroms;
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Fig. 8 einen Schaltplan, mit Angabe des Rückspeisestroms
beim Phasenwechsel;
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Fig. 9 den zeitlichen Verlauf des Rückspeisestroms;
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Fig. 10 den zeitlichen Verlauf des Sperr-/Durchlaßzustandes der
Transistoren eines konventionellen Konverters;
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Fig. 11 einen Schaltplan, mit Angabe eines konventionellen
Rückspeisestroms;
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Fig. 12 einen Schaltplan, mit Angabe eines konventionellen
Rückspeisestroms;
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Fig. 13 einen Schaltplan, mit Angabe eines konventionellen
Rückspeisestroms;
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Fig. 14 einen Schaltplan, mit Angabe eines konventionellen
Rückspeisestroms beim Phasenwechsel; und
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Fig. 15 den zeitlichen Verlauf eines konventionellen
Rückspeisestroms.
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Ein bestmögliches Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden anhand der Zeichnung beschrieben.
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Fig. 1 ist ein Blockschaltbild zur Erklärung des Funktionsprinzips eines
Systems zur Stromrückgewinnung nach der vorliegenden Erfindung. Das System zur
Stromrückgewinnung weist einen Konverter 2, einen Inverter 3 und
Zeiteinsteilmittel 5 auf. Der Konverter 2 und der Inverter 3 sind zwischen einer Energiequelle 1
und einem Motor 4 geschaltet und untereinander in Reihe geschaltet. Den
Zeitsteuermitteln 5 wird eine dreiphasige Versorgungsspannung der Energiequelle 1
zugeführt und sie geben ein Rückspeisesignal ST zu vorbestimmten Zeitpunkten an den
Konverter 2 aus.
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Der Inverter 3 formt die induktive elektromotorische Energie, die beim
Nutzbremsen, insbesondere vom Abbremsen des Motors 4 auftritt, in einen Gleichstrom
um. Die Zeitsteuermittel 5 liefern das Rückspeisesignal ST in einer vorbestimmten
Zeit, bevor das Potential einer Phase, die das maximale Potential der
Dreiphasenspannungsversorgung hat, das gleiche Potential annimmt wie eine andere Phase.
Aufgrund des Rückspeisesignals ST wandelt der Konverter 2 den Gleichstrom, der
zur Rückspeisung gebildet wurde, in einen Wechselstrom um und speist ihn der
Energiequelle zurück.
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Fig. 2, 3(A) und (B) sind Schaltpläne für das System zur
Stromrückgewinnung. Fig. 2 zeigt die Schaltungen von Inverter und Konverter und Fig. 3(A) und
(B) zeigen eine Schaltung der Zeitsteuermittel.
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Im folgenden wird zuerst die Schaltung der Fig. 2 beschrieben. In der Figur
sind Konverter 2 und Inverter 3 in Reihe zwischen eine Energiequelle 11 und einen
Motor 41 geschaltet. In diesem Fall wird eine übliche dreiphasige Energiequelle als
Energiequelle 11 verwendet und ein Servomotor als Motor 11.
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Die Schaltung des Konverters 2 wird nachfolgend beschrieben. Die
Transistoren Tr1 und Tr2 sind miteinander in Reihe geschaltet. Im einzelnen ist der Emit
ter des Transistors Tr1 mit dem Kollektor des Transistors Tr2 verbunden und der
Verbindungspunkt an die R-Phase der Energiequelle 11 über eine Spule
(Induktivität) L angeschlossen. Entsprechend sind der Emitter des Transistors Tr3
und der Kollektor von Tr4 miteinander verbunden und der Verbindungspunkt an die
S-Phase der Energiequelle 11 über eine Spule L angeschlossen. Der Emitter des
Transistors Tr5 ist mit dem Kollektor des Transistors Tr6 verbunden und der
Verbindungspunkt an die T-Phase der Energiequelle 11 über eine Spule L
angeschlossen.
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Weiter sind die Transistoren Tr1 und Tr2, Tr3 und Tr4 sowie Tr5 und Tr6,
die untereinander in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet. Im einzelnen sind die
Kollektoren der Transistoren Tr1, Tr3 und Tr5 untereinander verbunden und ein
Anschluß eines Rückspeisestrombegrenzungswiderstandes R und die Anode einer
Diode D sind an diesen Verbindungspunkt angeschlossen. Ebenso sind die Emitter
der Transistoren Tr2, Tr4 und Tr6 zusammen geschaltet. Ein Kondensator C liegt
parallel zur Verbindung der Tansistoren Tr2 und Tr1 und ist mit einem Anschluß an
die Verbindung der Transistoren Tr2, Tr4 und Tr6 angeschlossen. Der andere
Anschluß
des Kondensators C liegt am Verbindungspunkt zwischen dem einen
Anschluß des Rückspeisestrombegrenzungswiderstands R und der Kathode der Diode
D. In diesem Fall hat der Kondensator C die Funktion eines Glättungskondensators,
um Rippel beim Gleichrichten durch die Diode zu vermeiden.
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Zusätzlich ist je eine Diode den Transistoren Tr1 bis Tr6 parallel geschaltet;
z.B. ist eine Diode D1 mit ihrer Kathode an den Kollektor des Transistors Tr1 und
mit ihrer Anode an den Emitter angeschlossen. Entsprechend sind Dioden D2, D3,
D4, D5 und D6 parallel den Transistoren Tr1, Tr2, Tr4, Tr5 und Tr6 geschaltet. Die
Basisanschlüsse der Transistoren Tr1 bis Tr6 sind an eine Zeitsteuerschaltung
angeschlossen, die später beschrieben wird.
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Als nächstes wird die Schaltungsanordnung des Inverters 3 beschrieben.
Transistoren Tr31 und Tr32 sind in Reihe geschaltet. Im einzelnen ist der Emitter
von Transistor Tr31 mit dem Kollektor von Transistor Tr32 verbunden und der
Verbindungspunkt ist an den Motor 41 angeschlossen. Entsprechend ist der Emitter
eines Transistors Tr33 und der Kollektor eines Transistors Tr34 miteinander
verbunden und der Verbindungspunkt ist an den Motor 41 angeschlossen. Der Emitter
eines Transistors Tr35 und der Kollektor eines Transistors Tr36 sind miteinander
verbunden und der Verbindungpunkt ist an den Motor 41 angeschlossen.
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Darüber hinaus sind die Transistorpaare Tr31 und Tr32, Tr33 und Tr34 sowie
Tr35 und Tr36, die untereinander in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet. Im
einzelnen sind die Kollektoren der Transistoren Tr31, Tr33 und Tr3 5 miteinander
verbunden und der Verbindungspunkt ist an den Kondensator C angeschlossen.
Entsprechend sind die Emitter der Transistoren Tr32, Tr34 und Tr36 miteinander
verbunden und der Verbindungspunkt ist mit dem anderen Anschluß des Kondensators
C verbunden.
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Darüber hinaus ist jedem dieser Transistoren Tr31 bis Tr36 eine Diode
parallel geschaltet. Beispielsweise ist die Kathode einer Diode D31 an den Kollektor des
Transistors Tr31 und die Anode an den Emitter angeschlossen. Entsprechend sind
Dioden D32, D33, D34, D35 und D36 parallel den Transistoren Tr32, Tr33, Tr34,
Tr35 und Tr36 geschaltet.
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Die in den Fig. 3(A) und 3(B) dargestellte Schaltungsanordnung wird nun
beschrieben. Fig. 3(A) und 3(B) zeigen eine lichtemittierende Schaltung bzw. eine
lichtempfangende Schaltung. In den Fig. 3(A) und (B) bilden eine lichtemittierende
Diode D51 und ein Phototransistor Tr51 einen Optokoppler. Im einzelnen emittiert
die lichtemittierende Diode 51 Licht, wenn ein vorwärtsgerichteter Strom sie
durchfließt und der Phototransistor Tr5 list im Durchlaßzustand, wenn er das emittierte
Licht empfängt. Entsprechend bildet jede lichtemittierende Dioden D52 bis D56 mit
Phototransistoren Tr52 bis Tr56 je einen Optokoppler.
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In Fig. 3(A) ist eine Diode D62 in Reihe mit einer Diode D61 geschaltet. Im
einzelnen ist die Kathode der Diode D62 an die Anode der Diode D61
angeschlossen. Die lichtemittierenden Dioden D51 und D52 sind in entgegengesetzter
Richtung parallel geschaltet. Das heißt, die Anode der lichtemittierenden Diode D52 ist
an die Kathode der lichtemittierenden Diode D51 angeschlossen und der
Verbindungspunkt ist an den Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode D61 und
der Kathode der Diode D62 angeschlossen.
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Entsprechend sind Dioden D64 und D66 in Reihe mit entsprechenden Dioden
D63 und D65 geschaltet. Die lichtemittierenden Dioden D53 und D54 sind parallel
und in entgegengesetzter Polarität miteinander verbunden, ebenso wie die
lichtemittierenden Dioden D55 und D56. Der Verbindungspunkt zwischen der Kathode der
lichtemittierenden Diode D53 und der Anode der lichtemittierenden Diode 54 ist
mit dem Verbin4ungspunkt zwischen der Anode der lichtemittierenden Diode 63
und der Kathode der lichemittierenden Diode D64 verbunden. Der
Verbindungspunkt zwischen der Kathode der lichtemittierenden Diode D55 und der Anode der
lichtemittierenden Diode D56 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode
der lichtemittierenden Diode D65 und der Kathode der lichtemittierenden Diode
D66 verbunden.
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Darüber hinaus sind die Kathoden der Dioden D61, D63 und D65 mit einem
Anschluß eines Lastwiderstandes RX und die Anoden der Dioden D62, D64 und
D66 mit dem anderen Anschluß des Lastwiderstandes RX verbunden.
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In Fig. 3(B) sind entsprechende Kollektoren der Phototransistoren Tr51 bis
Tr56 mit einer Konstantspannungsquelle Vcc und weiter mit einer
Zeitsteuerschaltung 51 verbunden. Die Zeitsteuerschaltung 51 überwacht einen Rückspeisestrom
und gibt ein Rückspeisesignal ST aus, das später beschrieben wird. Das Rückspei
sesignal ST aus der Zeitsteuerschaltung 51 wird der Basis der entsprechenden
Transistoren gemäß Fig. 2 über die Anschlüsse T1, T2, T3, T4, T5 und T6
zugeführt.
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Dadurch emittiert die lichtemittierende Diode D51 gemäß Fig. 3(A) Licht,
wenn sie von einem vorwärtsgerichteten Strom durchflossen wird, wodurch der
Phototransistor Tr51 in den Durchlaßzustand kommt. Dadurch wird die Spannung
des Kollektors des Phototransistors Tr51 weitgehend 0 Volt und das Potential wird
als Signal an die Zeitsteuerschaltung 51 übertragen. Wie vorstehend beschrieben
stellt die Zeitsteuerschaltung 51 den Zeitverlauf der Versorgungsspannung aus der
Energiequelle 11 fest und gibt das Rückspeisesignal ST mit einem vorbestimmten
Zeitverlauf aus, der später beschrieben wird.
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Der Betrieb des erfindungsgemäßen Systems zur Stromrückgewinnung wird
im folgenden beschrieben.
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Fig. 4 zeigt den Zeitverlauf der Sperr-/Durchlaßzustände aller Transistoren.
Die Transistoren Tr1 bis Tr6 wechseln zu Zeitpunkten ihre Zustände, die einem
Wechsel in der Versorgungspannung entsprechen.
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Wie in der Zeichnung zu sehen, wird jeder der Transistoren Tr1, Tr3 und Tr5
auf Durchlaß geschaltet, indem man die Phase auswählt, die das Potentialmaximum
der drei Phasen (Phase R, Phase S und Phase T) der Versorgungsspannung aufweist;
analog wird jeder Transistor Tr2, Tr4 und Tr6 auf Durchlaß geschaltet, wenn die
jeweilige Phase das Potentialminimum aufweist.
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Im einzelnen wird der Transistor Tr1 auf Durchlaß geschaltet, wenn das
Potential der R-Phase das Maximum ist, sonst ist er im Sperrzustand.
Dementsprechend sind die Transistoren Tr3 bzw. Tr5 dann auf Durchlaß geschaltet, wenn das
Potential der S- bzw. der T-Phase das Maximum ist, sonst sind sie im Sperrzustand.
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Zusätzlich wird der Transistor Tr2 auf Durchlaß geschaltet, wenn das Potential der
R-Phase das Minimum ist, sonst ist er im Sperrbereich. Entsprechend werden die
Transistoren Tr4 bzw Tr6 auf Durchlaß geschaltet, wenn das Potential der S- bzw.
der T-Phase das Minimum darstellt, sonst sind sie im Sperrbereich.
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Wird beispielsweise zwischen dem Zeitpunkt t44 und dem Zeitpunkt t46 das
Potential der R-Phase zum Maximum und das Potential der S-Phase zum Minimum,
sind die Transistoren Tr1 und Tr4 im Durchlaßbereich, die anderen Transistoren im
Sperrbereich. Entsprechend sind die Transistoren Tr1 und Tr6 im Durchlaßbereich
und die anderen Transistoren im Sperrbereich, wenn zwischen den Zeitpunkten t46
und t48 das Potential der R-Phase zum Maximum und das Potential der T-Phase
zum Minimum wird.
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In diesem Fall wechselt zum Zeitpunkt t46 das Potentialminimum von der S-
Phase zur T-Phase, so daß der Transistor Tr6 zum Zeitpunkt t45 auf Durchlaß und
zum Zeitpunkt t46 auf Sperren geschaltet wird. Dementsprechend wenn zum
Zeitpunkt t48 das Potentialmaximum von der R-Phase zur S-Phase wechselt, wird der
Transistor Tr3 zum Zeitpunkt t47 auf Durchlaß und Transistor Tr1 zum Zeitpunkt
t48 auf Sperren geschaltet. Wie vorstehend beschrieben, werden die Transistoren zu
jedem Zeitpunkt t41, t42, ..., t58 umgeschaltet.
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Die Intervalle zwischen t41 und t42, t43 und ....... t57 und t58 sind gleich
und hängen von der Induktivität der Energiequelle und der Spule (Induktivität) L ab.
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Fig. 5 und 7 sind Schaltpläne, die den Fluß eines Rückspeisestroms in einem
Konverter und einer Energiequelle zeigen. Fig. 5, 6 und 7 zeigen den Fluß des
Rückspeisestroms vor dem Phasenwechsel, den Fluß des Rückspeisestroms beim
Phasenwechsel bzw. den Fluß des Rückspeisestroms nach dem Phasenwechsel. Im
einzelnen zeigen die Figuren 5, 6 und 7 den Fluß des Rückspeisestroms zwischen
den Zeitpunkten t44 und t45, den Fluß des Rückspeisestroms zwischen den
Zeitpunkten t45 und t46 bzw. den Fluß des Rückspeisestroms zwischen den Zeitpunkten
t46 und t47 jeweils in Fig. 4.
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Der Fluß des Rückspeisestroms zu jedem Zeitpunkt wird im folgenden
beschrieben.
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Zuerst fließt der beim Abbremsen des Motors (nicht dargestellt) aufgrund der
induktiven elektromotorischen Energie resultierende Strom beiden Anschlüssen des
erwähnten Kondensators C zu, so daß das Potential an beiden Anschlüssen des
Kondenstors C steigt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Potential der Phase, die das
maximale Potential der dreiphasigen Versorgungsspannung aus der Energiequelle
11 hat, niedriger als das Potential eines Anschlusses des Kondensators C und das
Potential der Phase, die das minimale Potential der dreiphasigen
Versorgungsspannung hat, wird größer als das Potential am anderen Anschluß des Kondensators C.
Dadurch entsteht eine Potentialdifferenz zwischen der zugeführten
Versorgungsspannung und dem Kondensator C, so daß ein Rückspeisestrom zur Energiequelle
11 aus dem Kondensator C erzeugt wird. Der durch diesen Effekt erzeugte
Rückspeisestrom wird im folgenden als "Rückspeisestrom beim Abbremsen" bezeichnet.
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In Fig. 5 fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen als Phasenstrom IR
durch den Rückspeisestrombegrenzungswiderstand R und den Transistor Tr1 in die
Energiequelle 11. Das Potential der T-Phase zu diesem Zeitpunkt ist VT. Weiterhin
fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen als Phasenstrom IS durch den
Transistor Tr4 dem Kondensator C zu, da das Potential VS der S-Phase niedriger ist als
das Potential VT der T-Phase und der Transistor Tr4 auf Durchlaß geschaltet ist.
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In Fig. 6 fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen als Phasenstrom IR
durch den Rückspeisestrombegrenzungswiderstand R und den Transistor Tr4 in die
Energiequelle 11. Weiter fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen durch den
Transistor Tr4 als Phasenstrom IS und als Phasenstrom IT durch den Transistor Tr6
in den Motor (nicht dargestellt).
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In Fig. 7 fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen als Phasenstrom IR
durch den Rückspeisestrombegrenzungswiderstand R und den Transistor Tr1 in die
Energiequelle 11. Weiter fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen als
Phasenstrom IT durch den Transistor Tr6 in den Motor (nicht dargestellt), weil das
Potential VT der T-Phase niedriger ist als das Potential VS der S-Phase und der Transistor
Tr6 im Durchlaßbetrieb ist.
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Fig. 8 zeigt einen Schaltplan, der den Fluß eines Rückspeisestromes beim
Phasenwechsel zeigt. In der Figur stehen die Spulen L1 und L2 für die Induktivität
der Energiequelle bzw. des Konverters 2. Zusätzlich stehen die Potentiale VRI, VS1
und VS2 für die Potentiale der Versorgungsspannung und die Potentiale VR2, VS2
und VT2 für die Potentiale anderer, an die Versorgungsspannung angeschlossener
Einrichtungen. Gleiche Elemente aus Fig. 6 sind mit denselben Bezugszeichen
gekennzeichnet und werden deshalb nicht noch einmal beschrieben.
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Der Rückspeisestrom beim Abbremsen fließt als Phasenstrom IR durch den
Rückspeisestrombegrenzungswiderstand R und den Transistor Tr1 in die
Energiequelle 11. Weiter fließt der Rückspeisestrom beim Abbremsen als Phasenstrom IS
durch den Transistor Tr4 und als Phasenstrom IT durch den Transistor Tr6 in den
Motor (nicht dargestellt). In anderen Worten, es wird eine der Stromrichtung
entgegengesetzte Spannung den Induktivitäten L1S und L2S zugeführt, weshalb der
Phasenstrom IS abnimmt. Deshalb fließt kein Schwungradstrom, wenn die
Zeitsteuermiffel 5 ein Rückspeisesignal ST ausgeben, daß der Transistor Tr5 auf Sperren
geschaltet wird, wenn der Phasenstrom IS Null wird. Es ist dadurch möglich, ein
Verzerren der in der Energiequelle erzeugten Spannung zu verhindern.
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Fig. 9 zeigt den zeitlichen Verlauf des Rückspeisestroms mit einem
jeweiligen Wechsel von Zwischenphasenspannung und Phasenströmen IT, IR und IS, die
einem Wechsel der Versorgungsspannung entsprechen.
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Die vorstehend erwähnten Zeitsteuermittel 5 liefern ein Rückspeisesignal ST
mit folgendem Zeitverlauf. Wenn sich das Potentioal der Phase, die das maximale
Potential der dreiphasigen Versorgungsspannung hat, dem Potential einer anderen
Phase angleibt, wird das Rückspeisesignal ST so ausgegeben, daß der Phasenstrom
dieser das maximale Potential tragenden Phase zu Null wird.
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Im einzelnen sei beispielsweise die R-Phase zwischen den Zeitpunkten t91
und t93 diejenige der drei Phasen mit maximalem Potential. Zum Zeitpunkt t93
werden die Potentiale der R-Phase und der S-Phase gleich. Deshalb wird das
Rückspeisesignal ST so ausgegeben, daß der Phasenstrom IR, also der Strom, der die
gleiche Phase wie die Phase mit dem maximalen Potential hat, zu 0 Ampere im
Zeitpunkt t91 0 Ampere wird.
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Obwohl als Motor 41 ein Servomotor verwendet wird, können auch andere
Dreiphasenwechselspannungsmotoren, wie ein Spindelantriebsmotor, verwendet
werden.
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Wie vorstehend beschrieben, formt nach vorliegender Erfindung der Inverter
induktive elektromotorische Energie zum Rückspeisen in die Energiequelle,
insbesondere beim Abbremsen des Motors, im Gleichstrom um, die Zeiteinstellmittel
geben ein Rückspeisesignal zu einem vorbestimmten Zeitpunkt aus und der
Konverter formt den umgeformten Gleichstrom in Wechselstrom um, ohne einen
Schwungradstrom zu erzeugen und speist ihn in die Energiequelle zurück. Dadurch ist es
möglich, eine Spannungsverzerrung beim Rückspeisen in die Energiequelle zu
verhindern, in der keine Harmonischen auftreten.