CH653823A5 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE RESONANCE FREQUENCY OF LOAD-DRIVEN INVERTERS WITH VIBRATING CIRCUIT. - Google Patents
CIRCUIT ARRANGEMENT FOR DETERMINING THE RESONANCE FREQUENCY OF LOAD-DRIVEN INVERTERS WITH VIBRATING CIRCUIT. Download PDFInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Resonanzfrequenz von lastgeführten Umrichtern mit einem Lastschwingkreis, wobei zum Anstossen des Lastschwingkreises ein Startimpuls vorgesehen ist. The invention relates to a circuit arrangement for determining the resonance frequency of load-controlled inverters with a load resonant circuit, a start pulse being provided for triggering the load resonant circuit.
Die Lastschwingkreise von lastgeführten Umrichtern weisen im Betrieb oft stark veränderliche Resonanzfrequenzen auf. The load resonant circuits of load-controlled inverters often have highly variable resonance frequencies during operation.
Es können Kondensatorgruppen zu- oder abgeschaltet werden, oder bei induktiven Erwärmungseinrichtungen ändert sich die Induktivität der Last je nach Menge, Zustand und Temperatur des zu erwärmenden Gutes. Dies bedingt in der Praxis Schwankungen der Resonanzfrequenz des Lastschwingkreises bis zu einem Verhältnis 1 : 20. Capacitor groups can be switched on or off, or in the case of inductive heating devices, the inductance of the load changes depending on the quantity, condition and temperature of the material to be heated. In practice, this causes fluctuations in the resonance frequency of the load resonant circuit up to a ratio of 1:20.
Falls die Steuerelektronik des Umrichters jedoch keine Vorgabe der ungefähren Resonanzfrequenz eingestellt erhält, kippt der Umrichter bei den Startversuchen. If, however, the control electronics of the converter does not receive a predefined approximate resonance frequency, the converter tilts during the start attempts.
Bisher musste man daher bei stark abweichenden Lasten die ungefähre Resonanzfrequenz aus Erfahrungswerten abschätzen und dann händisch eingeben. Dabei waren oft mehrere Versuche notwendig, was sehr zeitaufwendig war und auch die Gefahr einer Beschädigung der Thyristoren des Umrichters nicht ausschloss. So far, it was therefore necessary to estimate the approximate resonance frequency from experience values in the case of widely differing loads and then enter them manually. This often required several attempts, which was very time-consuming and also did not preclude the risk of damage to the converter thyristors.
Die Aufgabe der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ist es daher, die aufgezählten Nachteile zu vermeiden um einen Startversuch durchführen zu können, bei dem die Resonanzfrequenz des Umrichters automatisch ermittelt wird um sie der Umrichterelektronik als Vorgabewert für die erfolgreichen folgenden Startversuche des Umrichters einzuprägen. The object of the circuit arrangement according to the invention is therefore to avoid the disadvantages listed in order to be able to carry out a start attempt in which the resonant frequency of the converter is automatically determined in order to impress it on the converter electronics as a default value for the successful subsequent start attempts of the converter.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die an der Last liegende sinusförmige Spannung an einen Diskriminator zur Umwandlung in eine phasengleiche Rechteckspannung anschaltbar ist und diese Rechteckspannung mittels eines Integrators in eine Spannungsrampe umwandelbar ist, die entweder an eine Sample-Holdschaltung anschaltbar ist, welche die am Ende der positiven Halbwelle der Rechteckspannung auftretende Dreieckspannung speichert, oder einem Spitzenwertdetektor zuführbar ist, der den Maximalwert der Dreieckspannungsrampe speichert, wobei die gespeicherte Dreieckspannung bzw. der Maximalwert der Dreieckspannungsrampe der umgekehrten The invention is characterized in that the sinusoidal voltage applied to the load can be connected to a discriminator for conversion into an in-phase square-wave voltage and this square-wave voltage can be converted into a voltage ramp by means of an integrator, which can either be connected to a sample-hold circuit, which is the am End of the positive half-wave of the square-wave voltage occurring triangular stores, or a peak detector can be fed, which stores the maximum value of the triangular voltage ramp, the stored triangular voltage or the maximum value of the triangular voltage ramp of the reverse
Proportionalität der Eigenfrequenz des Lastschwingkreises entspricht. Proportionality corresponds to the natural frequency of the load resonant circuit.
Durch diesen ersten automatischen Startversuch ist es möglich, den Vorgabewert der Resonanzfrequenz des Umrichters automatisch zu ermitteln, wodurch die Bedienung auch durch ungeschultes Personal möglich ist. Damit ist, unabhängig von den Eigenschaften der Last, ein rasches und zuverlässiges Starten des lastgeführten Umrichters möglich. Die Verwendung eines Spitzenwertdetektors zur Speicherung des Maximalwertes der Dreieckspannungsrampe ist günstig, da diese im Handel als integrierte oder als hybride Module erhältlich sind, wodurch sich die Anzahl der Lötstellen auf der Leiterplatte verringert und die Bestückungskosten vorteilhaft gesenkt werden können, sowie auch die Zuverlässigkeit ansteigt. This first automatic start attempt makes it possible to automatically determine the default value of the resonant frequency of the converter, which means that it can also be operated by untrained personnel. This enables the load-controlled converter to be started quickly and reliably, regardless of the properties of the load. The use of a peak value detector for storing the maximum value of the triangular voltage ramp is favorable, since these are commercially available as integrated or as hybrid modules, which reduces the number of solder joints on the printed circuit board, can advantageously reduce the assembly costs and increases reliability.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist die zu speichernde Dreieckspannung bzw. der Maximalwert der Dreieckspannungsrampe mittels einer digital arbeitenden Speicherschaltung unbegrenzt lange speicherbar. According to one embodiment of the invention, the triangular voltage to be stored or the maximum value of the triangular voltage ramp can be stored indefinitely by means of a digitally operating memory circuit.
Alle analogen Sample-Holdschaltungen weisen eine langsame Entladung des Speicherkondensators auf, wodurch die Spannung absinkt und der Vorgabewert der Frequenz nicht mehr stimmt. Digitale Sample-Holdspeicher vermeiden diese Probleme durch eine Umwandlung des Analogwertes in ein Digitalsignal, welches beliebig lange speicherbar ist und daher vorteilhaft immer den exakten Vorgabewert der Frequenz speichert. All analog sample-hold circuits have a slow discharge of the storage capacitor, which causes the voltage to drop and the preset frequency value to be incorrect. Digital sample hold memories avoid these problems by converting the analog value into a digital signal, which can be stored for any length of time and therefore advantageously always stores the exact preset value of the frequency.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist, dass die digital arbeitende Speicherschaltung aus einem sukzessiv approximierenden Analog-Digital-Umsetzer besteht, der den Umsetzimpuls zur Umwandlung nach dem Ende der positiven Halbwelle erhält. Es sind sukzessiv approximierende Analog-Digital- bzw. Digital-Analog-Umsetzer als fertige hybride Bausteine oder als integrierte Schaltungen erhältlich, wodurch ein besonders bauteilsparender Aufbau ermöglicht wird. Durch die erhöhte Zuverlässigkeit und die monotone Wandlung dieser Analog-Digital-Umsetzer werden Diskontinuitäten in der Wandlerkennlinie vermieden. A further development of the invention is that the digitally operating memory circuit consists of a successively approximating analog-to-digital converter which receives the conversion pulse for conversion after the end of the positive half-wave. Analog-digital or digital-analog converters, which are successively approximating, are available as finished hybrid modules or as integrated circuits, which enables a particularly component-saving design. The increased reliability and monotonous conversion of these analog-digital converters prevent discontinuities in the converter characteristic.
Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt in Fig. 1 und 2 anhand des Prinzipschaltbildes und in Fig. 3 mittels des Zeit-diagrammes. In Fig. 1 wird die, gegebenenfalls über einen Spannungswandler galvanisch getrennte und transformierte Spannung der Last des Umrichters - a -, an den Eingang des Diskriminators -1 - gelegt. Der Diskriminator -1 - schaltet jeweils beim Wechseln des Nulldurchganges - 0 - der sinusförmigen Eingangsspannung - a - um und formt sie in eine phasengleiche Rechteckspannung - b -, welche an den Integrator - 2 -anschaltbar ist und in eine Dreiecksrampe - c - umgewandelt wird. Der Spannungswert der Dreiecksrampe - c - im Moment des Nulldurchganges - 0 - wird entweder wie in Fig. 1 mittels einer Sample-Holdschaltung - 3 -, oder in Fig. 2 mittels eines Spitzenwertdetektors - 5 - gespeichert. Die Sample-Holdschaltung - 3 - kann entweder während der positiven Rechteckflanke - b - den internen Speicherkondensator aufladen, und im Moment des Nulldurchganges - 0 - die Spannung speichern, oder mittels eines kurzen Impulses von der High-Lowflanke der Rechteckspannung - b - angesteuert werden. The invention is explained in more detail in FIGS. 1 and 2 using the basic circuit diagram and in FIG. 3 by means of the time diagram. In Fig. 1, the voltage of the load of the converter - a -, optionally galvanically isolated and transformed via a voltage converter, is applied to the input of the discriminator -1 -. The discriminator -1 - switches each time the zero crossing - 0 - of the sinusoidal input voltage - a - and converts it into a phase-parallel square wave voltage - b - which can be connected to the integrator - 2 - and is converted into a triangular ramp - c - . The voltage value of the triangular ramp - c - at the moment of zero crossing - 0 - is stored either as in FIG. 1 by means of a sample hold circuit - 3 -, or in FIG. 2 by means of a peak value detector - 5 -. The sample hold circuit - 3 - can either charge the internal storage capacitor during the positive square flank - b - and store the voltage at the moment of zero crossing - 0 - or can be controlled by a short pulse from the high-low flank of the square wave voltage - b - .
Die digital arbeitende Speicherschaltung - 4 - besteht aus einem Analog-Digital-Umsetzer, welcher die Analogspannung in einen Digitalwert umwandelt. Der Digitalwert ist so einfach über beliebige Zeiträume speicherbar und kann wieder in einen Analogwert umgewandelt werden. Eine Vereinfachung der digital arbeitenden Speicherschaltung ist mittels eines sukzessiven Analog-Digital-Umsetzers möglich. Hier werden die digitalen Werte eines Zählers an die Digitaleingänge eines Digital-Ana-log-Umsetzers angelegt, dessen analoge Ausgänge ein Kompara-tor vergleicht. Ein Taktgenerator erhöht den Wert des Zählers solange, bis die zu speichernde Spannung - d - mit der analogen Ausgangsspannung - e - des Digital-Analog-Umsetzers übers The digital memory circuit - 4 - consists of an analog-to-digital converter, which converts the analog voltage into a digital value. The digital value can be easily saved over any period of time and can be converted back into an analog value. A simplification of the digitally operating memory circuit is possible by means of a successive analog-to-digital converter. Here the digital values of a counter are applied to the digital inputs of a digital-analog converter, whose analog outputs are compared by a comparator. A clock generator increases the value of the counter until the voltage to be stored - d - with the analog output voltage - e - of the digital-to-analog converter
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
einstimmt. Danach ist der Umsetzungszyklus beendet und die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Umsetzers - e - beliebig lange speicherbar und entspricht dem Maximalwert der zu speichernden Spannung - d - kurz nach dem Nulldurchgang - 0 -. Es ist auch möglich, die digital arbeitende Speicherschaltung agrees. The conversion cycle is then ended and the output voltage of the digital-analog converter - e - can be stored for as long as desired and corresponds to the maximum value of the voltage to be stored - d - shortly after the zero crossing - 0 -. It is also possible to use the digital memory circuit
3 653 823 3,653,823
- 4 - mir der Sample-Holdschaltung - 3 - bzw. dem Spitzenwert-detektor - 5 - zusammenzufassen. Voraussetzung ist eine sehr rasche Umwandlung während des Anstieges der Dreiecksrampe, so dass ihr die analoge Ausgangsspannung des Digital-Analog-5 Umsetzers praktisch verzögerungsfrei folgt. - 4 - with the sample hold circuit - 3 - or the peak value detector - 5 - to summarize. A prerequisite is a very rapid conversion during the ascent of the triangular ramp, so that the analog output voltage of the digital-to-analog converter 5 follows it practically without delay.
v v
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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