DE1963373C3 - Regelsystem zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Verhältnisses Amplitude/Frequenz der von einem Wechselrichter an eine elektrische Last abgegebenen Spannung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Regelsystem der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art.

Aus der »Siemens-Zeitschrift« 41 (1967), Heft 7, S. 621 bis 626 ist ein solches Regelsystem für einen Zwischenkreisumrichter bekannt (vergleiche Bild 5 auf S. 624), bei dem über den Aufbau des Vergleichers zur Abgabe eines Steuersignals an den Gleichspannungs- kreis nichts ausgesagt ist; vielmehr ist dort nur das allgemeine Vergleichersymbol dargestellt.

Dasselbe gilt auch für den in dei »Siemens-Zeit schrift« 41 (1967), Heft 2, S. 133 bis 137 in Bild 3 der S. dargestellten Blockschaltplan der Steuerung und Regelung eines Zwischenkreisumrichters für Mehrmotorenantriebe.

Es muß daher davon ausgegangen werden, daß bei den beiden vorstehend genannten Druckschriften kompliziert aufgebaute Vergleicher verwendet werden, die die zwei an sie angelegten Eingangssignale miteinander vergleichen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Regelsystem der vorstehend genannten Art zu schaffen, bei dem der Vergleicher zur Aufgabe eines Steuersignals an den Gleichspannungskreis in möglichst einfacher Weise die beiden Eingangssignale miteinander vergleicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Vergleicher einen ersten Transistor aufweist. dem das der Wechselspannungsamplitude entsprechende erste Eingangssignal vom Wechselrichter her als Gleichspannung zuführbar ist derart, daß ein Strom in

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einer ersten Richtung durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors fließt, und dem das von der Frequenz der Wechselspannung abhängige und vom Oszillator über einen die Oszillatorfrequenz bestimmenden Transistor abgenommene zweite Eingangssignal als Gleichspannung zuführbar ist derart, daß ein dem durch das erste Eingangssignal hervorgerufenen Strom entgegengesetzter Strom durch dieselbe Emitter-Basis-Strecke fließt und aus dem resultierenden Kollektorstrom des ersten Transistors auf einer Ausgangsieitung ein Ausgangssteuersignal für den Gleichspannungskreis abgeleitet wird.

Die Differenzbildung zweier Steuergrößen über die Basis-Emitter-Strecke eines Transistors ist zwar bekannt (»Siemens-Technische Mitteilungen-Halbleiter«, Teil 3, Spannungsstabilisierung, 1962, S. 3 und 4), jedoch zeichnet sich das erfindunggemäße Regelsystem gegenüber den bekannten Regelsystemen dadurch aus, daß das von der Frequenz der Wechselspannung abhängige zweite Eingangssignal direkt vom Oszillator über den die Oszillaiorfrequenz bestimmenden Transistor als Gleichspannung abgenommen wird. Erst dadurch wird es möglich, daß die bekannte Differenzbildung zweier Steuergrößen über die Basis-Emitwr-Sirecke eines Transistors bei einem solchen Regelsystem verwendet werden kann.

Obwohl für den Vergleicher die Verwendung von Transistoren angezeigt ist, kann das gewünschte Regelverhalten des in Rede stehenden Regelsystems auch bei Verwendung einer entsprechend aufgebauten Vakuumröhre erreicht werden.

Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher beschrieben werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Regelsystem, das mit dem erfindungsgemäßen Vergieicher ausgerüstet ist, und

F i g. 2 eine genaue Darstellung des erfindungsgemäßen Vergleichers.

Bei dem in der F i g. 1 dargestellten Regelsystem ist dem Vergleicher 10 über eine Doppelleitung 14 ein Gleichspannungskreis 15 nachgeschaltet. Ausgangsseitig ist der Gleichspannungskreis mit dem einen Eingang eines Wechselrichters 16 verbunden. Der Gleichrichter erzeugt eine Gleichspannung £0 für die Speisung des Wechselrichters. Der Wechselrichter 16 speist eine Last 17, wie z. B. einen Induktionsmotor.

Weiterhin ist ein Oszillatorkreis 18 vorgesehen, der Signale einer Frequenz f über eine Leitung 21 einer Logik 22 zuführt. Die Logik 22 dient zur Regelung des Ein- und Ausschaltens von Halbleiterbauteilen im Wechselrichter 16 mit einer Frequenz, die durch die Frequenz der von dem Oszillatorkreis 18 gelieferten Zeitsteuerimpulse festgelegt ist. Auch wenn die Logik 22 als getrennter Block dargestellt ist, kann dieser bei praktischer Ausführung natürlich mit dem Oszillator 18 oder dem Wechselrichter 16 zusammengezogen werden.

Der Gleichspannungskreis 15 besteht bei dem gezeigten Ausführungsbeispicl aus einem Vorverstärker 25, einem Stellmotor 26, einem von diesem betätigten Stelltransformator 27 und dem diesem nachgeschalteten Gleichrichter 30. Dem Stelltransformator 27 wird über eine Eingangsleitung 28 eine Wechselspannung zugeführt. Der Stelltransformator 27 kann natürlich auch ein elektronisches Bauteil w^;e eine Variac-Einheit sein.

Das Regelsystem gemäß Fig. 1 weist einen ersten Signalkanal auf, der der Eingang des Wechselrichters 16 mit dem einen Eingang des Vergleichers 10 verbindet. Zunächst wird in diesem Kanal die Ausgangsspannung

Ea des Gleichrichters 30 über eine Leitung 32 auf ein Rückkopplungsnetzwerk 33 geführt. Das Rückkopplungsnetzwerk 33 liefert ein erstes Eingangssignal für den Vergleicher 10. das eine Funktion der Amplitude von Eq ist; dies wird über eine Leitung 34 vom Ausgang des Rückkopplungsnetzwerkes 33 auf den einen Eingang des Vergleichers 10 gegeben. Weiterhin weist das Regelsystem gemäß Fig. 1 einen zweiten Signalkanal auf. der ein von der Frequenz der Wechselspannung abhängiges zweites Eingangssignal auf den Vergleicher führt. Dies geschieht über eine den Oszillatorkreis 18 mit dem anderen Eingang des Vergleichers 10 verbindende Leitung 31. Das zweite Eingangssignal ist proportional der Frequenz des der Logik 21 zugeführten Oszillatorsignals. Es ist auch möglich, daß nicht die Ausgangsspannung E₀ des Gleichrichters 30 dem Rückkopplungsnetzwerk 33 zugeleitet wird, sondern daß die Ausgangsspannung des Wechselrichters 16 zurückgeführt wird.

Bei dieser Anordnung läßt sich mit besonderem Vorteil die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Vergleichers anwenden, nach der ein Transistor als Summiereinheit geschaltet ist, um das dem Gleichspannungskreis 15 zuzuführende Signal zu erzeugen.

Bei der in der F i g. 2 gezeigten Schaltung liefert eine Spannungsquelle 43 eine Spannung an die Ausgangsleitungen 50 und 51, wobei die Ausgangsleitung 50 positiv gegenüber der Ausgangsleitung 51 gehalten ist. Diese Potentialdifferenz dient der Erregung eines Oszillatorkreises 18, damit dieser auf der Leitung 31 ein der Frequenz des Oszillatorkreises 18 proportionales Ausgangssignal erzeugt. Es lassen sich verschiedene Oszillatortypen verwenden. Der in der Fig. 2 gezeigte Oszillator ist in der US-PS 34 06 355 genauer beschrieben worden. Wie aus der Patentschrift entnehmbar ist, erscheinen auf der zur Logik 22 führenden Leitung 21 geeignete Zeitsteuerimpulse. Der über die Leitung 31. eine Diode 52 und die Kollektor-EmittcrStreeke eines npn-Transistors 36 fließende Strom ist proportional der Arbeitsfrequenz des Oszillatorkreises 18. Der Transistor 36 modifiziert den Ladestrom der mit der Leitung 31 verbundenen RC-Kombination und damit die Oszillatorfrequeiu. Dieser Strom fließt vom Emitter des Transistors 36 über eine Reihenschaltung von Widerständen 53 und 54 auf die Emitter-Basis-Strecke eines Summiertransistors 55 und von dort zu einer Leitung 41, die mit der negativen Ausgangsleitung 51 der Niederspannungsquelle und mit der positiven Wcchselrichterschiene verbunden ist (vergleiche Leitung 32 in Fig. 1)·

Zwischen der Basis des Transistors 36 und der negativen Ausgangsleitung 51 leigt eine Reihenschaltung dreier Dioden 56, 57 und 58 in de>- in der Fig. 2 gezeigten Durchlaßrichtung, welche der Temperaturkompensation am Transistor dient. Zur Einstellung der Arbeitsfrequenz des Oszillators 18 ist ein Haupteinstellpoientiometer 60 vorgesehen, dessen eines Ende über ein erstes zur Einstellung des Frequenzbereich dienendes Potentiometers 61 mit der Leitung 50 und dessen anderes Ende mit der negativen Ausgangsleitung 51 über eine Reihenschaltung, bestehend aus einem zweiten, zur Einstellung des Frequenzbereichs dienenden Potentiometer 62 und einer Diode 63 verbunden ist. Der Schleifer des Haupteinstellpotentiometers 60 führt über einen Widerstand 64 zu der Basis des Transistors 36. Weiterhin ist die Basis des Transistors 36 mit der negativen Ausgangsleitung 51 über einen Kondensator 72 verbunden. Der zur Frequenzeinstellung und Temperaturkompensation dienende Abschnitt der Schaltung kann in bekannter Weise vielfach abgeändert werden. Jedoch ist wichtig, daß der Emitter des npn-Transistors 36 über die Reihenschaltung aus den Widerständen 53 und 54 direkt an der Basis des Summiertransistors 55 liegt.

Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 53 und 54 ist mit der zur positiven Wechselrichterschiene führenden Leitung 41 über einen Kondensator 65 und weiterhin über einen Festwiderstand 66 und ein Potentiometer 67 mit einer zur negativen Wechselrichterschiene führenden Leitung 40 verbunden. Das Potentiometer 67 dient der Regelung des in der Summierschaltung erzeugten Stroms für einen gegebenen Spannungswert, der von der Gleichstromsammclschiene des Wechselrichters angelegt wird. Dieser Strom, der jeweils in einer bestimmten Beziehung zu dem Spannungspegel auf der Gleichspannungsschiene steht, fließt von der Leitung 41 über die Emitter-Basis-Strecke des Summiertransistors 55, die Widerstände 54 und 66 und das Potentiometer 67 zur Leitung 40. Auf diese Weise ist das von der Frequenz der Wechselspannung abhängige zweite Eingangssignal für den Vergleicher dem der Wechseispannungsamplitude entsprechenden ersten Eingangssignal entgegengerichtet, so daß der verbleibende Basisstrom und damit der resultierende Kollektorstrom ein Augangssteuersignal für den Gleichspannungskreis 15 darstellt. Dieses Summiersignal wird über einen Widerstand 68 der Basis eines pnp-Transistors 70 zugeführt, der zur Verstärkung und zum Impedanzabgleich dient, bevor das Steuersignal über die mit dem Kollektor des Transistors 70 verbundene Leitung 14a und die mit dem Emitter des Transistors 70 verbundene Leitung 146 an den Gleichspannungskreis 15 gelegt wird.

Durch die Konstanthaltung der Differenz der über die Emitter-Basis-Strecke fließenden Ströme wird das Verhältnis Amplitude/Frequenz der von dem Wechselrichter 16 an die Last 17 abgegebenen Spannung im wesentlichen konstant gehalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

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   Regelsystem zur Aufrechterhaltung eines im wesentlichen konstanten Verhältnisses Amplitude/ Frequenz der von einem Wechselrichter an eine elektrische Last abgegebenen Spannung, mit einem Gleichspannungskreis für die Erregung des Wechselrichters, einem Oszillatorkreis für die Abgabe einer Reihe von Zeitsteuerimpulsen zur Steuerung 'o der Frequenz der Wechselspannung und einem Vergieicher zur Abgabe eines Steuersignals an den Gleichspannungskreis in Abhängigkeit von einem von der Amplitude der Wechselspannung abhängigen ersten Eingangssignal und von einem von der Frequenz der Wechselspannung abhängigen zweiten Eingangssignals, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher einen ersten Transistor (55) aufweist, dem das der Wechselspannungsamplitude entsprechende erste Eingangssignal vom Wechselrichter (40, 41) her als Gleichspannung zuführbar ist derart, daß ein Strom in einer ersten Richtung durch die Emitter-Basis-Strecke des Transistors (55) fließt, und dem das von der Frequenz der Wechselspannung abhängige und vom Oszillator über einen die Oszillatorfrequenz bestimmenden Transistor (36) abgenommene zweite Eingangssignal als Gleichspannung zuführbar ist derart, daß ein dem durch das erste Eingangssignal hervorgerufenen Strom entgegengesetzter Strom durch dieselbe Emitter-Basis-Strecke fließt und aus dem resultierenden Kollektorstrom des ersten Transistors (55) auf einer Ausgangsleitung (14a, 14b) ein Ausgangssteuersignal für den Gleichspannungskreis abgeleitet wird.