DE2514557A1 - Einrichtung zur steuerung der lage des staenderstromvektors einer ueber einen wechselrichter mit eingepraegtem strom gespeisten drehfeldmaschine - Google Patents
Einrichtung zur steuerung der lage des staenderstromvektors einer ueber einen wechselrichter mit eingepraegtem strom gespeisten drehfeldmaschineInfo
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Description
Einrichtung zur Steuerung der Lage des Ständerstromvektors einer über einen Wechselrichter mit eingeprägtem Strom gespeisten Drehfeldmaschine
(Zusatz zur Patentanmeldung P 22 36 763)
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung der Lage des Ständerstromvektors einer über einen
Wechselrichter mit steuerbaren Ventilen mit eingeprägtem Strom gespeisten Drehfeldmaschine, deren Ständerstromvektor zur
quasistetigen Steuerung abwechselnd in die eine und in die andere von zwei benachbarten diskreten Lagen gebracht und mit
dem Verhältnis der Verweilzeiten in diesen Lagen seine effektive Zwischenlage vorgegeben wird. Eine derartige Einrichtung ist
nach der in Form der deutschen Offenlegungsschrift 2 236
veröffentlichten Hauptanmeldung für Wechselrichter, welche nur in einem Drehsinn kommutierbar sind, bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einfache Schaltungen anzugeben, mit welchen bei Einrichtungen der eingangs genannten
Art pulsförmig ein direktes Vor- und Zurücksteuern der Ständerstromvektorlage möglich ist und welche demzufolge für Wechselrichter·
geeignet sind, welche nicht nur in einem Drehsinn kommutierbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen ersten, mit der Ständerstromfrequenz
synchronisierten Sägezahngenerator t dessen Ausgangssignal
mit dem Ausgangssignal eines zweiten, mit höherer Frequenz arbeitenden Sägezahngenerators im Eingangskreis eines
Grenzwertmelders verglichen wird, dessen Ausgangssignal eine zwischen dem Steuersatz und den Ventilsteuerstrecken angeordnete
Umschalteinrichtung zur Änderung der Ständerstromvektorlage
betätigt.
ORIGINAL »NSPECTEO
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Mit steigender StänderStromfrequenz verlieren die Oberwellen
des Drehmoments an Bedeutung und es kann für diesen Betriebsfall auf den ungepulsten Betrieb übergegangen werden. Damit bei
diesem Übergang ein Phasensprung im Ständerstrom vermieden wird, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bei η steuerbaren
Wechselrichterventilen ein Steuersatz vorgesehen werden zur Lieferung einer ersten Gruppe von Steuerspannungen und einer
zweiten Gruppe von Steuerspannungen für die einzelnen Ventile, wobei jeweils die einem Ventil zugeordnete Steuerspannung der
ersten Gruppe gegenüber der entsprechenden Steuerspannung der zweiten Gruppe um 180°/n elektrisch voreilt und die Steuerspannungen gruppenweise mittels eines weiteren, von einem drehzahlproportionalen
Eingangssignal beaufschlagten Grenzwertmelders, der einen Umschalter betätigt, aktivierbar sind.
Als vorteilhaft hat sich insbesondere für die Zwecke der Erfindung
ein neuartiger Wechselrichter in Form einer aus sechs Thyristoren bestehenden Drehstrombrücke erwiesen, wobei in Reihe
zu jedem Thyristor eine Diode geschaltet ist und die Thyristoranoden
der einen Brückenhälfte sowie die Thyristorkathoden der anderen Brückenhälfte über jeweils ein Kondensator miteinander
verbunden sind. Ein derartiger Wechselrichter ist auch für alle die Anwendungsfälle geeignet, wo die die Forderung nach
betriebsmäßiger Phasenfolgeänderung des von dem Wechselrichter gespeisten Drehstromverbrauchers auftritt.
Die Erfindung samt ihren weiteren Ausgestaltungen, welche in den Unteransprüchen gekennzeichnet sind, soll nachstehend anhand
der Figuren näher erläutert werden.
In Fig. 1 wird die Asynchronmaschine 1 mit ihren Ständerwicklungen
R,S und T wie beim Gegenstand der Hauptanmeldung von einem Zwischenkreisumrichter gespeist. Der Zwischenkreisumrichter
besteht aus einem Gleichrichter GR und einem se'chspulsigen Wechselrichter WR. Im Gleichstromzwischenkreis dieses
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Umrichters wird mittels eines Stromreglers 2 ein eingeprägter
Gleihstrom I^ erzwungen, welcher dann über die steuerbaren
Ventile S1 - S6 des Wechselrichters WR - im dargestellten Beispiel Thyristoren S1 - den Ständerwicklungen R, S und T der
Asynchronmaschine 1 zugeführt sind. In Reihe mit Jedem Thyristor S1 - S6 dieser Wechselrichter-Drehstrombrückenschaltung liegt
jeweils eine Diode D1 - D6. Die in der einen Hälfte dieser Drehstrombrückenschaltung
angeordneten Thyristoren S1 - S3 sind jeweils kathodenseitig mit je einem Kommutierungskondensator C1 C3
verbunden, während in der anderen Hälfte der Drehstrombrückenschaltung Kommutierungskondensatoren C4 - C6 die Anoden
der Thyristoren S4 - S6 miteinander verbinden. Diese Schaltung hat die Eigenschaft, daß jederzeit zwei beliebige Thyristoren,
von denen der eine in der einen Brückenhälfte und der andere in der anderen Brückenhälfte angeordnet ist gezündet werden
können. Stets werden dann die Kommutierungskondensator C1 - C6 mit der richtigen Polarität so . aufgeladen, daß bei
Zündung eines Ventils das zuvor in der gleichen Brückenhälfte stromführende Ventil gelöscht wird.
Die Steueranschlüsse g1 - g6 der Thyristoren S1 - S6 werden in Abhängigkeit von der Stellung eines Umschalters 4 entweder von
einer ersten Gruppe von Steuerspannungen A1 - -■ A6 oder von einerzweiten Gruppe von Steuerspannungen B1 - B6 beaufschlagt.
Der Umschalter 4 wird von einem Grenzwertmelder 5 betätigt, dem eingangsseitig eine der StänderStromfrequenz der Asynchronmaschine
1 proportionale Spannung Un zugeführt wird. Hat die
StänderStromfrequenz einen Wert der größer ist als die Ansprechschwelle
n1 des Grenzwertmelders 5, dann wird von ihm der Umschalter 4 betätigt und die Steuerstrecken g1 - g6 der
Thyristoren S1 - S6 werden von den Steuer spannungen B1 - B6 beaufschlagt, während die in Fig. 1 widergegebene Stellung des
Umschalters 4, bei der die Steuerspannungen A1 - A6 auf die Steuerstrecken G1 bis G6 wirken, dann eingenommen wird, wenn
der Wert der Spannung Un unterhalb dar Ansprechschwelle n1
liegt,-was bei entsprechend kleinen Ständerstromfrequenzen der
Fall ist. Zur periodischen Umschaltung zwischen zwei benach -
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barten diskreten Lagen des Ständerstromvektors ist ein weiterer
Umschalter 6 vorgesehen, welcher von einem Grenzwertmelder 7 betätigbar ist. Der Grenzwertmelder 7 wird in einer später noch
im einzelnen erläuterten Weise eingangsseitig beaufschlagt von der in einem Mischglied 8 - beispielsweise in Form eines
Operationsverstärkers - gebildeten Differenz zwischen dem Ausgangssignal SZf eines mit der Ständerstromfrequenz synchronisierten
Sägezahngenerators und dem Ausgangssignal SZ eines weiteren Sägezahngenerators, welcher mit höherer Frequenz
arbeitet.
Die Zündreihenfolge der Thyristoren S1 - S6 und damit die Form
der Steuerspannungen A1 - A6 bzw. B1 - B6 ergeben sich aus
Fig. 2 und sollen am Beispiel eines Umlaufes des Ständerstromvektors verfolgt werden. Als Bezugsachse ist die Wicklungsachse
der Phase R verwendet, und der jeweilige Winkel des Ständerßtromvektors
bezüglich dieser Achse ist mit <^>
t = —w— . t bezeichnet, wo c-o die Kreisfrequenz und T die Umlauf zeit des
Ständerstromvektors bedeuten. Die sechs möglichen, diskreten Lagen des resultierenden Ständerstromvektors sind mit Vektorpfeilen
L1 - L6 bezeichnet und ergeben sich jeweils bei Zündung der an diesen Vektorpfeilen vermerkten Thyristoren. Damit sich
der Ständerstromvektor entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn ausgehend
von cct = O in Sprüngen von jeweils 60° bewegt,
wären also zunächst beispielsweise die Thyristoren S1 und S6 im durchlässigen Zustand zu halten, sodann die Thyristoren S2
und S6, daraufhin die VentiLe S2 und S4 usf. In den mit I bis VI bezeichneten Winkelbereichen sind die Hauptventile in der angegebenen
Weise zu zünden und bei Verwendung eines kontinuierlich umlaufenden Vorgabevektors für den Ständerstromvektor wird
dieser jeweils in die ihm im Uhrzeigersinn nächstfolgende mögliche Lage gebracht, sobald der Steuervektor die Grenze eines
dieser Bereiche überschreitet. Dies erfolgt in dem Betriebszustand, in welchem der in Fig. 1 mit 5 dargestellte Grenzwertmelder
angesprochen hat, d.h. also bei höheren Ständerstromfrequenzen. Insoweit entspricht diese Betriebsweise auch
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Sinkt jedoch die Frequenz des Ständerstromes unter den Ansprechwert
n1 des Grenzwertmelders 5, dann erfolgt eine quasistetige Steuerung des Ständerstromvektors im Pulsbetrieb in
der Weise, daß er jeweils periodisch mit kontinuierlich sich ändernden Tastverhältnis zwischen zwei benachbarten diskreten
Lagen umgeschaltet wird,und zwar jeweils in den mit I VI
bezeichneten Bereichen, welche zur Vermeidung eines Phasensprungs beim Ständerstrom gegenüber den Bereichen I -» VI um
-4jp phasen- bzw. um Vi2 zeitverschoben sind. Wenn der zuvor
erwähnte Vorgabevektor z.B. in den mit I bezeichneten Bereich eintritt, dann wird der Thyristor S6 dauernd durchlässig gehalten
und in schneller Folge abwechselnd die Ventile S1 und S2 gezündet. Befindet sich der Vorgabevektor im Bereich I
zwischen y-/6 und '3, dann nimmt der Ständerstromvektor stets
eine längere Zeit die Lage L1 ein als die Lage L2, ist die Winkellage des Vorgabevektors '"/3t dann sind die Verweilzeiten
des Ständerstromvektors in den Lagen L1 und L2 genau gleich
und für den Rest des Bereiches I nimmt der Steuerstromvektor jeweils eine längere Zeit die Lage L2 ein, als die Lage L1.
Da das Verhältnis der Verweilzeiten des Ständerstromvektors in
den diskreten Lagen L1 und L2 seine effektive Zwischenlage bestimmt, kann diese zwischen diesen Lagen quasistetig kontinuierlich
verändert werden, wenn das Verhältnis der Verweilzeiten entsprechend geändert wird. Analoge Betrachtungen gelten
für die übrigen, mit II - VI bezeichneten Bereiche des
Impulsbetriebes, bei welchem also der Umschalter 6 in Fig. 1 dauernd periodisch vom Grenzwertmelder 7 nach Maßgabe der
Differenz seiner Eingangssignale SZf und SZ betätigt wird.
Fig. 3 zeigt ein Impulsdiagramm für die bei den zuvor geschilderten
Betriebsweisen erforderlichen Steuerspannungen A1
- A6 bzw. B1 - B6, welche über die in Fig. 1 dargestellten Umschalter 6 und 4 den Steuerstrecken g1 - gg der Thyristoren
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S1 - S6 zugeführt sincU Die eine Steuerspannungsgruppe A1 - A6f
welche für den Pulsbetrieb bei niedrigen Frequenzen benötigt wird, besteht aus sechs Rechteckimpulsspannungen der Dauer
2'X- "vT
~3— , welche jeweils gegeneinander um —y versetzt sind. Das
gleiche gilt für die zweite Steuerspannungsgruppe B1 - B6, wobei die Steuerspannungen dieser Gruppe gegeneinander den
entsprechenden Steuerspannungen der ersten Gruppe jeweils um -T^— versetzt sind. In der Fig. 3 sind weiterhin noch die
Winkelbereiche I - VI (ungepulster Betrieb) sowie I - VI
(gepulster Betrieb) eingetragen, welche den entsprechend bezeichneten Winkelbereichen der Fig. 2 entsprechen.
Am Beispiel des Winkelbereiches I soll nun im einzelnen die
Beaufschlagung der einzelnen Steuerstrecken der Thyristoren
des Wechselrichters WR verfolgt werden. In diesem Winkelbereich weisen von der Steuerspannungsgruppe A^-Ag lediglich
die Steuersp^nnungen A2 und A3 Zündsignal auf, so daß in der in Fig. 1 dargestellten Stellung des Umschalters 6 die
Thyristoren S6 und S2, in der anderen Stellung des Umschalters die Thyristoren S1 und S6 gezündet sind. Da der Umschalter 6
dauernd periodisch seine Stellung wechselt, werden also im Wirkelbereich I die Thyristoren S1 und S2 im gegenseitigen
Wechsel gezündet, während der Thyristor S6 dauernd durchlässig ist.
Wird die Ständerstromfrequenz so groß, daß die Ansprechschwelle Πλ des Grenzwertmelders 5 überschritten wird, dann kommt der
Hutbehälter 4 in seine andere Lage und die Steuerstrecken der
Thyristoren werden nunmehr im ungepulsten Betrieb von der zweiten Steuerspannungsgruppe B1 - B6 beaufschlagt, wovon im
Winkelbereich I lediglich die Steuer spannungen B1 und B2 Zündspannung aufweisen, so daß wie ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt,
die Thyristoren S1 und S6 gezündet werden. In diesem Winkelbereich nimmt daher der Ständerstromvektor die mit L1 bezeichnete
Lage ein.
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Fig. 4 zeigt nun eine einfache Realisation eines Steuersatzes, mit welchem die beiden Steuerspannungsgruppen A1 - A6 und B1
- B6 sowie das frequenzsynchronisierte Sägezahngeneratorsignal SZ^ gewonnen werden können. Dieser Steuersatz besteht im
wesentlichen aus einem Spannungsfrequenzumsetzer 9» dessen Ausgangssignal die Eingänge von zwei sechsstufigen Ringzählern 10
und 11 beaufschlagt. Mit der dem Eingang des Spannungsfrequenzumsetzers 9 zugeführten Gleichspannung U wird die Ständerstromfrequenz
der Drehfeldmaschine 1 festgelegt. Diese Spannung Un wird unmittelbar sowie .... über einen ihr Vorzeichen umkehrenden
Verstärker 12 einem Umschalter 13 zugeführt, welcher
vom Ausgangssignal einer bistabilen Kippstufe 14 betätigt wird. Die bistabile Kippstufe 14 wird angestoßen von den Ausgangssignalen
zweier Grenzwertmelder 15 und 16, von denen der eine
die Ansprechschwelle h und der andere die Ansprechschwelle 0 aufweist. Die Eingangssignale der Grenzwertmelder 15 und 16 bestehen
in dem Ausgangssignal eines Integrators 17, welches sich
je nach Stellung des Umschalters 13 zeitlinear abwechselnd vom
Wert 0 auf einen konstanten, durch die Ansprechschwelle des Grenzwertmelders 15 festgelegten Wert h bewegt, bzw. von
diesem Wert h zum Wert 0. Jedesmal, wenn das Ausgangssignal U^
des Integrators 17 einen dieser Werte erreicht, erfolgt eine Betätigung des Umschalters 13 durch das Ausgangssignal der
bistabilen Kippstufe 14, welches aus einer Rechteckimpulsspannung Ug mit dem Puls-Pausenverhältnis 1 besteht. Wird jeweils
von den aufsteigenden Flanken dieser Rechteckimpulsspannungen Ug der Ringzähler 10 weitergezählt und von den abfallenden
Impulsflanken dieser Spannung Ug der Ringzähler 11,
dann können in an sich bekannter Weise am Ausgang des Ringzählers 10 die Steuerspannungen A1 - A6 und am Ausgang des
Ringzählers 11 die Steuerspannung B1 - B6 abgenommen werden. Bezeichnet man mit T/6 die Periodendauer der Rechteckimpulsspannung
Ug, dann ist T die Periodendauer des Ständerstromes
und man kann die Impulsspannung Ug als digitale Abbildung
der Winkellage eines mit der Umlauf?eit T umlaufenden Vorgabevektors
auffassen.
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Das Ausgangssignal U1 ist unmittelbar sowie über einen sein
Vorzeichen unikehrenden Verstärker 19 den beiden Kontakten eines Umschalters 18 zugeführt, welcher ebenfalls vom Ausgangssignal
der bistabilen Kippstufe 14 zur Erzeugung des frequenzsynchronisierten Sägezahngeneratorsignals SZf betätigt wird.
Fig. 5 zeigt eine zur Realisierung des zweiten, zur erfindungsgemäßen
Steuerung benötigten Sägezahngeneratorsignals SZ . Dieser Sägezahngenerator besteht in einem Spannungsfrequenzumsetzer
nach Art des in Fig. 4 dargestellten, bei welchem aber die beiden Grenzwer-bmelder symmetrische Ansprechwerte
h bzw. -h haben und das Ausgangssignal des Integrators nicht umgepolt wird. Die Eingangsspannung Uk ist konstant und
auf die Integrationszeit des Integrators 22 so abgestimmt, daß das Signal SZ eine wesentlich höhere Wiederholungsfrequenz
aufweist als das frequenzsynchronisierte Sägezahngenerator- ■ signal SZf.
Fig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des
Integrators 17, der Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufe Ug sowie der Sägezahnsignale SZf und SZ . Man erkennt wie sich
die Ausgangsspannung Uj dreieckförmig mit der Periodendauer ·
T/6 zwischen den Werten 0 und h bewegt, was dann infolge der Grenzwertmelder 15 und 16 und der bistabilen Kippstufe
14 zu einer rechteckfcrmigen Impulsausgangsspannung Ug
der bistabilen Kippstufe 14 führt. Da jedesmal zu den Zeitpunkten t eine Umpolung der Integratorausgangsspannung Uy
durch den von der bistabilen Kippstufe 14 betätigten Umschalter 18 erfolgt, ergibt sich für das Signal SZf ein sägezahnförmiger
Verlauf mit einer zwischen den Grenzen -h und +h zeitlinear verlaufenden Anstiegsrampe und einer senkrecht
abfallenden Flanke. Beim Signal SZ ergibt sich ein dreieckförmiger
Verlauf zwischen den Grenzen -h und +h.
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Die in der in Fig. 1 dargestellten Mischstufe 8 gebildete Differenz zwischen dem frequenzsynchronisierten Sägezahngeneratorsignal
SZ- und dem höher frequenten Sägezahngeneratorsignal SZ wird zur periodischen Betätigung des Umschalters 6
im Pulsbetrieb verwendet. Hierzu zeigt Fig. 7 ein Diagramm. Jeweils während der Zeiten, in welchen das Signal SZ das
Signal SZ~ übersteigt, erscheint am Ausgang des Grenzwertmelders 7 ein Signal, welches den Umschalter 6 von der in Fig. 1 dargestellten
Stellung in seine andere Stellung bringt, während in den Zeiten, in welchem das Signal SZf kleiner ist als das
Signal SZ am Ausgang des Grenzwertmelders 7 kein Signal erscheint und der Umschalter 6 seine in der Fig. 1 wiedergegebene
Lage einnimmt. In dieser Lage würde beispielsweise im Winkelbereich I die Ventile S2 und S6 gezündet sein und in der
P ,
anderen Lage die Ventile S1 und Sb. Bei konstanter Ständerstromfrequenz
würde dies bedeuten, daß der Ständerstromvektor dauernd zwischen den LageiLI und L2 hin und her pendelt und
seine Verweilzeit in der Lage L1 sich laufend und bei konstanter Ständerstromfrequenz zeitlinear verkleinert, wohingegen
seine Verweilzeit in der Lage L2 sich beginnend von einem Größtwert laufend vergrößert.
Anstelle sich die Steuerspannungen A1 - A6 und B1 - B6 mittels eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers und zweier Ringzähler zu
bilden, kann dies gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mittels eines Winkelschalters 26 erfolgen, welcher
eingangsseitig von den Komponentenspannungen sin/£* und cosß*
eines kontinuierlich umlaufenden Vorgabevektors beaufschlagt
ist. Es entspricht .-^r— der Kreisfrequenz <<->
des Ständerstromes. Dabei ist cos ^ * proportional der Komponente des
Vorgabevektors, welche in Richtung der Wicklungsachse R der Drehfeldmaschine 1 zeigt und sin -J * proportional der dazu
senkrechten Komponente des Vorgabevektors.
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Fig. 8 zeigt den für die Zwecke der vorliegenden Erfindung abgewandelten
Aufbau eines nach der deutschen Patentschrift 1 941 312 bekannten Winkelschalters. Mit den Eingangsklemmen
27 und 28 sind die Eingänge von vier Operationsverstärkern 29 bis 32 über entsprechend gewählte Widerstände so verbunden,
daß am Ausgang des Verstärkers 29 eine Spannung entsteht, welche der an der Klemme 28 anliegenden Komponentenspannung
Λ ο erscheint
sin/i* um 30 nacheilt, am Ausgang des Verstärkers 30/eine
Spannung, welcher der Komponentenspannung sin/^* um 60° nacheilt,
am Ausgang des Verstärkers 31 eine solche mit 120° Nacheilung gegenüber der Komponentenspannung sin/>
* und am Ausgang des Verstärkers 32/eine Spannung, welche der genannten
Komponentenspannung um 150° nacheilt. Es sind weiterhin sechs Grenzwertmelder 33 bis 38 vorgesehen, von welchen die Grenzwertmelder
35 und 38 jeweils an eine der Komponentenspannungen angeschlossen sind, während die übrigen von den Ausgangssignalen
dor Verstärker 29 bis 32 beaufschlagt werden. An die Ausgänge der Grenzwertmelder 33 bis 38 sind jeweils Umkehrstufen 39
bis 44 angeschlossen, so daß man die in der Fig. 9 dargestellten Impulszüge WT1 bis WT12 erhält, welche gegeneinander jeweils
um _^_. gegeneinander versetzt sind und deren Dauer jeweils
einem halben Umlauf des Vorgabevektors entspricht. Es sind weiterhin 12 UND-Gatter 45 bis 56 vorgesehen, welche je-
.von weils in der angegebenen Weise/ zwei dieser genannten Impuls-·
züge beaufschlagt werden und an ihrem Ausgang dann ein Signal
erscheinen lassen, wenn beide der sie beaufschlagenden Impulszüge einen von 0 verschiedenen Wert aufweisen. Wie sich anhand
von Fig. 9 leicht verfolgen läßt, erscheinen auf diese Weise an den Ausgangsklemmen 57 bis 62 die in Fig. 3 mit
A1 - A6 dargestellten Steuerspannungen und an den Ausgangsklemmen 63 bis 68 die in Fig. 3 mit B1 - B6 dargestellten
Steuerspannungen.
In Fig. 10 ist eine zweite Variante zur Bildung des frequenz-
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synchronisierten Sägezahnsignals SZf dargestellt. Hierzu werden
die Impulssignale WT1, WT3, WT5, WT7, WT9 und WT11 sowie die
Ausgangssignale der Verstärker 30 und 31 des Winkelschalters an dessen Ausgangsklemmen 69 bis 76 herausgeführt und mit den
entsprechend bezeichneten Eingangskleinmen des Sägezahngenerators
77 verbunden. An eine weitere Klemme ist die Komponentenspannung sin/^* des Vorgabevektors angeschlossen. Die Impulsspannungen
WT1, WT3, WT5, WT7, WT9 und WT11 werden in der angegebenen Weise
in sechs UND-Gattern 78 bis 83 so verknüpft, daß deren Ausgänge nacheinander jeweils während einer Zeitdauer von T/6 Betätigungssignale
für sechs Schalter 84 bis 89 liefern, welche eine von sechs jeweils gegeneinander um 60° phasenverschobenen
Sinus spannungen auf den Eingang eines Verstärkers 90 duuhschalten.
Die mit den Schaltern 84 - 89 durchgeschalteten Teilstücke der sechs Sinusspannungen sind in dem Spannungsdiagramm der Fig.
hervorgehoben. Jedes Teilstück erstreckt sich von — 30° bis +30° der jeweiligen Sinusspannung. In diesem Bereich ist der
Verlauf der Sinusfunktion annähernd linear, so daß sich dacit im Prinzip dieselbe frequenzsynchronisierte, sägezahnförmige
Spannungsform wie in Fig. 6 ergibt.
Eine dritte Möglichkeit zur Realisierung eines frequenzsynchronisierten
Sägezahngenerators ist in Fig. 12 dargestellt. Ihr liegt der Gedanke zugrunde, aus vier Steuerspannungen
der im Pulsbetrieb verwendeten Steuerspannungsgruppe zwei Phasenströme i^ und ig eines Ständerstromvektors
zu simulieren, welcher bei seinem Umlauf sechs diskrete Lagen einnimmt, die aber gegenüber den in Fig. 2 mit L1 bis L6 bezeichneten
Lagen um einen Winkel von 30° elektrisch vorgedreht sind. Aus diesen Phasenströmen werden dann unter der
Berücksichtigung der Symmetriebedingung i^ + ig + i£ = 0 zwei
orthogonale Komponenten dieses simulierten Ständerstromvektors gebildet und der Sinus des Differenzwinkels zwischen der Lage
dieses Vektors und der Winkellage des kontinuierlich umlaufenden
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Vorgabevektors gebildet. Der Sinus des Differenzwinkels hat jeweils dann einen größten negativen Wert, wenn der Vorgabevektor
einen der Bereiche Ip - VIp erreicht, weist jeweils
den Wert 0 auf in der Mitte dieser Bereiche und hat einen maximalen positiven ¥ert, wenn der Vorgabevektor diese Bereiche
wieder verläßt. Es ergeben sich dann über einen Umlauf des Vorgabevektors Spannungsformen wie sie in Fig. 11 dargestellt
sind.
Die Phasenströme IX und iA werden mittels zwei Verstärker 91
und 92 gebildet, denen eingangsseitig die Steuerspannungen Ä1
und A4 sowie A5 und A1 zugeführt sind. Mittels eines weiteren Verstärkers 93 erfolgt dann die Bildung der Komponente i/5 des
simulierten Ständerstromvektors, welche in die in Fig. 2 mit . L2 bezeichnete Richtung fällt, während die andere, dazu
orthogonale Komponente Ix. als in die Richtung der Wicklungsachse
R der Drehfeldmaschine 1 fallend angenommen wird. Mittels eines aus zwei Multiplizierern 94 und einem Verstärker 96 bestehenden
Vektordrehers VD, wird aus den beiden orthogonalen Komponenten i-c und i -a des simulierten Ständerstromvektors
und den beiden ebenfalls orthogonalen Komponenten des Steuerspannungsvektors sin ·"'* und cos -'3 * eine dem Sinus der Winkeldifferenz
zwischen den jeweiligen Winkellagen dieser Vektoren entsprechende Größe gebildet und als Sägezahngeneratorsignal SZf
an der Klemme 97 ausgegeben. Wiederum erscheinen dort Spannungsformen nach Art der. Fig. 11. . .
10 Figuren
8 Patentansprüche
8 Patentansprüche
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Claims (8)
1.; Einrichtung zur Steuerung der Lage des Ständerstromvektors
einer über einen Wechselrichter mit steuerbaren Ventilen mit eingeprägtem Strom gespeisten Drehfeldmaschine, deren
Ständerstromvektor zur quasistetigen Steuerung abwechselnd
in die eine und in die andere von zwei benachbarten diskreten Lagen gebracht und mit dem Verhältnis der Verweilzeiten
in diesen Lagen seine effektive Zwischenlage vorgegeben wird nach Patent (Patentanmeldung
P 22 36 763, VPA 72/3104), gekennzeichnet durch einen ersten,
mit der Ständerstromfrequenz synchronisierten Sägezahngenerator, dessen Ausgangssignal (SZf) mit dem Ausgangssignal
(SZ ) eines zweiten, mit höherer Frequenz arbeitenden Sägezahngenerators im Eingangskreis eines Grenzwertmelders
(7) verglichen wird, dessen Ausgangssignal eine zwischen dem Steuersatz und den Ventilstrecken angeordnete Umschalteinrichtung
(6) zur Änderung der Ständerstromvektorlage betätigt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1 für einen Wechselrichter mit η
steuerbaren Ventilen, gekennzeichnet durch einen Steuersatz zur Lieferung einer ersten Gruppe von Steuerspannungen
(A^ - Ag) und einer zweiten Gruppe von Steuerspannungen
(B1 - B6) für die einzelnen Ventile, wobei jeweils die einem Ventil zugeordnete Steurspannung der ersten Gruppe
gegenüber der entsprechenden Steuerspannung der zweiten Gruppe um y<-/n voreilt und die Steuerspannung <;n gruppenweise
mittels eines weiteren, von einem drehzahlproportionalen Eingangssignal (U) beaufschlagten, Grenzwertmelders
(5), der einen Umschalter (4)betätigt, aktivierbar sind.
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3. Einrichtung, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch einen Wechselrichter in Form einer aus sechs Thyristoren (S1 - S6) bestehenden Drehstrombrücke,
wobei in Reihe zu Jedem Thyristor eine Diode (D1 - D6) geschaltet ist und die Thyristoranoden der einen Brückenhälfte
sowie die Thyristoranoden der anderen Brückenhälfte über jeweils einen Kondensator (C1 - C3 bzw. 04 - C6)
miteinander verbunden sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuersatz (10, 11) zwei n-stufige Ringzähler enthält,
welche vom Ausgangssignal eines Spannungs-Frequenzumsetzers
(9) beaufschlagt sind (Fig. 4).
5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als Sägezahngenerator der Integrator (17) eines Spannungs-Frequenzumsetzers verwendet ist, wobei der Integrator
mit einer periodisch umpolbaren Eingangsspannung (U ) beaufschlagt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß als Steuersatz ein Winkelschalter (26) verwendet ist,
welcher aus sechs Grenzwertmeldern (33 - 38) besteht, von denen zwei (35, 38) unmittelbar und die übrigen über
Operationsverstärker (29 - 32) von den Komponenten (sin:>*,
COSy7J *) eines Vorgabevektors beaufschlagt sind, wobei
die Ausgangssignale der Grenzwertmelder direkt sowie über Umkehrstufen (39 - 44) zwölf UND-Gattern (45 - 56) derart
zugeführt sind, daß an deren Ausgänge jeweils um —£.—
gegeneinander versetzte Steuerspannungen (A1 - A6, B1 - B6) entstehen (Fig. 8).
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der frequenzsynchronisierte Sägezahngenerator aus sechs
Schaltern (84 - 89) besteht, welche von den Ausgängen von
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25U557
- 15 - VPA 75 P 3056 BRD
sechs UND-Gattern (78 - 83) betätigbar sind zur selektiven
Durchschaltung einer von sechs sinusförmigen, jeweils um
■^ /3 gegeneinander versetzten Spannungen, welche aus den
Komponentenspannungen (sin/3*, cos/?*) des Vorgabevektors
abgeleitet sind (Fig. 10).
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der freqeuenzsynchronisierte Sägezahngenerator aus einem Komponentenbildner
(91 - 93) zur Nachbildung orthogonaler Komponenten eines fiktiven Ständerstromvektors besteht,
welcher mit vier Steuerspannungen (A2, A5, A1, A4) beaufschlagt ist und dessen zwei Ausgangsgrößen (i^, , i/3 )
zusammen mit den Komponenten des Vorgabevektors einem Vektordreher (VD) zugeführt sind (Fig. 12)
609842/0440
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