DE2514557A1

DE2514557A1 - Einrichtung zur steuerung der lage des staenderstromvektors einer ueber einen wechselrichter mit eingepraegtem strom gespeisten drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE2514557A1
Application number: DE19752514557
Authority: DE
Inventors: Felix Dipl Ing Dr Blaschke; Herwig Dipl Ing Klautschek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-04-03
Filing date: 1975-04-03
Publication date: 1976-10-14
Also published as: DE2514557B2; BE832608R; SE7601371L; AT341046B; SE410683B; JPS562518B2; ATA536475A; JPS51122720A; ZA755222B; FR2306564A2; CA1037557A; DE2514557C3; CH589968A5; FR2306564B2; GB1504605A

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 U_n 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 U_n 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 SZ_f 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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- 5 - VPA 75 P 3056 BRD dem Steuerverfahren der Hauptanmeldung.

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 '"/3_t 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 SZ_f 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 - A6_f 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 SZ_f 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 U_k 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 SZ_f.

Fig. 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung des Integrators 17, der Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufe Ug sowie der Sägezahnsignale SZ_f 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 SZ_f 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 SZ_f 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 SZ_f 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 i_g 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^ + i_g + 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 - VI_p 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 I_x. 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 SZ_f an der Klemme 97 ausgegeben. Wiederum erscheinen dort Spannungsformen nach Art der. Fig. 11. . .

10 Figuren
8 Patentansprüche

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Claims

25U557 - 13 - VPA 75 P 3056 BRD Patentansprüche

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 (SZ_f) 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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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)

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