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Anlage zur
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Patentanmeldung Schaltanordnung zum Betrieb eines Asynchronmotors
über einen Dreiphasen-Wechselrichter Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung
zum Betrieb eines Asynchronmotors über einen Dreiphasen-Wechselrichter mit einem
Meßglied für den Laststrom, einem Sollwertgeber, einer Schaltstufe zum Vergleich
von Stromsollwert und Stromistwert und zur Ableitung von Schalt signalen sowie einem
Steuersatz für die schaltbaren Ventile des Wechselrichters, wobei die Schaltsignale
in einem ersten Betriebsbereich ein Umschalten des Wechselrichters zwischen treibender
Spannung (Speisen) und Spannung Null (Freilauf) und in einem zweiten Betriebsbereich
zwischen Spannung Null (Freilauf) und Gegenspannung (Rückspeisen) auslösen.
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Wenn man beispielsweise bei Fahrantrieben mit einem Käfigläuferasynchronotor
schnelle Drehzahländerungen erzielen will, regelt man am günstigsten diejenigen
Größen des Motors, die bei Drehzahländerungen nahezu konstant bleiben, nämlich den
Ständerstrom und die Frequenz der Läuferströme. Bei einem bekannten Verfahren der
direkten Stromregelung wird die Differenz zwischen Stromsollwert und Stromistwert
zwei Kippstufen mit unterschiedlichen Schaltschwellen zugeführt, wobei sicn aus
dem Ansprechzustand der Kippstufen ergibt, ob der Wechselrichter in einem ersten
Betriebsbereich, in dem zwischen treibender Spannung und Freilauf gepulst wird,
oder in einem zweiten Betriebsbereich, in dem zwischen Freilauf und Rückspeisen
gepulst wird, betrieben werden soll.
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Aufgrund der stromdifferenzabhängigen Umschaltung der Betriebsbereiche
ist bei diesem bekannten Verfahren mit einer sehr großen Anzahl von Schaltvorgängen
der schaltbaren Ventile des Wechselrichters zu rechnen, wodurch eine beträchtliche
Verlustleistung entsteht und der Wirkungsgrad herabgesetzt wird, was insbesondere
bei batteriebetriebenen Fahrzeugen nicht in Kauf genommen werden kann.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,für eine direkte Ständerstromregelung
einer Asynchronmaschine eine Schaltanordnung zu schaffen, bei der die Schaltvorgänge
der schaltbaren Ventile gegenüber bekannten Lösungen herabgesetzt ist, so daß ein
höherer Wirkungsgrad erreicht wird; Der Aufbau der Schaltanordnung soll möglichst
einfach und unter Verwendung handelsüblicher Bausteine realisierbar sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Abhängigkeit
von der Stellung des Sollwertgebers bei ererwünschtem Antrieb der zweite Betriebsbereich
und bei erwünschtem Bremsen der erste Betriebsbereich blockiert ist.
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Während also bei der eingangs' erwähnten bekannten Lösung allein in
Abhängigkeit von der Differenz von Stromistwert und Stromsollwert bei Überschreiten
der einzelnen Schaltschwellen der Kippstufen auf beide Betriebsbereiche wechselweise
umgeschaltet wird, ist bei der Erfindung jeweils ein Betriebsbereich blockiert.
Der Wechselrichter kann also nur zwei Schalt zustände einnehmen, nämlich bei Antrieb,
Speisen und Freilauf oder bei Bremsen, Freilauf und Rückspeisen, wohingegen bei
der bekannten Lösung sowohl beim Bremsen as auch beim Antrieb alle drei Schaltzustände
möglich sind. Die Anzahl der Schaltvorgänge ist also bei der erfindungsgemäßen Lösung
wesentlich reduziert.
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Bei der eingangs erwähnten bekannten Ausführung taktet der Stromregler
mit einer sich frei einstellenden Frequenz. Dieses Verfahren wäre auch bei der erfindangsgemäßen
Ausführung denkbar, doch wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
zur weiteren Herabsetzung der Schalthäufigkeit die maximal mögliche Einschaltdauer
eines jeden schaltbaren Ventils des Wechselrichters in zwei Zeitbereiche unterteilt,
wobei der Schalt zustand des Ventils in dem einen Zeitbereich von der Stellung des
Sollwertgebers und in dem anderen Zeitbereich von den Schaltsignalen abhängt.
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Aufgrund dieser Ausbildung ist also beispielsweise bei erwünschtem
Antrieb in einem ersten Zeitbereich das Ventil dauernd leitend und erst im darauf
folgenden Zeitbereich wird dieses Ventil nach Maßgabe der Schaltsignale geschaltet.
Beim Bremsen werden die Ventile in einem ersten Zeitbereich nach Maßgabe der Schaltsignale
geschaltet und im nachfolgenden Zeitbereich gesperrt.
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Eine besonders einfache Schaltanordnung, in der die erfindungsgemäßen
Gedanken verwirklicht sind, ergibt sich wenn die Schaltsignale in Abhängigkeit von
der Stellung des Stromsollwertgebers auf eine von zwei Steuerleitungen geschaltet
sind, wenn zugleich auf die jeweils andere Steuerleitung bei erwünschtem Antrieb
ein Signal mit hohem Pegel
und bei erwünschtem-Bremsen ein Signal
mit niedrigem Pegel geschaltet ist, und wenn diese Steuersignale A und B auf den
Steuerleitungen in einem logischen Verknüpfungsnetzwerk des Steuersatzes mit Phasensignalen
P1 ... P6 zu Zündsignalen T ... T6 für die Ventile 1 bis 6 des Wechselrichters nach
folgenden Bool'schen Gleichungen verknüpft sind: T1 = (P1 und A) oder (P6 und B)
T2 = (P2 und A) oder (P1 und B) T3 = (P3 und A) oder (P2 und B) (P4 und A) oder
(P3 und B) T5 = (P5 und A) oder (P4 und B) T6 - (P6 und A) oder (P und B) o Aus
diesen Bool'schen Gleichungen geht schon hervor, daß dieses Verknüpfungsnetzwerk
mit einfachen handelsüblichen Und/Oder -Gattern realisierbar ist. Beim Antreiben
ist auf die eine Steuerleitung ein Steuersignal B mit hohem Pegel geschaltet. Das
Signal A auf der anderen Steuerleitung entspricht dem Schaltsignal, wechselt also
zwischen hohem und niedrigem Pegel. Das mit dem Zündsignal T2 schaltbare Ventil
beispielsweise wird also in einem ersten Zeitbereich beginnend mit dem Phasensignal
P1 leitend, bis mit Beginn des Phasensignales P2 nach Maßgabe des Schalt- und Steuersignales
A zwischen Speisen und Freilauf umgeschaltet wird. Mit Beginn des Phasensignales
P3 wird dieses Ventil völlig gesperrt. Fällt der Phasenwechsel in den Zeitraum,
in dem das Ventil wegen eines entsprechenden Schaltsignals ohnehin schon stromlos
ist, so kann der Phasenwechsel ohne weitere Löschung des zuletzt getakteten Ventils
erfolgen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur weiteren
Verringerung der Schalthäufigkeit die Schaltstufe zum Soll-Istwertvergleich und
zur Ableitung der Schaltsignale einen Zweipunktregler und wenigstens. einen Mittelwertregler
aufweisen,
wobei bei erwünschtem Antrieb in Abhängigkeit von der Motordrehzahl von Zweipunktregelung
auf Mittelwertregelung umgeschaltet wird, während bei erwünschtem Bremsen im gesamten
Drehzahlbereich der Mittelwertregler die Schal.tsignale erzeugt.
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Bei dieser Ausbildung wird nur im unteren Drehzahlbereich bis zu einer
bestimmten Schaltschwelle mit dem freilaufenden Zweipunktregler getaktet, während
im Drehzahlbereich zu größeren Drehzahlen hin jedes Ventil pro Phase nur einmal
geschaltet wird, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bei jedem Phasenwechsel
die Schaltsignale auf die Schaltphasen der Phasensignale derart synchronisiert sind,
daß der Wechselrichter bei erwünschtem Antrieb zu Beginn jedes Phasenabschnittes
auf treibende Spannung (Speisen) und bei erwünschtem Bremsen auf Spannung Null (Freilauf)
umschaltet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Schaltanordnung, Fig. 2
das logische Verknüpfungsnetzwerk des Steuersatzes und den Phasensignalgenerator,
Fig. 3 die Antriebsreglerschaltstufe, Fig. 4 die Bremsstromreglerschaltstufe, Fig..
5 den Flankendetektor und Fig. 6 bis 10 Diagramme, in denen über die Zeit und in
zeitlicher Zuordnung zu den Phasensignalen und Synchronisiersignalen die Zündsignale
der schaltbaren Ventile bei verschiedenen Drehzahlen aufgetragen sind.
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In Fig. 1 ist mit 10 eine Asynchronmaschine bezeichnet, die von einem
Wechselrichter 11 gespeist wird. Die Dreiphasen-Wechselrichterbrücke hat sechs schaltbare
Ventile
1 bis 6, die durch Thyristoren mit dazugehöriger, in der
Zeichnung jedoch nicht näher dargestellt;er Löscheinrichtung gehidet werden. Den
Steueranschlüssen dieser Thyristoren werden aus einem Steuersatz Zündsignale T1
bis T6 zugeführt, was der Übersicht halber in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt;
ist.
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Die vorstehend genannten Gleichungen gelten nur für einen Wechselrichter
mit entsprechend der Zeichnung angeordneten und numerierten Ventilen und bei Zuordnung
eines Zündsignales Tn zum Ventil n und wenn beim Nullsetzen des Zündsignales Tn
die Löscheinrichtung für dac Ventil n betätigt wird.
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Ein nur symbolisch in der Zeichnung dargestelltes Meßglied 12 mißt
den Laststrom der Asynchonmaschine. Der Sollwert geber 13 weist zwei Potentiometer
14 und 15 auf, deren Abgriff mit einem Fahrpedal 16 bzw. einem Bremspedal 17 gekoppelt
sind. Der Abgriff des Potentiometers 14 ist an negative Betriebsspannung angeschlossen,
während der Ab griff des Potentiometers 15 an positiver Betriebsspannung liegt.
Bei Betätigung des Fahrpedals 16 liegt deshalb am Abgriff 18 des Sollwertgebers
ein negatives Signal, während bei Betätigung des Bremspedales 17 hier ein positives
Signal ansteht. Dieses Signal am Abgriff 18 des Sollwertgebers stellt den gewünschten
Stromsollwert dar.
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Mit 20 und 30 sind zwei Schaltstufen bezeichnet, die den Stromistwert
mit dem Stromsollwert vergleichen und hieraus Schaltsignale ableiten. Diese Schaltstufen
sind in den Fig. 3 und Lt im einzelnen dargestellt und werden später erläutert.
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Ein Komparator 40 erzeugt an seinem Ausgang 41 ein Signal mit hohem
Pegel, das im folgenden H-Signal bezeichnet wird, wennan seinem Eingang ein negatives
Signal anliegt, wenn also das Fahrpedal 16 betätigt ist.
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Bei Betätigung des Bremspedals 17 liegt am Eingang des Komparators
ein positives Signal an und am Ausgang 41 erscheint ein Signal mit niedrigem Pegel,
im folgenden L-Signal genannt. Am Ausgang des Komparators 40 können
also
Signale abgegriffen werden, die die Stellung des Sollwertgebers bzw. den gewünschten
Betriebsbereich Antreiben oder Bremsen charakterisieren. In Abhängigkeit von diesem
Ausgangssignal des Komparators 40 erzeugt ein umschaltbarer Freqllenzregler 50 an
seinem Ausgang 51 eine Pulsfolge mit der Frequenz 6 f wobei mit f1 die Ständerfrequenz
der Asynchronmaschine bezeichnet ist. Ein von diesem Signal getriggerter Phasensignalgenerator
60 erzeugt an seinen sechs Ausgängen Phasensignale P1 bis P6, die dem Steuersatz
70 zugeführt werden. In den Steuersatz 70 münden weiterhin zwei Steuerleitungen
71 und 72, die an den Ausgang eines ODER-Gatters 80 bzw. eines UND-Gatters 81 angeschlossen
sind. Diesen Gattern werden zum einen die Schaltsignale aus der Schsltstufe 20 zum
Bremsstromregeln bzw. der Schaltstufe 30 zum Antriebsstromregeln und zum andern
das Ausgangssignal des Komparators 40 zugeführt.
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Wie aus Bild 2 hervorgeht, besteht der Phasensignalgenerator 60 aus
einem Schieberegister 61 mit sechs Ausgängen und einem Takteingang 62 und einem
Setzeingang 63. Fünf der parallelen Ausgänge des Schieberegisters 61 sind über ein
NOR-Gatter 54 mit dem seriellen Setzeingang 63 logisch verknüpft. Das Schieberegister
61 mit dem NOR-Gatter 64 bildet damit insgesamt einen 6-stuSigen Ringzähler derart,
daß jeweils nur einer der Ausgänge des Schieberegisters 61 ein H-Signal abgibt,
während an allen anderen Ausgängen ein L-Signal ansteht, und daß dieses H-Signal
mit jedem Taktimpuls am Takteingang 62 von einem Ausgang zum nachfolgenden weitergeschoben
wird. An den Ausgängen des Schieberegisters 61 bzw. den Eingängen des Steuersatzes
70 stehen damit zyklisch umlaufende Phasensignale P1 bis P6 zur Verfügung.
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Der Steuersatz 70 enthält ein logisches Verknüpfungsnetzwerk mit zwölf
UND-Gattern und sechs ODER-Gattern, an deren Ausäen die Zündsignale T1 bis T6 abgreifbar
sind, die den entsprechend bezeichneten Zündelektroden der Thyristoren 1 bis 6 des
Wechselrichters 11 zugeführt werden. In diesem Steuersatz 70 werden die Signale
auf den Steuerleitungen 71 und 72 und
die Phasensignale P1 bis
P6 in der Weise verknüpft, daß ein zu häufiges Schalten der Thyristoren vermieden
wird. Da die Zündsignalaufbereitung für alle Thyristoren identisch ist, sei im folgenden
nur die Aufbereitung des Zündsignales T2 für den Thyristor 2 erläutert. Am Ausgang
des entsprechenden ODER-Gatters ents.teht ein 11-Signal als Zündsignal nur dann,
wenn entweder das Signal auf der Steuerleitung 72 und das Phasensignal P2 oder das
Signal auf der Steuerleitung 71 und das Phasensignal Pl gleichzeitig auf hohem Pegel
liegen.
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In Fig. 3 ist die Schaltstufe 30 zur Antriebsstromregelung dargestellt.
Den Eingängen 31 und 32 wird der Stromsollwert bzw.
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der Stromistwert zugeführt. Die Schaltstufe 30 enthält einen mitgekoppelten
Operationsverstärker 33, der als Zweipunktregler arbeitet, und einen gegengekoppelten
Operationsverstärker 34, der als Mittelwertregler arbeitet und dessen analoges Ausgangssignal
stetig die Einschaltdauer eines insgesamt mit 35 bezeichneten Pulsbreitenstellers
verändert. Dieser Pulsbreitensteller 35 kann im einfachsten Fall als monostabile
Kippstufe ausgebildet sein, deren Eigenzeit durch die Ausgangsspannung am Operationsverstärker
34 veränderbar ist.
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Mit 36 ist ein Umschalter bezeichnet, der von einem Schwellwertschalter
37 gesteuert wird. Diesem Schwellwertschalter wird die Motordrehzahl zugeführt und
er legt den Umschalter in die gestrichelt gezeichnete Lage um, wenn die Motordrehzahl
einen bestimmten Schwellwert überschritten hat. Unterhalb dieses Schwellwertes befindet
sich der Umschalter 36 in der gezeichneten Lage. Bei geringen Motordrehzahlen erscheinen
also am Ausgang .38 der Schaltstufe 30 die Schaltsignale des taktenden Reglers,
während bei hohen Drehzahlen die Schaltsignale des Mittelwertreglers weiterverarbeitet
werden.
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Die Schaltstufe 30 hat noch einen Eingang 39 für ein Synchronisiersignal
Sy zum Triggern der monostabilen Kippstufe des Pulsbreitenstellers 35 und des taktenden
Reglers mit dem Operationsverstärker 33. Wenn am Eingang 39 ein negatives Signal
ansteht,
wird die monostabile Kippstufe des Pulsbreitenstellers
35 getriggert, so daß an deren Ausgang ein H-Signal abgreifbar ist.
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Durch dieses Synchronisiersignal Sy wird weiterhin der taktende Regler
in seine eine Vorzugsstellung gekippt, in der am Ausgang des Operationsverstärkers
33 ebenfalls ein H-Signal ansteht. Mit dem Synchronisierimpuls erscheint also am
Ausgang 38 ein H-Signal unabhängig vom Sollistwertvergleich an den Eingängen der
beiden Regler.
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In Fig. 4 ist die Schaltstufe 20 des Bremsstromreglers dargestellt,
die nur einen Mittelwertregler enthält, der entsprechend den Mittelwertregler in
der Schaltstufe 30 ausgebildet,aber mit einer den Bedingungen beim Bremsen angepaßten
Reglerkennlinie versehen ist. An den Eingängen 21 und 22 liegen die Stromistwertsignale
bzw. Stromsollwertsignale an, dem Eingang 29 ist wiederum ein Synchronisiersignal
Sy zugeführt und am Ausgang 28 sind die Schalt signale sbgreifbar.
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In Fig. 5 ist ein Flankendetektor 90 im einzelnen dargestellt, der
aus den seinem Eingang 91 zugeführten Ausgangssignalen des umschaltbaren Frequenzreglers
50 die Synchronisiersignale ableitet, die am Ausgang 92 abgreifbar sind. Ein NAND-Schmitt-Trigger
93 vergleicht das invertierte Pulsfolgesignal der Frequenz 6 . f1 mit der Spannung
eines durch dieses aufgeladenen Kondensators 94, so daß am Ausgang 92 des Flankendetektors
90 bei jedem Phasenwechsel ein negativer Impuls zur Verfügung steht.
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Die Wirkungsweise der Schaltanordnung wird im folgenden anhand der
Fig. 6 bis 10 erläutert: In Fig. 6 ist über der Zeitachse dargestellt, zu welcher
Zeit welches Phasensignal n am Ausgang des Phasensignalgenerators 60 ansteht. Man
erkennt aus dieser Darstellung, daß alle Phasensignale einen gleichlangen Zeitbereich
(60 Grad el) überstreichen und die Phasensignale zyklisch umlaufen. Außerdem zeigt
Fig. 6, daß mit jedem Phasenwechsel ein Synchronisierimpuls Sy erzeugt wird.
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In Fig. 7 sind nun in Zuordnung zu den Phasensignalen der Fig. 6 die
Zündsignale der einzelnen schaltbaren Ventile 1 bis 6 dargestellt. Man erkennt beispielsweise,
daß für das schaltbare Ventil 1 durchgehend ein Zündsignal zur Verfügung gestellt
ist, solange das Phasensignal P6 gegeben ist. Wenn das Phasensignal P6 verschwindet
und dafür das Phasensignal P1 erscheint, kann der Thyristor 1 für einen weiteren
Zeitbereich weiterhin gezündct werden. Die maximal mögliche Einschaltdauer (120
Grad el) dieses thyristors ist also in zwei gleichgroße Zeitbereiche unterteilt,
wobei im ersten Zeitbereich der Thyristor durchgehend leitend gesteuert wird, während
er im zweiten Zeitbereich getaktet wird. Aus Fig. 7 geht weiterhin hervor, daß in
dem zweiten Zeitbereich, in dem der Thyristor 1 getaktet wird, der Thyristor 2 voll
leitend gesteuert rist.
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Anhand der vorhergehenden Figuren soll der Signalfluß für diesen Betriebsfall,
in dem die Asynchronmaschine mit niedriger Drehzahl angetrieben wird, nachverfolgt
werden. Das Fahrpedal 16 ist geringfügig aus seiner Ruhelage bewegt, so daß am Abgriff
18 des Sollwertgebers 13 ein negatives Signal anliegt.
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Am Ausgang 41 des Komparators erscheint dann ein H-Signal, das über
das ODER-Gatter 80 auf die Steuerleitung 71 weitergeschaltet wird. Die Schaltsignale
der Schaltstufe 20 beeinflussen dann den Zustand der Leitung 71 nicht. Durch das
H-Signal des Komparators wird dagegen das UND-Gatter 81 derart vorbereitet, daß
die Schaltsignale aus der Schaltstufe 30 zum Antriebsstromregeln auf die Steuerleitung
72 durchgeschaltet werden.
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Bei niedriger Drehzahl. befindet sich der Umschalter 36 der Schaltstufe
30 in der in Fig. 3 dargestellten Lage und die Schaltsignale des Zweipunktreglers
werden an den Ausgang 38 geschaltet. Damit läßt sich anhand von Fig. 2 nachvollziehen,
daß der Thyristor 1 für die Dauer des. Phasensignales P6 voll leitend ist, weil
durch ein vom Sollwertgeber 13 abgeleitetes
Signal auf die Steuerleitung
71 ein unveränderbares Schaltsignal mit hohem Pegel geschaltet ist. Wenn dagegen
das Phasensignal P1 vorliegt, werden die Zündsignale durch die auf die Steuerleitung
72 geschalteten Schaltsignale bestimmt.
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Mit, steigender Drehzahl wird der taktende Thyristor immer seltener
gesperrt, bis schließlich ein Zustand gemäß lig. 8 eintritt, in dem auch in dem
zweiten Bereich der Thyristor nach einmaligem Sperren nicht mehr in den leitenden
Zustand gesteuert wird. Der Zeitpunkt des Sperrens wird mit zunehmender Drehzahl
immer mehr zum Phasenwechsel hin verschoben, bis schließlich jeder Thyristor in
beiden Zeitbereichen (120 Grad el) dauernd leitend ist, wie dies in Fig. 9 dargestellt
ist. In diesem Übergangsbere ch ist das taktende Stromregeln mit Nachteilen hinsichtlich
der cgclstaüilltnt verbunden, was sich dadurch äußert, daß der Thyristor öfter als
notwendig schaltet. Dies wird dadurch vermieden, daß bei einer bestimmten Drehzahl
auf Mittelwertregelung umgeschaltet wird. Dabei wird dann in Abhängigkeit von der
Ausgangsspannung des Mittelwertreglers die Pulsbreite variiert. Die Zündsignalverteilung
kann dann wieder der Darstellung in Fig. 8 entsprechen.
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Diese Mittelwertregelung ist an sich im ganzen möglichen Drehzahlbereich
stabil, im unteren Drehzahlbereich aber praktisch nicht realisierbar, weil der gewünschte
Strommlttelwert nur mit unzulässig hohen Stromspitzenwerten erreicht werden könnte.
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Gerade bei dieser Mittelwertregelung ist die Synchronisierung besonders
sinnvoll, weil damit sichergestellt wird, daß beim Umschalten von dem ersten Zeitbereich
auf den zweiten Zeitbereich der leitende Thyristor leitend bleibt. Dadurch wird
bei jedem Sollwert über den oberen Drehzahlbereich jeder Arbeitsthyristor nur einmal
pro 360 Grad el gezündet und wieder gelöscht. Aber auch bei der taktenden Regelung
wird durch die Synchronisierung bei jedem Phasenwechsel der Thyristor im leitenden
Zustand gehalten und somit ein an sich möglicher Schaltvorgang unterdrückt. Durch
die Synchronisierung ist außerdem ein lückenloser Übergang von Zweipunkt- auf Mittelwertregelung
und
umgekehrt möglich. In den Fig. 7 und 8 erkennt man die Wirkung
der Synchronisierung daran, daß bei einem Phasenwechsel der leitende Thyristor leitend
bleibt und nicht etwa zuerst gelöscht und erst durch das nächste Schaltsignal in
den leitenden Zustand gebracht wird. Beim Bremsen läßt Fig. 10 erkennen, daß bei
jedem Phasenwechsel der im folgenden Zeitbereich stromführende Thyristor sofort
gezündet wird.
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In Fig. 10 ist schließlich die Zündsignalverteilung bei ererwünschtem
Bremsen dargestellt. Es ist zu sehen, daß im ersten Zeitbereich - symbolisch durch
den Pfeil dargestellt -die Pulsbreite durch den MiFtelwertregler stetig verändert
werden kann, und daß in darauf folgenden zweiten Zeitbereich der Thyristor gelöscht
ist. Das liegt daran, daß bei erwünschtem Bremsen am Eingang des Komparators 40
ein positives Signal ansteht, so daß das am Ausgang abgreilbare L-Signal auf die
Steuerleitung 72 des Steuersatzes 70 durchgeschaltet wird.
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Damit liegt am jeweils oberen Eingang der ODER-Gatter im Steuersatz
70 unabhängig von den Schaltsignalen ein L-Signal, so daß Zündsignale nur gegeben
sind, wenn die andere UND-Bedingung erfüllt ist, nämlich wenn zur gleichen Zeit
das entsprechende Phasensignal und das entsprechende Schaltsignal auf der Steuerleitung
71 gegeben ist. Beim Bremsen wird also in der maximal möglichen Einschaltdauer (120
Grad el) jeder Thyristor nur einmal gezündet und gelöscht.
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Aus diesen Fig. 6 - 10 in Verbindung mit der Wechselrichteranordnung
nach Fig. 1 und der dort ersichtlichen Numerierung der Ventile läßt sich folgendes
feststellen: Beim Antrieb sind bei Vorliegen eines Schaltsignales jeweils einer
der Thyristoren 1, 3 oder 5 und 4, 6 oder 2, also jeweils.
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einer der positiven und einer der negativen Reihe leitend. Während
des Phasensignales P1 beispielsweise speist die Batterie über das Ventil 1, die
Phase R der Asynchronmaschine, die Phase T und das Ventil 2 Energie ein. Wenn in
diesem Zeitbereich kein Schaltsignal vorliegt, ist nur ein Thyristor gezündet und
über die Rückspeisedioden fließt ein Freilaufstrom. Es wird also nur zwischen Speisen
und Freilauf umgeschaltet.
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Beim Bremsen ist, wie Fig. 10 zeigt, einmal der Betriebsbereich Freilauf
möglich, wo nur jeweils ein Thyristor gezündet ist.
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Außerdem ist der Betriebsbereich Rückspeisen möglich, Wo kein Thyristor
gezündet ist, so daß die Maschine über die Rückspeisedioden Energie in die Batterie
zurückliefert.
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Dagegen ist beim Antrieb ein Zustand, in dem keiner der Thyristoren
gezündet ist, und beim Bremsen ein Zustand, in dem jeweils zwei Thyristoren gezündet
sind, nicht möglich. Beim Antrieb ist also der Betriebsbereich, in dem von Freilauf
auf Rückspeisen umgeschaltet wird, und beim Bremsen der Betriebsbereich, in dem
von Speisen auf Freilauf umgeschaltet wird, blockiert, und zwar dadurch, daß in
Abhängigkeit von der Stellung des Sollwertgebers ein feststehendes, vom Strornsollistwertvergleich
unabhängiges Ausgangs signal des Komparators die Gatter 80 bzw. 81 durchschaltet.
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Die in der Zeichnung nicht im einzelnen beschriebenen Bausteine, be-ispielsweise
der Komparator, das Schieberegister oder die Operationsverstärker sind handelsübliche
Bausteine.
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Der umschaltbare Frequenzregler 50 ist bekannt, nähere Einzelheiten
hierzu findet man beispielsweise in unserer Patentanmeldung P 22 54 424.7. Als Meßglied
12 eignet sich besonders der in unserer Patentanmeldung P21 14 098.7 beschriebene
Stromwandler. Aus dieser Patentanmeldung können auch Einzelheiten zur Löschung der
Thyristoren entnommen werden, die an sich bekannt ist und deshalb in der Zeichnung
nicht näher dargestellt wurde. Anstelle der Rückstromdioden der Wechselrichterbrücke
können natürlich auch schaltbare Ventile eingesetzt werden, wenn man durch geeignete
Steuerbefehle für ein Löschen und Zünden zum richtigen Zeitpunkt sorgt.
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Neben einem einfachen, billigen aber dennoch betriebssicheren Aufbau
zeichnet sich die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung vor allem auch dadurch
aus, daß auf einfache Weise eine schnelle und gefahrlose Trennung des Wechselrichters
von der
Gleichspannun£squelle möglich ist. Dazu wird in geeigneter
Weise die Phasenfortschaltung durch Verriegelung der Taktfrequenz des Schieberegisters
61 blockiert und gleichzeitig der Stromregler auf Freilauf geschaltet. Wenn der
Wechselrichter sich zu diesem Zeitpunkt gerade im Schaltzustand Speisen befindet,
wird ein Hauptthyristor gelöscht, wenn er sich gerade im Schaltzustand Rückspeisen
befindet, wird ein Hauptthyristor gezündet. In der Maschine fließt dann ein Kurzschlußstrom
durch zwei Phasen. Er wird begrenzt durcn die Scheinwiderstände der Hauptdrosseln
und der Ständerwichlung der Asynehronmaschine. Der Kurzschlußstrom enthält einen
Wechselstromanteil synchron zur Luferumdrehung und einen Gleichstromanteil. Sobald
der Strom zum erstenmal durch Null gent, sperren die Thyristoren und die Schaltung
wird stromlos.
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