DE2557710A1 - Schaltanordnung zum betrieb eines asynchronmotors ueber einen dreiphasenwechselrichter - Google Patents

Schaltanordnung zum betrieb eines asynchronmotors ueber einen dreiphasenwechselrichter

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DE2557710A1
DE2557710A1 DE19752557710 DE2557710A DE2557710A1 DE 2557710 A1 DE2557710 A1 DE 2557710A1 DE 19752557710 DE19752557710 DE 19752557710 DE 2557710 A DE2557710 A DE 2557710A DE 2557710 A1 DE2557710 A1 DE 2557710A1
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/06Controlling the motor in four quadrants

Description

  • Anlage zur
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In Fig. 3 ist die Schaltstufe 30 zur Antriebsstromregelung dargestellt. Den Eingängen 31 und 32 wird der Stromsollwert bzw.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Beim Bremsen ist, wie Fig. 10 zeigt, einmal der Betriebsbereich Freilauf möglich, wo nur jeweils ein Thyristor gezündet ist.
  • Außerdem ist der Betriebsbereich Rückspeisen möglich, Wo kein Thyristor gezündet ist, so daß die Maschine über die Rückspeisedioden Energie in die Batterie zurückliefert.
  • 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.
  • Die in der Zeichnung nicht im einzelnen beschriebenen Bausteine, be-ispielsweise der Komparator, das Schieberegister oder die Operationsverstärker sind handelsübliche Bausteine.
  • 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.
  • 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. Leer"se ite

Claims (10)

  1. Ansprüche 9 Schaltanordnung zum Betrieb eines Asynchronmotors über einen Dreiphasen-Wechselrichter, mit einem Meßglied für den Laststrom, einem Sollwertgeber, einer Schaltstufe zum Vergleich von Stromsollwert una Stromistwert und zur Ableitung von Schaltsignalen sowie einem Steuersatz für die schaltbaren Ventile des Wechselrichters, wobei die Schaltsignale in einem ersten Betriebseereich ein Umschalte. des Wechselrichters zwischen treibender Spannung (Speisen) und Spannung Null (Freilauf) und in einem zweiten Betriebsbereich zwischen Spannung Null (Freilauf) und Gegenspannung (Rückspeisen) auslösen, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Stellung des Sollwertgebers bei erwünschtem Antrieb der zweite Betriebsbereich und bei erwünschtem Bremsen der erste Betriebsbereich blockiert ist.
  2. 2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximal mögliche Einschaltdauer eines jeden schaltbaren Ventils (1 bis 6) des Wechselrichters (11) in zwei Zeitbereiche unterteilt ist, wobei der Schaltzustand des Ventils in dem einen Zeitbereich von der Stellung des Sollwertgebers (13) und in-dem anderen Zeitbereich von den Schaltsignalen abhängt.
  3. 3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitbereiche gleich lang und die Zeitspanne eines jeden Bereiches 1/6 der Schwingungsdauer der Ständerstromrundelle entspricht.
  4. 4. Schaltanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsignale in Abhängigkeit von der Stellung des Sollwertgebers (13) auf eine von zwei Steuerleitungen (71,72) geschaltet sind, daß zugleich auf die jeweils andere Steuerleitungen bei erwünschtem Antrieb ein Signal mit hohem Pegel und bei erwünschtem Bremsen ein Signal mit niedrigem Pegel geschaltet ist und daß diese Steuersignale A, B auf den Steuerleitungen (71,72) in einem logischen Verknüpfungsnetzwerk des Steuersatzes (70) mit die Zeitbereiche bestimmenden Phasensignalen P1 bis P6 zu Zündsignalen T1 bis T6 für die Ventile (1 bis 6) des Wechselrichters nach folgenden Boolschen Gleichungen verknüpft sind: T1 = (P1 und A) oder (P6 und B) T2 = (P2 und A) oder (P1 und B) T3 = (P3 und A) oder (P und B) 3 2 = = (P4 und A) oder (P3 und B) T5 = (P5 und A) oder (P4 und B) 5 T6 = (P6 und A) oder (P5 und B)
  5. 5. Schaltanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerleitungen (71,72) an die Ausgänge von Gattern (81,80) angeschlossen sind, deren Schalt zustand von der Sollwertgeberstellung (13) abhängt.
  6. 6. Schaltanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt zustand der Gatter (80,81) von dem Ausgangssignal eines Komparators !40) abhängt, der den ihm zugeführten Stromsollwert mit einer vorgegebenen Schwelle vergleicht.
  7. 7. S<haltanopdnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (20,30) zum Sollistwertvergleich und zur Ableitung der Schaltsignale einen Zxeipunktregler (33) und wenigstens einen Mittelwertregler (3in) aufweist, wobei bei erwünschtem Antrieb in Abhängigkeit von der Motordrenzahl von Zweipunktregelung auf Mittelwertregelung umgeschaltet wird, während bei erwünschtem Bremsen im gesamten Drehzahlbereich der Mittelwertregler Schalt signale erzeugt.
  8. 8. Schaltanordnung nach Anspruch 7,. dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (20,30) zwei entsprechend den jeweiligen Erfordernissen bei Antrieb und Bremsen optimal ausgelegte Mittelwertregler aufweist.
  9. 9. Schaitanordnung nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsbreite der Schaltsignale von der Abweichung des Stromistwertes vom Stromsollwert abhängt.
  10. 10. Schaltanordnung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichretn daß bei jedem Phasenwechsel die Schalt signale auf die Schaltflanken der Phasensignale derart synchronisiert sind, daß der Wechselrichter (11) bei erwünschtem Antrieb ZU Beginn jedes Phasenabschnittes auf treibende Spannung (speisen) und bei erwünschtem Bremsen auf Spannung Null (Freilauf) schaltet.
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