DE2803839A1 - Wechselstrom-steuersystem fuer wechselstrom-versorgung - Google Patents
Wechselstrom-steuersystem fuer wechselstrom-versorgungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Viechseistrom-Steuersystem für eine gesteuerte Wechselstrom-Versorgungseinrichtung,
die dazu bestimmt ist, einer Wechselstrom-Last einen gesteuerten Wechselstrom mit einer vorbestimmten
Kurvenform zuzuführen.
Als gesteuerte Wechselstrom-Versorgungseinrichtungen
der vorstehend genannten Art sind bisher Schwing-Umsetzer und Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter
(PWM) bekannt, bei denen Halbleiterschalter wie Thyristoren verwendet sind. Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung
wird zunächst ein in der Figur 1 gezeigtes typisches Beispiel eines bekannten Wechselstrom-Steuersystems für eine
Stromversorgungseinrichtung beschrieben. In dieser Figur bezeichnet 100 eine Steuerschaltung in ihrer Gesamtheit,
die zur Steuerung von Wechselstrom dient, der von einer Stromversorgungseinrichtung 200 einer Last bzw. einem Verbraucher
300 wie einem Elektromotor M mit einer Feldwick-
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lung 320 zugeführt wird, welche von einer Feldstrom-Steuerschaltung
40© erregt wird. Die Steuerschaltung 100 weist einen Spannungsregler 101, einen Spannungs/Frequenz-
oder U/f-Umsetzer 102, einen Kurvenformmuster-Generator 103, Stromregler 111 bis 113, einen Schaltsignalgenerator 107,
einen Spannungsdetektor 105 und eine Gleichrichterschaltung 104 auf. V bezeichnet eine Bezugsspannung, I_ bezeichnet
einen Bezugsstrom, I , I und I bezeichnen einzelne Phasen-Ströme,
F stellt ein Drehzahl-Befehlssignal bzw. eine Drehzahl-Befehlssignalspannung
dar, P bezeichnet eine Befehls-
impulsfolge, die dem Eingabe-Drehzahlbefehlssignal F entspricht,
I , I und I bezeichnen Bezugs-Phasenströme,
If / If und I- bezeichnen Rückkopplungsströme für die
jeweiligen Phasen und V , V und V bezeichnen Stromversorgungs-Befehlsspannungen
oder Steuerspannungen für die jeweiligen Phasen.
Die Steuerschaltung 100 hat unterschiedliche Funktionen hinsichtlich der Steuerung der der Last 300 zugeführten
elektrischen Leistung. Die Phasenspeisespannungen werden mittels des Spannungsdetektors 105 erfaßt und der
Spannungs-Gleichrichterschaltung 104 zugeführt, deren Ausgangssignal, das eine gleichgerichtete Spannung V, ist, als
Rückkopplungs- oder Gegenkopplungs-Steuerspannung verwendbar ist. Der Spannungsregler 101 nimmt die gleichgerichtete
Rückkopplungs-Spannung V, sowie die Bezugsspannung V auf und bestimmt zur Erzeugung des Bezugsstroms I arithmetisch
irgendeine Abweichung zwischen der Rückkopplungs-Spannung V, und der Bezugsspannung V . Andererseits wird durch den
U/f-Umsetzer 102 das Drehzahlbefehlsspannungssignal F in
die Befehlsimpulsfolge P umgesetzt. Der Kurvenformmuster-Generator
103 erzeugt aufgrund des Bezugsstroms I und der Befehlsimpulsfolge P die Bezugs-Phasenströme bzw. -Strom-Signale
I , I und I mit einem vorbestimmten Kurvenformmuster. Diese Kurvenformmuster können Sinusform, Trapezform
oder eine ähnliche Form haben. Rückkopplungs-Stromsignale
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If , If und I_ werden mittels geeigneter Stromdetektoren
114, 115 bzw. 116 -wie Stromwandlern erfaßt und den Stromreglern
111, 112 bzw. 113 zugeführt, wo sie jeweils mit den
Bezugs-Phasenströmen bzw. Stromsignalen I , I und I verglichen werden. Die Ausgangsspannungssignale aus den
Stromreglern 111, 112 und 113, die die Stromversorgungs-Befehlsignalspannungen
V , V und V sind und Abweichungen der Rückkopplungs-Stromsignale If , I- und If
von den jeweiligen Bezugs-Phasenströmen bzw. -Stromsignalen I , I und I darstellen, sind die Spannungssteuersignale
SU S / SW
zur Steuerung der Phasenspeisespannungen, die von der Stromversorgungseinrichtung
200 der Last 300 zugeführt werden. Der Schaltsignalgenerator 107 spricht auf diese Spannungsoder Stromversorgungs-Befehlssignale bzw. Befehlssignalspannungen
V , V und V dadurch an, daß er entsprechende
ο \X SV SW
Schaltsteuersignale erzeugt, die zur Ein- bzw. Aus-Schaltung an die Schaltelektroden von gesteuerten Halbleiterschaltern
wie Thyristoren angelegt sind, die die Stromversorgungseinrichtung 200 bilden. Auf diese Weise wird Wechselstromleistung,
die im wesentlichen proportional zu der ein Spannungsbefehlssignal darstellenden Bezugsspannung V gesteuert
ist, aus der Wechselstrom-Stromversorgungseinrichtung 200 der Last 300 zugeführt. Durch den Aufbau eines derartigen
geschlossenen Regelkreises kann der der Last 300 zugeführte Wechselstrom mittels der zugeführten Spannung V
für die jeweilige Phase so gesteuert werden, daß er dem jeweiligen
Bezugsstrom I mit dem vorbestimmten Kurvenform-
muster entspricht.
Dabei bildet die von der Stromversorgungseinrichtung und dem Steuersystem gemäß der vorstehenden Beschreibung
zu speisende Last 300 in manchen Fällen eine induktive Last oder eine Last, die eine innere elektromotorische Kraft erzeugen
kann. Die letztgenannte Last kann beispielsweise eine mehrphasige Wechselstrommaschine wie ein Induktionsmotor,
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ein Synchronmotor oder dergleichen sein.
I1
Die Fig. 2 zeigt schematisch als Ubertragungsfunktions-Blockschaltbild
das Prinzip der Stromregelungsschleife des vorstehend beschriebenen bekannten Steuersystems.
Wie im Falle der Fig. 1 bezeichnet 200 die Wechselstrom-Stromversorgungseinrichtung,
während 300 die Last bezeichnet. I_ bezeichnet den Bezugsstrom, I bezeichnet einen
ο a
jeweiligen Phasenstrom und V bezeichnet eine jeweilige
Phasenspeisespannung. V bezeichnet ein Phasenspannungs-Befehlssignal.
Es sei angenommen, daß die Last 300 durch einen Elektromotor gebildet ist, der eine innere elektromagnetische
Kraft erzeugt. Das heißt, der Motor hat von Natur aus einen Stromregelkreis mit einer Rückkopplungssteuergröße ef. Gemäß
der vorstehenden Beschreibung werden das Spannungs-Befehlssignal
V und daher die der Last 300 zugeführte Speisespannung V aus der Abweichung des tatsächlichen Speise-Stroms
bzw. Phasenstroms I gegenüber dem jeweiligen Bezugsstrom I bestimmt. Da jedoch der zu steuernde Strom auf den
Unterschied zwischen der Speisespannung V und der als Rückkopplungssteuergröße
wirkenden inneren elektromotorischen Kraft e^ anspricht, muß die Abweichung bzw. das aus dieser
abgeleitete Befehlssignal V eine Amplitude haben, die um eine Größe gesteigert ist,die der inneren elektromotorischen Kraft ef
entspricht. Dementsprechend besteht im Falle einer Last wie einem Elektromotor, der eine eigene innere elektromotorische
Kraft aufweist, hinsichtlich der Stromsteuerabweichung eine Tendenz zur Steigerung (momentane Abweichung unter Einschluß
einer absoluten Abweichung und einer Phasenabweichung).
Insbesondere ist im Falle eines mehrphasigen Wechselstrommotors
mit veränderbarer Drehzahl die Stromsteuerungs-5 abweichung im Bereich hoher Drehzahl aufgrund einer beträcht-
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lichen Steigerung der elektromotorischen Kraft außerordentlich gesteigert, was es unmöglich oder zumindest schwierig
macht, die Stromkurvenform auf die gewünschte Sinus- oder Trapez-Kurvenform zu steuern, wodurch nachteilig der Bereich
eingeschränkt wird, in welchem die Motordrehzahl verändert werden kann. Ferner ist das bekannte Stromversorgungs-Steuersystem
insofern nachteilig, als im Bereich hoher Motordrehzahlen das Drehmoment nicht auf einer erforderlichen Größe
gehalten werden kann. In Zusammenfassung ist das herkömmliche Stromversorgungs-Steuersystem gegenüber einer veränderten
Last dahingehend nachteilig empfindlich, daß große Abweichungen hinsichtlich der einzusteuernden Stromkurvenform
auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wechselstrom-Steuersystem zur Speisung einer veränderbaren
Last mit Wechselstrom zu schaffen, welcher hinsichtlich seiner Kurvenform gesteuert ist, wobei Abweichungen bei dem Stromsteuersignal
verringert sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein
Wechselstrom-Steuersystem für eine Wechselstrom-Versorgungseinrichtung vorgesehen, das einen geschlossenen Regelkreis
zur Steuerung der Stromversorgungseinrichtung aufgrund von Ergebnissen eines Vergleiches zwischen dem Ausgangssignal aus
einer Bezugs-Stromkurvenform-Generatorvorrichtung zur Erzeugung einer Bezugs-Stromkurvenform und dem Ausgangssignal aus
einer Last-Stromkurvenform-Detektorvorrichtung zur Erfassung der Kurvenform des Laststroms sowie eine Lastspannungs-Detektorvorrichtung
zur Erfassung einer Lastspannung aufweist, wobei das Ausgangssignal aus der Lastspannungs-Detektorvorrichtung
in den geschlossenen Regelkreis rückgekoppelt wird. Mit einem derart aufgebauten Wechselstrom-Steuersystem
ist es möglich, die Abweichungen bzw. Änderungen eines Stroms zu vermindern, der von einer Wechselstrom-
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CRiGlNA INSPECTED
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versorgungseinrichtung einer Wechselstrom-Last zugeführt wird, die im Hinblick auf auftretende Veränderungen empfindlich
ist; dabei wird der Strom hinsichtlich seiner Kurvenform gesteuert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines
Beispiels eines bekannten Wechselstrom-Steuersystems für eine Stromversorgungseinrichtung.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild zur Erläuterung
des Regelvorgangs bei dem in Fig. 1 gezeigten System.
Fig. 3 ist ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Wechselstrom-Steuersystems für eine Stromversorgungseinrichtung.
Fig. 4 und 7 erläutern die Funktion des in Fig. 3 gezeigten Systems.
Fig. 5 und 6 sind Schaltbilder einzelner Schaltungsaufbauten der Wechselstromversorgungseinrichtung.
Fig. 8 ist ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Wechselstrom-Steuersystems
für eine Stromversorgungseinrichtung .
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Fig. 9 und 10 erläutern Funktionen des in Fig. 8 gezeigten Steuersystems.
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Bei der Figur 3, die ein Ausführungsbeispiel des Wechselstrom-Steuersystems zeigt und bei der zur Bezeichnung
gleichartiger Schaltungskomponenten die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind, ist angenommen/
daß die Last 300 durch einen Synchronmotor mit einer Feldwicklung bzw. einer Feldwicklungsanordnung 320 gebildet
ist, welche von einer Feldstrom-Steuerschaltung 400 erregt wird. 121, 122 und 123 bezeichnen Filterschaltungen, 131,
132 und 133 bezeichnen Spannungs-Kompensations- bzw. Korrekturschaltungen und 105 bezeichnen einen Phasen-Spannungsdetektor,
während 108 einen Magnetflußdetektor bezeichnet, dem eine Magnetfluß/Spannungs-Umsetzerschaltung
106 nachgeschaltet ist. Mit 107 ist ein als Zündsteuerschaltung oder Schaltregelschaltung für die Wechselstrom-5
versorgungseinrichtung 200 vorgesehener Schaltsignalgenerator bezeichnet. Weiterhin sind V ,V und V Phasenspannungs-Befehlssignale,
V ' , V ' und V' Phasenspannungs-Rückkopplungssignale,
V ', V ' und V ' korrigierte bzw.
SU SV SW
kompensierte Phasenspannungs-Befehlssignale, GC Schalt-
Steuersignale und Ip ein Feldstrom.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, ist der Spannungsdetektor 105 so geschaltet, daß er die Lastspannung erfaßt.
Die Spannungs-Gleichrichterschaltung 104 dient zum Gleichrichten des Lastspannungsausgangssignals aus dem Spannungsdetektor 105 und erzeugt das mit V, bezeichnete Signal über
den Absolutwert der Lastspannung. Der Spannungsregler 101 bestimmt auf arithmische Weise die Abweichung des Lastspannungs-Signals
V, von der Bezugsspannung V und erzeugt einen Bezugsstrom I als Stromamplituden-Befehlssignal.
Andererseits wird das Drehzahlbefehlssignal bzw. die Drehzahlbefehlssignalspannung
F in den U/f-Umsetzer 102 einge-
geben und in die Befehlsimpulsfolge P umgesetzt. Der
Kurvenformmuster-Generator 103 erzeugt dann die Bezugsphasenströme bzw. Phasen-Stromkurvenform-Bezugssignale Isu/
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β jig a
2^38 3
I und I einer vorbestimmten Kurvenform aus dem Bezugsstrom bzw. dem Strömamplituden-Befehlssignal I und der
Befehlsimpulsfolge P .
Mit den Stromdetektoren wie beispielsweise den Stromwandlern 114, 115 und 116 werden die Phasen-Rückkopplungs-Stromsignale
I , I und I erfaßt und mit den Stromkurvenform-Bezugssignalen bzw. Bezugsströmen I ,1
und I in den als Stromkurvenform-Steuerschaltungen dienenden Stromreglern 111, 112 bzw. 113 verglichen, wobei
Abweichungen gegenüber den Bezugssignalen als Phasenspannungs-Befehlssignale
V , V und V erzeugt werden. Zur Ablei-
o UL SV Siw
tung von Signalen, die der inneren elektromotorischen Kraft des Synchronmotors 300 entsprechen, sind der Magnetflußsensor
oder Magnetflußdetektor 108 zur Erfassung des Magnetflusses in dem Motor 300 und der nachgeschaltete Magnetfluß
Spannungs-Umsetzer 106 vorgesehen, v/elcher die als Phasenspannungs-Korrektursignale
dienenden Phasenspannungs-Rückkopplungssignale V ', V ' und V ', die der inneren elektromotorischen
Kraft des Motors 300 entsprechen, unter Funktion des Umsetzers 106 als Filterschaltung erzeugt, die die
höheren Harmonischen ausfiltert. Als alternativer Lösungsweg können derartige Phasenspannungs-Korrektursignale bzw.
Rückkopplungssignale V ', V ' und V ' aus den Ausgangssignalen
des Phasen-Spannungsdetektors 105 über die zugeordneten Filterschaltungen 121, 122 und 123 abgeleitet werden, die
die höheren Harmonischen ausschalten. Eine weitere Alternative besteht darin, daß in dem Motor 300 zur Erfassung der elektromotorischen
Kraft desselben induktive Meßspulen oder Fühlerspulen angebracht werden. Die auf diese Weise erzielten
Phasenspannungs-Korrektursignale werden zusammen mit den Spannungs-Befehlssignalen V , V bzw. V den Spannungs-Korrekturschaltungen
131, 132,133 zugeführt, wodurch aus den Ausgängen der Korrekturschaltungen die kompensierten
Phasenspannungs-Befehlssignale V ', V ' und V ' abgegeben
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und dem als Schaltsteuerschaltung dienenden Schaltsignalgenerator 107 zugeführt werden, welcher wiederum die Schaltsteüersignale
GC zur Steuerung des Ein- und Ausschaltens von Festkörperschaltern wie Thyristoren erzeugt, die die
gesteuerte Stromversorgungseinrichtung 200 bilden. Als Stromversorgungseinrichtung
200 wird vorzugsweise ein Schwingümsetzer oder Wechselrichter oder Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter
verwendet, der für einen jeden Zyklus der
Ausgangssignalkurvenform eine vielmalige Unterbrechung und Kommutierung bzw. Umschaltung erlaubt·
In der Fig. 5, die einen Schaltungsaufbau eines Schwing-Wechselrichters als gesteuerte Stromversorgungsvorrichtung
200 zeigt, bezeichnet 201 eine Dreiphasen-Wechselstromquelle, während 202 eine Gleichstromdrossel bezeichnet.
300 bezeichnet Dreiphasen-Wechselstrommotor, während 100 die Steuerschaltung bezeichnet, die gemäß der vorstehenden
Beschreibung die Schaltsteuersignale GC in Abhängigkeit von den korrigierten Phasenspannungs-Befehlssignalen erzeugt.
Die auf diese Weise erzielten Schaltsteuersignale werden über (nicht gezeigte) elektrisch isolierende Trennverstärker
an die Schaltelektroden von Halbleiterschaltern 11 bis 16, 21 bis 26 und 31 bis 36 angelegt, die für eine jeweilige
Phase vorgesehen sind. Jeder dieser Halbleiterschalter 11
bis 36 kann in üblicher Weise durch einen Thyristor gebildet sein, der keine Selbstabschaltungscharakteristik zeigt. Der
Schwing-Wechselrichter ist eine Gleichrichtervorrichtung, die in der Weise phasengesteuert werden kann, daß sie
stetig veränderte gleichgerichtete Ausgangsspannungen abgibt. Da die Kommutierung bzw. Umschaltung dieser Spannungen
intern in Abhängigkeit von Quellenspannungen V der Wechsel-
ac
stromquelle 201 vorgenommen v/erden kann, kann der Schwing-Wechselrichter
selbst dann zufriedenstellend betrieben werden, wenn er aus Thyristoren gebildet ist, die gemäß vor-5
stehender Beschreibung keine Selbstausschaltungscharakteristik aufweisen.
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Der Schwing-Wechselrichter oder Cyclo-Wechselrichter
wird durch die als/Speisespannungs-Befehlssignale dienenden
Schaltsteuersignale GC aus der Steuerschaltung 100 aufgrund des Prinzips der Phasensteuerung gesteuert. Die Gleichstromdrossel
202 dient dazu, das gegenseitige Kurzschließen der zu der gleichen Phase gehörenden Halbleiterschalter zu verhindern,
und ferner zusätzlich dazu, durch induktive Kopplung zwischen den einzelnen Phasen eine Spannungsglättungsfunktion
auszuüben, ohne daß ein Spannungsabfall hinsichtlich der Grundkomponente der Wechselspannung auftritt.
Die Fig. 6 zeigt ein gesteuertes Wechselstromversorgungssystem, bei dem als Stromversorgungseinrichtung 200 ein
Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter verwendet ist. In dieser Figur bezeichnet 203 eine Gleichstromquelle, während
41 bis 46 Halbleiterschalter bezeichnen. Jeder dieser Halbleiterschalter kann aus einem Transistor 51 mit einer gegenpolig
geschalteten Diode 52 gemäß der Darstellung in Fig. 6 (b) gebildet sein oder aber gemäß der Darstellung in Fig. 6
(c) aus einem Thyristor 53 mit. einer gegenpolig geschalteten Diode 52. Die Halbleiterschalter 41 bis 4 6 v/erden in Abhängigkeit
von den Schaltsteuersignalen GC aus der Steuerschaltung 100 so eingeschaltet, daß sie der Last 300 gesteuerte
Leistung zuführen. Die auf diese Weise der Last 300 zugeführte Speisespannung besteht aus Impulsen, die eine
dem Scheitelwert der Versorgungsspannung entsprechende Amplitude haben und einer Impulsbreitenmodulation unterzogen sind.
Die Figur 4 ist ein Übertragungs-Blockdiagramm, das das Stromsteuersystem in der Ausführungsform nach Fig. 3
darstellt. In Fig. 4 bezeichnen I das Stromkurvenform-Bezugssignal,
I die Phasenströme, V ' die Phasenspeisespannungs-Befehlssignale,
V die Phasenspeisespannungen
und e,- die internen elektromotorischen Kräfte bei den jeweiligen
Phasen. 109 bezeichnet eine Lastspannungs-Detektorvorrichtung wie den Spannungsdetektor 105 in Form eines
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Stromwandlers, den Magnetflußdetektor 108 o. dgl.
,<
Im Ansprechen auf das Spannungs-Befehlssignal V ',
Im Ansprechen auf das Spannungs-Befehlssignal V ',
das sich aus der arithmetischen Summierung des Strom-Bezugssignals
I , des Phasenstroms I und des Spannungs-Korrektur-Signals V ergibt, gibt die Stromversorgungseinrichtung
die Speisespannung V ab. Falls die Last durch
einen Wechselstrommotor gebildet ist, wird das Spannungs-Korrektur-Signal
V dadurch abgeleitet, daß die durch den inneren Magnetfluß des Motors induzierte Spannung erfaßt
wird oder dessen Klemmenspannung erfaßt wird. Dementsprechend wird aufgrund des Umstands,daß das Spannungs-Korrektur-Signal
V der Speisespannung V überlagert wird, die innere
elektromotorische Kraft e- der Last durch die Komponente
ausgeschaltet, die proportional der Spannungs-Korrektur-Komponente V der Phasen-Speisespannung V ist.
3.
In Fig. 7 sind graphisch die Kurvenformen einer Grundwelle V der Speisespannung, einer inneren elektromotorischen
Kraft ef und eines Phasenstroms I der Phase u dargestellt.
Bei dem dargestellten Beispiel ist angenommen, daß zwischen dem Phasenstrom und der Spannung keine Phasendifferenz
besteht. Es ist jedoch ersichtlich, daß eine solche Phasendifferenz in Abhängigkeit von dem Leistungsfaktor
der Last nach Belieben festgelegt erzeugt wird.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Ausführungsform gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Wechselstrom-Steuersystems eine Abweichung
hinsichtlich der Stromsteuerung auf ein Mindestmaß herabgesetzt
werden kann; dies ist insbesondere in dem Fall wirkungsvoll, bei dem die Last durch einen Wechselstrommotor
mit inneren elektromotorischen Kräften gebildet ist; ferner erlaubt das Wechselstrom-Steuersystem die Stromsteuerung
auf ein vorbestimmtes Kurvenformmuster im hohen Motordrehzahlbereich,
in welchem die innere elektromotorische Kraft
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vergrößert ist. Darüber hinaus ist es möglich, erforderliche Drehmomente ,über einen weiteren Bereich veränderbarer
Drehzahlen zu erzielen. Bei der vorstehenden Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels ist angenommen, daß die
Last durch einen Synchronmotor gebildet ist. Eine gleichartig vorteilhafte Wirkung kann jedoch auch im Falle einer
Induktionsmaschine oder anderer unterschiedlicher Wechselstrommaschinen erzielt werden. Dadurch, daß der Zusammenhang
zwischen den Phasenströmen und Phasenspannungen des Dreiphasen-Wechselstromsystems zu
1W = -(1U + 1V5 und Vw = -(Vu + V
gewählt werden, kann für jeweils eine Phase einer der Stromdetektoren
114 bis 116, der Spannungsdetektor 105 und der
Magnetflußdetektor 108 eingespart werden. Ferner besteht
hinsichtlich der Stromversorgungseinrichtung keine Einschränkung auf die dargestellte, sondern es können vielmehr vielerlei
unterschiedliche Schaltungsaufbauten dafür verwendet werden. Dem Fachmann sind ohne Abweichung aus dem Rahmen der
Erfindung vielerlei unterschiedliche Steuersysteme mit Anwendung von Signalen aus der inneren elektromotorischen Kraft
o. dgl. ersichtlich.
Die Figuren 8 bis 10 stellen ein weiteres Ausführungsbeispiel des Wechselstrom-Steuersystems dar. In der Fig.
ist die Stromversorgungseinrichtung 200 aus einem Stromversorgungstransformator
250, einer Stromversorgungsschaltung 260 der Gruppe A und einer Stromversorgungsschaltung 270 der
Gruppe B zusammengesetzt. 150 bezeichnet eine Steuerschaltung
für die Stromversorgungseinrichtung 200. Die Stromversorgungsschaltung 260 der Gruppe A kann aus einem Leistungsgleichrichter 261 mit sechs Halbleiterelementzweigen zur Erzeugung
von pulsierenden Gleichströmen, einer Drossel 262 und einem Leistungs-Wechselrichter 263 mit sechs Halbleiter-
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elementzweigen gebildet sein, die den pulsierenden Gleichstrom in geeigneter Weise schalten (und die mit UP-Λ, VP-A,
WP-A, UN-Λ, VN-A und WN-A bezeichnet sind). In gleicher
Weise ist die Stromversorgungsschaltung 270 der Gruppe B aus einem Leistungs-Gleichrichter 271, einer Drossel 272
und einem Leistungs-Wechselrichter 273 gebildet (dessen Halbleiterelemente in sechs Zweigen mit UP-B, VP-B, WP-B,
UN-B, VN-B und WN-B bezeichnet sind). Die Drosseln 262 und 27 2 in den Gleichstromzweigen der Stromversorgungsschaltungen
der Gruppe A und der Gruppe B können magnetisch gekoppelt sein, was nachstehend beschrieben wird.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf Fig. 9 die Vorgänge beim Betreiben eines Wechselstrommotors mittels
eines Wechselstroms mit im wesentlichen Sinuskurvenform (der natürlich auch ein Wechselstrom mit Trapezkurvenform
oder einer in Segmenten angenäherten Sinuskurvenform sein kann) aus der Stromversorgungseinrichtung 200 beschrieben.
In Fig. 9 stellen die Kurven bei (A) die Kurvenformen von Phasenspannungen des Motors (für drei Phasen VM-U, VM-V
und VM-V/) dar, während die Kurven bei (B) die Kurvenformen der pulsierenden Gleichströme darstellen, wobei die mit
ausgezogenen Linien dargestellte Kurve den Gleichstrom I -A der Stromversorgungsschaltung der Gruppe A darstellt, während
die mit gestrichelten Linien dargestellte Kurve die Kurvenform des Gleichstroms I,-B der Gleichstromversorgungsschaltung
der Gruppe B darstellt. Die Gleichströme Id~A und Id~B
werden jeweils in im wesentlichen dreieckiger Kurvenform mit einer Frequenz, die dreimal so hoch ist wie die Motorfrequenz,
in der Weise impulsartig geschaltet, daß gemäß der Darstellung in der Zeichnung die Stromanstiegsperioden
eines der Gleichströme den Stromabfallperioden des anderen Gleichstroms gegenüberstehen. Die Kurvenformsteuerung dieser
Gleichströme wird über die Phasensteuerung der zugeordneten Leistungs-Gleichrichter 261 und 271 bewerkstelligt (Strom-
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steuerung mit Hilfe von Bezugs-Stromkurvenformen eines vorbestimmten Musters).
Die Funktionsvorgänge zur Umsetzung der pulsierenden Gleichströme in Wechselströme mit im wesentlichen Sinuskurvenform
mittels der Schaltvorgänge der Leistungs-Wechselrichter 263 und 273 sind in Fig. 9 bei (C) und (D) dargestellt.
Im einzelnen sind Zündsignale für die Leistungs-Wechselrichter bei (C) gezeigt, wobei jeweilige Schaltsignale
UP-A, VP-A, ..., UN-B den jeweiligen Zweigen der Leistungs-Wechselrichter
263 und 273 entsprechen.(Beispielsweise hat das Zündsignal UP-A die Bedeutung, daß der entsprechende
Zweig UP-A des Leistungs-Wechselrichters 263 zu diesem Zeitpunkt leitet.) In diesem Zusammenhang ist anzumerken,
daß der Motorstrom der Phase U durch die in gestrichelter
Darstellung gezeigten Zündsignale bestimmt ist, die die entsprechenden Zv/eige leitend schalten. Dieser Verfahrensablauf für eine Phase ist bei (D) dargestellt. Im einzelnen
wird der Zweig UP-B der Stromversorgungsschaltung bzw. des Leistungs-Wechselrichters der Gruppe B während der Zeitdauer
von t.. bis t, leitend, während der Zweig UP-A des
Leistungs-Wechselrichters der Gruppr A während der Zeitdauer von t„ bis t. leitend wird; dadurch kann eine positive
Halbwelle des Motorstroms der Phase U mit im wesentlichen sinusförmiger Kurvenform erzielt werden. Auf gleiche Weise
kann eine negative Halbwelle dadurch erzielt werden, daß die Zweige UN-A und UN-B während der Perioden t. bis tfi bzw.
t5 bis t? eingeschaltet werden. Das gleiche gilt für die
Erzeugung der Motorströme der Phasen V und W.
30
Damit haben Eingabegleichspannungen E.-A und Ed~B
der Leistungs-Wechselrichter eine Dreiphasen-Halbwellen-Gleichrichterkurvenform gemäß der Darstellung bei (E) und
(F) in Fig. 9. Da beispielsweise die Zweige UP-A und WN-A während der Periode t2 bis t. leitend werden, entspricht
die Eingabegleichspannung E -A
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einer Zwischenphasenspannung V (U-W). In diesem Zusammenhang
ist anzumerken, daß die Gleichströme I,-A und I,-B
ad
in der Weise impulsförmig geschaltet werden, daß die Stromanstiegsperioden
für eine der Gruppen A oder B zu Stromabfallperioden der anderen Stromversorgungsschaltungs-Gruppe
entgegengesetzt gewählt sind. Das heißt, die Anstiegsperiode des Stroms I1 -A entspricht der Abfallperiode des Gleichstroms
Ij-B. Folglich sollten vorteilhaft die in der Stromversorgungseinrichtung
angebrachten Drosseln 262 und 27 2 auf magnetische V/eise mit einer derartigen Polarität verkoppelt sein,
daß der Gleichstrom abnimmt, wenn der Strom Id~A ansteigt;
dadurch wird die Kurvenformsteuerung zur impulsförmigen
Steuerung bzw. Schaltung der Gleichströme erleichtert.
Die Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Steuerblocks mit Spannungsdetektorvorrichtungen 1051A und
105'B und Spannungskompensatoren 153A und 153B zur Ausschaltung von Einflüssen durch innere-elektromagnetische Kräfte
zum Zeitpunkt der Steuerung der Kurvenform bei dem in Fig.
gezeigten Steuersystem. Da die Steuerung der Kurvenform im Falle des in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiels getrennt
jeweils bei der Gruppe A und B durchgeführt wird, wird die zu ermittelnde Spannung für eine jsde Gruppe ermittelt. In
Fig. 10 bezeichnet 350 einen Drehstellungsdetektor, 151 einen Stromkurvenformgenerator zur Erzeugung des impulsartig gesteuerten
Gleichstroms gemäß der vorstehenden Beschreibung, 152 eine Stromsteuerschaltung, 153 einen Spannungskompensator,
154 einen Umsetzer zur Umsetzung der Motorspannung in ein Rückkopplungssignal zur Korrektur der Spannung in getrennter
Form für jeweils die Gruppe A und die Gruppe B, 155 eine
Zünd- bzv/. Schaltsignalgeneratorschaltung für den Leistungs-Gleichrichter
und 156 eine Zündstrom- bzw. Schaltstrom-Generatorschaltung für den Leistungs-Wechselrichter, die
die bei (C) in Fig. 9 gezeigten Zünd- bzw. Schaltsignale 5 erzeugen kann. 161 und 162 bezeichnen einen Wechselstrom-
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wandler bzw. einen Gleichstromwandler, von denen ein jeder
zur Erzielung eines Stromrückkopplungssignals verwendet
werden kann. Die Zusätze "A" und "B" an den Bezugszeichen 152 bis 162 stellen die Gruppen dar, zu denen die entsprechenden
Schaltungskomponenten gehören.
Als Spannungssignal, das zu erfassen und an den Spannungskompensator 153 als Rückkopplungssignal anzulegen
ist, kann entweder die Eingangsgleichspannung E1-A oder
Ed~B ^es Leistun(Js~Wecnselrichters gemäß der Darstellung
durch die ausgezogene Linie bei (B) in Fig. 9 oder die mittels des Wandlers 154 auf die der Eingangsgleichspannung
E,-A oder E,-B gemäß der Darstellung durch die gestrichelte
Linie bei (B) in Fig. 9 entsprechende Spannung umgesetzte Motorspannung verwendet werden. In letzterem Fall wird aufgrund
des Zündsignals aus der Zünd- bzv/. Schaltsignal-Generatorschaltung 156 für den Leistunns-Wechselrichter die
Dreiphasen-Wechselstrommotor-Spannung zu einer gleichgerichteten Dreiphasen-Halbwellen-Spannungskurvenform umgesetzt.
Für die vorgenannte Umsetzung sind beispielsweise zwei Einheiten
von Dreiphasen-Halbwellen-Synchrongleichrichtern ausreichend. Die Erfassung der Motorspannung kann auch durch
Ermittlung des Magnetflusses unter Verwendung des Magnetfluß/ Spannungs-Umsetzers bewerkstelligt werden, wie es vorangehend
in Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. Mit einer derartigen Rückkopplungs-Spannungs-Kompensation können
Einflüsse von inneren elektromotorischen Kräften, wie Abweichungen hinsichtlich des Stroms oder der Phase, die möglicherweise
aufgrund der Steuerung der Stromkurvenform auftreten, in beträchtlichem Ausmaß verringert werden, wodurch
die Stromsteuerung auf ein vorbestimmtes Muster der Stromkurvenform bewerkstelligt werden kann.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, ■^ daß Abweichungen bei der Stromsteuerung, die aufgrund von
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- 20 - B 8683
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Veränderungen der Last bzw. der Belastung auftreten können, durch die erfindun'gsgemaße Spannungs-Kompensation bzw.
-Korrektur vermindert werden können.
Mit der Erfindung ist ein Viechseistrom-Steuersystem t
für eine V.'echselstrom-Speisevorrichtung bzw.-Versorgungseinrichtung zur Speisung einer Last angegeben, das einen geschlossenen
Regelkreis zur Steuerung der Stromversorgungseinrichtung aufgrund der Ergebnisse des Vergleichs zwischen
einem Ausgangssignal aus einer Bezugs-Stromkurvenform-Generatorvorrichtung
zur Abgabe einer Bezugs-Stromkurvenform und eines Ausgangssignals aus einer Last-Stromkurvenform-Detektorvorrichtung
zur Erfassung der Kurvenform des Laststroms aufweist. Ferner ist eine Spannungs-Detektorvorrichtung vorgesehen,
deren Ausgangssignal in den geschlossenen Regelkreis zu dein Zweck rückgekoppelt wird. Abweichungen bei
der Stromsteuerung zu kompensieren, die auf einer elektromotorischen Kraft oder ähnlichen Faktoren der Last beruhen.
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Le QA rs e
ite
Claims (8)
- PatentansprücheM. Wechselstrom-Steuersystem mit einer Stromversorgungseinrichtung zur Zuführung von Wechselstromleistung zu einer Wechselstromlast und einer Steuervorrichtung zur Steuerung der Kurvenform des der Last zugeführten Stroms, gekennzeichnet durch eine Bezugs-Stromkurvenform-Generatorvorrichtung (103) zur Erzeugung einer Bezugs-Stromkurvenform, eine Strom-Detektorvorrichtung (114 bis 116) zur Erfassung der Kurvenform des Last-Stroms, eine Spannungs-Detektorvorrichtung (105, 106, 108) zur Erfassung der Last-Spannung und einen Steuerschaltungsaufbau (107, 111 bis 113, 131 bis133) mit geschlossenem Regelkreis zum Vergleich des Ausgangssignals aus der Bezugs-Stromkurvenform-Generatorvorrichtung mit dem Ausgangssignal aus der Last-Stromkurvenform-Detektorvorrichtung, durch den die Stromversorgungseinrichtung (200) entsprechend gesteuert wird, wobei das Ausgangssignal aus der Last-Spannungs- Detektorvorrichtung in den Steuerschaltungsaufbau mit geschlossenem Regelkreis rückgekoppelt wird.CRiGlNAL INSPECTED809831/0910- 2 - B 86832 B U 3 S 3 3
- 2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugs-Stromkurvenform-Generatorvorrichtung (103) eine Spannungsregelvorrichtung (101) zum Vergleich eines Ausgangssignals der Last-Spannungs-Detektorvorrichtung (105) mit einem Bezugsspannungswert (V ), durch den ein Ausgangssignal (I ) entsprechend der Abweichung des Ausgangssignals (V ) der Last-Spannungs-Detektorvorrichtung von dem Bezugsspannungswert erzeugt wird, eine Impulsfolgen-Generatorvorrichtung (102) zur Erzeugung einer Befehls-Impulsfolge im Ansprechen auf ein Befehls-Drehzahlsignal (F ) und einen Kurvenformmuster-Generator (103) zur Erzeugung der Bezugs-Stromkurvenform aus dem Ausgangssignal· der Spannungsregelvorrichtung und der Befehls-Impulsfolge aufweist.
- 3. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung (200) durch einen Schwing-Umsetzer mit Halbleiterschaltern (11 bis 16, 21 bis 26, 31 bis 36) gebildet ist.
- 4. Steuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung (200) aus einem mit Kalbleiterschaltern (41 bis 46) gebildeten Wechselrichter besteht.
- 5. Steuersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Last-Spannungs-Detektorvorrichtung (105) durch einen Transformator gebildet ist.
- 6. Steuersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Viechseistromlast (300) ein Elektromotor ist.GRföiMAL SImSFECTED809831/0910- 3 - B 8683
- 7. Steuersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Liast-Spannungs-Detektorvorrichtung eine Meßspule (108) aufweist, die in der Wechselstromlast (300) eingegliedert ist.
- 8. Steuersystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Last-Spannungs-Detektorvorrichtung (106, 108) einen Magnetfluß/Spannungs-Umsetzer (106) aufweist, der den Magnetfluß in dem Elektromotor erfaßt und der den erfaßten Magnetfluß in eine Spannung umsetzt, die der elektromotorischen Kraft des Elektromotors entspricht.809831 /0910
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8125 | Change of the main classification |
Ipc: H02P 7/44 |
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D2 | Grant after examination | ||
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