DE2803839A1

DE2803839A1 - Wechselstrom-steuersystem fuer wechselstrom-versorgung

Info

Publication number: DE2803839A1
Application number: DE19782803839
Authority: DE
Inventors: Masahiko Akamatsu; Munehiko Mimura; Masaharu Udaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-01-31
Filing date: 1978-01-30
Publication date: 1978-08-03
Also published as: US4172991A; JPS5395253A; JPS6148167B2; DE2803839C2

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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I_f , I_f 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 I_f , I- und I_f 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 e_f. 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 e_f 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 .
35

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 I_p 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 I_su/

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β jig a

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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 ',

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 e_f 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 ^{+ 1}V^{5 und V}w ⁼ -^(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 I_d~A und I_d~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 t_fi 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 E_d~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 I_d~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 Le}i^stun(J^s~^Wecnsel^ri^chters 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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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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Claims

Patentansprüche

M. 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 bis

133) 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 INSPECTED

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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 SImSFECTED

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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.

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