DE2826332C3 - Anordnung zur Drehzahlsteuerung einer über einen Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter gespeisten Wechselstrommaschine - Google Patents

Description

dieser Strom einen bestimmten Pegel erreicht, das Frequenzsteuersignal derart abändern, daß eine erhebliche Verringerung des Motorstroms erhalten wird. Es versteht sich, daß dieser bestimmte Pegel nicht höher als der Strom sein darf, der maximal durch den Motor und die Schaltungen fließen darf. Daraus folgt, daß der Motor zum Abbremsen verhältnismäßig viel Zeit benötigt Außerdem hat eine solche Sicherung den Nachteil, daß zuvor die Betriebsbedingungen bekannt sein müssen, um eine optimale Regelung zu entwerfen und herzustellen.

Da bei derartigen Anordnungen neben dem Integrator auch die Kapazität der Gleichspannungsquelle einen weiteren Integrator bildet, enthält die Spannungsgegenkopplungsschleife praktisch zwei in Reihe geschaltete Integratoren, was zu Instabilitäten führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Anordnung der im Oberbegriff angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß Instabilitäten vermieden und die Abbremsung in sehr kurzer Zeit ermöglicht werden. Dies geschieht erfindungsgemäß durch die Anwendung der im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Maßnahmen.

Dadurch, daß auf diese Weise die Spannungsgegenkopplungsschleife in die sehr stabile Stromgegenkopplungsschleife eingreift, treten Instabilitäten nicht mehr auf. Wenn auch der Motorstrom den genannten, vorherbestimmten Wert nicht erreicht hat, wird dennoch diese Stromgegenkopplungsschleife derart aktiviert, daß die Spannung über der Gleichspannungsquelle auf einen bestimmten Wert begrenzt wird.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Frequenzsteuerschaltung für eine Drehzahlsteuerung nach der Erfindung,

F i g. 2a, 2b und 2c einige Signalformen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung nach F i g. 1,

F i g. 3a und 3b schematisch einen möglichen Verlauf der Amplitude des Motorstromes und der Spannung über der Gieichspannungsspeisequelle als Funktion der Zeit, wenn der Motor während des Bremsvorganges als Generator zu wirken beginnt,

Fig.4 ein Ausführungsbeispiel des Motorstromdetektors in Fig. 1,

F i g. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Gleichspannungsquelle für üie Speisung eines Motors über Leistungsschalter,

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Frequenzsteuerschaltung für eine Drehzahlsteuerung nach der Erfindung. Diese Schaltung enthält einen Frequenzbezugseingang 1, dem eine Spannung Vr 1 zugeführt wird. Dieser Eingang 1 führt über einen Verstärkungseinstellwiderstand Ri und einen Wechselschalter Si, abhängig von der Lage dieses Wechselschalters S\, zu dem invertierenden ( —) oder dem nichtinvertierenden ( + ) Eingang eines Operationsverstärkers Au Beide Eingänge sind mit Erdungswiderständen R2 bzw. R3 versehen. Der Ausgang des Verstärkers A\ führt über die Reihenschaltung von Widerständen Ra und Ä5 zu dem inverlierenden Eingang eines Operationsverstärkers A2, der dadurch, daß der Ausgang 8 dieses Operationsverstärkers über <Jen Kondensator Q mit diesem Eingang verbunden ist, als Integrator geschaltet ist. Der Ausgang 8 dieses Integrators ist über einen Widerstand R₆ in gegenkoppelndem Sinne mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers A\ und mit einem spannungsgesteuerten Oszillator VCO verbunden, der ein Taktsignal einer Impulsbreitenmodulationsschaltung PWM zuführt, mit deren Hilfe impulse erzeugt werden, durch die Leistungsschalter geschaltet werden.

Der Verbindungspunkt 7 der Widerstände Ät und Rs ist über die Anoden-Kathoden-Strecke einer Diode D\ mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers A3 mit Verstärkungseinstellwiderständen Rj und Rg verbunden, dessen invertierender Eingang mit einem an Bezugspotential liegenden Punkt Vr2 verbunden ist, während dieser Punkt 7 über die Kathoden-Anoden-Strecke einer Diode Di mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers A₄ mit Verstärkungseinstellwiderständen Rg und Ä10 verbunden ist wobei der invertierende Eingang dieses Verstärkers A₄ zu einem auf Bezugspotential liegenden Punkt Vr₃ führt Weiter enthält die Schaltung nach F i g. 1 eine Schaltung 9 zur Betätigung des Schalters 51, wobei diese Schaltung 9 die Spannung Vo am Ausgang 8 des Integrators und die Bezugsspannung Vr\ als Eingangssignal empfängt, mit deren Hilfe der Schalter S\ zu dem Zeitpunkt umgelegt wird, zu dem die Spannung Vo gleich 0 V wird, wenn die Polarität der Spannung Vr ι geändert ist Die dargestellte Lage des Schalters S\ gehört in eingeschwungenem Zustand zu einer positiven Spannung V/n und die andere Lage zu einer negativen Spannung Vr u

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des oben beschriebenen Teiles der Schaltung nach F i g. 1 zeigt Fig.2a ein beispielsweise gewähltes Frequenzsteuersignal Vr 1 als Funktion der Zeit und zeigen F i g. 2b und 2c die Spannung Vr und die Spannung Vo als Reaktion auf die Spannung Vr \.

Zum Zeitpunkt to wird eine konstante Drehzahl vorausgesetzt Der Schalter S\ nimmt dabei die dargestellte Lage ein und die Spannung V_R 1 ist positiv. Diese Spannung V« 1 wird über den Spannungsteiler R\, A3 an den nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers Ai angelegt, an den auch über den Spannungsteiler R& R3 die Ausgangsspannung des Integrators A₂ angelegt wird. Die Ausgangsspannung des Verstärkers A\ hat den Kondensator Q derart aufgeladen, daß die erhaltene Eingangsdifferenzspannung des Verstärkers Ai und somit auch die Ausgangsspannung V_x am Punkt 7 gleich 0 V ist Die Ausgangsspannung Vo am Integrator, die ein Maß für die Solldrehzahl des Motors ist, wird dadurch durch die Spannung Vr 1 bestimmt und ist in diesem Beispiel stets negativ.

Zum Zeitpunkt f| wird eine höhere Solldrehzahl vorgeschrieben infolge der Tatsache, daß die Spannung Vr\ einen höheren Wert erhält. Dadurch erhält die Ausgangsspannung V_x einen positiven Wert, der über die Diode D\ von der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A3 begrenzt wird, wobei diese Ausgangsspannung durch die Bezugsspannung Vr 2 und die Werte der Widerstände Ri und R^ bestimmt wird. Infolge dieses Spannungssprungs wird der Kondensator Q aufgeladen und nimmt die Spannung V₀ an, bis diese zum Zeitpunkt (2 dem neuen Wert der Spannung Vr 1 entspricht und die Spannung V_x wieder gleich 0 V wird. Die Geschwindigkeit, mit der die Spannung Vo abnimmt (Beschleunigung des Motors), kann mit der Bezugsspannung Vr 2 eingestellt werden.

Zum Zeitpunkt h wird eine Umkehr der Drehrichtung des Motors dadurch vorgeschrieben, daß die Spannung Vr 1 auf einen negativen Wert gebracht wird. Dadurch erhält die Spannung Vr einen negativen Wert, der über die Diode D₂ von der AuseangssDannune des Ooera-

tionsverstärkers A* begrenzt wird, wobei diese Ausgangsspannung durch die Bezugsspannung Vr₃ und die Werte der Widerstände A₉ und R₁₀ bestimmt wird. Infolge dieses Spannungssprungs wird der Kondensator Q entladen und nimmt die Spannung Vo zu (Verzögerung des Motors) mit einer Geschwindgkeit, die mit der Bezugsspannung Vr₃ eingestellt werden kann. Zum Zeitpunkt U ist die Spannung V₀ gleich 0 V geworden, was bedeutet, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators VCO gleich 0 geworden ist Dies wird von der Schaltung ι ο 9 detektiert und weil die Polarität der Spannung Vr χ nicht mehr mit der Lage des Schalters S₁ übereinstimmt, wird letzterer in die nicht dargestellte Lage umgelegt, während außerdem ein Signal CWyCCWRechtsVLinkslauf an die Schaltung PWM geliefert wird, um über is logische Schaltungen die Drehrichtung umzukehren. Um den Motor in der umgekehrten Drehrichtung wieder zu beschleunigen, soll die Spannung Vo wieder abnehmen. Dies erfolgt durch das Umlegen des Schalters Si, so daß die Spannung Vr ι dem invertierenden Eingang des Verstärkers A\ zugeführt wird. Dadurch wird die Spannung V» gleich dem positiven Grenzwert und nimmt die Spannung Vo ab, bis sie zum Zeitpunkt is wieder dem (negativen) Wert der Spannung Vr 1 entspricht und die Spannung V_x gleich 0 V ist

Die Schaltung nach F i g. 1 enthält weiter eine Stromgegenkopplungsschleife. Diese besteht aus einem Istwertgeber 11 zum Messen des Motorstroms und zum Erzeugen eines in diesem Beispiel positiven Ausgangssignals Vc an einem Ausgang 10, das ein Maß für den Absolutwert des Motorstroms ist Dieses Signal V_c wird mit einer negativen Bezugsspannung Vr₆ über Widerstände Ru und /?i2 summiert und dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers Λ5 mit einem Verstärkungseinstellwiderstand R\₃ zugeführt Der Ausgang des Operationsverstärkers A₅ führt über einen von einer Einrichtung 13 gesteuerten doppelten Schalter Si, einen Widerstand Ä40 und die Kathoden-Anoden-Strekke einer Diode D₃ zu dem Eingang des Verstärkers A2, der einen virtuellen Erdungspunkt bildet Ebenso wird das Signal V_c mit einem Grenzwertsignal Vr₅ über Widerstände Ru und R\s summiert und dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers A% mit einem Verstärkungseinstellwiderstand Ä16 zugeführt Der Ausgang dieses Operationsverstärkers führt über den Schalter Si, den Widerstand Ä39 und die Anoden-Kathoden-Strecke einer Diode D» zu dem Eingang des Operationsverstärkers Ar.

Die .Einrichtung 13 stellt fest ob der Motor als Generator oder als Motor wirksam ist und steuert den Schalter Si derart, daß sich der Schalter beim Motorbetrieb in der dargestellten Lage und beim Generatorbetrieb in der nicht dargestellten Lage befindet

Wenn beim Motorbetrieb der Motorstrom Null ist, liegt der Eingang des Operationsverstärkers A5 auf einem durch die Bezugsspannung Vr₆ bestimmten negativen Wert und ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A₅ positiv, so daß die Diode D₃ gesperrt ist Nimmt der Motorstrom und damit die Spannung V_c zu, so wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers abnehmen und wird, wenn der Motorstrom einen von der Bezugsspannung Vr ₆ einzustellenden Wert überschreitet negativ werden, wodurch die Diode D₃ leitend wird und sich der Kondensator G entladen wird. Dies ergibt eine Zunahme der Spannung V₀, d. h., da V₀ negativ ist eine weniger negative Spannung und somit eine Verzögerung des Motors, wodurch der Motorstrom abnimmt. Dadurch, daß die Stromgegenkopplung über die Widerstände R39 und Äto verläuft, deren W/ert kleiner als der Widerstandswert des Widerstandes V? 5 ist, über den die Frequenzsteuerung stattfindet, ist die Stromgegenkopplung in bezug auf eine etwaige positive Spannung Vr vorherrschend.

Beim Generatorbetrieb nimmt der Schalter S₂ die nicht dargestellte Lage ein und kann also nur über den Operationsverstärker A₆ die Stromgegenkopplungsschleife geschlossen werden. Nimmt beim Generatorbetrieb der Motorstrom zu, so wird auch die Spannung K-zunehmen und wird der Einfluß der negativen Bezugsspannung Vr₅ abnehmen, wodurch die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A₆ weniger negativ wird. Die Diode A ist dabei gesperrt Überschreitet der Motorstrom einen mittels der Bezugsspannung Vs 5 einzustellenden Wert, so wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers A₆ positiv und wird die Diode D* leitend, wodurch die Spannung Vo am Ausgang des Komparators zunimmt, d. h. weniger negativ wird, was eine Herabsetzung der Abbremsung des Motors entspricht

Die Schaltung nach F i g. 1 enthält auch eine Spannungsgegenkopplungsschleife. Die Spannung über der Gleichspannungsspeisung wird mit Hilfe eines Istwertgebers 12 detektiert und in eine in diesem Beispiel negative Spannung V_b umgewandelt. Diese Spannung Vb wird mit einer positiven Bezugsspannung Vr₄ über Widerstände Ä17 und R_iS summiert und dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers Ay mit Verstärkungseinstellwiderstand R\g zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers Ai führt über einen Widerstand Λ20 zu dem Eingang des Operationsverstärkers /U-

Wenn die Spannung über der Gleichspannungsspeisung einen durch die Bezugsspannung Vr4 bestimmten Wert überschreitet, wird die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Aj positiv und greift beim Generatorbetrieb über den Operationsverstärker Ab in die Stromgegenkopplung ein. Die Bezugsspannung Vr₅ wird gleichsam herabgesetzt

Wie beschrieben, findet eine Begrenzung des Motorstroms und eine Begrenzung der Spannung der Gleichspannungsspeisung statt Dabei gibt es ein Gebiet, in dem auf eine Kombination der beiden Größen begrenzt wird und das u. a. durch die relative Stärke der Spannungen Vb und V_a die Verstärkung des Operationsverstärkers A₇ und das Verhältnis der Werte der Widerstände Ru und R_x bestimmt wird. Um dafür zu sorgen, daß dieses Gebiet klein ist, mit anderen Worten, daß die Spannungsgegenkopplung sehr stark wirksam wird, wenn ein bestimmter Wert der Spannung über der Gleichspannungsquelle überschritten wird, während dies unterhalb dieses Wertes nicht der Fall ist sind eine Anzahl von Möglichkeiten verfügbar. So kann die Verstärkung des Operationsverstärkers Ai sehr groß gewählt werden, derart daß der Verstärker A₁ bei Nennspannungen stark in Sättigung gesteuert ist und erst dann außer Sättigung gerät wenn ein bestimmter Wert dieser Spannung erreicht wird. Eine andere Möglichkeit ist die in F i g. 1 gestrichelt dargestellte Diode Ds. Ist die Eingangsspannung des Operationsverstärkers Ai positiv, so klemmt die Diode Ds die Ausgangsspannung des Verstärkers Ai auf einen Spannungspegel von nahezu 0 V. Wenn die (negative) Spannung Vb derart abgefallen ist daß die Eingangsspannung des Operationsverstärkers Ai negativ und die Ausgangsspannung positiv wird, sperrt die Diode D₅

und kann die Spannungsregelung wirksam werden.

F i g. 3a und 3b zeigen schematisch einen möglichen Verlauf der Amplitude des Motorstroms I_n, und der Spannung V_cb der Gleichspannungsspeisung als Funktion der Zeit, wenn der Motor beim Abbremsen als Generator zu wirken beginnt. Zum Zeitpunkt t\ fängt der Motor an. Energie zu liefern, und der Motorstrom lädt die in der Gleichspannungsspeisung vorhandenen Kapazitäten auf, so daß die Spannung V_cb vom Nennwert V_n an zunimmt, bis im Zeitpunkt f₂ ein Höchstwert V_max erreicht ist. Zwischen den Zeitpunkten fi und i₂ wird der Strom I_n, auf einen Maximalwert I_max begrenzt. Zum Zeitpunkt f₂ wird die Spannungsgegenkopplung wirksam und begrenzt über die Stromgegenkopplungsschleife den Motorstrom derart, daß die Spannung V_c6 auf den Wert V_mali begrenzt wird. Dabei kann der Motorstrom bei abnehmender Drehzahl zunehmen. Es wird keine Energie mehr in den genannten Kapazitäten gespeichert und der Motor sowie die Schaltungen leiten die gelieferte Energie ab, wobei diese Ableitung groß ist, weil die Spannung maximal, z. B. gleich dem 2,5fachen der Nennspannung, ist, bei welcher Spannung der Motor meistens im Sättigungszustand sein wird, so daß dieser Motor viel Energie verbraucht. Zu diesem Zeitpunkt ti ist die Drehzahl soweit abgefallen, daß die vom Motor gelieferte Energie nicht mehr genügend ist, um die Spannung V_cb maximal zu halten. Die Spannung Va nimmt ab und der Motorstrom I_m kann gegebenenfalls nach wie vor zunehmen.

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Istwertgebers 11 nach F i g. 1 und ist für Dreiphasenwechselstrommessung eingerichtet. Der Geber enthält sechs mit je einer Primär und einer Sekundärwicklung versehene Toroide 15a... 176 mit Kernen mit einer hohen Permeabilität, wobei das Verhältnis der Anzahl primärer und sekundärer Windungen z. B. 1 :50 ist Die Primärwicklungen der Toroide 15a und 156, 16a und 166,17a und 176 sind jeweils in Reihenanordnung in die Motorstromzufuhrleitungen aufgenommen, in denen die Ströme Ir, Is und fr fließen. Die Sekundärwicklungen sind jeweils gegensinnig in Reihe geschaltet, und diese gegensinnigen Reihenschaltungen sind parallel zwischen einem impulsgenerator 18 und einem Widerstand R20 angeordnet Parallel zu dem Widerstand R20 ist ein Glättungsfilter mit einer Diode D₆, einem Kondensator C₂ und einem Widerstand Ä_2] angeordnet Die Spannung über dem Widerstand Ri\ wird dem nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers Ag mit Einstellwiderständen R22, R23 und Ä24 zugeführt Der Ausgang dieses Operationsverstärkers A₆ liefert das Stromsignal V_c an den Ausgang 10 des Istwertgebers 11.

Durch die hohe Permeabilität des Kernmaterials der Toroide werden die Kerne bei bestimmten Werten der Phasenströme Ir, /5 und fr, weiche Werte unterhalb des Maximalwertes liegen sollen, in Sättigung geraten. Dadurch, daß der Impulsgenerator 18 Hochfrequenzspannungsimpulse über den gegensinnig in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen anlegt, wird pro Phase stets einer der beiden Kerne weiterhin in Sättigung bleiben und der andere außer Sättigung geraten. Die Ströme i_r, i_s\md /, in den Sekundärwicklungen werden dann stets ein Maß für die Absolutwerte der Phasenströme Jr, /sbzw. /rsein. Diese Ströme /„ Z₅ und /, werden in dem Widerstand R^ summiert und in eine Spannung umgewandelt die mit dem Filter D₆, C₂, Ä₂i zu einer Gleichspannung geglättet wir.d, die ein Maß für die Amplitude des Motorstroms ist Diese geglättete Spannung wird mit dem Operationsverstärker Ag zu dem Stromsignal V_c verstärkt

Fig.5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Gleichspannungsquelle zur Speisung eines Motors über Leistungsschalter. Diese Quelle enthält Anschlüsse für das Dreiphasenwechselstromnetz R, S und T und eine Gleichrichterbrücke mit Dioden D₇, Dg, Dj, Ao, Du und Di₂. Die gleichgerichtete Spannung über diesen Dioden ist zur Glättung an einen Pufferkondensator Cb gelegt.

Die Spannung V^ über diesem Pufferkondensator wird über einen Zwischenkreisumrichter 19 mit Leistungsschaltern in einen Dreiphasenwechselstrom mit einer von der Schaltung PWM gesteuerten Frequenz zur Speisung des Motors M umgewandelt. Diese Ströme werden mit dem bereits beschriebenen Stromdetektor 11 detektiert Die Schaltung PWM empfängt ein Frequenzsteuersignal von einer Schaltung der in F i g. 1 dargestellten Art.

Die Gleichspannung V_cb wird über einen Gleichspannungswandler in eine niedrigere Gleichspannung V₁ zur Speisung der unterschiedlichen Schaltungen umgewandelt. Grundsätzlich besteht dieser Wandler aus einem Transformator 21 mit einer Primärwicklung 22, über der über einen von einem Oszillator 20 betätigten Schalter Si die Gleichspannung Va, angelegt ist Eine Sekundärwicklung 23 dieses Transformators 21 ist mit einer Gleichrichterschaltung mit einer Diode A3 und einem Kondensator C3 verbunden.

Dadurch, daß der Schalter S* mit hoher Frequenz ein- und ausgeschaltet wird, wird die Gleichspannung V_cb in einen Wechselstrom umgewandelt, der mit dem Transformator 21 umgewandelt und mit der Diode A13 und dem Kondensator C₃ gleichgerichtet und zu der Gleichspannung V₅ geglättet wird. Diese Gleichspannung V₅ wird auf den Oszillator 20 rückgekoppelt, damit dieser gestoppt wird, sobald die Spannung V₅ über dem Kondensator C3 einen bestimmten Wert aufweist, und damit dieser wieder gestartet wird, wenn diese Spannung V_s zu niedrig wird. Auf diese Weise wird eine Gleichspannung V_s erhalten, die in hohem Maße von der Spannung Vd, unabhängig ist die z. B. zwischen 80 V und 800 V variieren kann. Auf diese Weise wird erreicht, daß z. B. beim Ausfallen der Netzspannung die Steuerschaltung nach wie vor gespeist wird, solange die Spannung Vcb am Pufferkondensator C_b oberhalb eines bestimmten Wertes liegt Dies hat zur Folge, daß die Leistungsschalter im Zwischenkreisumrichter 19 nach wie vor gesteuert werden, solange eine Spannung Vc* vorhanden ist, die einen derartigen Wert aufweist, daß dadurch die Leistungsschalter beschädigt werden könnten, wenn die Steuerschaltung PWM ausfallen würde. Dadurch bleibt z. B. eine sichere und kontrollierte Abbremsung nach dem Ausfallen der Netzspannung möglich, wobei die Steuerschaltung mit der von dem Motor gelieferten Energie gespeist wird.

Der Transformator 21 enthält weiterhin eine zweite Sekundärwicklung 24 parallel zu der Reihenschaltung einer Diode A4 und eines Kondensators C4. Die Spannungsimpulse mit einer Amplitude V_Cb über der Primärwicklung 22 werden in eine Gleichspannung Vb über dem Kondensator G umgewandelt wobei diese Gleichspannung Vb, wenn der Kondensator C4 nicht oder nahezu nicht belastet ist der Spannung Va, über dem Pufferkondensator O₀ proportional ist Dieser Teil der Schaltung nach F i g. 5 bildet also eine Schaltung 12 nach F i g. 1 zur Lieferung einer Spannung Vb, die ein Maß für die Spannung V_C6ist

Die Schaltung nach Fig.5 zeigt auch ein Ausfüh-

rungsbeispiel der Einrichtung, die in F i g. 1 mit 13 bezeichnet ist. Diese Schaltung enthält die Dioden D₁₅, D₁₆ und Di₇, die zusammen mit den Dioden Di₀, D₁₁ und A2 eine Gleichrichterbrücke bilden. Parallel zu dieser Gleichrichterbrücke sind zur Glättung der gleichgerichteten Spannung ein Widerstand R₂₆ und ein Kondensator C_n angeordnet Die Spannung V_n über diesem Kondensator ist dann die gleichgerichtete Netzspannung, die nicht, wie die Spannung V₀₆, beim Generatorbetrieb zunimmt.

Dadurch, daß den beiden Gleichrichterbrücken die Dioden D₁₀, Du und D₁₂ gemeinsam sind, sind die beiden Kondensatoren Q, und C_n auf einer Seite gleichstrommäßig miteinander verbunden. Zwischen den anderen Elektroden dieser Kondensatoren Cb und C_n ist ein Spannungsteiler mit Widerständen R₂₇ und R₂S angeord-

net, der den Unterschied zwischen den Spannungen V</> und V_n nach Schwächung dem Basis-Emitter-Übergang eines Transistors T führt, dessen Kollektor über einen Widerstand R₂? mit einer positiven Speisespannung verbunden ist

Nimmt beim Generatorbetrieb die Spannung V_cb zu, so wird bei einer durch den Spannungsteiler R₂₁, Rm bestimmten Zunahme der Transistor Tleitend werden. Die dann auftretende Spannungsänderung über dem Kollektorwiderstand Ä29 ist eine Anzeige für Generatorbetrieb und kann z. B. über eine optische Kopplung für gleichstrommäßige Trennung und über logische Gatter den Schalter S₂ (Fig. 1) betätigen. Auf diese Weise wird eine einfache Detektion des Generatorbetriebs erhalten, die von Netzspannungsänderungen unabhängig ist

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Drehzahlsteuerung einer Ober einen einen Glättungskondensator enthaltenden Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter gespeisten Wechselstrommaschine mit einer Frequenzsteuerschaltung, bestehend aus einem Verstärker mit Ausgangssignalbegrenzung, dessen Eingang ein Frequenzbezugssignal zugeführt ist und dessen Ausgangssignal dem Eingang eines Integrators zugeführt ist, wobei der Ausgang des Integrators ein Signal zur Steuerung der Frequenz des Umrichters liefert und auf den Eingang des Verstärkers rückgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen sind:

a) Istwertgeber (U bzw. 12) für Maschinenstrom und Spannung (Vd,) des Gleichspannungszwischenkreises,

b) ein erster Vergleicher (A₇, Rn, Ris, R\s) für die Spannungsbegrenzung, dessen erstem Eingang das Ausgangssignal (V_b) des Istwertgebers (12) für die Spannung (V^) und dessen zweitem Eingang ein Grenzwertsignal (Vs*) zugeführt ist,

c) ein zweiter Vergleicher (As, Ä14, Ä2c Λ* Äie, R33, A) für die Strombegrenzung, dessen erstem Eingang das Ausgangssignal (V_c) des Istwertgebers (11) für den Strom und dessen zweitem Eingang ein Grenzwertsignal (V_R5) zugeführt ist, und daß

d) das Ausgangssignal des ersten Vergleichers dem dritten Eingang des zweiten Vergleichers zugeführt ist,

e) am Ausgang des zweiten Vergleichers nur dann ein Signal auftritt, wenn Grenzwertüberschreitung vorliegt,

f) eine Einrichtung (13), die zwischen generatorischem und motorischem Betrieb unterscheidet und das Ausgangssignal des zweiten Vergleichers so auf den Eingang des Integrators (A₂) der Frequenzsteuerschaltung schaltet, daß bei generatorischem Betrieb eine Frequenzerhöhung und bei motorischem Betrieb eine Frequenzerniedrigung bewirkt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Vergleicher (A₅, R\ 1, Ä12, Ä13, R40, Da) für die Strombegrenzung vorgesehen ist, der dem zweiten Vergleicher parallel geschaltet ist, daß der zweite Vergleicher bei Grenzwertüberschreitung ein positives Ausgangssignal abgibt und dadurch eine Frequenzerhöhung bewirkt, daß der dritte Vergleicher bei Grenzwertüberschreitung ein negatives Ausgangssignal abgibt und dadurch eine Frequenzerniedrigung bewirkt, und daß die Einrichtung (13) für die Betriebsunterscheidung einen Schalter (Si) derart betätigt, daß bei Generatorbetrieb nur der Ausgang ües zweiten Vergleichers und bei Motorbetrieb nur der Ausgang des dritten Vergleichers an den Eingang des Integrators (A2) angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13), die zwischen generatorischem und motorischem Betrieb unterscheidet, einen Gleichrichter (Di0, Du, D12, D15, A & Di 7) mit Glättungsschaltung (Ci, Rn) zur Bildung einer Bezugsspannung (V_rs durch Gleichrich tung einer Wechselspannung (R, S, T). die auch den Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter (19) speist, und einen Vergleicher mit Schwellwert (Rn, R28, R29, T) enthält, in dem ein Vergleich zwischen der Spannung (V_Cb) über dem Glättungskondensator (Cb) und der Bezugsspannung V_r3) erfolgt, wodurch eine Unterscheidung zwischen generatorischem und motorischem Betrieb möglich ist (F i g. 5}.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwertgeber (11) für Maschinenstrom in jeder Phasenzufuhrleitung (I_n 4 U) des Wechselstrommotors die Primärwicklung (15,16,17) eines mehrphasigen Gleichstromtransformators mit gleichrichtender Wirkung enthält, dessen Sekundärwicklungen parallel geschaltet und mit einem Glättungsfilter (Rx, Db, C2) verbunden sind, das den Istwert (V_c) des Maschinenstroms liefert, wobei der Gleichstromtransformator nur Ströme einer bestimmten Polarität transformiert durch Sättigungssteuerung des Transformatorkernmaterials mittels Spannungsimpulsen (Impulsgenerator 18).

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein schaltender Gleichspannungswandler (20, 21, S₁) mit einem Transformator (21) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung (22) in Reihe mit einem Schalter (S₄) parallel zum Glättungskondensator (Cb) geschaltet ist, daß eine erste Sekundärwicklung (23) des Transformators (21) über eine Gleichrichterschaltung (Di₃, Ci) zur Lieferung einer Speisespannung (Vs) an die Frequenzsteuerschaltung (PWM) führt und daß eine zweite Sekundärwicklung (24) über eine weitere Gleichrichterschaltung (Dm, Ct) zur

Lieferung des Istwertspannungssignals (Vb)führt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung einer Wechselstrommaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Anordnung ist bekannt aus der Philips Application Information Nr. 468, 1973, Seiten 8 bis 19 und 28.

Eine der Situationen, die mit einer derartigen Anordnung gesichert werden soll, ist die Abbremsung des Motors. Wird beim Abbremsen des Motors die von der Frequenzsteuerschaltung vorgeschriebene Motor drehzahl niedriger als die Istdrehzahl des Motors, so fängt der Motor an, als Generator zu wirken. Eine maximale Bremsung ist dabei dann möglich, wenn die erzeugte Energie in die Speisung zurückgeleitet werden kann. Dies erfordert jedoch komplizierte und kostspie liege Speisungen. So kann z. B. bei einem über eine einfache Gleichrichterbrücke aus dem Wechselstromnetz gespeisten Motor diese erzeugte Energie nicht zurückgeleitet werden und muß im Motor, den Leistungsschaltern und der Regelschaltung verbraucht werden. Es sei hier bemerkt, daß aus der US-PS 19 873 eine Begrenzungsschaltung bekannt ist. Dabei erzeugt ein Istwertgeber ein Signal, das ein Maß für die jeweilige Betriebsgröße ist, und sine Vergleicherschaltung vergleicht dieses Signal mit einem Bezugssignal.

Dabei ist der Ausgang des Vergleichers mit dem Eingang des Integrators einer Frequenzsteuerschaltung verbunden. Mit einer solchen Begrenzungsschaltung kann man z. B. den Motorstrom messen und, sobald