DE2856574C2

DE2856574C2 -

Info

Publication number: DE2856574C2
Application number: DE19782856574
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr.-Ing. 8399 Ruhstorf De Schoerner
Original assignee: Loher GmbH
Current assignee: Loher GmbH
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1978-12-28
Publication date: 1989-04-27
Also published as: BE880883A; NL7909220A; FR2445652A1; DE2856574A1; GB2042286A; LU82046A1; AT372556B; ATA775179A

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für einen Direktumrichter zur Speisung einer Drehstrommaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a control device for a Direct converter for feeding a three-phase machine after the Preamble of claim 1.

Aus der DD-PS 94 666 ist ein Verfahren zur Drehzahlstellung kommutatorloser Induktionsmotoren bekannt, bei dem ein Paar antiparalleler Thyristoren, das zwischen je einem Ständerstrang der Maschine und einer Netzphase angeordnet ist, zur Umrichtung der Netzspannung dient. Jedes Paar antiparalleler Thyristoren wird über eine Steuereinrichtung so angesteuert, daß ganze Halb wellen der Netzwechselspannung von diesen gesperrt und ganze Halbwellen von ihnen durchgelassen werden, wobei die entspre chenden Zeitintervalle jeweils gleich groß sind und wechselweise periodisch aufeinanderfolgen.DD-PS 94 666 describes a method for speed setting commutatorless induction motors known in which a pair antiparallel thyristors between each stator strand the machine and a network phase is arranged for redirection serves the mains voltage. Each pair of anti-parallel thyristors is controlled by a control device so that whole half waves of the mains AC voltage blocked by this and whole Half waves are let through by them, which corresponds to time intervals are the same and alternate follow each other periodically.

Mit dem vorbekannten Verfahren und der vorbekannten Anordnung ist jedoch ein Abbremsen von einer höheren Betriebsdrehzahl auf eine verringerte Drehzahl nicht ohne weiteres möglich.With the known method and the known arrangement is, however, braking from a higher operating speed a reduced speed is not easily possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerung für den Umrichter der aus der DD-PS 94 666 vorbekannten Art zu schaffen, die es gestattet, einen Drehstromsteller mit seiner ohnehin vorhandenen Phasenanschnittsteuerung einzusetzen, um eine oberschwingungs arme, niederfrequente, einstellbare Ausgangsspannung zur Erzie lung einer bzw. Abbremsung auf eine Schleichdrehzahl zu erhal ten.The object of the invention is a control for the converter of the kind known from DD-PS 94 666 to create it allowed a three-phase controller with its already existing Phase control to use a harmonic poor, low frequency, adjustable output voltage for education or a deceleration to a creep speed ten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der Eingang von Zündimpulsgeneratoren für die elektronischen Schalter ist mit einem gemeinsamen Sollwertgenerator verbunden. Bei den Zünd impulsgeneratoren besteht zwischen Zündwinkel und Eingangsspan nung ein im wesentlichen linearer Zusammenhang. Der Sollwert generator liefert ein unabhängig voneinander in Frequenz und Amplitude einstellbares, kontinuierliches, symmetrisches Soll wertspannungssystem. Ein an sich bekannter Drehstromsteller wird dazu verwendet, um auf einfache Weise eine Schleichdrehzahl er halten zu können.According to the invention, this task is characterized by Part of claim 1 specified features solved. The entrance of ignition pulse generators for the electronic switches connected to a common setpoint generator. At the Zünd pulse generators exist between the ignition angle and the input span an essentially linear relationship. The setpoint The generator provides an independent frequency and frequency Amplitude adjustable, continuous, symmetrical target value voltage system. A known three-phase controller used to easily creep speed he to be able to hold.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen be schrieben.Advantageous further developments are in the dependent claims wrote.

Bei bisher bekanntem Drehstromstellerbetrieb sind im ausgegli chenen Zustand Zündwinkel, Ausgangsspannung und Laststrom kon stant; die Frequenz entspricht der Frequenz des speisenden Netzes. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird nun mit Zünd impulsgeneratoren das bisher übliche Zündschema bei Drehstrom stellern dahingehend abgeändert, daß während einer bestimmten Anzahl von Netzschwingungen nur Zündung bei den positiven Halb schwingungen und anschließend nur Zündung bei den negativen Halbschwingungen erfolgt. Dies kann man beispielsweise so aus führen, daß während einer ersten positiven Halbschwingung der Netzspannung ein kleinerer positiver Laststrom fließt, während der zweiten positiven Halbschwingung ein etwas größerer, während der dritten ein großer und mit der 4., 5. und 6. Halbschwingung der Laststrom wieder bis Null abnimmt. Ab der 6. Halbschwingung wer den in gleicher Weise die elektronischen Schalter für die nega tiven Halbschwingungen der Netzspannung gezündet. Man erhält insgesamt eine Ausgangsspannung bzw. einen Laststrom mit einer Hüllkurve, deren Frequenz niedriger als die Netzfrequenz ist und deren Kurvenform über die Modulation der Zündwinkel beeinflußbar ist. Für Dreiphasensysteme sind drei derartige Anordnungen vor zusehen, wobei die Zündwinkel so geführt werden, daß die Hüll kurven der drei Lastströme ein Drehstromsystem mit jeweils 120° Phasenverschiebung bilden. Die Phasenverschiebung von 120° be zieht sich auf die Hüllkurvenfrequenz.With previously known three-phase AC operation are in the out state, ignition angle, output voltage and load current con stant; the frequency corresponds to the frequency of the dining Network. In the arrangement according to the invention is now with Zünd pulse generators the usual ignition scheme for three-phase current changed so that during a certain Number of network vibrations only ignition in the positive half vibrations and then only ignition in the negative Half vibrations occur. You can do this for example cause that during a first positive half-oscillation of the Mains voltage a smaller positive load current flows during the second positive half wave a slightly larger one, during the third a large one and with the 4th, 5th and 6th half oscillation of the Load current decreases again to zero. From the 6th half vibration on the same way the electronic switches for the nega tive half vibrations of the mains voltage are ignited. You get a total of an output voltage or a load current with a Envelope whose frequency is lower than the mains frequency and whose curve shape can be influenced by modulating the ignition angle is. There are three such arrangements for three-phase systems watch, the ignition angles are guided so that the envelope curve the three load currents in a three-phase system with 120 ° each Form phase shift. The phase shift of 120 ° be extends to the envelope frequency.

Wesentlich für die Erfindung ist der Einsatz des ohnehin vor handenen Drehstromstellers. Bei der aus der DD-PS 94 666 vor bekannten Lösung mit einer Vollwellensteuerung ist zwar ein Betrieb mit verringerter Drehzahl möglich. Ein Abbremsen von einer höheren Betriebsdrehzahl auf eine verringerte Drehzahl ist jedoch nicht ohne weiteres durchführbar, da der Motor infolge von Oberwellenmomenten auf der ursprünglichen Drehzahl weiter laufen wird. Außerdem ist bei einer derartigen Betriebsart eine Anpassung der Spannung an die verringerte Frequenz nicht mög lich, da eine Übersättigung der Maschine bei der geringen Frequenz die Folge wäre.What is essential for the invention is the use of the anyway existing three-phase controller. In front of the DD-PS 94 666 known solution with a full wave control is a Operation at reduced speed possible. A slowdown of a higher operating speed to a reduced speed however, it is not easily feasible because the engine is consequent from harmonic torques to the original speed will run. In addition, in such an operating mode Adjustment of the voltage to the reduced frequency is not possible Lich, because the machine is oversaturated with the low Frequency would be the consequence.

Man kann zeigen, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung Ampli tude und Frequenz der ersten Harmonischen von Ausgangsspannung und Strom näherungsweise proportional zu Amplitude und Frequenz der Sollkurve sind. Folglich lassen sich über die Modulation der Zündwinkel Amplitude und Frequenz der Grundschwingung der Aus gangsspannung verstellen. Der wesentliche Vorteil der erfindungs gemäßen Anordnung ist hierbei, daß für ein dreiphasiges Umrich tersystem die geringe Anzahl von 6 elektronischen Schaltern, bei spielsweise Thyristoren benötigt wird.It can be shown that Ampli tude and frequency of the first harmonic of output voltage and current approximately proportional to amplitude and frequency are the target curve. Consequently, the modulation of the Firing angle amplitude and frequency of the fundamental oscillation of the off adjust the output voltage. The main advantage of the invention The appropriate arrangement here is that for a three-phase converter tersystem the small number of 6 electronic switches, at for example, thyristors is required.

Das erfindungsgemäße Umrichtersystem gehört prinzipiell zur Klasse der Direktumrichter. Bei diesem Umrichterprinzip ist der Frequenzstellbereich nach oben begrenzt. Der Umrichter ist damit gut geeignet für den Antrieb von Arbeitsmaschinen, die neben einer hohen einzelne oder mehrere niedrige Drehzahlen fordern. Die hohe Drehzahl kann durch direkten Netzanschluß oder üblichen Stellerbetrieb und die niedrige Drehzahl durch einfaches Umschal ten in der Steuereinrichtung auf das beschriebene Steuerverfah ren realisiert werden. Je nach Erfordernis ist treibender oder bremsender Betrieb möglich. Anwendung findet die Anordnung bei spielsweise bei Aufzügen, Hebezeugen, Transporteinrichtungen, Zentrifugen, Werkzeugmaschinen u. v. a.The converter system according to the invention belongs in principle to Class of direct converters. With this converter principle the Frequency upper limit limited. The converter is now well suited for driving work machines, in addition to a high single or multiple low speeds. The high speed can be achieved by direct mains connection or usual Actuator operation and the low speed by simply switching ten in the control device to the control method described be realized. Depending on the need, driving or braking operation possible. The arrangement applies to for example with lifts, hoists, transport equipment, Centrifuges, machine tools and. v. a.

Die erfindungsgemäße Anordnung und ihre Funktionsweise wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigtThe arrangement according to the invention and its mode of operation will explained in more detail with reference to figures. It shows

Fig. 1 eine Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit Steuereinrichtung, Leistungsteil und ange schlossener Asynchronmaschine, Fig. 1 is a schematic diagram of the arrangement according to the invention with control means, power section and connected asynchronous machine,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von Steuerspannung, einem Sperrsignal, Netzspannung, Zündimpulsen, und Aus gangsstrom für Phase R. Fig. 2 shows the time course of control voltage, a blocking signal, line voltage, ignition pulses, and from output current for phase R.

In der Blockschaltbilddarstellung in Fig. 1 wird von ana logen Steuergrößen U ₁ für die Amplitude und U _F für Fre quenz der Grundschwingung der Umrichterausgangsspannung ausgegangen. Diese beiden Größen werden einem Sollwert generator 1 zugeführt. Der Sollwertgenerator erzeugt drei sinusförmige, um jeweils 120° verschobene Ausgangssignale U ₂ _{R, S, T} deren Amplitude und Frequenz über die Eig nungsgrößen U ₁, U _F verstellbar sind. Die Sollwertgenera torsignale können mit analogen oder digitalen Schaltkreis gliedern erzeugt werden. Derartige Anordnungen sind in der Literatur bekannt. (Kahlen W.: Sollwertgenerator für Dreh strom-Wechselrichter nach dem Unterschwingungsverfahren, Internationale Elektronische Rundschau 1970 Nr. 2).In the block diagram representation in FIG. 1, analog control variables U ₁ for the amplitude and U _F for frequency of the fundamental oscillation of the converter output voltage are assumed. These two variables are fed to a setpoint generator 1 . The setpoint generator generates three sinusoidal output signals U ₂ _{R, S, T} , each shifted by 120 °, whose amplitude and frequency can be adjusted via the properties U ₁ , U _F. The setpoint generator signals can be generated with analog or digital circuit breakers. Such arrangements are known in the literature. (Kahlen W .: Setpoint generator for three-phase inverters based on the undershoot method, International Electronic Review 1970 No. 2).

Das dreiphasige Sollwertsignal wird mit drei Diodenschal tungen 2 _{R, S, T} gleichgerichtet. Die gleichgerichteten Sig nale |U ₂ _{R, S, T}| stellen die Eingangssignale für die Zünd impulsgeneratoren 4 _{R, S, T} dar. Die Zündimpulsgeneratoren erzeugen die Zündimpulse für die Thyristoren des Dreh stromstellers 6. Üblicherweise führt man Zündimpulsgenera toren so aus, daß der Zusammenhang zwischen Eingangsspan nung und Zündwinkel näherungsweise linear ist. In drei Schmittriggern 3 _{R, S, T} werden aus den Sollwertsignalen U ₂ _{R, S, T} drei Sperrsignale S _{pR, S, T} gebildet. Diese Signale dienen zur Erkennung, ob positive oder negative Halbschwin gungen vorliegen. Die Sperrsignale steuern über drei elek tronische Schalteinrichtungen 5 _{R, S, T} die Freigabe der Zünd impulse Z ₁ _{R, S, T} oder Z ₂ _{R, S, T}. Bei positiven Halbschwingun gen des Sollwertsignals werden die Zündimpulse Z ₁ _{R, S, T} für die Thyristoren n ₁ _{R, S, T} freigegeben und die Zündimpulse Z ₂ _{R, S, T} für die Thyristoren n ₂ _{R, S, T} gesperrt. Bei nega tiven Halbschwingungen verhält es sich umgekehrt. Damit sind während positiver Halbschwingungen nur positive Lastströme der eingezeichneten Zählrichtung und während negativer Halb schwingungen nur negative Lastströme möglich. Daraus folgt, daß die Frequenz der Lastströme der Frequenz der Sollwertsignale entspricht.The three-phase setpoint signal is rectified with three diode circuits 2 _{R, S, T.} The rectified signals U ₂ _{R, S, T} | represent the input signals for the ignition pulse generators 4 _{R, S, T.} The ignition pulse generators generate the ignition pulses for the thyristors of the three-phase controller 6 . Usually ignition pulse generators are designed so that the relationship between the input voltage and the ignition angle is approximately linear. Three blocking signals S _{pR, S, T are} formed from the setpoint signals U ₂ _{R, S, T} in three Schmittriggers 3 _{R, S, T.} These signals are used to detect whether there are positive or negative half oscillations. The blocking signals control via three electronic switching devices 5 _{R, S, T} the release of the ignition pulses Z ₁ _{R, S, T} or Z ₂ _{R, S, T.} With positive half oscillations of the setpoint signal, the ignition pulses Z ₁ _{R, S, T} for the thyristors n ₁ _{R, S, T are} released and the ignition pulses Z ₂ _{R, S, T} for the thyristors n ₂ _{R, S, T} blocked. The reverse is true for negative half-vibrations. This means that only positive load currents of the counting direction shown are possible during positive half-oscillations and only negative load currents during negative half-oscillations. It follows that the frequency of the load currents corresponds to the frequency of the setpoint signals.

Zur weiteren Erläuterung sind in Fig. 2 Abbildungen a, b, c, d, e, f Sollwertausgangssignale U ₂ _R, das zugehörige Sperrsignal S _pR, Verlauf der Netzspannung U _ny, Zündimpulse Z ₁ _R, Z ₂ _R für die Thyristoren n ₁ _R, n ₂ _R und zugehöriger Laststrom i _R aufgezeigt. Man sieht, daß infolge der Linearität zwischen Steuerspannung, Zündwinkel und Last strom die Hüllkurve des Laststroms ähnlich der Kurven form der Steuerspannung ist. Die Grundschwingungsfrequenz f ₂ des Laststromes beträgt in vorliegendem Beispiel 5 Hz bei einer angenommenen Netzfrequenz von 50 Hz.For further explanation, FIGS. 2, a, b, c, d, e, f are setpoint output signals U ₂ _R , the associated blocking signal S _pR , profile of the line voltage U _ny , ignition pulses Z ₁ _R , Z ₂ _R for the thyristors n ₁ _R , n ₂ _R and associated load current i _{R are shown} . It can be seen that due to the linearity between control voltage, ignition angle and load current, the envelope of the load current is similar to the curve form of the control voltage. The basic oscillation frequency f _{2 of} the load current is 5 Hz in the present example with an assumed mains frequency of 50 Hz.

Claims

1. Control device for a direct converter for feeding a three-phase machine, wherein a pair of antiparallel electronic switches, preferably thyristors, is arranged between a mains phase and a stator winding of the three-phase motor, characterized in that the input of ignition pulse generators ( 4 R, S, T ) for the electronic switches, in which there is an essentially linear relationship between the ignition angle and the input voltage, with a common setpoint generator ( 1 ) which has a continuous, symmetrical setpoint voltage system (UR, S, T) delivers, is connected.

2. Control device according to claim 1, characterized in net that the setpoint curve of the setpoint generator output span voltage or the setpoint generator output current via the Firing pulses sinusoidal, trapezoidal, sinusoidal trapezoidal or triangular.

3. Control device according to claim 1 or 2, characterized records that the frequency of the target curve synchronized with the Mains frequency can be specified.

4. Control device according to claim 1 or 2, characterized records that the frequency of the target curve asynchronous with the Mains frequency can be specified.

5. Control device according to one of the preceding An sayings, characterized in that the speed of the ange closed three-phase machine over the frequency of the first Harmonics is adjusted.

6. Control device according to one of the preceding An sayings, characterized in that the speed of the ange closed three-phase machine on the amplitude of the first Harmonics is adjusted.