DE3015213A1 - Schaltung und verfahren fuer einen elektromotorantrieb mit einem wechselstrommotor - Google Patents

Schaltung und verfahren fuer einen elektromotorantrieb mit einem wechselstrommotor

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DE3015213A1 DE19803015213 DE3015213A DE3015213A1 DE 3015213 A1 DE3015213 A1 DE 3015213A1 DE 19803015213 DE19803015213 DE 19803015213 DE 3015213 A DE3015213 A DE 3015213A DE 3015213 A1 DE3015213 A1 DE 3015213A1
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Description

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Schaltung und Verfahren für einen Elektromotorantrieb mit einem Wechselstrommotor
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuersysteme für Wechselrichter zur Umformung von elektrischer Energie und betrifft insbesondere eine Schaltung und ein Verfahren zum Erkennen des Vorhandenseins von Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren eines Wechselrichters, der ein ankommendes Gleichstromsignal in einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz umwandelt und ein Ausgangesignal liefert, wenn die geeigneten Ladungen erkannt werden, wodurch die Erzeugung des Speisestroms gesteuert bzw. geregelt wird.
Frequenzveränderliche Wechselrichter sind zum Umwandeln eines ankommenden Gleichstromsignals aus einer Gleichstromquelle in ein abgehendes Wechselstromsignal· veränderlicher Größe und Frequenz gemäß Steuersignalen, die dem Wechselrichter zugeführt werden, bekannt.
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Es gibt viele Arten von frequenzveränderlichen Wechselrichtern. Einer von diesen ist der gesteuerte Wechselrichter, dem ein ankommendes Gleichstromsignal veränderlicher Größe zugeführt wird und der daraus einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz gemäß Steuersignalen erzeugt, die ihm zugeführt werden. Ein solcher gesteuerter Wechselrichter ist bereits in Wechselstrommotorantriebssystemen benutzt worden, um den Speisestrom variabler Größe und Frequenz für die Speisung eines Wechselstrommotors zu erzeugen, damit dieser eine steuerbare Drehung und ein steuerbares Drehmoment erzeugt.
Viele frequenzveränderliche Wechselrichter einschließlich des gesteuerten Wechselrichters besitzen Kommutierungskondensatoren zum automatischen und sequentiellen Kommutieren der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente, die in diesen Wechselrichtern benutzt werden.
Die automatische, sequentielle Kommutierung (oder Zwangskommutierung) , die durch die Kommutierungskondensatoren erfolgt, ist das Ergebnis von Ladungen geeigneter Größe und Polarität, die auf den Kommutierungskondensatoren während der normalen Kommutierung der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente in dem Wechselrichter automatisch aufgebaut werden. Mit anderen Worten, das Steuern der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente in den leitenden Zustand führt zum Aufbau von Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den uommutierungskondensatoren während des normalen Betriebes, um die gesteuerten Gleichrichterelemente automatisch zu kommutieren.
Herkömmliche frequenzveränderliche Wechselrichter, die Kommutierungskondensatoren für die automatische, sequentielle Kommutierung besitzen, weisen jedoch mehrere Hauptnachteile auf.
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Erstens ist eine Ladung geeigneter Größe und Polarität nicht notwendigerweise auf jedem Kommutierungskondensator vorhanden wenn der gesteuerte Wechselrichter zum erstenmal gestartet wird. Das NichtVorhandensein der Ladungen geeigneter Größe und Polarität ist auf die Tatsache zurückzuführen, daß die leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente noch nicht aufgesteuert gewesen sind. Diese Ladungen werden, wie oben erwähnt, während des normalen Betriebes des Wechselrichters aufgebaut.
Der zweite Hauptnachteil besteht darin, daß die Ladungen geeigneter Größe und Polarität von den Kommutierungskondensatoren während des Leitens der gesteuerten Gleichrichterelemente abfließen und daß dieses Abfließen relativ ausgeprägter wird, wenn der Wechselrichter Speisestrom mit niedriger Frequenz liefert. Das ist besonders dann kritisch, wenn der Wechselrichter Speisestrom mit im wesentlichen dem Wert null liefert und die Anfangsladung auf dem Kondensator beim Start niedrig ist. In diesem Fall wird sich in Ermangelung einer ausreichenden Ladung, wenn der Wechselrichter danach zum Kommutieren aufgerufen wird, die von den Kommutierungskondensatoren gewünschte automatische, sequentielle Kommutierung nicht ergeben.
Diese und weitere Nachteile können verhindern, daß der Wechselrichter den gewünschten Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz liefert. Dieser fehlerhafte Betrieb ist besonders nachteilig, wenn der Wechselrichter den Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz zum Speisen eines Wechselstrommotors zur Erzeugung einer gewünschten Drehung und eines gewünschten Drehmoments liefert. Wenn der Motor nicht in der Lage ist, die gewünschte Drehung und das gewünschte Drehmoment zu erzeugen, bedeutet das, daß das Wechselstrommotorantriebssystem eine unerwünschte Ausgangscharakteristik erzeugen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung und ein Verfahren zum Erkennen des Vorhandenseins von Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren eines Wechselrichtersystems zu schaffen, das ein ankommendes Gleichstromsignal in einen Speisestrom variabler Größe und Frequenz umwandelt.
Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung und ein Verfahren zum Erkennen des Vorhandenseins von Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren eines Wechselrichters zu schaffen, der mehrere leitungsgesteuerte Gleichrichterelemente hat, wobei zwischen jedes Paar dieser Elemente ein Kommutierungskondensator geschaltet ist.
Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung und ein Verfahren zum Erkennen des Vorhandenseins von'Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren eines Wechselrichters mit mehreren leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen, wobei zwischen jedes Paar dieser Elemente ein Kommutierungskondensator geschaltet ist, durch Abfühlen der Spannungen an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen zu schaffen.
Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, ein Ausgangssignal dann zu erzeugen, wenn die Spannung an wenigstens einem der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente des Wechselrichters einen ersten Referenzwert übersteigt und wenn die Größe des Ausgangsgleichstroms zu dem Wechselrichter einen, zweiten Referenzwert übersteigt, wobei das NichtVorhandensein des Ausgangssignals bewirkt, daß die Größe des Ausgangsgleichstroms unter einen Wert vorbestimmter Größe gezwungen wird und bewirkt, daß die Folgesteuerung der an den Wechselrichter angelegten Steuersignale verhindert wird.
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Diese Aufgabenstellung und das Erzielen weiterer Merkmale werden durch die Schaltung und das Verfahren nach der Erfindung gelöst.
Es werden eine Schaltung und ein Verfahren zum Erkennen des Vorhandenseins von Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren eines Wechselrichters offenbart, der ein ankommendes Gleichstromsignal· in einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz umwandelt. Die Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren werden abgefühlt, indem die Spannungen an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen des Wechselrichters gemessen werden. Darüber hinaus wird auch die Größe des dem Wechselrichter zugeführten Ausgangsgleichstroms abgefühlt. Der Wechselrichter wird wirksam daran gehindert, den Speisestrom zu erzeugen, wenn die Ladungen geeigneter Größe und Polarität nicht vorhanden sind.
In einer Ausführungsform wird die Erfindung in einer Wechselstrommotorantriebsanordnung benutzt, die einen Wechselstrommotor hat, der auf einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz hin eine Drehung erzeugt. Ein Drehungsreferenzsignal, das zu einem Drehungssollwert proportional ist, wird gebildet. Ein Istdrehungssignal wird proportional zu der Drehung erzeugt. Eine Drehmomentführungsgröße wird erzeugt, die jedwede Differenz zwischen dem Drehungsreferenzsignal und dem Istdrehungssignal darstellt, und zum Erzeugen eines Frequenzsteuersignals und eines Stromsteuersignals als Funktionen derselben benutzt. Eine veränderliche Gleichstromquelle liefert einen Ausgangsgleichstrom, dessen Größe entsprechend dem Stromsteuersignal verändert wird. Ein Wechselrichter gibt den Speisestrom an den Motor mit einer Frequenz ab, die als Funktion des Frequenzsteuersignals (der an die Steuerelektroden des Wechselrichters angelegten Steuersignale) gesteuert ist. Der Wechselrichter hat
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mehrere leitungsgesteuerte Gleichrichterelemente mit ersten Leistungselektroden und zweiten Leistungselektroden. Ein Zwischenkreis verbindet die Gleichstromquelle mit dem Wechselrichter. Ein erstes Referenzsignal wird mit einem vorbestimmten Wert geliefert. Ein erstes Steuersignal wird geliefert, wenn die Spannung an der ersten und der zweiten Leistungselektrode wenigstens eines der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente größer als das erste Referenzsignal ist. Ein Ausgangssignal wird auf das erste Steuersignal hin erzeugt. Das NichtVorhandensein des Ausgangssignals bewirkt, daß die Größe des Ausgangsgleichstroms unter einen Wert vorbestimmter Größe gezwungen wird und daß die Folgesteuerung der Frequenzsteuersignale (der Steuersignale an den Steuerelektroden der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente des Wechselrichters) verhindert, wird. Das Ausgangssignal wird an elektronische Schalter angelegt, die bewirken, daß die beiden Systemfunktionen auftreten.
In einer anderen Version der obigen Ausführungsform kann ein zweites Referenzsignal mit einem vorbestimmten Wert geliefert werden. Ein zweites Steuersignal wird geliefert, wenn die Größe des Ausgangsgleichstroms das zweite Referenzsignal übersteigt. Das Ausgangssignal wird auf das erste Steuersignal und auf das zweite Steuersignal hin erzeugt. Die Größe des Ausgangsgleichstroms kann unter Verwendung eines Shunts abgefühlt werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Erfindung in einer Wechselstrommotorantriebsanordnung benutzt, die einen Wechselstrommotor hat, der eine Drehung auf einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz hin erzeugt. Ein Drehmomentreferenzsignal proportional zu einem Drehmomentsollwert wird gebildet. Ein Istdrehungssignal wird proportional zu der Drehung erzeugt. Eine Drehmomentführungsgröße wird gemäß dem Drehmomentreferenzsignal erzeugt und zum Erzeugen eines Frequenzsteuersignals und eines Stromsteuer-
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signals als Funktionen derselben benutzt. Eine veränderliche Gleichstromquelle liefert einen Ausgangsgleichstrom, dessen Größe entsprechend dem Stromsteuersignal verändert ist. Ein Wechselrichter gibt den Speisestrom an den Motor mit einer als Funktion des Frequenzsteuersignals (der Steuersignale an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen) gesteuerten Frequenz ab. Der Wechselrichter hat mehrere leitungsgesteuerte Gleichrichterelemente mit ersten Leistungselek- ■ troden und zweiten Leistungselektroden. Ein Zwischenkreis verbindet die Gleichstromquelle mit dem Wechselrichter. Ein erstes Referenzsignal wird mit einem vorbestimmten Wert geliefert. Ein erstes Steuersignal wird geliefert/ wenn die Spannung an der ersten und der zweiten Leistungselektrode wenigstens eines der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente größer als das erste Referenzsignal ist. Ein Ausgangssignal wird auf das erste Steuersignal hin erzeugt. Das NichtVorhandensein des Ausgangssignals bewirkt, daß die Größe des Ausgangsgleichstroms unter einen Wert vorbestimmter Größe gezwungen wird und daß die Erzeugung der Frequenzsteuersignale (der Steuersignale an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen) verhindert wird. Das Ausgangssignal wird an elektronische Schalter angelegt, die bewirken, daß die beiden Systemfunktionen auftreten.
In einer anderen Version der obigen Ausführungsform kann ein zweites Referenzsignal mit einem vorbestimmten Wert geliefert werden. Ein zweites Steuersignal wird geliefert, wenn die Größe des Ausgangsgleichstroms größer als das zweite Referenzsignal ist. Das Ausgangssignal wird auf das erste Steuersignal und auf das zweite Steuersignal hin erzeugt. Die Größe des Ausgangsgleichstroms kann unter Verwendung eines Shunts abgefühlt werden.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild eines Wechselrichtersy
stems zum Umwandeln eines Ausgangsgleichstroms in einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz unter Verwendung von mehreren leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen, wobei zwischen jedes Paar derselben ein Kommutierungskondensator geschaltet ist, welches eine Ausführungsform der Schaltung und des Verfahrens nach der Erfindung enthält, die bei dem Wechselrichter benutzt werden,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
der Kommutierungskondensatorladungserkennungsschaltung und des entsprechenden Verfahrens nach der Erfindung, die bei einem Wechselrichter benutzt werden, welcher in einem Wechselstrommotorantriebssystem enthalten ist, bei dem ein Drehungssollwert ausgenutzt wird, und
Fig. 3 ein Blocksc1 lltbild einer Ausführungsform
der Kommutierungskondensatorladungserkennungsschaltung und des entsprechenden Verfahrens nach der Erfindung, die bei einem Wechselrichter benutzt werden, der in einem Wechselstrommotorantriebssystem enthalten ist, bei dem ein Drehmomentsollwert ausgenutzt wird.
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In vielen Wechselrichtern zum Umwandeln eines ankommenden Gleichstromsignals in einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz werden Kommutierungskondensatoren benutzt/ um eine automatische, sequentielle Kommutierung (Zwangskommutierung) der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente zu erzeugen. In solchen Wechselrichtern ist ein Kommutierungskondensator zwischen jedes "Paar" leitungsgesteuerter Gleichrichterelemente in dem Wechselrichter geschaltet. Ein Paar ist hier eine besondere Gruppe von zwei leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen, in der das Aufsteuern des einen das Leiten des anderen beenden soll. Ladungen geeigneter Größe und Polarität werden auf den Kommutierungskondensatoren gebildet, so daß das Aufsteuern eines nichtleitenden gesteuerten Gleichrichterelements die Kommutierung eines leitenden Gleichrichterelements bewirkt.
Während des normalen Betriebes des Wechselrichters werden Ladungen geeigneter Größe und Polarität automatisch auf den Kommutierungskondensatoren aufgebaut. Dieser automatische Aufbau der Ladungen ist zusammen mit einer Schaltung und einem Verfahren zum Liefern der Ladungen, wenn der automatische Aufbau nicht erfolgt ist, in einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin beschrieben, für die die Priorität der US-Patentanmeldung Serial No. 32,859 vom 24. April 1979 in Anspruch genommen worden ist. Dieser automatische Aufbau von Ladungen wird nun erläutert, um das Verständnis der im folgenden erläuterten Erfindung zu erleichtern.
Fig. 1 zeigt in einem gestrichelten Kasten 10 einen typischen Wechselrichter, der einen ankommenden Gleichstrom I _ in einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz umwandelt. Der Wechselrichter 10 ist eine 6-Thyristor-Brückenschaltung mit drei Zweigen. Selbstverständlich dient diese Konfiguration des Wechselrichters 10 nur zu Erläuterungszwecken, denn andere Typen und Größen von Wechselrichtern
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sind zur Verwendung bei der Schaltung und dem Verfahren nach der Erfindung gleichermaßen geeignet.
Der Wechselrichter 10 wandelt einen ankommenden Gleichstrom I auf einer ankommenden Leitung 12 in einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz auf Ausgangsleitungen 14, 16 und 18 um, die mit einer geeigneten Last, wie einem Wechselstrommotor 20, verbunden sind. Der Wechselrichter 1O hat in dem dargestellten Beispiel eine positive Hälfte und eine negative Hälfte.
Gemäß der Darstellung enthält die positive Hälfte mehrere leitungsgesteuerte Gleichrichterelemente 22, 24 und 26. Die leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente 22, 24 und 26 können von irgendeinem geeigneten Typ sein einschließlich Thyratrons oder Quecksilberdampfgleichrichtern, wie Ignitrons und Excitrons, vorzugsweise sind es aber Thyristoren. Jedes leitungsgesteuerte Gleichrichterelement hat eine Anode, eine Katode und eine Steuerelektrode.
Bekanntlich ist ein leitungsgesteuertes Gleichrichterelement in dem nichtleitenden Zustand, bis die Spannung an der Anode in bezug auf die Katode positiv ist -und ein geeignetes Steuersignal an die Steuerelektrode angelegt wird. Anschließend daran geht das leitungsgesteuerte Gleichrichterelement in den leitenden Zustand und bleibt in diesem Zustand, bis die Spannung an der Katode in bezug auf die Anode positiv wird. Im folgenden werden die leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente 22, 24 und 26 in der positiven Hälfte als Thyristoren 22, 24 bzw. 26 bezeichnet.
Ein Kommutierungskondensator ist zwischen die Katoden jedes Thyristorpaares in der positiven Hälfte geschaltet. Insbesondere ist ein Kommutierungskondensator 28 zwischen die Katode des Thyristors 22 und die Katode des Thyristors 24
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geschaltet. Ein Kommutierungskondensator 30 ist zwischen die Katode des Thyristors 24 und die Katode des Thyristors 26 geschaltet. Ein Kommutierungskondensator 3 2 ist zwischen die Katode des Thyristors 22 und die Katode des Thyristors 26 geschaltet.
Eine Sperrdiode 34 ist zwischen die Katode des Thyristors 22 und die Ausgangsleitung 14 geschaltet. Eine Sperrdiode 36 ist zwischen die Katode des Thyristors 24 und die Ausgangsleitung 16 geschaltet. Eine Sperrdiode 38 ist zwischen die Katode des Thyristors 26 und die Ausgangsleitung 18 geschaltet. Die Sperrdioden 34, 36 und 38 können von irgendeinem geeigneten Typ sein.
Ladungen geeigneter Größe und Polarität werden, wie oben erwähnt, auf den Kommutierungskondensatoren während des normalen Betriebes des Wechselrichters aufgebaut, um die automatische und sequentielle Kommutierung der Thyristoren zu erzeugen. Für die Koinmutierungskondensatoren in der positiven Hälfte sind die geeigneten Ladungen vorhanden, wenn sich eine positve Ladung auf jeder Platte der Kommutierungskondensatoren befindet, die mit dem leitungsgesteuerten Gleichrichterelement, das in dem leitenden Zustand ist, verbunden ist. Mit anderen Worten, die geeigneten Ladungen sind in der positiven Hälfte vorhanden, wenn positive Spannungsdifferenzen an den Kondensatoren vorhanden sind, die mit dem leitungsgesteuerten Gleichrichterelement verbunden sind, das in dem leitenden Zustand ist.
Zur Veranschaulichung sei angegeben, daß, wenn der Thyristor 24 in dem leitenden Zustand ist, geeignete Ladungen vorhanden sind, wenn die Spannung an den Platten der Kommutierungskondensatoren 28 und 30, die mit der Katode des Thyristors 24 verbunden sind, gegenüber ihren anderen Plat-
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ten, die mit den Katoden der Thyristoren 22 bzw. 26 verbunden sind, positiv ist.
Es wird nun die negative Hälfte des Wechselrichters 10 erläutert. Wie in dem Fall der positiven Hälfte des Wechselrichters können jedwede geeigneten leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente benutzt werden, der bevorzugte Typ ist aber der Thyristor. Im folgenden wird der Begriff "Thyristor" benutzt, wenn von einem leitungsgesteuerten Gleichrichterelement in der negativen Hälfte die Rede ist. Die Anode einer Sperrdiode 40 ist mit der Ausgangsleitung 14 verbunden und ihre Katode ist mit der Anode eines Thyristors 42 verbunden. Die Katode des Thyristors 42 ist mit einer Rückleitung 13 verbunden, welches die Rückleitung ist, über die das Gleichstromsignal I geht. Die Anode einer Sperrdiode 44 ist mit der Ausgangsleitung 16 verbunden und ihre Katode ist mit der Anode eines Thyristors 4 6 verbunden. Die Katode des Thyristors 46 ist ebenfalls mit der Rückleitung 13 verbunden. Ebenso ist die Anode einer Sperrdiode 48 mit der Ausgangsleitung 18 verbunden und ihre Katode ist mit der Anode eines Thyristors 50 verbunden. Die Katode des Thyristors 50 ist mit der Rückleitung 13 verbunden.
Ein Kommutierungskondensator ist zwischen den Anoden jedes Paares leitungsgesteuerter Gleichrichterelemente in der negativen Hälfte vorgesehen. Speziell ist ein Kommutierungskondensator 52 zwischen die Anode des Thyristors 42 und die Anode des Thyristors 46 geschaltet. Ein Kommutierungskondensator 54 ist zwischen die Anode des Thyristors 46 und die Anode des Thyristors 50 geschaltet, und ein Kommutierungskondensator 56 ist zwischen die Anode des Thyristors 42 und die'Anode des Thyristors 50 geschaltet.
Die geeignete Ladung auf den Kommutierungskondensatoren in der negativen Hälfte des Wechselrichters ist eine negative
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Ladung auf den Platten der Kommutierungskondensatoren, die mit der Anode des Thyristors, der sich in dem leitenden Zustand befindet, verbunden sind. Mit anderen Worten, die Ladungen geeigneter Größe und Polarität sind in der negativen Hälfte vorhanden, wenn es eine negative Spannungsdifferenz an den Platten der Kommutierungskondensatoren gibt, die mit der Anode des Thyristors, der in dem leitenden Zustand ist, verbunden sind.
Wenn beispielsweise der Thyristor 42 in dem leitenden Zustand ist, würde die geeignete Ladung vorhanden sein, wenn die Spannungspotentiale auf den Platten der Kommutierungskondensatoren 52 und 56, die mit der Anode des Thyristors: 42 verbunden sind, gegenüber ihren anderen Platten negativ wären, und es wäre keine Spannungsdifferenz an den Platten des Kommutierungskondensators 54, der nicht mit der Anode des Thyristors 42 verbunden war.
Die Schaltung und die Anordnung nach der Erfindung werden nun erläutert. Die Erfindung erzeugt ein Ausgangssignal, wenn Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren des Wechselrichters vorhanden sind, wobei dieses Ausgangssignal dem Wechselrichter gestattet, normalen Speisestrom zu erzeugen. Das Nichtvorhandensein des Ausgangssignals zeigt an, daß Lädungen geeigneter Größe und Polarität nicht vorhanden sind. Das Nichtvorhandensein des Ausgangssignals bewirkt, daß die Größe des Ausgangsgleichstroms unter einen Wert vorbestimmter Größe gezwungen wird und daß die Erzeugung des Frequenzsteuersignals verhindert wird, d.h. daß dem Wechselrichter keine Steuersignale zugeführt werden.
In ihrer grundlegendsten Form stellt die Erfindung fest, ob die Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren vorhanden sind, indem die Spannungen
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zwischen den Anoden (ersten Leistungsulektroden) und den Katoden (zweiten Leistungselektroden) der lei.tungsgesteuerten Gleichrichterelemente des Wechselrichters gemessen werden. Die Ladungen geeigneter Größe und Polarität werden angezeigt, wenn wenigstens eine dieser Spannungen größer als eine Referenzspannung ist, weil das leitungsgesteuerte Gleichrichterelement, das in dem leitenden Zustand ist, effektiv die an es angeschlossenen Kommutierungskondensatoren mit den Leistungselektroden von deren leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen, die nicht in dem leitenden Zustand sind, verbindet; somit zeigen diese Spannungen die Größe und die Polarität der Ladungen auf diesen Kommutierungskondensatoren an. Ein Ausgangssignal wird nicht erzeugt, wenn keine dieser Spannungen größer als die Referenzspannung ist. Das NichtVorhandensein der Ausgangsspannung bewirkt, wie oben erwähnt, daß die Größe des dem Wechselrichter zugeführten Ausgangsgleichstroms unter einen vorbestimmten Wert gezwungen wird und daß die Erzeugung des Frequenzsteuersignals verhindert wird. Das Nichtvorhandensein des Ausgangssignals bewirkt daher, daß der Wechselrichter unwirksam gemacht wird, so daß er nicht den normalen Speisestrom liefert.
In einigen Wechselrichtern zeigt jedoch das Vorhandensein wenigstens einer Spannung, die größer als die Referenzspannung ist, nicht an, daß der Wechselrichter in dem normalen wirksamen Zustand ist. Dieser Fall tritt beispielsweise auf, wenn.keines der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente in dem leitenden Zustand ist. Daher wird in einer anderen Ausführungsform der Erfindung die Größe des dem Wechselrichter zugeführten Ausgangsgleichstroms IDC abgefühlt und es wird ein Spannungssignal proportional zu der Größe dieses abgefühlten Werts erzeugt. Das Ausgangssignal wird erzeugt, wenn wenigstens eine der Spannungen an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen größer als die Referenzspannung ist und v/enn das Spannungssignal, das zu der
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Größe des Ausgangsgleichstroms In proportional ist, größer als eine Referenzspannung ist. Das NichtVorhandensein des Ausgangssignals erfüllt dieselbe Funktion wie in der grundlegenden Ausführungsform der Erfindung, die oben erläutert wurde. In anderen Ausführungsformen der Erfindung werden die Spannungen an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen der positiven Hälfte und die Spannungen an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen der negativen Hälfte und zusätzlich die Größe des Ausgangsgleichstroms I untersucht.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung in einem gestrichelten Kasten 60.
Die Größe des dem Wechselrichter 10 über die Leitung 12 zugeführten Ausgangsgleichstroms I wird durch einen Shunt 62 abgefühlt. Der Shunt 62 liefert ein Spannungssignal· auf einer Leitung 64, dessen Größe zu der Größe des Ausgangsgleichstroms I proportional ist. Der Shunt 62 kann beispielsweise ein einen niedrigen Widerstand aufweisender Shunt herkömmlicher Bauart sein. Die Leitung 64 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines Vergleichers 190 herkömmlicher Bauart verbunden. Der invertierende Eingang des Vergleichers 190 ist mit einer Referenzsignalquelle 192 herkömmlicher Bauart verbunden, die ein Referenzspannungssignal mit einem vorbestimmten Wert liefert. Der Vergleicher 19O liefert ein zweites Steuersignal auf einer Ausgangsleitung 194, wenn der Wert des Spannungssignals auf der Leitung 64 größer als der vorbestimmte Wert des von der Quelle 192 gelieferten Signals ist, was anzeigt, daß wenigstens eines der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente in der positiven Hälfte und wenigstens eines der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente in der negativen Hälfte in dem leitenden Zustand ist.
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Ein erstes Steuersignal wird geliefert, wenn die Spannung an wenigstens einem der Thyristoren in der positiven Hälfte des Wechselrichters 10 größer als ein Referenzsignal ist. Der Wert der Spannung an den Kommutierungskondensatoren in der positiven Hälfte kann gemessen werden, indem die Spannung zwischen den Anoden (ersten Leistungselektroden) und den Katoden (zweiten Leistungselektroden) der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente gemessen wird. Wenn beispielsweise der Thyristor 24 in dem leitenden Zustand ist, ist der Kommutierungskondensator 28 effektiv an die Anode und die Katode des Thyristors 22 angeschlossen, und der Kommutierungskondensator 30 ist effektiv an die Anode und die Katode des Thyristors 26 angeschlossen. Der Kommutierungskondensator 32, der nicht mit dem Thyristor 23 verbunden ist, ist zwischen die Katoden der beiden Thyristoren 22 und 26 geschaltet, die nicht in dem leitenden Zustand sind. Durch Messen der Spannung zwischen der Anode und der Katode des Thyristors 2 2 oder durch Messen der Spannung zwischen der Anode und der Katode des Thyristors 26 können die Schaltung und das Verfahren nach der Erfindung feststellen, ob eine Ladung geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutiurungskondensatoren vorhanden ist. Die Ladung geeigneter Größe und Polarität ist vorhanden, wenn die Spannung an der Anode gegenüber der Katode des Thyristors 22 positiv ist oder wenn die Spannung an der Anode gegenüber der Katode des Thyristors 26 positiv ist.
Ein Operationsverstärker 66 herkömmlicher Bauart ist vorgesehen, um ein Differenzausgangssignal auf einer Ausgangsleitung 68 zu liefern, das zu der Spannung zwischen der Anode und der Katode des Thyristors 22 proportional ist. Der Operationsverstärker 66 ist als Verstärker geschaltet und hat einen zwischen die Ausgangsleitung 68 und einen invertierenden Eingang 72 geschalteten Rückkopplungswiderstand 70. Der nichtinvertierende Eingang 73 ist über einen Wider-
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stand 74 mit elektrisch Masse und über einen Skalierwiderstand (scaling resistor) 181 mit der Anode des Thyristors 22 verbunden. Die Katode des Thyristors 22 ist über einen Skalierwiderstand 180 mit dem nichtinvertierenden Eingang 72 verbunden.
Ein Operationsverstärker 76 herkömmlicher Bauart ist als Verstärker geschaltet und liefert ein Differenzausgangssignal auf einer Ausgangsleitung 80, das zu der Spannung zwischen der Anode und der Katode des Thyristors 24 proportional ist. Ebenso ist ein Operationsverstärker 88 herkömmlicher Bauart als Verstärker geschaltet und liefert ein Differenzausgangssignal auf einer Ausgangsleitung 92, das zu der Spannung an der Anode und der Katode des Thyristors 26 proportional ist. Die Schaltungskonfigurationen, die den Operationsverstärkern 76 und 88 zugeordnet sind, stimmen mit der des Operationsverstärkers 66 überein und werden deshalb nicht ausführlich erläutert.
Die positiven Zyklen der Differenzausgangssignale auf den Leitungen 68, 80 und 9 2 werden über Dioden 102, 104 bzw. 106 einem gemeinsamen Knotenpunkt 100 zugeführt und an diesem miteinander verknüpft. Die positiven Zyklen der Differenzsignale an dem gemeinsamen Knotenpunkt 100 werden einem nichtinvertierenden Eingang eines Vergleichers 108 herkömmlicher Bauart zugeführt. Ein Referenzsignal mit einem vorbestimmten Wert, das durch eine Referenzsignalquelle 110 erzeugt wird, wird dem invertierenden Eingang des Vergleichers 108 zugeführt. Der Vergleicher 108 liefert ein erstes Steuersignal auf einer Leitung 112, das in dem H-Zustand ist, wenn der Wert der Differenzausgangssignale an dem Knotenpunkt 100 größer als der des Referenzsignals ist, das von der Referenzsignalquelle 110 geliefert wird. Der Vergleicher 108 liefert somit das erste Steuersignal, wenn der Spannungsabfall an wenigstens einem der Thyristoren in der positiven Hälfte größer als das Referenzsignal aus
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- 25 der Referenzsignalquelle 110 ist.
Ein drittes Steuersignal wird geliefert, wenn die Spannung an wenigstens einem der Kommutierungskondensatoren in der negativen Hälfte des Wechselrichters 10 größer als ein Referenzsignal ist. Wie in dem Fall der positiven Hälfte des Wechselrichters stellt die in dem gestrichelten Kasten 60 gezeigte Ausführungsform der Erfindung fest, ob Ladungen geeigneter Größe und Polarität vorhanden sind, indem die Spannungsabfälle zwischen der Anode und der Katode der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente in der negativen Hälfte gemessen werden.
Es sei beispielsweise angenommen, daß der Thyristor 4 2 in dem leitenden Zustand ist. Das hat zur Folge, daß der Kommutierungskondensator 52 zwischen die Anode und die Katode des Thyristors 46 geschaltet wird und daß der Kommutierungskondensator 56 mit der Anode und der Katode des Thyristors 50 verbunden wird. Durch Messen der Spannung zwischen den Anoden und den Katoden der Thyristoren 4 6 und 50 kann somit die in dem gestrichelten Kasten 60 dargestellte Ausführungsform der Erfindung feststellen, ob Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren in der negativen Hälfte des Wechselrichters 10 vorhanden sind.
Ein Operationsverstärker 120 herkömmlicher Bauart ist vorgesehen, um ein Differenzausgangssignal auf einer Ausgangsleitung 124 zu liefern, das zu der Spannung zwischen der Anode und der Katode des Thyristors 42 proportional ist. Der Operationsverstärker 120 ist als Verstärker geschaltet und hat einen zwischen eine Ausgangsleitung 124 und einen invertierenden Eingang 126 geschalteten Rückkopplungswiderstand 122. Der nichtinvertierende Eingang 128 ist über einen Widerstand 130 mit elektrisch Masse und außerdem über einen Skalier-
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widerstand 187 mit der Anode des Thyristors 42 verbunden. Die Katode des Thyristors 42 ist über einen Skalierwiderstand 186 mit dem nichtinvertierenden Eingany 126 verbunden.
Ein Operationsverstärker 132 herkömmlicher Bauart ist als Verstärker geschaltet und liefert ein Differenzausgangssignal auf einer Ausgangsleitung 136, das zu der Spannung zwischen der Anode und der Katode des Thyristors 4 6 proportional ist. Ebenso ist ein Operationsverstärker 144 herkömmlicher Bauart als Verstärker geschaltet und liefert ein Differenzausgangssignal auf einer Ausgangsleitung 148, das zu der Spannung zwischen der Anode und der Katode des Thyristors 50 proportional ist. Die Schaltungskonfigurationen der Operationsverstärker 132 und 144 stimmen mit der Konfiguration des Operationsverstärkers 120 überein und werden deshalb nicht ausführlich erläutert.
Die positiven Zyklen der Differenzausgangssignale auf den Leitungen 124, 136 und 148 werden durch Dioden 158, 160 bzw. 162 einem gemeinsamen Knotenpunkt 156 zugeführt und an diesem miteinander verknüpft. Die Dioden 158, 160 und 162 können von irgendeinem geeigneten Typ sein, um die positiven Zyklen zu liefern.
Die positiven Zyklen der Differenzsignale an dem Knotenpunkt 156 werden einem nichtinvertierenden Eingang eines Vergleichers 164 zugeführt. Ein Referenzsignal 166 mit einem vorbestimmten Wert wird an einen invertierenden Eingang des Vergleichers 164 angelegt. Der Vergleicher 164 liefert ein drittes Steuersignal, das in dem Η-Zustand ist, wenn der Spannungswert der Differenzsignale an dem Knotenpunkt 156 größer als der des Referenzsignals aus der Referenzsignalquelle 166 ist. Der Vergleicher 164 liefert somit das dritte Steuersignal, wenn der Spannungsabfall an wenigstens einem der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente in der
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negativen Hälfte des Wechselrichters größer als der vorbestimmte Wert des von der Referenzsignalquelle 166 gelieferten Referenzsignals ist.
Das zweite Steuersignal auf der Leitung 194, das erste Steuersignal auf der Leitung 112 und das dritte Steuersignal auf der Leitung 168 werden einer Logikstufe 170 zugeführt. Die Logikstufe T7O erzeugt das Ausgangssignal auf einer Leitung 172 auf das erste, das zweite und das dritte Steuersignal hin. Eine geeignete Form der Logikstufe 170 ist ein UND-Gatter. Anstelle desselben kann selbstverständlich auch ein NAND-Gatter benutzt werden, wenn das Nichtvorhandensein des ersten, des zweiten und des dritten Steuersignals anzeigt, daß das Ausgangssignal erzeugt werden sollte.
Das Ausgangssignal auf der Leitung 172 gestattet dem Wechselrichter 10, den normalen Speisestrom zu erzeugen. Das Nichtvorhandensein des Ausgangssignals bewirkt, daß die Größe des Ausgangsgleichstroms unter einen Wert vorbestimmter Größe gezwungen wird und daß die Folgesteuerung des Frequenzsteuersignals verhindert wird. Beispiele für die Art und Weise, auf die die Erfindung benutzt werden kann, sind in den spezifischen Ausführungsformen offenbart, die unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben werden.
Die Erfindung ist besonders zur Verwendung in einem Wechselstrommotorantriebssystem geeignet, in welchem ein Wechselrichter benutzt wird, um einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz einem Wechselstrommotor zum Erzeugen einer steuerbaren Drehung und eines steuerbaren Drehmoments zuzuführen.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines geeigneten Wechselstrommotorantriebssystems, in welchem die Kommutierungskon-
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densatorladungserkennungsschaltung und das entsprechende Verfahren nach der Erfindung benutzt werden können. Die Erkennungsschaltung nach der Erfindung in der Ausführungsform von Fig. 1 ist in Blockschaltbildform innerhalb eines gestrichelten Kastens 60 gezeigt; die Schaltung außerhalb des Kastens 60 ist ein Wechselstrommotorantriebssystemrdas mit einer Drehungssollwertftihrungsgröße arbeitet. Die Kommutierungskondensatorladungserkennungsschaltung und das Verfahren nach der Erfindung können auch bei anderen Arten von elektrischen Antriebssystemen benutzt werden.
Das in Fig. 2 gezeigte System dient nur zu Veranschaulichungszwecken und gleicht dem System, das den Gegenstand der deutschen Patentanmeldung P 29 14 595 und der schweizer Patentanmeldung Nf. 3351 der Anmelderin bildet, auf die Bezug genommen wird. Ein weiteres geeignetes elektrisches Antriebsmotorsystem ist in A.B. Plunkett, J.D. D'Atre, T.A. Lipo, "Synchronous Control of a Static AC Inductor Motor Drive," IEEE/IAS Annual Meeting Conference Record, T977, S. 609-15, gezeigt.
Gemäß Fig. 2 gibt ein in der Frequenz variabler Wechselrichter 214 einen Speisestrom variabler Größe und Frequenz über eine Leitung 216 an eine Last, wie einen Wechselstrommotor 218, ab. Der Wechselstrommotor 218 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, vorzugsweise ist es aber ein Wechselstrominduktionsmotor oder Asynchronmotor.
Der Wechselrichter 214 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um einen Ausgangsgleichstrom I^ in einen Speisestrom veränderlicher Frequenz unter der Steuerung eines Frequenzsteuersignals auf einer Eingangsleitung 220 umzuwandeln. Eine bevorzugte Ausführungsform des Wechselrichters 214 ist ein autosequentiell kommutierter, gesteuerter Wechselrichter 10 von Fig. 1, der eine 6-Thyristor-Brückenschal-
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tung hat, welche den Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz gemäß dem kontrollierten Ansteuern der Thyristoren erzeugt. So hat der Wechselrichter 214 (der Wechselrichter 10 von Fig. 1) eine positive Hälfte und eine negative Hälfte und eine Schaltung 60 nach der Erfindung stellt fest, ob Ladungen geeigneter Größe und Polarität auf den Kommutierungskondensatoren vorhanden sind, indem sie die Spannungen an den leitungsgesteuerten Gleichrichterelementen in der oben angegebenen Weise mißt. Darüber hinaus mißt die Schaltung nach der Erfindung auch den Wert des Ausgangsstroms I unter Verwendung des Shunts 62 in der oben angegebenen Weise.
Der dem Wechselrichter 214 (Fig. 2) zugeführte Ausgangsgleichstrom I kann von irgendeiner geeigneten veränderlichen Gleichstromquelle geliefert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform für die veränderliche Gleichstromquelle ist ein Gleichrichter 222, der den Gleichstrom I veränderlicher Größe über einen Gleichstromzwischenkreis 224 an den Eingang des Wechselrichters 214 abgibt. Der Gleichrichter 222 wandelt Wechselstrom aus einer Quelle 226 unter der Steuerung eines Stromsteuersignals auf einer Leitung 226 in einen Gleichstrom I veränderlicher Größe um. Der Gleichrichter 222 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, im typischsten Fall wird es aber ein phasengesteuerter 6-Thyristor-Stromrichter sein, dessen Thyristoren auf das Stromsteuersignal auf der Leitung 226 hin mit Steuerimpulsen versorgt werden.
Der Gleichstrom I veränderlicher Größe wird dem Wechselrichter 214 über den Gleichstromzwischenkreis 224 zugeführt. Der Gleichstromzwischenkreis 224 kann irgendeine geeignete Form haben, vorzugsweise enthält er aber eine Drossel 230, die in Reihe zwischen den Gleichrichter 222 und den Wechselrichter 214 geschaltet ist. Die Drossel 230 dient als Filter.
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Daher wird die Größe des Speisestroms, der von dem Wechselrichter 214 an die Leitung 216 abgegeben wird, durch das Stromsteuersignal gesteuert, das dem Gleichrichter 222 zugeführt wird, und die Frequenz des Speisestroms wird entsprechend dem Frequenzsteuersignal verändert, das dem Wechselrichter 214 über eine Leitung 220 geliefert wird.
Das Elektromotor antriebssystem, das in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein als geschlossener Regelkreis ausgebildetes System mit folgenden Rückführungswegen. Die Istdrehung, die durch den Motor 218 erzeugt wird, wird abgefühlt und zum Erzeugen eines Istdrehungssignals auf einer Leitung 234 benutzt, das zu der mechanischen Drehung proportional ist. Eine geeignete Form für das Erzeugen des Istdrehungssignals ist ein Gleichstromtachometer 232. Andere Lösungen zum Erzeugen des Istdrehungssignals sind im Rahmen der Erfindung möglich.
Ein Drehungssollwert wird benutzt, um ein dazu proportionales Drehungsreferenzsignal zu bilden. Der Drehungssollwert kann entweder von dem System oder aus einem Benutzerbefehl stammen, und im typischsten Fall liegt er in Form eines Benutzerdrehungsbefehls aus einem durch die Benutzungsperson einstellbaren Drehwiderstand 238 mit einem Schleiferarm 240 vor, der mit einem durch den Benutzer betätigbaren Drehungssteuerhebel (nicht gezeigt) verbunden ist.
Das Drehungsreferenzsignal von dem Schleiferarm 240 wird an einen ersten Eingang eines Summierpunktes 242 abgegeben. Das Istdrehungssignal wird negativ rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierpunktes 242 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 242 ist ein Drehungsdifferenzsignal, das jedwede Differenz zwischen dem Drehungsreferenz-
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signal und dem Istdrehungssignal darstellt und an den Eingang eines Drehungsreglers 244 abgegeben wird. Der Drehungsregler 244 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um auf einer Leitung 246 eine Drehmomentführungsgroße als Funktion des Drehungsdifferenzsignals zu erzeugen. Eine geeignete Form des Drehungsreglers 244 ist ein Operationsverstärker, der als Verstärker geschaltet ist und beispielsweise eine
1 + st
Übergangsfunktion k , wobei s ein LaPlace-Operator,
t eine Zeitkonstante und k eine Verstärkungskonstante ist, hat.
Die Drehmomentführungsgroße wird über die Leitung 246 an den Eingang einer Absolutwertstufe 247 herkömmlicher Bauart angelegt. Die Absolutwertversion der Drehmomentführungsgroße an dem Ausgang der Absolutwertstufe 247 wird an den ersten Eingang eines Summierers 249 über einen Schalter angelegt, der normalerweise eine Klemme 280 mit einer Klemme 284 verbindet. Ein Shunt 251 ist so geschaltet, daß er die Größe des durch die Drossel 230 fließenden Gleichstroms I abfühlt. Der Shunt 251 liefert auf einer Leitung 253 ein Signal, das den Größenwert angibt. Das Signal auf der Leitung 253 wird negativ rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierers 249 angelegt. Der Ausgang des Summierers 249 gibt an eine Stromsteuerstufe 250 ein Signal ab, das. jedwede Differenz zwischen der Absolutwertversion der Drehmomentführungsgroße und dem die Größe des Ausgangsgleichstromsl „ anzeigenden Signal darstellt.
Der elektronische Schalter 282 ist Teil der.Erfindung und verbindet normalerweise einen Ausgangskontakt 284 mit einem Kontakt 280. Ein Kontakt 286 ist mit einer Quelle 287 verbunden, die ein Stromsignal mit vorbestimmten Wert liefert, welches bewirkt, daß der Wert des Ausgangsgleichstroms IDC, der durch den Gleichrichter 222 geliefert wird, unter einen vorbestimmten Wert gezwungen wird. Die Quelle
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287 ist von herkömmlicher Bauart, beispielsweise eine Referenzspannungsquelle. Der elektronische Schalter 282 kann den Ausgangskontakt 284 auf den Kontakt 280 umschalten, wenn das Ausgangssignal aus der erfindungsgemäßen Schaltung über die Leitung 172 an einen Umschalteingang 288 angelegt wird. Der elektronische Schalter 282 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein BipolartransistoroderFeldeffekttransistorschalter oder ein elektromechanisches Relais.
Der Ausgangskontakt 284 ist mit einem Eingang 248 der Stromsteuerstufe 250 verbunden. Die Stromsteuerstufe 250 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Stromsteuersignal auf der Leitung 226 gemäß dem Signal an dem Eingang 248 zu erzeugen. Eine geeignete Form für die Stromsteuerstufe 250 ist die einer Rampen- und Sockelsteuerung (ramp and pedestal gating control) herkömmlicher Bauart.
Die Drehmomentführungsgröße auf der Leitung 246 wird außerdem an den ersten Eingang eines Summierers 260 herkömmlicher Bauart angelegt. Das Istdrehungssignal wird positiv rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierers 2 60 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierers 260, das ein zu der Summe der Drehmomentführungsgröße und des Istdrehungssignals proportionales Signal ist, wird an einen Kontakt 290 eines elektronischen Schalters 29 2 angelegt.
Der elektronische Schalter 292 ist Teil der Erfindung und verbindet normalerweise einen Ausgangskontakt 294 mit einem Kontakt 290. Der Kontakt 290 ist mit einer Quelle 297 verbunden, die ein Signal mit vorbestimmtem Frequenzwert liefert, das bewirkt, daß ein Frequenzsteuersignal erzeugt wird, das gleich null ist, d.h. daß keine Änderung in den Steuersignalen auf der zu den Wechselrichter 214 führenden Leitung 220 erfolgt. Die Quelle 29 7 ist von herkömmlicher
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Bauart. Beispielsweise kann die Quelle 297 den Kontakt 296 effektiv mit der Systemmasse verbinden. Der elektronische Schalter 292 ist so ausgebildet, daß er den Ausgangskontakt 29 4 auf den Kontakt 290 umschaltet, wenn das Ausgangssignal gemäß der Erfindung über die Leitung 172 an einen Umschalteingang 298 angelegt wird. Der elektronische Schalter 292 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Bipolartransistor- oder Feldeffekttransistorschalter oder ein elektromechanisches Relais.
Der Ausgangskontakt 294 ist mit einem Eingang 252 einer Frequenzsteuerstufe 254 verbunden. Die Frequenzsteuerstufe 254 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Frequenzsteuersignal als Funktion des Signals zu erzeugen, das zu der Summe der Drehmomentführungsgröße und des Istdrehungssignals proportional ist. Das Frequenzsteuersignal wird dem Viechseirichter 214 über die Leitung 220 zugeführt. Eine geeignete Form für die Frequenzsteuerstufe 254 ist die eines spannungsgeregelten Oszillators und eines nichtzirkulierenden Schieberegisters, die den Gegenstand einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin bilden, für die die Priorität der US-Patentanmeldung Serial No. 32 895 vom 24. April 1979 in Anspruch genommen worden ist und auf die Bezug genommen wird. Eine andere geeignete Form für die Frequenzsteuerstufe 254 ist die eines spannungsgeregelten Oszillators und eines Ringzählers.
Das in Fig. 2 gezeigte Antriebssystem gestattet, die durch den Asynchronmotor 218 erzeugte mechanische Drehung und das durch diesen erzeugte Drehmoment gemäß dem Drehungssollwert zu steuern. Die Kommutierungskondensatorladungserkennungsschaltung und das Verfahren nach der Erfindung sind besonders in Wechselstrommotorantriebssystemen verwendbar, um einen Versuch, den normalen Speisestrom zu erzeugen, zu verhindern, wenn Ladungen geeigneter Größe und Polarität
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auf den Kommutierungskondensatoren des Wechselrichters nicht vorhanden sind.
Fig. 3 zeigt in Blockform in einem gestrichelten Kasten 60 eine bevorzugte Ausführungsform der Kommutierungskondensatorladungserkennungsschaltung und des Verfahrens nach der Erfindung zur Verwendung in einem Wechs eis trom, motorantriebssystem, bei welchem mit einer Drehmomentsollwertführungsgröße gearbeitet wird. Die oben angegebene Beschreibung für den Kasten 60 gilt hier gleichermaßen. Das herkömmliche Wechs el strommotor antriebssystem, bei welchem mit einer Drehmomentsollwertführungsgröße gearbeitet wird, ist in Fig. 3 außerhalb des gestrichelten Kastens gezeigt und gleicht dem Speisesystem, das den Gegenstand der oben erwähnten deutschen Patentanmeldung P 29 14 595 und der schweizer Patentanmeldung 3351 bildet. In den Fig. 2 und 3 tragen gleiche Teile gleiche Bezugszahlen; es werden hier nur unterschiedliche Schaltungselemente erläutert.
Ein Drehmomentreferenzsignal·, das zu einem Drehmomentsollwert proportional ist, wird auf einer Leitung 300 geliefert. Dieses Drehmomentreferenzsignal kann durch das Antriebssystem oder durch einen durch eine Bedienungsperson einstellbaren Drehwiderstand 302 mit einem Schleiferarm 304 geliefert werden. Die Position des Schleiferarms 304 entspricht dem Drehmomentsollwert, der durch die Position eines durch die Bedienungsperson zu betätigenden Drehmomenthebels (nicht gezeigt) angezeigt wird.
Das Drehmomentreferenzsignal wird als ein Eingangssignal einem Drehmomentregler 306 zugeführt, der die Drehmomentführungsgröße auf der Leitung 246 als Funktion des Drehmomentreferenzsignals erzeugt. Der Drehmomentregler 306 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um die Drehmomentführungsgröße gemäß dem Drehmomentreferenzsignal zu erzeugen.
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Eine geeignete Form für den Drehmomentregler 306 ist ein
Operationsverstärker herkömmlicher Bauart, der als Verstärker mit geeignetem Verstärkungsfaktor arbeitet. Die übrigen Schaltungsteile des herkömmlichen Antriebssystems, das in
Fig. 3 gezeigt ist, entsprechen den mit gleichen Bezugszahlen versehenen Schaltungsteilen des in Fig. 2 gezeigten
herkömmlichen Antriebssystems.
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Claims (20)

  1. Patentansprüche :
    λ .j Schaltung für einen Elektrctnotorantrieb mit einem Wechselstrommotor, der eine Drehung auf einen Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz hin erzeugt, gekennzeichnet durch:
    a) eine Einrichtung (238, 240) zum Bilden eines Drehungsreferenzsignals, das zu einem Drehungssollwert proportional ist;
    b) eine Einrichtung (232) zum Erzeugen eines zu der Drehung proportionalen Istdrehungssignals;
    c) Einrichtungen (242, 244, 250, 254) zum Erzeugen einer Drehmomentführungsgröße, die jedwede Differenz zwischen dem Drehungsreferenzsignal und dem Istdrehungssignal darstellt, und zum Erzeugen eines Frequenzsteuersignals und eines Stromsteuersignals als Funktionen der Drehmomentführungsgröße ;
    d) eine veränderliche Gleichstromquelle (222) zum Liefern eines Ausgangsgleichstroms, dessen Größe entsprechend dem Stromsteuersignal verändert ist;
    e) einen Wechselrichter (214) zum Abgeben des Speisestroms an den Motor (218) mit einer als Funktion des Frequenz-
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    Steuersignals gesteuerten Frequenz, der mehrere leitungsgesteuerte Gleichrichterelemente (22, 24, 26, 42, 46, 50) enthält, die erste und zweite Leistungselektroden haben;
    f) einen Zwischenkreis (224) zum Verbinden der Gleichstromquelle (222) mit dem Wechselrichter (214);
    g) eine Einrichtung (110) zum Liefern eines ersten Referenzsignals mit einem vorbestimmten Wert;
    h) Einrichtungen (66, 76, 88, 108) zum Liefern eines ersten Steuersignals, wenn die Spannung an der ersten und der zweiten Leistungselektrode wenigstens eines der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente größer als das erste Referenzsignal ist; und
    i) eine Einrichtung (170), die auf das erste Steuersignal hin ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Nichtvorhandensein bewirkt, daß die Größe des Ausgangsgleichstroms unter einen Wert vorbestimmter Größe gezwungen wird und daß die Erzeugung des Frequenzsteuersignals verhindert wird.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (192) zum Liefern eines zweiten Referenzsignals mit einem vorbestimmten Wert, durch eine Einrichtung (62, 190) zum Liefern eines zweiten Steuersignals, wenn die Größe des Ausgangsgleichstroms größer als das zweite Referenzsignal ist, wobei die Einrichtung (170) zum Erzeugen eines Ausgangssignals das Ausgangssignal auf das erste Steuersignal und auf das zweite Steuersignal hin erzeugt.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (66, 76, 88, 108) zum Erzeugen eines ersten Steuersignals enthalten:
    a) Einrichtungen (66, 76, 88) zum Liefern von mehreren Differenzsignalen, die zu den Spannungen zwischen den ersten und den zweiten Elektroden der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente (22, 24, 26) proportional sind; und
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    b) eine Einrichtung(108) zum Erzeugen des ersten Steuersignals, wenn der Wert der Differenzsignale den des ersten Referenzsignals übersteigt.
  4. 4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (66, 76, 88, 108) zum Liefern eines ersten Steuersignals weiter enthalten:
    a) Gleichrichterelemente (102, 104, 106), die zwischen die Einrichtungen (66, 76, 88) zum Liefern von mehreren Differenzsignalen und die Einrichtung (108) zum Erzeugen des ersten Steuersignals geschaltet sind, um die positiven Zyklen jedes Differenzsignals durchzulassen.
  5. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente (22, 24, 26) Thyristoren mit jeweils einer Anode und einer Katode sind und daß die Differenzsignale proportional zu den Spannungen zwischen den Anoden und den Katoden der Thyristoren sind.
  6. 6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (62, 190) zum Liefern eines zweiten Steuersignals enthält:
    a) einen Shunt (62), der mit der veränderlichen Gleichstromquelle verbunden ist und ein Stromsignal liefert, dessen Wert zu der Größe des Ausgangsgleichstroms proportional ist; und
    b) einen Vergleicher (190) zum Abgeben des zweiten Steuersignals, wenn der Wert des Stromsignals größer als der des zweiten Referenzsignals ist.
  7. 7. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (282), der normalerweise bewirkt, daß das Stromsteuersignal als Funktion der Drehmomentführungsgröße erzeugt wird, und der so ausgebildet ist, daß
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    das Stromsteuersignal mit einem vorbestimmten Wert bei NichtVorhandensein des Ausgangssignals erzeugt wird.
  8. 8. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (292), der normalerweise bewirkt, daß das Frequenzsteuersignal als Funktion der Drehmomentführungsgröße erzeugt wird, und der so ausgebildet ist, daß das Frequenzsteuersignal bei NichtVorhandensein des Ausgangssignals nicht erzeugt wird.
  9. 9. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (302, 304) zum Bilden eines Drehungsreferenzsignals ein Drehmomentreferenzsignal bildet, das zu einem Drehmomentsollwert proportional ist, und daß die Einrichtung (306) zum Erzeugen einer Drehmomentführungsgröße die Drehmomentführungsgröße auf das Drehmomentreferenzsignal hin erzeugt.
  10. 10. Schaltung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (192) zum Liefern eines zweiten Referenzsignals mit einem vorbestimmten Wert und
    durch eine Einrichtung (62, 190) zum Erzeugen eines zweiten Steuersignals, wenn die Größe des Ausgangsgleichstroms größer als die des zweiten Referenzsignals ist, wobei die Einrichtung (170) zum Erzeugen eines Ausgangssignals das Ausgangssignal· auf das erste und auf das zweite Steuersignal hin erzeugt.
  11. 11. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung.en (66, 76, 88, 108) zum Liefern eines ersten Steuersignals enthalten:
    a) Einrichtungen (66, 76, 88) zum Liefern von mehreren Differenzsignalen, die zu den Spannungen zwischen den ersten und den zweiten Leistungselektroden der leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente proportional sind; und
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    b) eine Einrichtung (108) zum Erzeugen des ersten Steuersignals, wenn der Wert der Differenzsignale den des ersten Referenzsignals übersteigt.
  12. 12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (66, 76, 88, 108) zum Liefern eines ersten Steuersignals weiter enthalten:
    a) Gleichrichterelemente (102, 104, 106), die zwischen die Einrichtungen (66, 76, 88) zum Liefern von mehreren Differenzsignalen und die Einrichtung (108) zum Erzeugen des ersten Steuersignals geschaltet sind, um die positiven Zyklen jedes Differenzsignals durchzulassen.
  13. 13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die leitungsgesteuerten Gleichrichterelemente (22, 24, 26, 42, 46, 50) Thyristoren sind, die jeweils eine Anode und eine Katode haben, und daß die Differenzsignale zu den Spannungen zwischen den Anoden und den Katoden der Thyristoren proportional sind.
  14. 14. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (62, 190) zum Liefern eines zweiten Steuersignals enthält:
    a) einen Shunt (62), der mit der veränderlichen Gleichstromquelle verbunden ist, um ein Stromsignal mit einem Wert zu liefern, der zu der Größe des Ausgangsgleichstroms proportional ist; und
    b) einen Vergleicher (190) zum Liefern des zweiten Steuersignals, wenn der Wert des Stromsignals größer als der des zweiten Referenzsignals ist.
  15. 15. Schaltung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (282), der normalerweise bewirkt, daß das Stromsteuersignal als Funktion der Drehmomentführungsgröße erzeugt wird, und der so ausgebildet ist, daß das Stromsteuersignal mit einem vorbestimmten Wert bei Nicht-
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    - 6 Vorhandensein des Ausgangssignals erzeugt wird.
  16. 16. Schaltung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen elektronischen Schalter (292), der normalerweise bewirkt, daß das Frequenzsteuersignal als Funktion der Drehmomentführungsgröße erzeugt wird, und der so ausgebildet ist, daß das Frequenzsteuersignal· bei NichtVorhandensein des Ausgangssignals nicht erzeugt wird.
  17. 17. Verfahren für einen Elektranotorantrieb mit einem. Wechselstrommotor, der auf einen Speisestrom variabler Größe und Frequenz hin eine Drehung erzeugt,gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    a) Biiden eines Drehungsreferenzsignais proportional zu einem Drehungssollwert;
    b) Erzeugen eines Istdrehungssignals proportional zu der Drehung;
    c) Erzeugen einer Drehmomentführungsgröße, die jedwede Differenz zwischen dem Drehungsreferenzsignal und dem Istdrehungssignal darstell·^
    d) Erzeugen eines Frequenzsteuersignals und eines Stromsteuersignals als Funktionen der Drehmomentfuhrungsgroße;
    e) Liefern eines Ausgangsgleichstroms, dessen Größe auf das Stromsteuersignal hin verändert ist;
    f) Liefern des Speisestroms unter Verwendung eines Wechselrichters mit einer als Funktion des Frequenzsteuersignals gesteuerten Frequenz, wobei der Wechselrichter mehrere leitungsgesteuerte Gleichrichterelemente mit ersten und zweiten Leistungselektroden enthält;
    g) Verbinden des Ausgangsgleichstroms mit dem Wechseirichter;
    h) Liefern eines ersten Referenzsignals mit einem vorbestimmten Wert;
    i) Liefern eines ersten Steuersignals, wenn die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Leistungselektrode von wenigstens einem der leitungsgesteuerten Gleichrichter-
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    elemente größer als das erste Referenzsignal ist; und j) Erzeugen eines Ausgangssignals auf das erste Steuersignal hin, wobei das NichtVorhandensein des Ausgangssignals bewirkt, daß die Größe des Ausgangsgleichstroms unter einen vorbestimmten Wert gezwungen wird und daß die Erzeugung des Frequenzsteuersignals verhindert wird.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Lieferns eines zweiten Referenzsignals mit einem vorbestimmten Wert und durch den weiteren Schritt des Lieferns eines zweiten Steuersignals, wenn die Größe des Ausgangsgleichstromsignals größer als die des zweiten Referenzsignals ist, wobei der Schritt des Erzeugens eines Ausgangssignals das Ausgangssignal auf das erste Steuersignal und auf das zweite Steuersignal hin erzeugt.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens eines Drehungsreferenzsignals ein Drehmomentreferenzsignal proportional zu einem Drehmomentsollwert bildet und daß der Schritt des Erzeugens einer Drehmomentführungsgröße die Drehmomentführungsgröße auf das Drehmomentreferenzsignal .hin erzeugt.
  20. 20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Lieferns eines zweiten Referenzsignals mit einem vorbestimmten Wert und durch den weiteren Schritt des Lieferns eines zweiten Steuersignals, wenn die Größe des Gleichstromsausgangssignals größer als die des zweiten Referenzsignals ist, wobei der Schritt des Erzeugens eines Ausgangssignals das Ausgangssignal auf das erste Steuersignal und auf das zweite Steuersignal hin erzeugt.
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