DE3100821A1 - "schaltungsanordnung zur regelung elektrischer antriebe" - Google Patents
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Description
„ 3 _
P.4219
Anmelderin: HIMA. GmbH
Industriestraße 19
2351 Trappenkamp
2351 Trappenkamp
Schaltungsanordnung zur Regelung elektrischer Antriebe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Regelung elektrischer Antriebe mit einem
Drelistromgleichrichter. einem Regler und einem durch
eine elektronische Steuerschaltung beeinflußbaren Drehstromwgciiselricbt er -
Bei der Drehzahlsteuerung von Dreh- und Wechselstromantrieben ist es üblich Frequenzumrichter zu benutzen,
weil sich hiermit eine verlustarme Drehzahlsteuerung verwirklichen läßt. Dabei muß der Klirrfaktor in der
Ausgangsspannung des Umrichters über dem gesamten
Drehzahlbereich so klein wie möglich gehalten werden, und außerdem muß das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung
des Umrichters und seiner Frequenz in einer für die jeweilige Drehzahlregelung spezifischen Relation
stehen. Nur bei Einhaltung beider Bedingungen
ist eine optimale Energieausnutzung möglich.
Die bekannten Schaltungsanordnungen zur Drehzahlsteuerung
elektrischer Antriebe benutzen elektronische Schaltstufen, welche durch spezielle
Steuerung dieser Schaltstufen die gewünschte Ausgangsspannung mit dem Wechselrichter erzeugen. In
den Schaltstufen, für die z.B. Verteiler, Schieberegister, Zähler oder andere äquivalente quasidynamische
Schaltstufen eingesetzt werden können, laufen dabei komplizierte Schaltvcrgänge ab. Es
ist daher ein hoher schaltungstechnischer Aufwand erforderlich um die Forderungen des quasi-dynamischen
Charakters zu erfüllenc Gerade dieser quasidynamische
Charakter wirkt sich aber negativ auf den Klirrfaktor in der erzeugten Ausgangsspannung,
und zwar über dem gesamten Frequenzbereich (Drehzahlbereich) aus. Da der Klirrfaktor die Energieumsetzung
verschlechtert, weil z.B. die in einem Elektromotor in Wärme umgesetzte Energie direkt
dem Klirrfaktor proportional ist, sind solche Spannungsanordnungen für Anwendungen mit optimaler
Energieausnutzung z.B. Wärmepumpen ungeeignet.
Wie bereits erwähnt, hängt eine optimale Umsetzung elektrischer in dynamische Energie auch von Verhältnis
der mit einem Wechselrichter erzeugten Ausgangsspannung zu deren Frequenz ab. Dieses Verhältnis
ist im Gegensatz zu dem eines jeweiligen Anwendungsfalls linear, so daß bei den bekannten
Schal tungs anordnungen zur Regelung elektrischer Antriebe die Möglichkeit besteht, das Spannungs-Frequenz-
Verhältnis am unteren und/oder oberen Ende des Drehzahlbereiches geringfügig zu beeinflussen.
Auf diese Weise wird versucht, dem jeweiligen
Anwendungsfall einigermaßen gerecht zu werden. Bei bestimmten elektrischen Antrieben wie z.B. Wärmepümpenantrieben
oder Umwälz- und Förderpumpenantrieben
ist das Spannungs-Frequenz-Verhältnis grundsätzlich nicht linear (z.B. Lüfterantrieb kubisch),
so daß die bekannten Methoden zur Anpassung des Spannungs-Frequenz-Verlaufs eines Umrichters an den
des jeweiligen Anwendungsfalls vollkommen unzureichend sind. Ein so betriebener regelbarer Antrieb ist daher
aufgrund seiner schlechten Energieausnutzung vollkommen unwirtschaftlich und daher unbefriedigend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Regelung elektrischer Antriebe
mit optimaler Energieausnutzung vorzusehen.
Gemäß der Erfindung ist diese Augabe dadurch gelöst, daß eine durch einen Analog-Digital-Wandler gewandelte
Sollwertgröße des elektrischen Antriebes einen Speicher addressiert, dessen jeweilige Addresse eine
zur Ausgangsspannung des Wechselrichters proportionale
Steuergröße enthält* die nach Wandlung in einem Digital-Analog-Wandler dem Regler als Sollwert zugeführt
ist.
tj Die erfindungsgemäße Maßnahme bietet die Möglichkeit,
im z.B. als Festwerspeicher ausgebildeten Speicher
mehrere das Spannungs-Frequenz-Verhältnis repräsentierende Sollwerte zu speichern und durch eine Auswahlstufe
zum Betrieb eines elektrischen Antriebs auszuwählen. Der Regler kann dabei als Spannungsregler
ausgebildet sein und vom Digital-Analog-Wandler den Spannungssollwert des Drehstromv/echselrichters erhalten.
Die Steuerschaltung des Drehstromvrechselrichters kann hierbei einen Steuersignale für den Wechselrichter
ausgebenden Speicher aufweisen, dessen Auslesegeschwindigkeit
von der jeweils gewünschten Antriebsdrehzahl (Frequenz) des Spannungs-Frequenz-Verhältnisses
abgeleitet ist.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen?
Fig. 1 ein Schaltbild und
Fig. 2 ein Diagramm
Fig. 2 ein Diagramm
Das teilweise als Blockschaltbild dargestellte Schaltbild
nach Fig. 1 besteht aus einem Drehstromgleichrichter 1 mit nachgeschaltetem Gleichspannungsregler
iUnd einem Drehstromwechselrichter 3. Der DrehstromäWechselrichter
3 ist mit sechs npn-Transistoren 4 aufgebaut,
wovon jeweils zwei mit ihren Kollektor-Eiaitter-■Strecken
in Reihe zwischen der Ausgangsspannung des Gleichstromreglers 2 liegen. Die drei Verbindungspunkte des Emitters eines Transistors mit dem Kollektor
eines anderen Transistors bilden jeweils einen Aus- >;gang U,V,W des Drehstromwechselrichters 3, Eine
jTreiberstufe 5 steuert mit ihren sechs Ausgängen Q0 bis Qc die Basen der sechs Transistoren 4, so daß
sieb, an den Ausgängen U-V-W Drehstrom mit einer von der Ansteuerung der Transistoren abhängigen Frequenz und einer von der Ausgangsspannung des Gleichstromreglers 2 abhängigen Amplitude ergibt. Diese Treiberstufe 5 wird ihrerseits von sechs Ausgängen Qq bis
Qc eines Festwertspeichers 6 gesteuert, dessen Auslesegeschwindigkeit durch die Ausgänge Qq bis Q, eines
Zählers 7 beeinflußbar ist. Eine Wahlstufe 8 bietet dabei die Möglich, bestimmte Adressen des Festwertspeichers 6 zum Abrufen einzustellen und damit
jTreiberstufe 5 steuert mit ihren sechs Ausgängen Q0 bis Qc die Basen der sechs Transistoren 4, so daß
sieb, an den Ausgängen U-V-W Drehstrom mit einer von der Ansteuerung der Transistoren abhängigen Frequenz und einer von der Ausgangsspannung des Gleichstromreglers 2 abhängigen Amplitude ergibt. Diese Treiberstufe 5 wird ihrerseits von sechs Ausgängen Qq bis
Qc eines Festwertspeichers 6 gesteuert, dessen Auslesegeschwindigkeit durch die Ausgänge Qq bis Q, eines
Zählers 7 beeinflußbar ist. Eine Wahlstufe 8 bietet dabei die Möglich, bestimmte Adressen des Festwertspeichers 6 zum Abrufen einzustellen und damit
— 7 —
bestimmte Wellenformen für die zu erzeugende Ausgangsspannung
zu wählen» Der Zähler 7 wird dabei dit Signalen eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers 9
versorgt, der die Soll-Eingangsspannung beziehungsweise die Soll-Frequenz erhält.
Der wesentliche Teil der Erfindung liegt in der nachfolgend
beschriebenen Steuerschaltung des Gleichspannungsreglers 2. Hierzu ist ein Festwertspeicher
10 vorgesehen, in dem mehrere durch eine Auswahlstufe 11 auswählbare Spannungs-Frequenz-Verhältnisse
bestimmter elektrischer Antriabe gespeichert sind. Der Speicher 10 wird hierbei durch die Ausgänge QQ
bis Qy eines Analog-Digital-Wandlers 12 adressiert,
der seinerseits durch das Ausgangssignal eines Frequenz-Spannungs-Wandlers 13 gesteuert wird. An
den Ausgängen Qq bis Qy des Speichers 10 stehen damit
,je nach Wahl durch die Auswahlstufe 11 digitale Daten zur Verfügung, die über einen Digital-Analog-Wandler
14 als Spannungssollwert zu dem mit dem Spannungs-Ist-Wert
versorgten Spannungsregler 2 gelangen» Es ist somit möglich, im Speicher 10 die Daten mehrerer
Spannungs-Frequenz-Verhältnisse zu speichern und damit über mehrere Kennlinien zum optimalen Beschleunigen
und/oder Abbremsen des jeweiligen elektrischen Antriebes zu verfügen. Neben einer Spannungsregelung
ist es aber auch möglich, den Laststrom und/oder die Leistung des Jeweiligen Antriebes zu regeln. Die
bereits erwähnten Signale F^n und üin wirken dabei
auf die Schaltungsanordnung wie eine übergeordnete Regelunge
Wie aus dem Diagramm nach Fig. 2 hervorgeht, können elektrische Antriebe stark unterschiedliche Spannungs
- 8 - t
Frequenz-Verhältnisse haben. In dem Diagramm ist
auf der Ordinate die Spannung und auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen. Die Kurve 20 zeigt dabei den Verlauf für einen Lüfter an, -während die Kurve 21 den Verlauf für einen Elektromotor vorzugsweise einen in Wärmepumpen eingesetzten Elektromotor
zeigt. Mit Hilfe der Erfindung ist es daher möglich, die Kennlinien in 2n Teilabschnitte 22 zu zerlegen j deren Spannungswerte den in dem Speicher 10 enthaltenen Daten entsprechen. Dadurch ergibt sich eine wesentlich verbesserte Energieausnutzung bei
der j Umsetzung .der, elektrischen .Energie': in" dyna- - ,r., mische Energie, wobeifder Klirrfaktor" der-'er zeugten-Ausgangsspannung durch die'erfindungsgemäße Steuerung stark reduziert ist. r
auf der Ordinate die Spannung und auf der Abszisse die Frequenz aufgetragen. Die Kurve 20 zeigt dabei den Verlauf für einen Lüfter an, -während die Kurve 21 den Verlauf für einen Elektromotor vorzugsweise einen in Wärmepumpen eingesetzten Elektromotor
zeigt. Mit Hilfe der Erfindung ist es daher möglich, die Kennlinien in 2n Teilabschnitte 22 zu zerlegen j deren Spannungswerte den in dem Speicher 10 enthaltenen Daten entsprechen. Dadurch ergibt sich eine wesentlich verbesserte Energieausnutzung bei
der j Umsetzung .der, elektrischen .Energie': in" dyna- - ,r., mische Energie, wobeifder Klirrfaktor" der-'er zeugten-Ausgangsspannung durch die'erfindungsgemäße Steuerung stark reduziert ist. r
■ 1Vi.
Claims (4)
1.JiSchaltungsanordnung zur Regelung elektrischer An-
V / triebe mit einem Drehstromgleichrichter, einem Reg-
ler und einem durch eine elektronische Steuerschaltung
beeinflußbaren Drehstromwechselrichter, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch einen Analog-Digital-Wandler
(12) gewandelte Sollwertgröße (Fin) des
elektrischen Antriebes einen Speicher (10) addressiert, dessen jeweilige Addresse eine zur Ausgangsspannung
des Wechselrichters (3) proportionale Steuergröße enthält, . die nach Wandlung in einem
Digital-Analog-Wandler (14) dem Regler (2) als Sollwert zugeführt ist.
2, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertgröße das Spannungs-Frequerxz-'Verhältnis
des elektrischen Antriebs repräsentiert.
VEREINS- UND WESTBANK AQ 11/14230 (BtZ 200 300 00) - DEUTSCHE SANK AQ 65 06 224 (BLZ 200700 00)
POSTSCHECK: HAMSURQ 176 65-200 (BLZ 200100 20}
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (10)
mehrere durch eine Auswahlstufe (11) wählbare
Spannungs-Frequenz-Verhältnisse bestimmter elektrischer Antriebe gespeichert sind.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den
Speicher (10) ein Festwertspeicher eingesetzt ist.
•'5. 'Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche "'' *1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler
' als Spannungsregler (2) ausgebildet ist, und • daß der vom Digital-Analog-Vandler (14) dem
-",, Spannungsregler (2) zugeführte Sollwert den
Sollwert der Ausgangsspannung des Drehstrom-"
Wechselrichters (3) repräsentiert.
.6,- Schaltungsanordnung nach einem der vorherge- - henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
;'die elektronische Steuerschaltung des Drehstromwechselrichters
(3) einen Steuersignale für den . Wechselrichter (3) ausgebenden Speicher (6) vorzugsweise
einen Festwertspeicher aufweist, des» sen Auslesegeschwindigkeit von der Jeweils gewünschten
Antriebsdrehzahl (Frequenz) des Spannungs-Frequenz-Verhältnisses abgeleitet
ist.'
Priority Applications (7)
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---|---|---|---|
DE3100821A DE3100821A1 (de) | 1981-01-14 | 1981-01-14 | "schaltungsanordnung zur regelung elektrischer antriebe" |
SE8107251A SE8107251L (sv) | 1981-01-14 | 1981-12-03 | Kopplingsanordning for reglering av elektriska drivanordningar |
CA000392543A CA1185320A (en) | 1981-01-14 | 1981-12-17 | Circuit arrangement for controlling electric drive units |
JP56203848A JPS57129172A (en) | 1981-01-14 | 1981-12-18 | Controlling circuit device for electric type drive device |
DK282A DK282A (da) | 1981-01-14 | 1982-01-04 | Kredsloeb til regulering af et elektrisk drev |
FR8200349A FR2498029B1 (fr) | 1981-01-14 | 1982-01-12 | Dispositif de couplage pour le reglage de commandes electriques |
GB8200896A GB2091052B (en) | 1981-01-14 | 1982-01-13 | Circuit for controlling electric drives |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3100821A DE3100821A1 (de) | 1981-01-14 | 1981-01-14 | "schaltungsanordnung zur regelung elektrischer antriebe" |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3100821A1 true DE3100821A1 (de) | 1982-08-12 |
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ID=6122534
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE3100821A Withdrawn DE3100821A1 (de) | 1981-01-14 | 1981-01-14 | "schaltungsanordnung zur regelung elektrischer antriebe" |
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GB (1) | GB2091052B (de) |
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GB2111326B (en) * | 1981-12-01 | 1985-07-24 | Chloride Group Ltd | No-break power supply |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3766431A (en) * | 1967-10-23 | 1973-10-16 | Thorn Electrical Ind Ltd | A lighting control system including an analogue to digital converter |
US4320331A (en) * | 1979-10-01 | 1982-03-16 | General Electric Company | Transistorized current controlled pulse width modulated inverter machine drive system |
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1981
- 1981-01-14 DE DE3100821A patent/DE3100821A1/de not_active Withdrawn
- 1981-12-03 SE SE8107251A patent/SE8107251L/ not_active Application Discontinuation
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- 1981-12-18 JP JP56203848A patent/JPS57129172A/ja active Pending
-
1982
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- 1982-01-12 FR FR8200349A patent/FR2498029B1/fr not_active Expired
- 1982-01-13 GB GB8200896A patent/GB2091052B/en not_active Expired
Also Published As
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CA1185320A (en) | 1985-04-09 |
DK282A (da) | 1982-07-15 |
FR2498029A1 (fr) | 1982-07-16 |
GB2091052B (en) | 1984-11-28 |
JPS57129172A (en) | 1982-08-11 |
FR2498029B1 (fr) | 1985-07-05 |
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Legal Events
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---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MUELLER, KARL PFLUGHAUPT, ARNE, 2351 TRAPPENKAMP, |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |