DE3100821A1 - "schaltungsanordnung zur regelung elektrischer antriebe" - Google Patents

"schaltungsanordnung zur regelung elektrischer antriebe"

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DE3100821A1
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
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    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
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Description

GEORG HANS^AnW 1 DJERK HANSMANN JESSENSTRASSS 4 · 2000 HAMBURG SO · TCLEFON (040) 38 24 57
„ 3 _
P.4219
Anmelderin: HIMA. GmbH
Industriestraße 19
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
VEREINS- UND WSSTBANK AQ 11/14230 {BLZ 200 300 00) . DEUTSCHe BANK A<3 05 06 22* CBlX 200 700 00) PO8T3CHECK: HAMBURG 176 86-208 (BLZ 200100 20)
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
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
— 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
1Vi.

Claims (4)

E N* A|W WX LJT . GEORG HANSMX^M ^· bJ&RK HANSMANN (t 11*77) jeSSENSTRASSE 4 · 2000 HAMBURG 50 · TELEFON (040) 382467 P, --Anmelderin: HIMA GmbH : Industriestraße 19 2351 Trappenkamp Patentansprüche
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.'
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