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BESCHREIBUNG:
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für einen
Wechselstrommotor, die anwendbar ist, um die Geschwindigkeit desWechselstrommotores
zu steuern.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebsvorrichtung
für einen Wechselstrommotor, die einen PWM (pulse width modulation)-Inverter aufweist.
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Bei dem PWM-Inverter kann es sich beispielsweise um ein Antriebssystem
für eine Wechselstronunaschine handeln, wie sie in der japanischen Patentanmeldung
135356/1980 (offengelegt am 4. Juni 1981, unter der Nummer 66194/1981) beschrieben
ist.
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Der Hauptkreis der Vorrichtung des obenbeschriebenen Systems weist
einen E:oppelweg- Gleichrichterkreis auf, der beispielsweise Dioden enthält. Der
an-den Kreis gelieferte Dreiphasenwechselstrom wird durch einen Glättungskondensator
geglättet und in einen Gleichstrom umgewandelt, der eine geringere Pulsierung aufweist.
Der auf diese Weise erhaltene Gleichstrom wird an einen PWM-Inverter angelegt, der
einen Hauptkreis aufweist, der dadurch gcbildt ist, daß HauptschalteZemente, bei
denen es sich ucispilswise um Transistoren, GTO-Elemente oder dergleichen handelt,
brückenförmig verbunden sind. (GTO= Element mit Abschaltmoglichkeit über das Gate).
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In diesem Fall werden die Hauptschaltelemente so gesteuert, daß sie
zu vorgegebenen Zeiten ein- bzw. ausgeschaltet werden, wodurch der Dreiphasenwechselstrom
an den Wechselstrommotor geliefert wird, um diesen anzutreiben.
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Wie dies beispielsweise aus der obenerwähnten japanischen offengelegten
Patentanmeldung 66194/1981 hervorgeht, führt jeder Kreis der Steuerkreise zum Ein-
bzw. Ausschalten der
Hauptschaltelemente des Hauptkreises sowohl
den Strombefehl von einem Strombefehlskreis zum Steuern der Größe des augenblicklichen
Wertes (Sinuswelle) des Ausgangsstromes- des Inverters und das Nachweissignal von
einem Stromdetektor zur Ermittlung des entsprechenden.an den Wechselstrommotor gelieferten
Phasenstromes einem Vergleicher mit Hysteresischarakteristiken zu und legt unter
Verwendung der Hysteresisbreite des Komparators ein PWM-Steuersignal an ein Hauptschaltelement,
wodurch das Hauptschaltelement ein- bzw. ausgeschaltet wird.
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In der Vorrichtung der obenbeschriebenen Art führt der Komparator
nämlich einen Vergleich zwischen dem Strombefehl von dem Strombefehlskreis zum Steuern
der Größe des augenblicklichen Wertes des Ausgangsstromes des Inverters und dem
Nachweissignal von dem Stromdetektor durch und der Ausgang des Komparators wird
invertiert, wenn der Ausgangsstrom des Inverters in Bezug auf den Strombefehl die
höchste Grenze der Hysteresisbreite ( 4 H) des Komparators überschreitet, so daB
eines der zu steuernden Hauptschaltelemente der Brücke dann ausgeschaltet wird und
der Ausgangsstrom des Inverters wird so gesteuert, daß er abnimmt. Wenn der Ausgangsstrom
des Inverters abnimmt und das Nachweissignal des Stromdetektors unterhalb der untersten
Grenze der Hysteresisbreite (AH) liegt, wird der Ausgang des Komparators wieder
invertiert, so daß das zu steuernde Hauptschaltelement der Brücke eingeschaltet
wird und der Ausgangsstrom des Inverters ansteigt.
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Wie dies oben beschrieben wurde, wird in der oben genannten Vorrichtung
die Stromabweichung des Nachweissignales von dem Stromdetektor in Bezug auf den
Strombefehl entsprechend der Hysteresisbreite (H) des Komparators bestimmt.
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Um die Charakteristiken der Vorrichtung zu verbessern, ist es wünschenswert,
die Stromabweichung so klein wie möglich zu machen und im allgemeinen wird die Hysteresisbreite
(H) so weit wie möglich eingeengt.
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In diesem Fall ändert sich die Schaltfrequenz der Hauptschaltelemente
mit der Hysteresisbreite (AH). Wenn Transistoren als Hauptschaltelemente verwendet
werden, ist es jedoch unmöglich, die Hysteresisbreite (H) unbeschränkt einzuengen,
weil es eine oberste Grenze der Schaltfrequenz der Transistoren gibt. Die Hysteresisbreite
(H) des in der Vorrichtung der obenbeschriebenen Art vorhandenen Komparators muß
daher hunter Beachtung sowohl der Stromabweichung als auch der höchsten Grenze der
Schaltfrequenz der Haupttransistoren bestimmt werden.
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Übrigens tendiert eine Vorrichtung der obenbeschriebenen Art dazu,
daß die PWM-Frequenz fPWM des von dem Komparator gelieferten PWM-Steuersignales
bei einer Zunahme der Frequenz fM des Hauptkreises der Vorrichtung abnimmt. Mit
anderen Worten ist zu beobachten, daß die Schaltfrequenz des Inverters bei der Schwankung
ner Umdrehungsgeschwindigkeit des Motores beträchtlich schwankt. Folglich besteht
eine große Differenz der Schaltfrequenz zwischen dem Zustand, in dem sich der Motor
mit seiner Nenngeschwindigkeit dreht und dem Zustand, in dem sich der Motor mit
einer niedrigen Geschwindigkeit dreht.
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Wie oben beschrieben7 kann die Schaltfrequenz den höchsten Grenzwert
der für die Haupttransistoren zugelassenen Schaltfrequenz in dem Fall überschreiten,
in dem die Hysteresisbreite (H) in der herkömmlichen Vorrichtung auf einen vorgegebenen
Wert eingestellt ist, wie dies nachfolgend beschrieben werden wird, wenn der Antrieb
des Motores über
einen großen Umdrehungsgeschwindigkeitsbereich
gesteuert wird.
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Die herkömmliche Vorrichtung weist daher den Nachteil auf, daß die
Hauptschaltelemente des Inverters mit einer Frequenz geschaltet werden können, die
oberhalb der zulässigen Schaltfrequenz liegt, wenn der Motor über einen großen Umdrehungsgeschwindigkeitsbereich
betrieben wird. Dabei können die Hauptschaltelemente zerstört werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Antriebsvorrichtung
für einen Wechselstrommotor anzugeben, durch die die Schwankung der Schaltfrequenz
der Hauptschal-telemente selbst dann auf ein erlaubbares Ausmaß unterdrückt werden
kann , wenn die Geschwindigkeit des angetriebenen Motores beträchtlich schwankt.
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Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung eine Antriebsvorrichtungfür
einen Wechselstrommotor vor, die einen Steuerkreis zum Steuern der Schaltvorgänge
der Schaltelemente eines Inverters in Antwort auf das Ausgangssignal eines Komparators
aufweist, der einen Vergleich zwischen dem Ausgangssignal von einem Stromdetektor
zur Ermittlung des Ausgangsstromes des Inverters und dem Ausgangssignal von einem
Strombefehlskreis zur Erzeugung eines Strombefehles für den Inverter durchführt.
Dabei weist der Steuerkreis außerdem einen Befehlskreis für die Hysteresisbreite
zur Erzeugung eines Befehlssignales für die Hysteresisbreite, das entsprechend der
induzierten elektromotorischen Kraft eines Wechselstrommotores eingestellt wird
und einen Änderungskreis zur Änderung der Hysteresisbreite des Komparators entprechend
dem Befehlssignal auf.
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Im folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Ausgestaltungen
im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.
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Figur 1 zeigt ein Beispiel einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor, durch die die Hysteresisbreite
so umschaltbar ist, daß sie sich vergrößert, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motores. unterhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit liegt, wodurch bewirkt
wird, daß die höchste für die Transistoren zugelassene Grenze der Schaltfrequenz
nicht überschritten wird.
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Figur 2 zeigt charakteristische Kurven, die den Umschaltvorgang der
Hysteresisbreite der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung in Bezug auf die Beziehung
zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motores und der Schaltfrequenz darstellen.
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Figur 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
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Figur 4 zeigt charakteristische Kurven, die die Ausgangscharakteristiken
eines Befehlskreises für die Hysteresisbreite in der in der Figur 3 dargestellten
Vorrichtung in Bezug auf die Beziehung zwischen der Umdrehungsgeschwindigkeit des
Motores und der Ausgangsspannung darstellen.
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Figur 5 zeigt eine charakteristische Kurve, die die Beziehung zwischen
der PWM-Frequenz und der Frequenz fM des Hauptkreises der in den Figuren 3, 6 und
9 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.
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Figur 6 zeigt ein Schaltbild einer dritten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine PWM-Frequenz-Halteschleife aufweist, durch
die die PWM-Frequenz entsprechend der Ausgangsfrequenz eines Komparators unabhängig
von der Frequenz des Hauptkreises konstant gehalten werden.-kann.
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Figur 7 zeigt eine ausführliche Darstellung eines den Steuerkreis
der Figur 6 bildenden Teiles.
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Figur 8 zeigt zur Erläuterung der Arbeitsweise des in der Figur 6
dargestellten Kreises die in jedem Teil dieses Kreises auftretenden Wellenverläufe.
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Figur 9 zeigt ein Schaltbild einer vierten bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die eine PWM-Frequenz-Halteschleife aufweist, um die
PWM-Frequenz entsprechend der Ausgangsfrequenz eines Komparators -unabhängig von
der Frequenz des Hauptkreises konstant zu halten.
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Gemäß der Fig. 1 weist eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für
einen Wechselstrommotor einen Wechselstrommotor 54, einen Hauptkreis 200 und Steuerkreise
300, 400 und 500 auf. Da die Steuerkreise 300, 400 und 500 dieselben Komponenten
aufweisen und in derselben Weise arbeiten, wird im Nachfolgenden nur der Steuerkreis
300 beschrieben.
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Der Hauptkreis 200 weist einen aus den Dioden 10, 12, 14, 16, 18 und
20 bestehenden- Zweiweg-Gleichrichterkreis, einen Glättungskondensator 22, Haupttransistoren
31, 32, 34, 36, 38 und 40, die brückenförmig miteinander verbunden sind, um einen
PWM-Inverter zu bilden, und Rückflußdioden 42, 44, 46, 48, 50 und 52 für die Haupttransistoren
31, 32, 34, 36, 38 und 40 auf.
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Der Steuerkreis 300 weist einen ein Steuersignal erzeugenden Bereich
180 und einen Torverstärker 30 auf, um das Ausgangssignal des das Steuersignal erzeugenden
Bereiches an die Haupttransistoren 31, 32 zu liefern. Der das Steuersignal erzeugende
Bereich 180 weist einen Vergleicherkreis 64 mit einem Komparator, einen Steuerkreis
801 zur Steuerung
der Breite der Hysteresis und zur Erzeugung eines
Befehles zur Änderung der Hysteresisbreite des Komparators, wie das nachfolgend
beschrieben werden wird, und einen Kreis 821 zur Änderung der Mysteresisbreite des
Komparators gemäß dem Befehl von dem Kreis 801 auf.
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Der Steuerkreis für die Hysteresisbreite weist beispielsweise einen
Detektor 80 zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Motores 54, einen eine Bezugsspannung
erzeugenden Kreis 84 zur erzeugung eines einer vorgegebenen Geschwindigkeit des
Motores 54 entsprechenden Wertes, und einen Komparator 90 auf, um die Eingangssignale-von
einem Widerstand 86, der das Ausgangssignal 120 des Detektors dO führt und eines
Widerstandes 88, der das Ausgangssignal 122 des die Bezugsspannung erzeugenden Kreises
84 führt, miteinander über die beiden Widerstände zu vergleichen. Als Detektor 80
kann neben einem Geschwindigkeitsdetetor ein Detektor verwendet werden, der die
Frequenz oder die induzierte elektromotorische Kraft des Motores 54 ermittelt.
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Der die Breite der Hysteresis ändernde Kreis 821 weist einen in Reihe
verDundenen Kreis mit einem Widerstand 92 und einem Schalter 94 auf. Dieser in Reihe
verbundene Kreis ist zu einem Widerstand 70 parallelgeschaltet, der später erläutert
werden wird. Der Schalter 94 wird durch das Ausgangssignal 124 des Komparators 90
gesteuert, wie dies ebenfalls später erläutert werden wird.
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Der Vergleicherkreis 64 weist einen Strombefehlskreis 100 zum Befehlen
der augenblicklichen Größe des Wertes (Sinuswelle) des Ausgangsstromes des Inverters,
einen Widerstand 62 zum Anlegen des Ausgangssignales 130 des Strombefehlskreises
an den invertierenden Eingang eines Komparators 68, einen Widerstand 63 zum Anlegen
des Nachweissignales 102 eines Stromaetektors 5b an den nichtinvertierenden Eingang
des Kompara-
tors 68 und den Widerstand 70 zum Anlegen des Ausgangssignales
des Komparators an den nichtinvertierenden Eingang desselben auf.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise des in der Fig. 1 dargestellten
Kreises beschrieben.
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Der Befehl 130 und das Signal 102 werden dem die Hysteresis aufweisenden
Komparator 68 zugeführt. Die Schaltsteuerung der Transistoren 31, 32 wird in Antwort
auf das PWM-Signal bewirkt, das von dem Komparator 68 erhalten wird.
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Der Bezugswert 122 wird bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet,
um die Hysteresisbreite umzuschalten. Wenn der Wert des Befehles 120 größer ist
als der eingestellte Wert 122, wird jedoch der Ausgang 124 des Komparators hochpegelig
("H"), so daß der Schalter 94 ausgeschaltet wird.
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Die Schaltfrequenz wird in diesem Fall in Bezug auf die Umdrehungsgeschwindigkeit
durch eine in der Fig. 2 ge-.
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zeigte Kurve 110 dargestellt1 die dem herkömmlichen Gerät ähnlich
ist.
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Wenn im Gegensatz dazu der Wert des Befehles 120 kleiner als der auf
der horizontalen Achse in der Fig. 2 gezeigte Wert 122 ist, wird das Aussgangssignal
124 des Komparators 90 tiefpegelig ("L"), so daß der Schalter 94 eingeschaltet wird,
wodurch die Widerstände 70 und 92'parallelgeschaltet werden. Als Ergebnis wird das
Spannungsteilerverhältnis zwischen den Widerständen 92, 70 und dem Widerstand 72
größer, so daß die Hysteresisbreite gröBer gemacht wird.
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Da die Schaltfrequenz und die Hysteresisbreite umgekehrt proportional
zueinander sind, wird die Schaltfrequenz kleiner, wenn die Hysteresisbreite größer
wird, wie dies durch eine Kurve 160 der Fig. 2 dargestellt ist.
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Wenn daher bei der bevorzugten Ausführungsform die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motores 54 unterhalb der in der Fig. 2 gezeigten eingestellten Geschwindigkeit
liegt, wird die Hysteresisbreite umgeschaltet, so daß sie sich vergrößert, wodurch
die Schaltfrequenz der Ilaupttransistoren 31, 327 34, 36i 38 und 40 so gesteuert
wird, daß die Frequenz, die für die Transistoren 31, 32, 34, 36, 38 und 40 erlaubte
höchste Grenze der Schaltfrequenz nicht überschreitet.
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Als Ergebnis besteht gemäß der vorliegenden Erfindung keine Möglichkeit,
daß jeder der Haupttransistoren Schaltoperationen mit einer Frequenz ausführt, die
oberhalb seiner höchsten Grenze liegt, so daß verhindert wird, daß der Inverterhauptkreis
unangemessen arbeitet oder irgendeinen Schaden erleidet. Bei einer Kurve 140 der
Fig. 2 handelt es sich um eine charakteristische Kurve, die erhalten wird, wenn
der Detektor 80 und der die Breite der Hysteresis ändernde Kreis 82 nicht vorgesehen
sind.
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Die Fig. 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform.
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der vorliegenden Erfindung. Dieselben Teile der Fig. 3, die in der
Fig. 1 dargestellt sind, sind durch dieselben Symbole dargestellt und werden nicht
beschrieben. Der Wechselstrommotor 54, der Hauptkreis 200 und die Steuerkreise 400,
500 der Fig. 1 sind in der Fig. 3 nicht dargestellt. Ein Bezugszeichen 301 entspricht
dem Steuerkreis 300 der Fig. 1.
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Im Gegensatz zu der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ermöglicht
es die in der Fig. 3 gezeigte Vorrichtung, daß die Hysteresisbreite ununterbrochen
gesteuert wird und daß die Schaltfrequenz der Haupttransistoren so gesteuert wird,
daß sie unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motores
konstant ist. Dies wird nachfolgend beschrieben.
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Ein Steuerkreis 802 für die Breite der Hysteresis gemäß der Fig. 3
weist ein Subsbtahierglied 84 zum Substrahieren der Umdrehungsgeschwindigkeit des
Wechselstrommotores 54 oder des Wertes, der der Frequenz des Ausgangsstromes des
Inverters entspricht, von dem Ausgang eines eine zweite Bezugsspannung erzeugenden
Kreises 81 und einen invertierenden Kreis 83 zum Invertieren und zur Abgabe des
Ausgangssignales des Substrahiergliedes auf.
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Das Ausgangssignal des Substrahiergliedes 84 weist Charakteristiken
auf, die in der Fig. 4 durch eine Linie 141 dargestellt sind, während das Ausgangssignal
des invertierenden Kreises 83 Charakteristiken aufweist, die in der Fig. 4 durch
eine Linie 142 dargestellt sind. Beide Ausga.ngssignale 141 und 142 werden jeweils
den einen Enden von variablen Widerständen 95, 96 zugeführt, deren andere Enden
mit der Ausgangsseite des Komparators 68 verbunden sind. Die Spannungsteilerausgänge
der Widerstände 95, 96 werden der Anode einer Diode 97 bzw. der Kathode einer Diode
98 zugeführt. Die Kathode der Diode 97 und die Anode der Diode 98 sind mit der invertierenden
Eingangsseite des Komparators 68 verbunden.
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Das Ausgangssignal des Komparators 69 kann in Antwort auf die Ausgangssignale
142, 141 kontinuierlich variiert werden, so daß das zu dem Komparator 68 über den
Widerstand 70 zurückgeführte Eingangssignal sich ebenfalls kontinuierlich ändert.
Da das Ausgangssignal so voreingestellt wird,-daß es durch die in der Fig. 2 dargestellten
Schwankungen der Schaltfrequenz nicht beeinträchtigt wird, wird von dem Komparator
68 ein Ausgangssignal gelieferte das so beschaffen ist, daß die in der Fig. 2gezeigten
Charalcteristiken unwirksam gemacht werden. Es ist daher möglichf die Schalt-
frequenz
unabhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit konstant zu halten, wie dies in der
Fig. 5 dargestellt ist.
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Bei der vorliegenden Erfindung wird die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motores als ein Faktor angewendet, der der induzierten elektromotorischen Kraft
des Motors entspricht.
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Dies ist jedoch nicht ausschließlich so und es kann auch der Strombefehl
oder die Frequenz des Ausgangsstromes des Inverters anstelle der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Motores angewendet werden.
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Außerdem können vorzugsweise zur Vergrößesrung der Stromkapazität
bei der vorliegenden Erfindung Thyristoren,GTO-Elemente oder dergl. alsHauptschaltellemente
des Inverterhauptkreises an der Stelle von Transistoren angewendet werden. Sie können
auch in den Hauptschaltelementen der vorliegenden Erfindung enthalten sein.
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Fig. 6 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Dieselben Teile der Fig. 6, die auch in der Fig. 1 dargestellt sind,
sind durch dieselben Symbole dargestellt und werden nicht erläutert'. Ähnlich der
Fig. 3 sind der Motor 54, der Hauptkreis 200 und die Steuerkreise 400, 500 in der
Fig. 6 nicht dargestellt. Ein Bezugszeichen 302 entspricht dem in der Fig. 1 dargestellten
Steuerkreis 300. Außerdem entspricht ein Bezugszeichen 803 dem in der Fig. 1 als
ein Mittel zur Veränderung der Breite der Hysteresis gezeigten Steuerkreis 801.
Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Bereich 181, der ein Steuersignal erzeugt, handelt
es sich um denselben,in der Fig. 3 dargestellten Bereich. Ein Bezugszeichen 91 bezeichnet
einen ein Signal invertierenden Kreis.
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Der in der Fig. 6 dargestellte Steuerkreis 181 erzeugt ein PWM-Steuersignal
101 dadurch, daß er die Hysteresisbreite VTH (H) des Komparators 68 verwendet, wie
dies vorangehend beschrieben wurde. In dem Komparator 68 werden nämlich das Stromnachweissignal
102 und das Strombefehlssignall30 dem Komparator 68 über die Widerstände 62, 63
zugeführt, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist.
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Der Ausgang des Komparators 68, d'.h. der Ausgang des Vergleicherkreises
64, ist entsprechend der Grcßendifferenz zwischen der Hysteresisbreite des so angeordneten
Vergleicherkreises 64 und der Stromdifferenz zwischen den Signalen 130 und 102 invertiert
und der Ausgang des Vergleicherkreises 64 wird als das PWM-Steuersignal 101 in dem
Steuerkreis 181 benutzt.
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Das PWM-Steuersignal 101 von dem Vergleicherkreis 64 wird dem Torverstärker
30 zugeführt, der die Transistoren 31, 32 in Antwort auf das PWM-Steuersignal 101
in einer PWM-Schaltweise antreiben kann.
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Das Speiseverhältnis zwischen den den Transistoren 31, 32 jeweils
zugeführten ON-Signalen 104, 106 ändert sich entsprechend dem PWM-Steuersignal 101
und die Polarität der Ausgangsspannung des PWM-Inverters 200 ändert sich damit zwischen
positiven und negativen Werten. Die an den Wechselstrommotor 54 gelieferte Spannung
wird daher durch eine Impulsbreitenmodulation gesteuert. Außerdem ist es möglich,
den Antriebsstrom des Motors in einer ähnlichen Weise durch eine Impulsbreitenmodulation
zu steuern, weil der Motorantriebsstrom ansteigt, wenn die Transistoren 31, 32 leitend
geschaltet werden, während er abfällt, wenn der Transistor 32 leitend geschaltet
wird.
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Wie dies voranstehend beschrieben wurde, kann der Steuerkreis 181
dieser Art das PWM-Steuersignal 101 durch Verwendung der Hysteresisbreite VTH des
Vergleicherkreises 64 erhalten und das Hauptschaltelement (in der bevorzugten Ausführungsform
den Transistor 31) des Elauptkreises 200 durch Verwendung des PWM-Steuersignales
durch eine Impulsbreitenmodulation antreiben.
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Wie dies weiter oben bereits erwähnt wurde, ist die vorliegende Erfindung
dadurch gekennzeichnet1 daß sie eine PWM-Frequenz-Halteschleife aufweist, die die
Hysteresisbreite VTH gemäß der Frequenz des Ausgangssignales (PWM-Signalfrequenz)
des Vergleicherkreises 64 ändern kann.
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Die PWM-Frequenz-Halteschleife ist in der bevorzugten Ausführungsform
folgendermaßen angeordnet: In den Fig. 6 und 7 wird das PWM-Steuersignal101 einem
monostabilen Multivibrator 44 zugeführt, der einen Impuls 112 einer vorgegebenen
Zeitlänge, der mit dem Impulsanstieg des PWM-Steuersignales 101 synchronisiert wird,
liefern, um dadurch die Frequenz des PWM-Steuersignales 101 zu ermitteln.
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Der von dem monostabilen Multivibrator 44 gelieferte Frequenznachweisimpuls
112 wird einem Verstärker 46 zugeführt, der eine Integrationsfunktion mit der Polarität
aufweist, die entgegengesetzt der Polarität eines Bezugs frequenzbefehles 114 ist,
der von einem Befehlskreis 48 für die Bezugsfrequenz zugeführt wird. Der Verstärker
46 kann einen Durchschnittswert des Frequenznachweisimpulses 112 in Bezug auf den
Befehl 114 erhalten und Änderungsbefehle 123 124 liefern1 die sich in der Polarität
voneinander unterscheiden.
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Die Änderungsbefehle 123, 124 können die Hysteresisbreite VTH des
Komparators 68 auf eine Weise ändern, die der im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschriebenen
Weise ähnlich ist. In der bevorzugten Ausführungsform wird nämlich die Hysteresisbreite
VTH des Komparators 68 so korrigiert, daß sie durch den Änderungskreis 802 verkleinert
wird, wenn die durch den Frequenznachweisimpuls 112 angezeigte PWM-Frequenz fPWM
niedriger ist als die durch den Bezugsfrequenzbefehl 114 angezeigte Bezugsfrequenz.
Andererseits wird-die Hysteresisbreite VTH so korrigiert, daß sie vergrößert wird,
wenn die PWM-Frequenz fPWM größer ist als die Bezugsfrequenz des Bezugsfrequenzbefehles
114.
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Als Ergebnis wird die PWM-Frequenz fPWM so gesteuert, daß sie gleich
der durch den Bezugsfrequenzbefehl 114 angezeigten Bezugsfrequenz ist.
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Auf diese Weise kann die PWM-Frequenz-Halteschleife die Hysteresisbreite
des Vergleicherkreises 64 ändern und die PWM-Frequenz fPWM auf einer Frequenz halten,
die dem Bezugsfrequenzbefehl 114 entspricht.
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Nachfolgend wird die Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung1 die in der obenbeschriebenen Weise aufgebaut ist, erläutert.
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Die Transistoren 31, 32 werden durch einen PWM-Schaltvorgang in Antwort
auf die Ausgangssignale 106., 104 des Torverstärkers 30 angetrieben und der PWM-Inverter
200 liefert einen Strom an den anzutreibenden Wechselstrommotor 54.
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Das Stromnachweissignal 102 für den Antriebsstrom, das durch den Stromdetektor
56 erhalten wird, weist einen sägezahnförmigen Verlauf auf, wie dies in der Fig.
8 (A) dargestellt ist und wird mit dem sinusförmigen Strombefehlssignal
130
in dem Vergleicherkreis 64 verglichen. Wenn das Stromnachweissignal i,zu dem die
Hysteresisbreite VTH durch das Strombefehlssignal ip addiert wird, eine obere unterbrochen
dargestellte Linie kreuzt, wird das Ausgangssignal 101 des Komparators 68, d.h.
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des Vergleicherkreises 64, invertiert, wie dies in der Fig. 8 (B)
dargestellt ist und der PWM-Schaltvorgang zum Antrieb der Transistoren 31, 32 wird
in Antwort auf das Signal 101 bewirkt. Mit anderen Worten wird der Transistor 31
leitend geschaltet, wenn die Polarität des Signales 101 positiv ist, so daß der
Motorantriebsstrom steigt; Wenn dann das Stromnachweissignal i, von dem die Hysteresis
VTH durch das Strombefehlssignal ip ab'gezogen wird, eine untere unterbrochene Linie
kreuzt, wird das Ausgangssignal des Komparators 68 invertiert, wodurch der Transistor
32 leitend wird, so daß der Motorantriebsstrom abnimmt. Wenn das Stromnachweissignal
i wieder ansteigt und die obere unterbrochene Linie in der zuvor beschriebenen Weise
kreuzt, wird das Signal 101 wieder invertiert und eine ähnliche Arbeitsweise wird
wiederholt.
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Im Folgenden wird ein Steuerbetrieb beschrieben, bei dem die Frequenz
des Signales 101 mit dem Bezugsfrequenzbefehl koinzidiert, wenn der obenbeschriebene
PWM-Steuervorgang ausgeführt wird.
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Der monostabile Multivibrator 44 liefert das Signal 112, dessen Frequenz
gleich der des Signales 101 ist, und eine konstante Impulsbreite. Ein Durchschnittswert
des Signales 112 ist daher proportional zur Frequenz des Signales 101. Das Signal
112 wird zusammen mit einem Bezugsfrequenzbefehl 114 an den Verstärker 46 angelegt,
von dessen Ausgängen Befehle 123, 124 zur Änderung der
Hysteresisbreite
geliefert werden. In Antwort auf die Korrekturbefehle 123 und 124 ändert'der Kreis
822 zur Änderung der Hysteresisbreite die Hysteresisbreite VTH des Komparators 64
auf eine Weise, die der im Zusammenhang mit der Fig. 3 beschriebenen Arbeitsweise
entspricht, so daß die Hysteresisbreite VTH so korrigiert wird, daß sie verkleinert
wird, wenn die PWM-Frequenz fPWM kleiner ist als der Bezugswert, während die Hysteresisbreite
VTH so korrigiert wird, das sie vergrößert wird, wenn die PWM-Frequenz fPWM größer
ist als der Bezugswert.
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Wie dies oben beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung
die Frequenz des PWM-Steuersignales 101 durch die Arbeitsweise der PWM-Frequenz-Halteschleife
konstant gehalten werden.
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Obwohl in der vorangehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der Fall beschrieben wurde, in dem der Wechselstrommotor durch den PWM-Inverter
angerieben wird, ist es auch möglich, um die Frequenzschwankung des PWM-Steuersignales
zu verhindern, gemäß der vorliegenden Erfindung den Steuerkreis für einen Konverter
zu verwenden, der ähnlich angeordnet ist wie der obenbeschriebene PWM-Inverter und
der mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, um die Wechselstrom/Gleichstromumwandlung
durchzuführen.
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Die Fig. 9 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die Teile, die auch im Zusammenhang mit der dritten bevorzugten Ausführungsform
benutzt werden7 sind durch dieselben Symbole gekennzeichnet und werden nicht beschrieben.
Eine geschlossene Schleife 804 der Fig. 9 entspricht dem Befehlskreis 803 für die
Hysteresisbreite der Fig. 7.
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Die PWM-Frequenz-Halteschleife weist in der bevorzugten Ausführungsform
einen FV-Konverter 65, dem das PWM-Steuersignal 101 zugeführt wird, einen Steuerkreis
66 zur Begrenzung der Spannung, dem der Ausgang des FV-Konverters 65 zugeführt wird,
und einen Begrenzer 823 auf, der durch den Steuerkreis 66 gesteuert wird, um die
höchsten und tiefsten Grenzen der Ausgangsspannung des Komparators 68 zu begrenzen.
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Der FV-Konverter 65 kann die Frequenz des PWM-Steuersignales 101 in
eine Spannung umwandeln, während der Steuerkreis 66 die Begrenzerspannung des Begrenzers
823 entsprechend der PWM-Frequenz fPWM steuern kann, die durch den FV-Wandler 65
in eine Spannung umgewandelt wurde. Außerdem kann der Begrenzer 823 die Hysteresisbreite
VTH des Vergleicherkreises 64 entsprechend der durch den Steuerkreis 66 gesteuerten
Begrenzerspannung ändern.
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Da die in der Fig. 9 gezeigte bevorzugte Ausführungsform die obige
Anordnung aufweist7 bewirkt der Ausgang des FV-Konverters 65, wenn die PWM-Frequenz
zu schwanken beginnt daß der Steuerkreis 66 die Begrenzerspannung des Begrenzers
823 ändert wodurch die Hysteresisbreite VTH des Komparators 68 korrigiert wird,
um die Schwankung der PWM-Frequenz fPWM zu verhindern. Auf diese Weise ermöglicht
die bevorzugte Ausführungsform auch, daß die PWM-Frequenz fPWM konstant gehalten
wird.
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Wie dies oben beschrieben wurde, ist es gemäB den bevorzugten Ausführungsformen,
die in den Fig. 6 und 9 jeweils dargestelltsind, möglich, die Hysteresisbreite des
Vergleicherkreises zu allen Zeiten unabhängig von der Frequenz des Hauptkreises-
durch die PWM-Frequenz-Halteschleife konstant zu halten, so daß verhindert wird,
daß der Verlust der Hauptschaltelemente ansteigt. Es kann
folglich
auch verhindert werden, daß sich die Elemente aufheizen. Als Ergebnis-ist es möglich,
die Ausgangskapazität des Inverters in hohem Maße zu vergrößern.
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Außerdem wird entsprechend den in den Fig. 6 und 9 jeweils dargestellten
bevorzugten Ausführungsformen die Frequenz des magnetischen Rauschens infolge des
höheren harmonischen Teiles des Antriebsstromes konstant gemacht, weil die PWM-Frequenz
nicht schwankt. Dementsprechend ist es-möglich, das Auftreten irgendwelcher akkustischer
Resonanzphänomene zu verhindern1 so daß das durch derartige Resonanzerscheinungen
bewirkte magnetische Rauschen verringert werden kann.