DE3237779C2

DE3237779C2 - Pulswechselrichter für einen Wechselstrommotor

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Publication number: DE3237779C2
Application number: DE19823237779
Authority: DE
Inventors: Hidekazu Horiuchi; Toshiaki Ibaraki Okuyama; Takayuki Hitachi Ibaraki Yoshioka
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1986-11-27
Also published as: JPS5866584A; JPH0350509B2; DE3237779A1

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor (54) weist einen Komparator (68) auf, durch den beide Ausgangssignale eines Stromdetektors (56) zur Ermittlung des Ausgangsstromes eines Inverters (200) und eines Strombefehlskreises (100) zur Steuerung der Wellenform des Ausgangsstromes des Inverters (200) miteinander vergleichbar sind, um die Hauptschaltelemente (31, 32, 34, 36, 38, 40) des Inverters (200) mit einer Hysteresisbreite entsprechend dem durch den Vergleich erhaltenen PWM-Steuersignal zu steuern, wobei der Komparator (68) einen Befehlskreis (801, 802, 803, 804) zur Änderung der Hysteresisbreite des Komparators (68) durch die Ermittlung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Wechselstrommotores (54), der Ausgangsfrequenz des Inverters (200) oder der induzierten elektromotorischen Kraft des Wechselspannungsmotores (54) und einen Änderungskreis (821, 822, 823) aufweist, durch den die Hysteresisbreite des Komparators (68) entsprechend dem Befehl von dem Steuerkreis (801, 802, 803, 804) für die Hysteresisbreite änderbar ist, wodurch es möglich ist, die Schwankung der Schaltfrequenz der Hauptschaltelemente des Inverters zu unterdrücken.

Description

In diesem Fall ändert sich die Schaltfrequenz der Hauptschaltelemente mit der Hysteresisbreite (ΔΗ). Wenn Transistoren als Hauptschaltelemente verwendet werden, ist es jedoch unmöglich, die Hystereisbreite (ΔΗ) unbeschränkt einzuengen, weil es eine oberste Grenze der Schaltfrequenz der Transistoren gibt. Die Hysteresisbreite (ΔΗ) des in der Vorrichtung der oben beschriebenen Art vorhandenen !Comparators muß daher unter Beachtung sowohl der Stromabweichung als auch der höchsten Grenze der Schaltfrequenz der Haupttransisioren bestimmt werden.

Eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art tendiert dazu, daß die Puls-Frequenz (im folgenden auch PWM-Frequenz) frwn des von dem Komparator gegliederten Pulsrichter-Steuersignals bei einer Zunahme der Frequen/_M des Hauptkreises der Vorrichtung abnimmt.

So kann beispielsweise aus BBC-Nnachrichten, Jan. 1966, Seiten 44 bis 52, insbesondere Bild 8, gefolgert werden, daß bei einem Pulswechselrichter, der durch einen Zweipunkt-Stromregler gepulst wird, mit zunehmender Ständerfrequenz die Pulsfrequenz absinkt. Entsprechendes ist auch aus BBC-Nachrichten, Dez. 1964, Seiten 699 bis 721 zu erkennen. Die Schaltfrequenz des Inverters schwankt daher beträchtlich, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors sich ändert. Folglich besteht 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, eine große Abweichung der Schaltfrequenz des Pulswechselrichters.

Wird der Motor über einen großen Bereich der Umdrehungsgeschwindigkeit gesteuert, so kann die Schaltfrequenzu den obersten Grenzwert der für die Haupttransistoren zugelassenen Schaltfrequenz dann überschreiten, wenn die Hysteresisbreite (ΔΗ) in der herkömmlichen Vorrichtung auf einen vorgegebenen Wert eingestellt ist, wie nachfolgend noch gezeigt wird.

Der bekannte Pulswechselrichter 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.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Antriebsvorrichtung für einen Wechselstrommotor anzugeben, durch die die Änderung der Schaltfrequenz der Hauptschaltelemente selbst dann auf ein zulässiges Ausmaß herabgesetzt werden kann, wenn sich die Geschwindigkeit des angetriebenen so Motors beträchtlich ändert. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Abs. 1 gelöst.

Im folgenden werden die vorliegende Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, durch die die Hysteresisbreite schaltbar ist.

Fig. 2 zeigt charakteristische Kurven, die den Umschaltvorgang der Hysteresisbreite der in der Fig. 1 gezeigten vorricntung als tunkticn der Urncrenungsgeschwindigkeit des Motors von der Schaltfrequenz darstellen.

Fig. 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 zeigt charakteristische Kurven, die die Ausgangsspannung der Verstellvorrichtung für die Hysteresisbreite in der in der Fig. 3 dargestellten Vorrichtung als Funktion der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motores darstellen.

Fig. 5 zeigt eine charakteristische Kurve, die näherungsweise die Beziehung zwischen der Puls-Frequenz und der Frequenz f_M des Haupikreises der in den Fig. 3, 6 und 9 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt.

Fig. 6 zeigt ein Schaltbild einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, durch die die Puls-Frequenz unabhängig von der Frequenz des Hauptkreises kontant gehalten werden kann.

Fig. 7 zeigt eine ausführliche Darstellung eines den Steuerkreis der Fig. 6 bildenden Teiles.

Fig. 8 zeigt zur Erläuterung der Arbeitsweise des in der Fig. 6 dargestellten Kreises die in jedem Teil dieses Kreises auftretenden Wellenverläufe.

Fig. 9 zeigt ein Schaltbild einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die die Puls-Frequenz entsprechend der Ausgangsfrequenz eines Komparators unabhängig von der Frequenz des Hauptkreises konstant halten.

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.

Der Hauptkreis 200 weist eine aus den Dioden 10,12, 14, 16, 18 und 20 bestehenden Gleichrichterbreite, einen Glättungskondensator 22, Haupttransistoren 31, 32,34, 36,38 und 40, die eine Pulswechselrichterbrücke bilden, und Rückflußdioden 42,44,46,48,50 und 52 für die Haupttransistoren 31, 32, 34, 36, 38 und 40 auf.

Der Steuerkreis 300 weist einen ein Steuersignal erzeugenden Bereich 180 und einen Endverstärker 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 68, 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 Hysteresisbreite des Komparators gemäß dem Befehl von dem Kreis 801 auf.

Der Steuerkreis 801 für die Hysteresisbreite weist beispielsweise einen Detektor 80 zur Ermittlung der Geschwindigkeit des Motors 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 80 führt und eines Widerstandes 88, der das Ausgangssignal 122 des Bezugsspannungsgebers 84 führt, miteinander über die beiden Widerstände zu vergleichen. Als Detektor 80 kann neben einem Geschwindigkeitsdetektor ein Detektor verwendet werden, der die Frequenz oder die induzierte elektromotorische Kraft des Motores 4 ermittelt.

Der die ί*»·»»*"*¹ At*r l-l\fctarAcic Hf»c lfnmnaratnrc HA

ändernde Kreis 821 weist einen in Reihe verbundenen 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.

Der Vergleicher 64 weist einen Stromsollwertgeber 100 zum Befehlen der augenblicklichen Größe des Wertes (Sinuswelle) des Ausgangsstromes des Wechselrichters, einen Widerstand 62 zum Anlegen des Ausgangssignales 130 des Stromsollwertgebers an den inver- tierenden Eingang eines Komparators 68, einen Widerstand 63 zum Anlegen des Strom-Istwertes 102 aus einem Stromdetektor 56 an den nichtinvertierenden Eingang des !Comparators 68 und den Mitkopplungswiderstand 70 zum Alegen des Ausgangssignales des !Comparators an den nichtinvertierenden Eingang desselben auf.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in der Fig. 1 dargestellten Schaltung beschrieben.

Der Strom-Sollwert 130 und der Istwert 102 werden dem die Hysteresis aufweisenden Komparator 68 zugeführt. Die Transistoren 31, 32 werden in Abhängigkeit von dem Komparator 68 ausgesteuert.

Der Bezugswert 122 wird bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet, um die Hysteresisbreite umzuschalten. Wenn der Wert des Signals 120 größer ist als der eingestellte Wert 122, wird der Ausgang 124 des Komparators hochpegelig (»H«), so daß der Schalter 94 ausgeschaltet wird. Die Schaltfrequenz wird in diesem Das Ausgangssignal des Subtrahiergliedes 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 Ausgangssignale 141 und 142 werden jeweils den einen Enden von Potentiometern 95, 96 zugeführt, deren andere Enden mit der Ausgangsseite des Komparators 68 verbunden sind. Die Mittelabgriffe der Potentiometer 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.

Da über die einseitig wirkenden, negativen Gegenkopplungsglieder 95, 97 und 96, 98 variable Treiberspannungen (Signale 141, 142) auf die invertierende Eingangsseite des Komparators 68 eingekoppelt werden, kann das rückgekoppelte Ausgangssignal des Komparators 68 proportional zu den Signalen 141, 142 gesteuert werden, so daß die Rückkopplung des Eingangssignals zu dem Komparator 68 über den Widerstand 70 sich ebenfalls kontinuierlich ändert. Da das Ausgangssignal des Komparators 68 rückgekoppelt

Fall in bezug auf die Umdrehungsgeschwindigkeit durch 25 wird, kann die Hysterese des Komparators 68 proporeine in der Fig. 2 geszeigte Kurve 110 dargestellt. tional zu den Signalen 141, 142 gesteuert werden. Da

Wenn der Wert des Befehles 120 kleiner als der auf der horizontalen Achse in der Fig. 2 gezeigte Wert 122 ist, wird das Ausgangssignal 124 des Komparators 90 können. Wenn die Drehgeschwindigkeit klein ist, haben die Signale 141, 142 die in Fig. 4 dargestellte Größe. Das bedeutet, daß dann, wenn die Drehgeschwindigkeit klein ist, die Hysteresebreite des Komparators 68 groß ist. Demzufolge ist es möglich, die Schaltfrequenz unabhängig von der Drehgeschwindigkeit konstant zu halten, wie dies in der der Fig. 5 dargestellt ist. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Umdre-

das Ausgangssignal so voreingestellt wird, daß es durch in der Fig. 2 dargestellter Schwankungen der Schaltfrequenz nicht beeinträchtigt wird, wird von dem Kompa-

tiefpegelig (»L«), so daß der Schalter 94 eingeschaltet 30 rator ein solches Ausgangssignal geliefert, daß die in wird, wodurch die Widerstände 70 und 92 paraHelge- Fig. 2 gezeigten Charakteristiken ausgelöscht werden schaltet werden. Als Ergebnis wird das Spannungsteilerverhältnis zwischen den Widerständen 92, 70 und dem Widerstand 7 größer, so daß die Hysteresisbreite größer gemacht wird.

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.

Als Ergebnis führt keiner der Haupttransistoren 40 hungsgeschwindigkeit des Motors als ein Faktor ange-Schaltoperationen mit einer Frequenz, die oberhalb wendet, der der induzierten elektromotorischen Kraft

des Motors entspncht. Dies ist jedoch nicht zwingend so und es kann auch der Strombefehl oder die Frequenz des Ausgangsstromes des Wechselrichters anstelle der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors angewendet werden.

Außerdem können vorzugsweise zur Vergrößerung der Strombelastbarkeit bei der vorliegenden Erfindung Thyristoren, GTO-Elemente oder dergl. als Haupt-Steuerkreise 400, £500 der Fig. 1 sind in der Fig. 3 nicht 50 schaltelemente des Wechselrichterhauptkreises an der dargestellt. Ein Bezugszeichen 301 entspricht dem Steu- Stelle von Transistoren angewendet werden. erkreis-Bezugszeichen 300 der Fig. 1. Fig. 6 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform

Im Gegensatz zu der in der Fig. 1 dargestellten Vor- der vorliegenden Erfindung. Gleiche Teile sind durch richtung ermöglicht es die in der Fig. 3 gezeigte Vor- gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Ähnlich der richtung, daß die Hysteresisbreite kontinuierlich gesteu- 55 Fig. 3 sind der Motor 54, der Hauptkreis 200 und die ert wird und daß die Schaltfrequenz der Haupttranssi- Steuerkreise 400, 500 in der Fig. 6 nicht dargestellt, stören so gesteuert wird, daß sie unabhängig von der Das Bezugszeichen 302 entspricht dem in der Fig. 1 Umdrehungsgeschwindigkeit des Motores konstant ist. dargestellten Steuerkreis-Bezugszeichen 300. Außer-Dies wird nachfolgend beschrieben. dem entspricht das Bezugszeichen 803 dem in der Fig. 1

Ein Steuerkreis 802 für die Breite der Hysteresis 60 als ein Mittel zur Veränderung der Breite der Hysteresis gemäß der Fig. 3 weist ein Subtrahierglied 84 auf gezeigten Steuerkreis-Bezugszeichen 801. Bei dem in

seiner höchsten Grenze liegt, aus. Die Kurve 140 der Fig. 2 würde man erhalten, wenn der Detektor 80 und der die Breite der Hysteresis ändernde Kreis 82 nicht vorgesehen wäre.

Die Fig. 3 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gleiche Teile sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Der Wechselstrommotor 54, der Hauptkreis 200 und die

zum Subtrahieren der Umdrehungsgeschwindigkeit des Wechselstrommotores 54 oder des Wertes, der der Freuenz des Ausgangsstromes des Wechselrichters entspricht, von dem Ausgang eines eine zweite Bezugsspannung erzeugenden Kreises 81, und ferner einen Inverter 83 zum Invertieren des Ausgangssignales des Subtrahiergliedes 84.

der Fig. 6 dargestellten Bereich 181, der ein Steuersignal erzeugt, handelt es sich um denselben, in der Fig. 3 dargestellten Bereich. Das Bezugszeichen 91 bezeichnet einen Inverter.

Der in der Fig. 6 dargstellte Steuerkreis 181 erzeugt das Wechselrichter-Steuersignal 101 dadurch, daß er die Hysteresisbreite V_TH (AH) des Komparators 68 verwcn-

det, wie dies vorangehend beschrieben wurde. Der Steuerkreis 181 der Fig. 6 ist ein Komparator mit den gleichen Hystereseeigenschaften wie der Komparator 68 der Fig. 7. Die Breite der Hysterese des Steuerkreises 181 kann durch die Ausgangssigale 123,124 gesteuert werden. Der Steuerkreis 181 kann in dem in Fig. 7 dargestellten Komparator 68 enthalten sein. Das Stromistwertsignal 102 und das Stromsollwertsignal 130 werden dem Komparator 68 über die Widerstände 62, 63 zugeführt, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist.

Der Ausgang des Komparators 68, d. h. der Ausgang des Vergleicherkreises 64, ist entsprechend der Größendifferenz 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 Wechselrichter-Steuersignal 101 in dem Steuerkreis 181 benutzt.

Das Wechselrichter-Steuersignal 101 von dem Vergleicherkreis 64 wird dem Torverstärker 30 zugeführt, der die Transistoren 31, 32 in Antwort auf das Wechselrichter-Steuersignal 101 in einer PWM-Schaltweise antreiben kann.

Das Speiseverhältnis zwischen den den Transistoren 31, 32 jeweils zugeführten ON-Signalen 104,106 ändert sich entsprechend dem Wechselrichter-Steuersignal 101 und die Polarität der Ausgangsspannung des Wechselrichters 200 ändert sich damit zwischen positiven und negativen Werten. Die an den Wechselstrommotor 54 gelieferte Spannung wird daher durch eine Impulsbreitenmodulation (PWV) 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.

Wie dies voranstehend beschrieben wurde, kann der Steuerkreis 181 dieser Art des Wechselrichter-Steuersignal 101 durch Verwendung der Hysteresisbreite V_TH des Vergleicherkreise 64 erhalten und das Hauptschaltelement (in der bevorzugten Ausfuhrungsform den Transistor 31) des Hauptkreises 200 durch Verwendung des Wechselrichter-Steuersignales durch eine Impulsbreitenmodulation antreiben.

Wie dies weiter oben bereits erwähnt wurde, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Puls-Frequenz-Halteschleife aufweist, die die Hysteresisbreite V_TH gemäß der Frequenz des Ausgangssignales (PWM-Signalfrequenz) des Vergleicherkreises 64 ändern kann. Die Puls-Frequenz-Halteschleife ist in der bevorzugten Ausführungsform folgendermaßen angeordnet:

In den Fig. 6 und 7 wird das Wechselrichter-Steuersignal 101 einem monostabilen Multivibrator 44 zugeführt, der einen Impuls 112 einer vorgegebenen Zeitlänge, der mit der Anstiegsflanke des Wechselrichter-Steuersignales 101 synchronisiert wird, liefert.

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 Bezugsfrequenzsignals 114 ist, das von einem Bezugswertgeber 48 für die Bezugsfrequenz zugeführt wird. Der Bezugswertgeber erzeugt die vorgegebene Frequenz f_PWM, die durch die Schaltfrequenz des Hauptkreises bestimmt ist. Der Verstärker 46 kann einen Durchschnittswert des Frequenzistwertsignales 112 in bezug auf den Befehl 114 erhalten und Anderungsbefehle 123,124 liefern, die sich in der Polarität voneinander unterscheiden.

Die Änderungsbefehle 123,124 können die Hysteresisbreite V_TH 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 Vjn des Komparators 68 so korrigiert, daß sie durch den Änderungskreis 802 verkleinert wird, wenn die durch den Frequenznachweisimpuls 112 angezeigte Puls-Frequenz f_PWM niedriger ist als die durch den Bezugsfrequenzbefehl 114 angezeigte Bezugsfrequenz. Andererseits wird die Hysteresisbreite V_TH so korrigiert, daß sie vergrößert wird, wenn die Puls-Frequenz f_PWM größer ist als die Bezugsfrequenz des Bezugsfrequenzbefehls 114. Als Ergebnis wird die Puls-Frequenz f_PWM so gesteuert, daß sie gleich der durch den Bezugsfrequenzbefehl 114 angezeigten Bezugsfrequenz ist.
Auf diese Weise kann die Puls-Frequenz-Halteschleife die Hysteresisbreite des Vergleicherkreises 64 ändern und die Puls-Frequenz fpwM auf einer Frequenz halten, die dem Bezugsfrequenzbefehl 114 entspricht.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der bevorzugten

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in der obenbeschriebenen Weise aufgebaut ist, erläutert. Die Transistoren 31, 32 werden durch ein Pulssignal in Antwort auf die Ausgangssignale 106, 104 des Endverstärkers 30 geschaltet und der Wechselrichter 200 liefert einen Strom an den Wechselstrommotor 54.

Der Strom-Istwert 102 vom Stromdetektor 56 weist einen sägezahnförmigen Verlauf auf, wie dies in der Fig. 8(A) dargestellt ist und wird mit dem sinusförmigen Strom-Sollwert 130 in dem Vergleicherkreis 64 verglichen. Wenn der Strom-Istwert (i) eine obere unterbrochene dargestellte Linie kreuzt, wird das Ausgangssignal 101 des Komparators 68, d. h. des Vergleicherkreises 64, invertiert, wie dies in der Fig. 8(B) dargestellt ist und die Transistoren 31, 32 werden umgeschaltet, so daß der Motorantriebsstrom steigt. Wenn dann der Strom-Istwert (i) eine untere unterbrochene Linie kreuzt, wird das Ausgangssignal des Komparators 68 wieder invertiert, so daß der Motorantriebsstrom abnimmt.
Im Folgenden wird ein Steuerbetrieb beschrieben, bei dem die Frequenz des Signales 101 mit dem Bezugsfrequenzbefehl übereinstimmt, wenn der obenbeschriebene Wechselrichter-Steuervorgang ausgeführt wird.

Der monostabile Multivibrator 44 liefert das Signal 112, dessen Frequenz gleich der des Signales 101 ist und

so eine konstante Impulsbreite aufweist. 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 verkleinert der Kreis 822 die Hysteresisbreite V_n des Komparators 64, wenn die Pulsfrequenz /ρψ_Μ kleiner ist als der Bezugswert und vergrößert sie, wenn die PuIsfrequenz f_PV/M größer ist als der Bezugswert.

So kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Frequenz des Wechselrichter-Steuersignales 101 konstant gehalten werden.
Es ist auch möglich, den Steuerkreis gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Konverter zu verwenden, der ähnlich angeordnet ist wie der obenbeschriebene PWM-Inverter und der mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist, um eine Umwandlung von Wech-

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selstrom in Gleichstrom durchzuführen.

Die Fig. 9 zeigt eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Teile, die auch im Zusammenhang mit der dritten bevorzugten Ausführungsform benutzt werden, sind durch dieselben Sym- bole gekennzeichnet und werden nicht beschrieben. Eine geschlossene Schleife 804 der Fig. 9 entspricht dem Befehlskreis 803 für die Hysteresisbreite der Fig. 7.

Die Puls-Frequenz-Halteschleife weist in der bevorzugten Ausführungsform einen Frequenz-Spannungs-Konverter 65, dem das Wechselrichter-Steuersignal 101 zugeführt wird, einen Steuerkreis 66 zur Begrenzung der Spannung, dem der Ausgang des Frequenz-Spannungs-Konverters 65 zugeführt wird, und einen Begren- zer 823 auf, der durch den Steuerkreis 66 gesteuert wird, um die höchsten und tiefsten Grenzen der Ausgangsspannung des Komparators 68 zu begrenzen.

Der Frequenz-Spannungs-Konverter 65 kann die Frequenz des Wechselrichter-Steuersignales 101 in eine Spannung umwandeln, während der Steuerkreis 66 die Begrenzerspannung des Begrenzers 823 entsprechend der Pulsfrequenz f_FWM steuern kann, die durch den Frequenz-Spannungs-Wandler 65 in eine Spannung umgewandelt wurde. Außerdem kann der Begrenzer 823 die Hysteresisbreite V_TH des Vergleicherkreises 64 entsprechend der durch den Steuerkreis 66 gesteuerten Begrenzerspannung ändern.

Wenn sich bei der in Fig. 9 gezeigten Ausfuhrungsform die Pulsfrequenz ändert, so bewirkt das Ausgangs- signal des Frequenz-Spannungs-Konverters 65, daß der Steuerkreis 66 die Begrenzerspannung des Begrenzers 823 ändert, so daß die Hysteresisbreite V_TH des Komparators 68 korrigiert wird, um damit die Änderung der Pulsfrequenz f_PWM zu verhindern. Auf diese Weise ermöglicht diese Ausführungsform auch, daß die Pulsfrequenz fpwM konstanst gehalten wird.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 6 und 9 ist es möglich, die Hysteresisbreite des Vergleicherkreises zu allen Zeiten unabhängig von der Frequenz des Hauptkreises durch die Puls-Frequenz-Halteschleife konstant zu halten, so daß verhindert wird, daß die Verlustleistung der Hauptschaltelemente ansteigt. Es kann folglich auch verhindert werden, daß sich diese Elemente aufheizen. Als Ergebnis ist es möglich, die Ausgangsleistung des Wechselrichters stark zu vergrößern.

Außerdem wird entsprechend den in den Fig. 6 und 9 jeweils dargestellten Ausführungsformen die Frequenz des magnetischen Rauschens infolge des höheren harmonsichen Teiles des Antriebsstromes konstant gehal- ten, weil die Pulsfrequenz nicht schwankt. Dementsprechend ist es möglich, akustische Resonanzphänomene zu verhindern, so daß das durch derartige Resonanzerscheinungen bewirkte magnetische Rauschen verringert werden kann.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Pulswechselrichter für einen Wechselstrommotor, mit einem Strom-Sollwertgeber, der für die einzelnen Phasen zeitlich sinusförmig verlaufende Stromsollwerte vorgibt, und mit je einem Zweipunkt-Stromregler für jede Phase, gekennzeichnet durch eine Verstellvorrichtung (801, 802, 803, 804), die die Hysteresebreite der Zweipunktregler (300,400,500) mit zunehmender Motordrehzahl verkleinen.

2. Pulswechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstellvorrichtung ein Drehzahl-Istwert (120) zugeführt wird.

3. Pulswechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung einen Schwellwertschalter (821; 90,92, 94) enthält, der die Hysteresebreite des Zweipunktreglers verkleinert, wenn die Motordrehzahl einen festgelegten Schwellenwert übersteigt.

4. Pulswechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung ein Kennlinienglied (822) enthält, das die Hysteresebreite des Zweipunktreglers entsprechend einer vorgegebenen Kennlinie mit zunehmender Drehzahl kontinuierlich verkleinert.

5. Pulswechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung einen Frequenzmesser (65) für die Pulsfrequenz (101) am Ausgang des Zweipunktreglers (65) enthält, der die Hysteresebreite mit zunehmender Pulsfrequenz vergrößert und somit die Pulsfrequenz in etwa konstant hält.

6. Pulswechselrichter nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (801) einen Vergleichskreis (64) mit einem Komparator (68), dem ein Stromsollwert (130) und ein Stromistwert (102) zugeführt werden, und einen zweiten Komparator (90) aufweist zum Vergleichen der Umdrehungsgeschwindigkeit des Wechselstrommotors (54) oder der Frequenz des Ausgangsstromes des Wechselrichters oder der induzierten elektromotorischen Kraft des Wechselstrommotors mit dem Ausgangssignal (122) eines ersten Bezugsspannungsgebers (84), das der Umdrehungsgeschwindigkeit des Wechselstrommotors (54) oder der Frequenz 'des Ausgangsstroms des Wechselrichters (200) oder oer induzierten elektromotorischen Kraft des Wechselstrommotors (54) entspricht, und daß dem zweiten Komparator (821; 90, 92, 94) ein Schaltelement (94) nachgeschaltet ist, über das ein Widerstand (92) in den Rückkopplungsweg des ersten Komparutors (68) geschaltet wird, wenn das Ausgangssignal (124) des zweiten Komparators (90) einen vorgegebenen Wert erreicht.

7. Pulswechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (802) im Rückkopplungsweg des Zweipunktreglers einen Kreis (822) mit einseitig wirkenden Gegenkopplungsgliedern (95, 97; 96, 98) auf- ω weist, über die Signale (141, 142), weiche der Umdrehungsgeschwindigkeit des Wechselstrommotors (54) oder der Frequenz des Ausgangsstromes des Wechselrichters (200) oder der induzierten elektromotorischen Kraft des Wechselstrommotors (54) entsprechen, auf den Eingang des Komparators (68) eingekoppelt werden.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pulswechselrichter für einen Wechselstrommotor mit einem Sollwertgeber, der für die einzelnen Phasen zeitlich sinusförmig verlaufende Stromsollwene vorgibt und mit je einem Zweipunkt-Stromregler für jede Phase.

Es sind im Stand der Technik, z. B. aus der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrundliegendcn E-DOS 30 36 120 Antriebsvorrichtungen für Wechselstrommotoren bekannt, bei denen ein eingangsseitiger Dreiphasen-Wechselstrom mit einem Zweiwegegleichrichterkreis, der beispielsweise Dioden aufweist, gleichgerichtet und mit einem Glättungskondensator geglättet wird, so daß der resultierende Gleichstrom eine geringe Pulsierung aufweist. Der Gleichstrom wird einem Pulswechselrichter mit steuerbarer Pulsbreite (pulse width modulation, PWM) zugeführt. Dieser Pulswechselrichter umfaß einen Hauptkreis mit Hauptschaltelementen, die in Brücke geschaltet sind. Diese Hauptschaltelemente können beispielsweise Transistoren oder auch GTO-Elemente sein (GTO = gate trun off = Abschaltmöglichkeit über das Gate).

Die Hauptschaltelemente werden dabei so gesteuert, daß sie zu vorgegebenen Zeiten ein- bzw. ausgeschaltet werden, so daß ein Dreiphasenwechselstrom an den Wechselstrommotor geliefert wird, um diesen anzutreiben.

Die Steuerschaltungen zum Ein- und Ausschalten der Hauptschaltelemente des Hauptkreises führen einem Vergleicher (Komparator) das Strombefehlssignal des Stromsollwertgebers zum Steuern des Momentanwertes (Sinuswelle) des Ausgangsstromes des Pulswechselrichters sowie das Istwertsignal eines Stromdetektors zum, der den an den Wechselstrommotor gelieferten Phasenstrom feststellt. Dieser Komparator hat eine Hysteresischarakteristik. Unter Verwendung der Hysteresisbreite des Komparators wird jeweils ein Pulswechselrichter-Steuersignal an ein Hauptschaltelement angelegt, so daß dieses Hauptschaltelement ein- bzw. ausgeschaltet wird.

In einer solchen Schaltung führt der Komparator einen Vergleich zwischen dem Strombefehlssignal des Strombefehlskreises zum Steuern der Größe des Momentanwertes des Ausgangsstromes des Pulswechselrichters und dem Istwertsignal des Stromdetektors durch; das Ausgangssignal des Komparators wird invertiert, wenn der Ausgangsstrom des Pulswechselrichters in bezug auf das Sollwertsignal die oberste Grenze der Hysteresisbreite (AH) des Komparators überschreitet, so daß dann eines der anzusteuerenden Hauptschaltelemente der Brücke ausgeschaltet wird, und somit wird der Ausgangsstrom des Pulswechselrichters so gesteuert, daß er abnimmt. Wenn der Ausgangsstrom des Pulswechselrichters abnimmt und das Istwertsignal des Stromdetektors unterhalb der untersten Grenze der Hysteresisbreite (AH) liegt, wird das Ausgangssignal des Komparators wieder invertiert, so daß das zu steuernde Hauptschaltelement der Brücke eingeschaltet wird und der Ausgangsstrom des Pulswechselrichters ansteigt.

Wie dies oben beschrieben wurde, wird in der bekannten Vorrichtung die Abweichung des isrwerisignals des Stromdetektors in bezug auf das Sollwertsignal entsprechend der Hysteresisbreite (AH) des Komparators bestimmt.

Um die Eigenschaften der Vorrichtung zu verbessern, ist es wünschenswert, die Stromabweichung so klein wie möglich zu machen und im allgemeinen wird die Hysteresisbreite (AH) so weit wie möglich eingeengt.