DE3312288A1

DE3312288A1 - Leistungswechselrichter

Info

Publication number: DE3312288A1
Application number: DE19833312288
Authority: DE
Inventors: Motonobu Hattori; Akira Ishibashi; Hiromi Ishida; Kenji Nandoh
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-04-02
Filing date: 1983-04-05
Publication date: 1983-11-10
Also published as: US4527214A; JPS6255379B2; GB2119591A; GB2119591B; DE3312288C2; GB8309238D0; JPS58172927A

Description

- 4 _
Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Leistungswechselrichter mit einem überlastungsschutzgerät, das eine durch den Leistungswechselrichter angetriebene Last trotz Spannungs- und Frequenzänderungen des zur Last gelieferten Stroms vor überlastung schützen kann.

Als Stromunterbrechungssystem, das auf einen überstrom- oder überlastungszustand des zu schützenden Geräts anspricht, ist ein Stromunterbrecher der Stromermittlungsbauart (Thermorelais) bekannt, der in einer Stromversorgungsleitung angeordnet ist, die zu dem Gerät oder der Maschine führt, die eine Last bildet. Ein Nachteil eines derartigen Stromunterbrechers besteht darin, daß der Schutz der Last nicht zufriedenstellend erfolgen kann, wenn in den Lastbetriebsbedingungen Änderungen auftreten auf Grund von Änderungen der Parameter der Stromversorgungsquelle, etwa einer Änderung der Frequenz des zur Last gelieferten Stroms. Der bisherige Stromunterbrecher der Stromermittlungsbauart kann nämlich nur in Abhängigkeit von der Ermittlung einer bestimmten Stromstärke arbeiten. Wenn zum Beispiel ein herkömmlicher Elektromotor ohne äußere Kühlung durch einen Leistungswechselrichter betrieben wird, ist die Selbstkühlfähigkeit des Elektromotors äußerts verringert und wird überbeansprucht, wenn die Ausgangsfrequenz des Leistungswechselrichters herabgesetzt ist. Das heißt, wenn der Betrieb des Elektromotors bei herabgesetzter Ausgangsfrequenz des Leistungswechselrichters festgesetzt ist, ist die Selbstkühlfähigkeit des Elektromotors stark verschlechtert, was einen unzulässigen Temperaturanstieg selbst im Bereich von geringen Arbeitsströmen ergibt. Unter diesen Umständen kann der bekannte Stromunterbrecher der Stromermittlungsbauart die Last nicht vor überlastung schützen, da der Arbeitsstrom das Niveau nicht erreicht, auf das der Stromunterbrecher ansprechen kann. Kurz gesagt, ist der herkömmliche Stromunterbrecher der Stromermittlungsbauart nicht in der Lage, eine Last vor einem Schaden auf Grund eines Überlastungszustands zu schützen, wenn sich die Kühlung der

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Last auf Grund einer Änderung der Frequenz der Stromversorgung (d„ ho der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters) ändert.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Leistungswechselrichtersystems mit einem überlastungsschutzgerät, das eine Last vor überlastung selbst dann zuverlässig schützen kann, wenn sich die Kühlung der Last auf Grund von Änderungen oder Schwankungen der Ausgangsspannung oder Ausgangsfrequenz des Leistungswechselrichters ändert.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind vorgesehen: Ein Leistungswechselrichtersystem mit einem überlastungsschutzgerät, das eine Stromermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Stroms aufweist, der zu einer zu schützenden Last geliefert wird, ein Speicher zum Speichern der Kennlinie für die thermisch begrenzte-Lebensdauer der Last, bei der die der Last eigene Kühlwirkung in Betracht gezogen ist, und eine Abnormalitätsermittlungseinrichtung zum Erzeugen eines Abnormalitätssignals, wenn ein Endwert einen vorher im Speicher gespeicherten gegebenen Wert übersteigt, wobei der Endwert auf der Basis der ermittelten Werte des Stroms bestimmt wird, die durch die Stromermittlungseinrichtung ermittelt werden, und wobei das Abnormalitätssignal zum Auslösen von Maßnahmen verwendet wird, die die Last vor Überlastung schützen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Gesamtanordnung eines Leistungswechselrichters mit einem überlastungsschutzgerät nach einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine graphische Darstellung einer beispielsweisen thermischen Kennlinie eines Induktionsmotors;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangsfrequenz eines Leistungswechselrichtersystems auf der Abszisse und der Funktion α eines Kühlkoeffizienten auf der Ordinate;

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Gewinnung der Kennlinie für die thermisch begrenzte Lebensdauer durch Annäherung;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung des Vorgehens beim Schützen einer durch einen Leistungswechselrichter angetriebenen Last vor Überlastung;

Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Belastungsfähigkeit L und der Betriebsdrehzahl N eines Induktionsmotors.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird ein Wert, der einem zur vor überlastung zu schützenden Last gelieferten Primärstrom entspricht, mit Hilfe einer Recheneinheit in einem Leistungswechselrichter auf der Basis einer durchschnittlichen Gleichstroms bestimmt, der durch einen im Leistungswechselrichtersystem vorgesehenen Gleichstromkreis fließt, wobei ein Endwert des auf diese Weise bestimmten Primärstroms mit dem vorher in einem Speicher gespeicherten Wert für die thermisch begrenzte Lebensdauer verglichen wird. Ein Temperaturanstieg in der Last auf Grund einer Überlastung oder eines Überstroms wird somit vorhergesagt und unterbricht den Ausgangsstrom des Wechselrichters, um den Schutz der Last zu gewährleisten.

Fig. 1 zeigt als Blockdiagramm die Gesamtanordnung einer Leistungswechselrichtersystems mit einem überlastungsschutzgerät nach einer Ausführungsform der Erfindung. T-, T₂ und T₃ bezeichnen die Eingangsklemmen für eine Dreiphasen-Wechselstromquelle, CNV einen Umrichter zum ümrichten oder Gleichrichten des Drei-

■L Λ *■

-T-

phasen-Wechsel Stroms in Gleichstrom und INV einen Wechselrichter zum Umrichten oder Umformen des Gleichstroms wieder in einen Dreiphasen-Wechselstrom. Der Umrichter CNV und der Wechselrichter INV bestehen in an sich bekannter Weise aus Kombinationen von Transistoren bzw. Thyristoren. Die Bezugszeichen RS und CB bezeichnen einen Strombegrenzungswiderstand bzw. einen Glättungskondensator, die in einem Gleichstromkreis angeordnet sind und den Umrichter CNV mit dem Wechselrichter INV verbinden. Das Bezugszeichen C bezeichnet einen Wechselrichtersteuerschaltung zum hauptsächlichen Steuern einer Grundschaltung der Transistoren oder einer Torschaltung der Thyristoren, die jeweils den Umrichter CNV und/oder den Wechselrichter INV bilden. Die Wechselrichtersteuerschaltung enthält einen Festwertspeicher ROM zum Speichern von Steuermaßnahmen und verschiedener Daten, die zur Steuerung des Wechselrichters erforderlich sind, und einen Kurzzeitspeicher oder Speicher mit direktem Zugriff RAM zum Speichern verschiedener Zwischen- oder Übergangsdaten, die ebenfalls für die bezweckten Steuerungen erforderlich sind. Schnittstellen i/o dienen zum Umformen verschiedener analoger Mengen in digitale Mengen oder umgekehrt. Eine zentrale Prozeßeinheit CPU dient als Recheneinheit für das Leistungswechselrichtersystem zum Ausführen verschiedener Rechenvorgänge gemäß den vorher im ROM-Speicher gespeicherten Programmen. Die resultierenden Signale werden dabei verwendet zum Steuern der Grundschaltung der Transistoren oder der Torschaltung der Tyristoren, die den Wechselrichter INV bilden, mit Hilfe der Schnittstelle i/o» Der Ausgangsstrom des Wechselrichters INV ist über Ausgangsklemmen T., Tg und Tg mit einem Dreiphasen-Induktionsmotor IM (Last) verbunden.

Bei der oben beschriebenen Anordnung des Leistungswechselrichters ist es üblich, daß bei Betriebsbeginn des Wechselrichters die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung des Wechselrichters INV gemäß einem gegebenen Programm gesteuert werden zum Starten des Dreiphasen-Induktionsmotors. Wenn ferner ein Drehzahlbefehlssignal durch die Schnittstelle i/o von einer nicht gezeigten Drehzahleinstelleinheit eingegeben wird, erzeugt die Rechenein-

heit CPU des Leistungswechselrichters durch einen Rechenvorgang die Grund- oder Torsteuersignale, die zur Herstellung des Betriebszustands erforderlich sind, der durch die Drehzahleinstelleinheit befohlen wird, wobei die Grund- oder Torsteuersigna: durch die Schnittstelle i/o zum Wechselrichter INV geliefert werden und einen Betrieb des Dreiphasen-Induktionsmotors IM mit der befohlenen Drehzahl bewirken.

Ein Stromermittlungswiderstand RSH ist in dem den Umrichter CNV mit dem Wechselrichter INV verbindenden Gleichstromkreis angeordnet und dient zur Ermittlung der durch den Wechselrichter INV verbrauchten Gleichstrommenge. Ein am Stromermittlungswiderstand RSH erzeugter Spannungsabfall, dessen Größe proportional den Gleichstromverbrauch des Wechselrichters INV ist, wird durch die Schnittstelle i/o zum Wechselrichtersteuerkreis CON geliefert. Es sei ferner zu erwähnen, daß der Speicher ROM auch vorhergehend verschiedene Rechenprogramme speichert zum Schützen der Last (d.h. des Dreiphasen-Induktionsmotors im dargestellten Fall) und Kennlinien für die thermisch begrenzte Lebensdauer, wobei die zur Last gehörige Kühlwirkung in Betracht gezogen ist.

Es wird nun das grundlegende Arbeitsprinzip zum Schützen der Last gegen überlastung (einfach als überlastungsschutz bezeichnet im Leistungswechselrichtersystem der oben beschriebenen Anordnung beschrieben. Fig. 2 zeigt graphisch als Beispiel eine thermische Kennlinie eines von einer handelsüblichen Stromspeiseleitung gespeisten Induktionsmotors. Bei dieser Figur ist die Größe i_M des in den Induktionsmotor strömenden Primärstroms auf der Abszisse aufgetragen, während eine Funktion k einer einen ununter brochenen Betrieb ermöglichenden Zeit (thermisch zulärsige Zeitgrenze) auf der Ordinate aufgetragen ist. In einem Bereich A kann ein sicherer Betrieb des Induktionsmotors gewährleistet werden. Andererseits steht der Induktionsmotor unter überlastung und erfordert im Bereich B einen Schutz. Im allgemeinen ist die Temperaturzunahme des Induktionsmotors proportional einem Produkt aus dem Quadrat des Primärstroms i , der genannten Zeitfunktion k und einem die Kühlwirkung des Induktionsmotors wieder-

gebenden Kühlkoeffizienten. Wenn der Primärstrom des Induktionsmotors durch i ausgedrückt und die Zeit oder Dauer des Motorbetriebs durch t gegeben ist, während der TemperatürZuwachs ΔΤ beträgt, ist letzterer durch den folgenden Ausdruck gegeben:

t ■ 2
ΔΤ = / K_Q.i_M -dt , (1)

wobei K eine proportionale Konstante darstellt, die in Abhängigkeit vom Aufbau der Induktionsmotoren variiert und den Kühlkoeffizient einschließt. Die proportionale Konstante K ist auch eine Funktion der Betriebsdrehzahl (Zahl der Umdrehungen) des Induktionsmotors. Andererseits ist im Fall des PWM (Impulsbreitenmodulation) -Leistungswechselrichters der im Induktionsmotor fließende Primärstrom i., auf den durch den Gleichstromkreis ströinenden Gleichstrom i, bezogen, wobei der Gleichstromkreis den Umrichter CNV mit dem Wechselrichter INV verbindet. Diese Beziehung erfolgt durch die folgenden Ausdruck:

¹M = ^K1 ^{X K}2

wobei f: Ausgangsfrequenz des Leistungswechselrichters,

f : maximale Frequenz in einem Bereich mit konstantem max

Drehmoment,

K₁: Verhältnis zwischen der Gleichspannung des Gleichstromkreises und der Primärspannung (quadratischer Mittelwert) des Induktionsmotors bei der Frequenz

max'
a, b: Konstante

K,

\2*

/5 cos

η ; Wechselricht-Wirkungsgrad,

cos θ: Leistungsfaktor der Primärseite des Induktionsmotors .

Der Primärstrom i,„ des Induktionsmotors kann durch den Ausdruck (2) auf der Basis des Gleichstroms id berechnet werden, der durch Abtasten im gegebenen Zeitintervall mit Hilfe des Stromermittlungswiderstands RSH ermittelt wird. Die Größe des Primärstroms i.. wird durch einen Exponent η potentiert, der aus der Kurve für die thermisch begrenzte Lebensdauer des Induktionsmotors von Fig. 2 abgeleitet wird/ und wird mit einer in Fig. 3 graphisch dargestellten Funktion α des Kühlkoeffizient und einer Tastzeit (Ermittlungszeit) At multipliziert zur Bestimmung eines Endwerts I., der somit durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

I. (augenblicklich) = i ⁿ χ α χ At + I.(vorangehend) (3)

Der Strom-Endwert I. wird an jeder Tastzeit At erhalten. In Fig. 3 ist die Ausgangsfrequenz des Leistungswechselrichtersystems (Drehzahl des Induktionsmotors) auf der Abszisse aufgetragen, während die Funktion α des Kühlkoeffizienten auf der Ordinate aufgetragen ist. Gemäß Fig. 3 kann die Funktion des Kühlkoeffizienten positive (+), beinahe Null oder negative (-) Werte in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl des Induktionsmotors annehmen. Wenn der Endwert I. die maximale Laufzeitkurvö des Induktionsmotors gemäß Fig. 2 übersteigt/ kann festgestellt werden, daß die Temperatur des Induktionsmotors über die zulässige Grenze zugenommen hat und sich der Induktionsmotor im überlastetem Zustand befindet. In diesem Augenblick muß der Betrieb des Leistungswechselrichtersystems für den Schutz des Induktionsmotors unterbrochen werden.

In der Praxis erfolgen die Berechnungen mit den Ausdrücken (2) und (3) durch die Recheneinheit CPU in der Wechselrichtersteuerschaltung des Leistungswechselrichtersystems von Fig. 1. Ein Beispiel einer derartigen Berechnung wird in Verbindung mit Fig. 1, 4 und 5 erläutert. Fig. 4 zeigt graphisch einen Näherungsvorgang zur Verarbeitung des Kennlinie I für die thermisch begrenzte Lebensdauer, wonach der Primärstrom i_M in mehrere

β Λ ·»

Abschnitte A-E aufgeteilt wird, zu denen jeweils thermische Zeitgrenzen k_-k„ gehören. Die sich aus der schrittweisen Nähe-

A Γι

rung der thermischen Zeitbegrenzungskurve ergebenden Werte m werden zunächst im Speicher ROM in Form einer numerischen Tabelle gespeichert ,die die Primärströme i und die Funktionen k der thermisch begrenzten Lebensdauer aufführt. Ferner werden zunächst auch die Beziehungen zwischen den Funktionen α der Kühlkoeffizienten und der Betriebsdrehzahlen N (Ausgangsfrequenzen f des Leistungswechselrichters) im Speicher ROM in Form einer numerischen Tabelle gespeichert. Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm für das Vorgehen zum Schutz gegen überlastung. Der inhalt dieses Flußdiagramms wird auch im Speicher ROM in Form eines Prozeßprogramms gespeichert. Zusätzliche werden im Kurzzeitspeicher RAM Speicherbereiche zur Speicherung des Endwerts I^ für jeden Abschnitt A-E reserviert.

Gemäß Fig. 5 ruft die Recheneinheit CPU in der Wechselrichtersteuerschaltung CON das zugehörige Programm vom Speicher ROM ab und ermittelt den Spannungsabfall am Stromermittlungswiderstand RSH (Stärke des Gleichstroms id) durch eine Schnittstelle i/o und berechnet den Primärstrom i_M gemäß dem Ausdruck (2) auf der Basis des ermittelten Gleichstroms. Die Recheneinheit CPU bestimmt dann denjenigen der vorher im Speicher ROM gespeicherten Primärstromabschnitt, dem der berechnete Primärstrom i entspricht. Danach werden gemäß der Stromausgangsfrequenz und der Befehlsgröße des Wechselrichtersystems (letzterer besteht aus den im Kurzzeitspeicher RAM gespeicherten Daten, die die Ausgangsfrequenz des Wechselrichtersystems steuern). Die entsprechenden Daten der Funktion α des Kühlkoeffizienten aus dem Speicher ROM ausgelesen, worauf der Rechenvorgang gemäß dem Ausdruck (3) erfolgt. Der resultierende Wert I. wird im Speicherbereich des Kurzzeitspeichers gespeichert, der dem vorangehend bestimmten Abschnitt des PrimärStroms entspricht. Als nächstes liest die Recheneinheit CPU die Funktion k der thermisch begrenzten Lebensdauer entsprechend dem vorher bestimmten Primärstromabschnitt aus der zugehörigen und vorher im Speicher ROm gespei-

cherten Tabelle und vergleicht die ausgelesene Funktion k mit dem erhaltenen Wert I.. Wenn der Wert I^ gleich der Funktion k der thermisch begrenzten Lebensdauer ist oder letztere übersteigt, wird ein Abnormalitätssignal ausgegeben, das die überlastungsabnormalität anzeigt. Wenn die Überlastungsabnormalität auf diese Weise durch die Recheneinheit CPU festgestellt ist, wird die Zufuhr des Grundsteuersignals oder des Torsteuersignals zum Wechselrichter INV oder zum Umrichter CNV durch die Schnittstelle i/o unterbrochen und beendet den Betrieb des Wechselrichters INV oder des Umrichters CNV. Wenn der oben erwähnte VergleicJ ergibt, daß der Wert I. der Funktion k der thermisch begrenzten Lebensdauer noch nicht genügt, wird durch die Recheneinheit CPU bestimmt, ob eine im Hinblick auf die Sicherheit vorgegebene Sicherheitszeit abgelaufen ist oder nicht. Sofern die Sicherheitszeit nicht abgelaufen ist, wird die Tastzeit At zusammengezählt, was vom Auslösen des Gleichstroms id und der oben beschriebenen Verarbeitung gefolgt wird. Wenn die summierende Verarbeitung gemäß dem Ausdruck (3) wiederholt wird, entsteht ein summierter Fehler, der einen Unterschied gegenüber der tatsächlichen Funktion k der thermisch begrenzten Lebensdauer darstellt. Wenn demnach die Entscheidung einer überlastungsabnormalität für eine gegebene Zeitdauer nicht ausgegeben wird, werden die einzelnen Entwerte I. gelöscht oder auf Null zurückgestellt. Dies Entwerte I. sind in den Speicherbereichen gespeichert, die im Kurzzeitspeicher RAM gemäß den Abschnitten des Primärstroms reser viert sind. Im Anschluß an das Löschen der Speicherbereiche des Kurzzeitspeichers RAM wird ebenfalls ein Taktgeber zur Messung einer gegebenen Zeitdauer auf Null zurückgestellt. Nach der Ausführung der Verarbeitung zur Initialisierung auf diese Weise ruft die Recheneinheit CPU wieder den Gleichstrom id ab, wc nach die oben beschriebenen Vorgänge folgen. Auf diese Weise kann die Last vor einer Überlastung geschützt werden durch die verschiedenen ausgeführten Verarbeitungen unter Verwendung der Steuereinheides Leistungswechselrichtersystems ohne das Erfordernis, zu dieser Zweck ein äußeres Verarbeitungsgerät vorzusehen.

Im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform werden die Speicherbereiche für das Speichern bzw. die Endwrte I., bestimmt für jeden in mehrere Abschnitte unterteilten Abschnitt des Primärstroms i , im Kurzzeitspeicher RAM reserviert. Eine ähnliche Wirkung kann jedoch auch dadurch erzielt werden, daß im Kurzzeitspeicher RAM ein Speicherbereich zum Speichern von Daten vorgesehen ist, die den Prozentsatz des Endwerts I. bezüglich der thermisch begrenzten Lebensdauer t darstellen. Im einzelnen wird während der Ausführung des Rechenvorgangs gemäß dem Ausdruck (3) der Prozentsatz der Funktion k der thermisch begrenzten Lebensdauer bestimmt, dem der Wert -· i_M ⁿ χ α χ t an den Abschnitten A, B, ...E des Primärstroms i entspricht, wobei die berechneten Werte summiert werden. Wenn die summierten Werte 100 % der Funktion k der thermisch begrenzten Lebensdauer erreicht haben, findet der Schutz der Last gegen überlastung statt. Konkreter ausgedrückt, tastet die Recheneinheit CPU den Gleichstrom id ab und berechnet den Primärstrom i gemäß dem Ausdruck (2). Die Funktion k der thermisch begrenzten Lebensdauer, die dem Abschnitt entspricht, zu der der berechnete Wert des Primärstroms i gehört, wird aus der numerischen Tabelle ausgelesen, die im Speicher ROM gespeichert ist und Kombinationen des Primärstroms i_M und der Funktion k enthält. Darauf erfolgt der Rechenvorgang durch die Recheneinheit CPU gemäß dem folgenden Ausdruck:

i ⁿ χ α x t · J = — ζ x 100 (%)

Für die Funktion k wird der dem berechneten Primärstrom i., ent-

sprechende Wert k_, k_., ... oder k_ verwendet. Der relative

■ - . - A Jj Ji

Endwert J (%) der thermisch begrenzten Lebensdauer, bestimmt gemäß dem Ausdruck (4), wird nachfolgende zu dem im Speicherbereich des Kurzzeitspeichers RAM gespeicherten relativen Endwert J (%) addiert und nachfolgend im selben Speicherbereich gespeichert. Wenn der Endwert 100 % der Funktion k erreicht, wird dies durch

die Recheneinheit CPU erkannt, wodurch die Verarbeitung für den Überlastungsschutz zum Schutz der Last gegen Überlastung ausgeführt wird.

Im Fall der oben beschriebenen Ausführungsform, bei der die absoluten oder relativen Werte der thermisch begrenzten Lebensdauer aufeinanderfolgend summiert werden, ist es möglich, den Temperaturzustand der Last vorherzusagen und Schutzmaßnahmen für die Last auf der Basis des Ergebnisses der Vorhersage zu ergreifen. In der obigen Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung wurde angenommen, daß die Kennlinie der thermisch begrenzten Lebansdauer, die in Anbetracht der vor Überlastung zu schützenden Last eigenen Kühlwirkung bestimmt wird, vorher im Speicher ROM in Form einer numerischen Tabelle gespeichert wird, die Kombinationen von Daten für die Primärströme I.. und die

Funktionen k der thermisch begrenzten Lebensdauer enthält. Es ist jedoch möglich, im Speicher ROM vorher folgendes gesondert zu speichern: Eine numerische Tabelle von allgemeinerer Art der Kennlinien für die thermisch begrenzte Lebensdauer, in der die Kühlwirkung nicht in Betracht gezogen wird, und eine numerische Tabelle, die diejenigen Kühlkoeffizienten enthält, die einem Betriebsparameter der Last entsprechen (z. B. der Drehzahl im Fall eines Elektromotors).. Der Schutz der Last gegen Überlastung erfolgt dann durch Bezugnahme auf beide numerische Tabellen. Ferner kann anstelle der Aufstellung der numerischen Tabelle oder Tabellen die Kennlinie für die thermisch begrenzte Lebensdauer in Form eines numerischen Funktion gespeicher werden, wodurch der Schutz gegen Überlastung auf der Basis der gespeicherten numerischen Funktion erfolgt. In der obigen Beschreibung wurde auch angenommen, daß das überlastung;, schutzgerät im Leistungswechselrichtersystem integriert ist. Selbstverständlich kann das überlastungsschutzgerät auch als gesonderte Einheit im Rahmen der Erfindung ausgeführt werden. In diesem Fall sind vorgesehen: Eine Relaisschaltung zur Unterbrechung des Ausgangsstroms des Wechselrichtersystems und eine Antriebseinrichtun« zum Antreiben der Relaisschaltung. Außerdem kann die Ermittlung des Laststroms durch einen Stromtransformator anstatt durch den

Ermittlungswiderstand erfolgen. Obwohl die Abnormalitätsermittlung mit Hilfe von Digitalschaltungen ausgeführt beschrieben ist, kann diese Funktion selbstverständlich auch unter Verwendung von Analogschaltungen erfolgen.

Wenn im allgemeinen die Drehzahl des Motors verringert wird/ wird auch dessen Kühlwirkung verringert. In diesem Fall sollte gemäß Fig. 6 das Lastdrehmoment L im Niederdrehzahlbereich verringert werden.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, ist erfindungsgemäß ein Leistungswechselrichtersystem vorgesehen, das mit einem überlastungsschutzgerät versehen ist mit einer Stromermittlungseinrichtung, zum Ermitteln eines zu einer Last gelieferten Stroms, mit einem Speicher zum Speichern der Kennlinie für die thermisch begrenzte Lebensdauer, bei der die der Last eigene Kühlwirkung in Betracht gezogen ist, und eine Abnormalitätermittlungseinrichtung zum Erzeugen eines Abnormalitätssignals, das den Schutz der Last gegen überlastung steuert, wenn ein summierter Wert oder Endwert einen im Speicher gespeicherten gegebenen Wert übersteigt. Dieser Endwert beruht auf Berechnungen auf der Basis der Ausgänge der Stromermittlungseinrichtung zur Bestimmung oder Vorhersage des Temperaturzustands der Last. Demnach kann beim Leistungswechselrichtungssystem nach der Erfindung die Last, etwa ein Elektromotor, zuverlässig gegen überlastung auf Grund der betriebssicheren Überlastungsermittlungen geschützt werden, und zwar trotz Änderungen der Bedingungen oder Parameter der Stromversorgungsquelle (d. h. des Wechselrichterausgangs) und der Kühlwirkung der Last.

Leerseite

Claims

βι-₃«.β3.ρ
Sieinsdorfstr. 1O₁8000 München 22

HITACHI, LTD, Tokyo, Japan

Leistungswechselrichter

Patentansprüche

1„ Leistungswechselrichter,

gekennzeichnet

- durch einen Umrichter (CNV) zum Umrichten von Wechselstrom in Gleichstrom,

- durch einen Wechselrichter (INV) zum Umrichten von Gleichstrom in Wechselstrom,

- durch ein Überlastungsschutzgerät mit einer Stromermittlungseinrichtung (RSH) zum Ermitteln eines vom Umrichter (CNV) zum Wechselrichter (INV) zu liefernden Stroms,

- durch einen Speicher (ROM, RAM) zum Speichern von Kennwerten für die thermisch begrenzte Lebensdauer, die vorher bestimmt werden in Anbetracht einer Kühlwirkung einer vom Leistungswechselrichter angetriebenen Last (IM), und

- durch eine Abnormalitätermittlungseinrichtung (CON, CPU) zum Erzeugen eines Abnormalitätssignals zum Unterbrechen des Betriebs des Wechselrichters (INV) oder des Umrichters (CNV), wenn ein Endwert einen entsprechenden der im Speicher (ROM, RAM) gespeicherten Werte übersteigt, wobei der Endwert auf der Basis von Werten des Stroms rechnerisch bestimmt wird, der durch die Stromermittlungseinrichtung (RSH) in einem gegebenen Zeitintervall periodisch bestimmt wird.

81-A7724-03
2. Leistungswechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß mehrere Ermittlungsbereiche (A-E) in Abhängigkeit von dem durch die Stromermittlungseinrichtung (RSH) ermittelten Wert vorgesehen sind,

- daß der Endwert in jedem der Ermittlungsbereiche (A-E) ermittelt wird, und

- daß das Abnormalitätssignal ausgegeben wird, wenn irgendeiner der in den Ermittlungsbereichen (A-E) bestimmten Werte einen entsprechenden der im Speicher (ROM, RAM) gespeicherten Werte übersteigt.
3. Leistungswechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein Stromermittlungswiderstand (RSH) zwischen dem Umrichter (CNV) und dem Wechselrichter (INV) eingesetzt ist, und

- daß die Stromermittlungseinrichtung einen am Stromermittlungswiderstand (RSH) erzeugten Spannungsabfall ermitteln kann.
4. Leistungswechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Abnormalitätermittlungseinrichtung (CON, CPU) derart arbeitet, daß der Endwert in jedem gegeber ";n Zeitintervall auf Null zurückgestellt wird.
5. Leistungswechselrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Speicher (ROM) die Kennwerte für die thermisch begrenzte Lebensdauer speichert, die derart bestimmt werden, daß die Zeit vergrößert wird, in der die Last ständig betrieben werden dar, wenn der Ermittlungsbereich, zu dem der ermittelte Strom gehört, unter den Stromermittlungsbereichen (A-E) weniger ausgeprägt ist.

6= Leistungswechselrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Speicher eine numerische Funktion speichert, die die Kennwerte für die thermisch begrenzte Lebensdauer wiedergibt.