DE3717119A1 - Verfahren und einrichtung zum steuern des bremswiderstandes eines frequenzwandlers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrich­ tung zum Steuern des Bremswiderstandes eines Frequenz­ wandlers, welcher Bremswiderstand im Gleichstromschalt­ kreis des Frequenzwandlers mit einem in Reihe mit dem Bremswiderstand geschalteten Schalter gesteuert wird. Bei diesem Verfahren wird der Bremswiderstand so gesteu­ ert, daß er leitend ist, wenn eine Istwertspannung, die von einer mittels einer Gleichrichterbrücke aus dem Dreiphasennetz gleichgerichteten Spannung abgeleitet ist, einen höheren Wert hat als eine gegebene Bezugs­ spannung.

In vielen Anwendungsfällen handelt es sich bei dem von einem Frequenzwandler versorgten Verbraucher um eine Vierquadrantenvorrichtung, beispielsweise einen Aufzugs­ motor. Das bedeutet, daß in beiden Umdrehungsrichtungen sowohl positive als auch negative Drehmomente auftreten, und dabei fließt Strom in beiden Richtungen.

Häufig wird, um die zurückfließende Energie unter Kon­ trolle zu bekommen, ein Bremswiderstand in der Gleich­ stromschaltung des Frequenzwandlers mit einem Schalter zum Steuern desselben vorgesehen. Dieser Schalter kann z. B. ein Transistor sein. Diese Art der Handhabung der vom Verbraucher zurückfließenden Energie ist sehr emp­ findlich beispielsweise im Fall eines Aufzugs mit Ge­ triebeübertragung. Insbesondere wenn eine Schneckenrad­ übertragung vorgesehen ist, deren Wirkungsgrad niedrig ist, wird nur eine geringe Menge Energie zurückgeleitet. Deshalb kann mit ziemlich kleinen Widerständen die zu­ rückgeleitete Energie in Wärme umgewandelt werden. Das Widerstandsbremsen hat noch einen weiteren Vorteil bei der Aufzugsbetätigung. Wenn ein Aufzug mit einem Not­ stromaggregat arbeiten muß, bei dem es schwierig ist, zu­ rückgeleitete Energie unter Kontrolle zu bekommen, stellt das Widerstandsbremsen eine vorteilhafte Alternative dar.

Allerdings wirft die zum Widerstandsbremsen gehörende Schaltungstechnik gewisse Schwierigkeiten auf. Insbeson­ dere wenn der Bremsschaltkreis das absolute Gleichspan­ nungsniveau in der Zwischenspannungsschaltung des Fre­ quenzwandlers mißt, ergeben sich Schwierigkeiten bei Schwankungen der Spannung von der Netzzufuhr, weil der Bremswiderstand leitend geschaltet wird, wenn die Span­ nung eine im voraus eingestellte Grenze überschreitet. Insbesondere in Situationen mit Überspannung versucht der Bremsschaltkreis das Ansteigen der Netzspannung zu beherrschen. In diesen Fällen bleibt der Bremswiderstand kontinuierlich leitend. Auf der anderen Seite ist es wirtschaftlich nicht rentabel, den Bremswiderstand so zu bemessen, daß er ständig leitend ist, weil er dann unverhältnismäßig groß würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung zum Steuern des Brems­ widerstandes eines Frequenzwandlers zeichnet sich da­ durch aus, daß eine Bezugsspannung aus einer Spannung gebildet wird, die mittels einer weiteren Gleichrichter­ brücke aus dem Dreiphasennetz gleichgerichtet wurde. Wenn die Bezugsspannung mit einer eigenen Gleichrichter­ brücke erzeugt wird, erhält man eine Bezugsspannung, die von der Gleichspannung des Frequenzwandlers unabhängig ist und der Wechselspannung folgt, die dem Frequenzwand­ ler zugeführt wird. Ein solches Prinzip ist auch dann sicher, wenn im Wechselstromversorgungsnetz Überspannung auftritt. Ferner kann die Energiezufuhr zur Bezugsspan­ nungsschaltung auf einfache Weise aus dem Dreiphasennetz entnommen werden, welches den Frequenzwandler versorgt.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Bezugsspannung durch Kombinieren von Spannungen gebildet wird, die zur positiven und zur negativen Spannung der aus dem Dreiphasennetz mittels einer weiteren Gleichrich­ terbrücke gleichgerichteten Spannung proportional sind. Der so erhaltenen Spannung wird eine Verstärkung oder Steigerung hinzugefügt, aufgrund der die Bezugsspannung erhöht und die Dauer des Leitens des Bremswiderstandes verkürzt wird.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ge­ mäß der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Istwertspannung durch Kombinieren von Spannungen ge­ bildet wird, die zur positiven und negativen Spannung der mittels einer Gleichrichterbrücke aus dem Dreiphasen­ netz gleichgerichteten Spannung proportional sind.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Verfahrens zeichnet sich ferner dadurch aus, daß die zweite Gleichrichterbrücke aus Dioden besteht.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ge­ mäß der Erfindung ist auch dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter ein Transistor benutzt wird.

Die Einrichtung, mittels der das erfindungsgemäße Ver­ fahren angewandt wird, weist einen mit dem Bremswider­ stand in Reihe geschalteten Schalter zum Steuern des Bremswiderstandes im Gleichstromschaltkreis des Frequenz­ wandlers auf, sowie eine Vergleichsschaltung, die eine aus der mittels einer Gleichrichterbrücke aus dem Drei­ phasennetz gleichgerichteten Spannung gebildete Istwert­ spannung mit der Bezugsspannung vergleicht, und einen Schaltkreis, der die Istwertspannung bildet. Diese Ein­ richtung zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine zweite Gleichrichterbrücke aufweist, mittels der die Dreiphasen­ spannung gleichgerichtet wird, sowie einen Schaltkreis, der die Bezugsspannung bildet.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß der Schaltkreis zum Bilden der Be­ zugsspannung ein Summierglied aufweist, welches Span­ nungen, die zur positiven und negativen Spannung im Gleichstromschaltkreis proportional sind, kombiniert, einen Verstärker, der die positive Spannung an das Sum­ mierglied anpaßt, sowie einen Trimmer, der die Hervorhe­ bung der Bezugsspannung an das Summierglied richtet und dieses einstellt.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Einrichtung zum Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis zum Bilden der Istwertspannung ein Summierglied aufweist, welches Spannungen proportional zur positiven und negativen Span­ nung im Gleichstromschaltkreis kombiniert, sowie einen Verstärker, der die positive Spannung an das Summier­ glied anpaßt.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der das erfindungs­ gemäße Verfahren verwirklichenden Einrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, daß die zweite Gleichrichter­ brücke Dioden enthält.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der das erfindungs­ gemäße Verfahren verwirklichenden Einrichtung zeichnet sich auch dadurch aus, daß der Schalter ein Transistor ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaf­ ten Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Wechselstrommotor mit Frequenzwandler;

Fig. 2a die Phasenspannungen eines Dreiphasennetzes;

Fig. 2b die aus den Phasenspannungen des Dreiphasennetzes im Gleichstromschaltkreis des Frequenzwandlers gebildeten positiven und negativen Spannungen sowie die aus deren Differenz bestehende Span­ nung im Gleichstromschaltkreis des Frequenz­ wandlers.

Zunächst soll die Steuerung gemäß der Erfindung des Bremswiderstandes des Frequenzwandlers unter Hinweis auf Fig. 1 erläutert werden, aus der hervorgeht, daß der Frequenzwandler einen Wechselstrommotor 3 speist. Der Frequenzwandler weist eine Gleichrichterbrücke 1 auf, die aus Dioden D 1- D 6 besteht, einen Kondensator C 1 im Gleichstromschaltkreis des Frequenzwandlers, der zum Filtern der Gleichspannung benutzt wird, einen Wechsel­ stromumformer 2, der die dem Motor 3 zuzuführende Drei­ phasenspannung bildet, sowie einen Bremswiderstand R 1 im Gleichstromschaltkreis des Frequenzwandlers und einen der Steuerung dienenden Transistor Q 1, der als Schalter funktioniert. Im Frequenzwandler 2 können beispielsweise Transistoren als Halbleiterschalter vorgesehen sein.

Die Spannung des Dreiphasennetzes, deren Phasenspannungen UR, US und UT in Fig. 2a gezeigt sind, wird mittels der Gleichrichterbrücke 1 zu der in Fig. 2b gezeigten Gleichspannung dU 1 gleichgerichtet. Die Gleichspannung dU 1 wird als Differenz der positiven Spannung pU 1 und der negativen Spannung nU 1 gemäß Fig. 2b erhalten. Die Gleichspannung dU 1 enthält eine Wechselkomponente, wel­ che mit einer Frequenz schwingt, die dem Sechsfachen der Netzfrequenz entspricht.

Aufgabe des Bremswiderstandes R 1 ist es, bei bremsendem Motor 3 diejenige Energie in Wärme umzuwandeln, die die Gleichstromschaltung über den Wechselstromumformer 2 abgibt. Der Bremswiderstand R 1 ist mittels des Transi­ stors Q 1 so gesteuert, daß er dann leitend ist, wenn eine Istwertspannung U 1, die aus der mittels der Gleich­ richterbrücke 1 aus dem Dreiphasennetz gleichgerichteten Spannung gebildet wird, über einer Bezugsspannung U 2 liegt. Wenn der Motor 3 bremst, steigt die Spannung im Gleichstromschaltkreis des Frequenzwandlers, weil Strom vom Motor 3 zum Gleichstromschaltkreis fließt. Unter diesen Bedingungen arbeitet der Wechselstromumformer 2 als Gleichrichter. Die Istwertspannung U 1 entsteht in einem Schaltkreis 5 zum Bilden der Istwertspannung. Ge­ mäß der Erfindung wird die Bezugsspannung U 2 in einem Schaltkreis 6 zum Bilden der Bezugsspannung aus der Spannung gebildet, die mittels einer aus Dioden D 7- D 12 bestehenden zweiten Gleichrichterbrücke 4 aus dem Drei­ phasennetz gleichgerichtet wird. Sie besteht aus der Differenz zwischen der positiven Spannung pU 2 und der negativen Spannung nU 2. Ein in Fig. 1 gezeigter Sieb­ kreis 7, der aus einem Kondensator C 2 und einem Wider­ stand R 2 besteht, hat die Aufgabe, die resultierende Spannung zu filtern Damit wird klar, daß die aus der Differenz der positiven Spannung pU 2 und der negativen Spannung nU 2 gebildete Spannung nicht die gleiche Wellig­ keit hat wie die Spannung dU 1.

Der Schaltkreis 6 zum Bilden der Bezugsspannung weist einen Verstärker 12 auf, der die positive Spannung pU 2 in negative Spannung ändert und das Niveau der Spannung pU 2 reduziert, damit es für in den Verstärkern, Summier­ gliedern und Vergleichsschaltungen benutzte Operations­ verstärker geeignet ist. In einem Summierglied 13 werden Spannungen proportional zu der von der zweiten Gleich­ richterbrücke 4 gebildeten positiven Spannung pU 2 und negativen Spannung nU 2 kombiniert. Der Pegel der negati­ ven Spannung nU 2 kann mittels eines Eingangswiderstandes im Summierglied 13 herabgesetzt werden.

Der Schaltkreis 5 zum Bilden der Istwertspannung weist einen Verstärker 10 auf, der das Niveau der positiven Spannung pU 1 reduziert, und diese Spannung wird in eine negative umgeformt. In einem Summierglied 11 werden Spannungen kombiniert, die proportional zu der von der Gleichrichterbrücke 1 gebildeten positiven Spannung pU 1 und negativen Spannung nU 1 sind. Der Pegel der negativen Spannung nU 1 kann mittels eines Eingangswiderstandes im Summierglied 11 herabgesetzt werden.

Ein Vergleich zwischen der Istwertspannung U 1 und der Be­ zugsspannung U 2 erfolgt in einer Vergleichsschaltung 8. Am Ausgang der Vergleichsschaltung 8 wird ein Steuersig­ nal für eine Steuereinrichtung 9 des Transistors Q 1 er­ halten. Der Transistor Q 1 wird mittels der Steuereinrich­ tung 9 so gesteuert, daß der im gleichen Zweig des Gleichstromschaltkreises mit dem Transistor Q 1 angeordne­ te Bremswiderstand R 1 dann leitend ist, wenn die Ist­ wertspannung U 1 größer ist als die Bezugsspannung U 2. Dem Summierglied 13 wird ferner über einen Trimmer TR 1 eine Spannung V- zugeführt, mittels der eine verstell­ bare Verstärkung zu der Bezugsspannung U 2 hinzugefügt wird. Diese Verstärkung dient dazu, die Bezugsspannung U 2 zu erhöhen, damit die Periode, während der der Brems­ widerstand R 1 leitend ist, abgekürzt werden kann. Durch Verkürzen dieser leitenden Zeit des Bremswiderstandes R 1 kann ein kleinerer Bremswiderstand R 1 gewählt werden. Die Steuereinrichtung 9 kann beispielsweise in Form einer Doppelemitterfolgeschaltung vorgesehen sein, und am Eingang der Steuereinrichtung 9 kann ein Optoisolator angeordnet sein, um eine galvanische Isolierung zu erhalten.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern des Bremswiderstandes eines Frequenzwandlers, welcher Bremswiderstand (R 1) im Gleichstromschaltkreis des Frequenzwandlers mittels eines mit dem Bremswiderstand (R 1) in Reihe geschalteten Schalters (Q 1) gesteuert wird, bei dem der Bremswider­ stand (R 1) so gesteuert ist, daß er dann leitend ist, wenn eine Istwertspannung (U 1), die aus einer Spannung gebildet wird, welche mittels einer Gleichrichterbrücke (1) aus dem Dreiphasennetz gleichgerichtet wird, über einer Bezugsspannung (U 2) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugs­ spannung (U 2) von einer Spannung gebildet wird, die mit­ tels einer zweiten Gleichrichterbrücke (4) aus dem Drei­ phasennetz gleichgerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugs­ spannung (U 2) durch Kombinieren von Spannungen gebildet wird, die proportional zur positiven Spannung (pU 2) und zur negativen Spannung (nU 2) der mittels der zweiten Gleichrichterbrücke (4) aus dem Dreiphasennetz gleichge­ richteten Spannung sind, und daß der so erhaltenen Span­ nung eine Verstärkung hinzugefügt wird, mittels der die Bezugsspannung (U 2) erhöht und die Dauer des Leitens des Bremswiderstandes (R 1) verkürzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwert­ spannung (U 1) durch Kombinieren von Spannungen gebildet wird, die proportional zur positiven Spannung (pU 1) und zur negativen Spannung (nU 1) der mittels der Gleichrich­ terbrücke (1) aus dem Dreiphasennetz gleichgerichteten Spannung sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichrichterbrücke (4) aus Dioden (D 7- D 12) besteht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (Q 1) ein Transistor benutzt wird.

6. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens ge­ mäß Anspruch 1 mit einem Schalter (Q 1), der mit dem Bremswiderstand (R 1) in Reihe geschaltet ist, um den Bremswiderstand (R 1) im Gleichstromschaltkreis des Fre­ quenzwandlers zu steuern, einer Vergleichsschaltung (8), die die Istwertspannung (U 1), welche aus einer aus dem Dreiphasennetz gleichgerichteten Spannung gebildet ist, mit der Bezugsspannung (U 2) vergleicht, und einem Schalt­ kreis (5) zum Bilden der Istwertspannung (U 1), gekennzeichnet durch eine zweite Gleich­ richterbrücke (4), die die Dreiphasenspannung gleichrich­ tet, und durch einen Schaltkreis (6) zum Bilden der Be­ zugsspannung (U 2).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt­ kreis (6) zum Bilden der Bezugsspannung ein Summierglied (13), welches Spannungen proportional zur positiven Spannung (pU 2) und zur negativen Spannung (nU 2) des Gleichstromschaltkreises kombiniert, einen Verstärker (12), der die positive Spannung (pU 2) an das Summier­ glied (13) anpaßt, und einen Trimmer (TR 1) aufweist, der die Verstärkung der Bezugsspannung (U 2) an das Summier­ glied (13) weitergibt und dasselbe einstellt.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalt­ kreis (5) zum Bilden der Istwertspannung ein Summier­ glied (11), welches Spannungen proportional zur positiven Spannung (pU 1) und zur negativen Spannung (nU 1) des Gleichstromschaltkreises kombiniert, und einen Verstärker (10) aufweist, der die positive Spannung (pU 1) an das Summierglied (11) anpaßt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichrichterbrücke (4) Dioden (D 7- D 12) enthält.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Q 1) ein Transistor ist.