DE3717119C3 - Verfahren und Einrichtung zum Regeln des Bremswiderstandes eines Frequenzwandlers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Ein­ richtung zum Regeln des Bremswiderstandes eines Frequenz­ wandlers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In vielen Anwendungsfällen handelt es sich bei dem von einem Frequenzwandler versorgten Verbraucher um ein Vierquadrantengerät, beispielsweise einen Aufzugsmotor. 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 abzulei­ ten, im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzwandlers ein Bremswiderstand vorgesehen, der über einen Schalter geregelt wird. Dieser Schalter kann z. B. ein Transistor sein. Beispielsweise im Fall eines Aufzugs mit Getriebeüber­ tragung ist diese Art der Ableitung der beim Bremsen vom Verbraucher zurückfließenden Energie sehr effizient. Insbe­ sondere wenn eine Schneckenrad-Übertragung vorgesehen ist, deren Wirkungsgrad niedrig ist, wird nur ein geringer Ener­ giebetrag zurückgeleitet. Deshalb kann mit ziemlich kleinen Widerständen die zurückgeleitete Energie in Wärme umgewandelt werden. Im Aufzugsbetrieb hat das Widerstandsbremsen noch einen weiteren Vorteil. Wenn ein Aufzug mit einem Notstrom­ aggregat arbeiten muß, bei dem es schwierig ist, zurückge­ leitete Energie in das Generatornetz einzuspeisen, stellt das Widerstandsbremsen eine vorteilhafte Alternative dar.

Allerdings wirft die zum Widerstandsbremsen gehörende Schaltungstechnik gewisse Schwierigkeiten auf. So ist bei­ spielsweise aus den technischen Mitteilungen AEG-Telefunken 69 (1979), Heft 5/6, Seiten 197-201, eine Umrichterschaltung mit einem geregelten Bremswiderstand im Gleichspannungszwi­ schenkreis bekannt, bei der die Istspannung des Gleichspan­ nungszwischenkreises mit einem fest vorgegebenen Sollwert verglichen wird, und bei Überschreiten des Sollwerts den Bremswiderstand über den Regelkreis einschaltet. Insbesonde­ re wenn der Bremsschaltkreis auf diese Weise den absoluten Spannungspegel im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenz­ wandlers mißt, ergeben sich bei Netzspannungsschwankungen Schwierigkeiten, weil der Bremswiderstand leitend geschal­ tet wird, wenn die Spannung die im voraus eingestellte Gren­ ze überschreitet. Insbesondere in Situationen mit Überspan­ nung versucht der Bremsschaltkreis das Ansteigen der Netz­ spannung zu beherrschen. In diesen Fällen bleibt der Brems­ widerstand kontinuierlich leitend. Auf der anderen Seite ist es wirtschaftlich nicht rentabel den Bremswiderstand so zu bemessen, daß er ständig leitend sein kann, weil er dann unverhältnismäßig groß würde.

In einem Übersichtsplan der Firma Siemens AG zum Umrichter SIMOVERT P mit Pulswiderstand, Nov. 1980, ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, die einen Frequenz­ umrichter zur Ansteuerung eines Motors aufweist. Die Vorrichtung weist einen Pulswiderstand auf, der mittels eines PID-Reglers im Schubbetrieb des Motors angesteuert wird. In dem PID-Regler wird eine Bezugsspannung mit der Istwertspannung verglichen. Die Bezugsspannung wird beeinflußt von einer aus einer zweiten Gleichrichterbrücke erhaltenen Gleichspannung. Diese Schaltung ermöglicht zwar eine variable Ansteuerung des Pulswiderstandes, ist andererseits jedoch sehr aufwendig aufgebaut.

Aufgabe der Erfindung ist es, in einfacher Weise ein Verfahren und eine Schaltung zur Regelung des Bremswiderstands eines Frequenz­ wandlers zu schaffen, die abhängig von der Netzspannung eine variable Ansprechschwelle für das Einschalten des Bremswiderstandes liefert und den Bremswiderstand nicht bei Netzüberspannungen einschaltet. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen.

Das Verfahren und die Einrichtung gemäß der Erfindung zum Regeln des Bremswiderstandes eines Frequenzwandlers zeichnen sich dadurch aus, daß eine Bezugsspannung für das Einsetzen der Bremsregelung aus einer Spannung gebildet wird, die mittels einer zweiten Gleichrichterbrücke aus dem Dreiphasennetz gleichgerichtet wurde. Wenn die Bezugs­ spannung mit einer eigenen Gleichrichterbrücke erzeugt wird, erhält man eine Bezugsspannung, die von der Spannung im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzwandlers unabhängig ist und der Wechselspannung folgt, die dem Frequenzwandler zugeführt wird. Ein solches Prinzip funktioniert auch dann sicher, wenn im Wechselstromversorgungsnetz Überspannungen auftreten. Ferner kann die Energiezufuhr zur Bezugsspan­ nungsschaltung auf einfache Weise aus dem Dreiphasennetz entnommen werden, welches den Frequenzwandler versorgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines schema­ tisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Frequenzwandler mit Wechselstrommotor;

Fig. 2a die Phasenspannungen eines Dreiphasennetzes;

Fig. 2b die aus den Phasenspannungen des Dreiphasennetzes im Gleichrichter des Frequenzwandlers gebildeten positiven und negativen Spannungen sowie die gleich­ gerichtete Spannung.

Zunächst wird die Regelung des Bremswiderstandes des Frequenzwandlers anhand Fig. 1 erläutert, aus der her­ vorgeht, daß der Frequenzwandler einen Wechselstrommotor 3 speist. Der Frequenzwandler weist eine Gleichrichterbrücke 1 auf, die aus Dioden D1-D6 besteht, einen Kondensator C1, der zum Filtern der Gleichspannung im Gleichspannungszwi­ schenkreis dient, einen Wechselrichter 2, der die Dreipha­ sen-Versorgungsspannung für den Motor 3 erzeugt, sowie einen Bremswiderstand R1 im Gleichspannungszwischenkreis des Fre­ quenzwandlers, der durch einen Schalttransistor Q1 geregelt wird. Im Frequenzwandler 2 können beispielsweise Transisto­ ren als Halbleiterschalter vorgesehen sein.

Die Spannung des Dreiphasennetzes, deren Phasenspan­ nungen UR, US und UT in Fig. 2a gezeigt sind, wird mittels der Gleichrichterbrücke zu der in Fig. 2b gezeigten Gleich­ spannung dU1 gleichgerichtet. Die Gleichspannung dU1 wird als arithmetisches Mittel der Beträge der positiven Spannung pU1 und der negativen Spannung nU1 gemäß Fig. 2b erhalten. Die Gleichspannung dU1 enthält eine Wechselspannungskompo­ nente, deren Frequenz der sechsfachen Netzfrequenz entspricht.

Aufgabe des Bremswiderstandes R1 ist es, bei bremsen­ dem Motor 3 die über den Wechselrichter 2 in den Gleichspan­ nungszwischenkreis abgegebene Energie in Wärme umzuwandeln. Der Bremswiderstand R1 wird mittels des Transistors Q1 so geregelt, daß er dann leitend ist, wenn eine Istwertspannung U1 im Gleichspannungszwischenkreis über einer Bezugsspannung U2 liegt, die mittels einer zweiten Gleichrichterbrücke 4 aus dem Dreiphasennetz gebildet wird. Wenn der Motor 3 bremst, steigt die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis des Frequenzwandlers, weil Strom vom Motor 3 zum Gleichspan­ nungszwischenkreis fließt. Unter diesen Bedingungen arbeitet der Wechselrichter 2 als Gleichrichter. Die Istwertspannung U1 wird in einem Schaltkreis 5 gebildet. Die Bezugsspannung U2 wird in einem Schaltkreis 6 aus der gleichgerichteten Spannung gebildet, die in der zweiten Gleichrichterbrücke 4 mit Dioden D7-D12 aus dem Dreiphasennetz erzeugt wird. Die Bezugsspannung U2 besteht aus der Differenz zwischen der positiven Spannung pU2 und der negativen Spannung nU2. Ein in Fig. 1 gezeigter Siebkreis 7, der aus einem Kondensator C2 und einem Widerstand R2 besteht, hat die Aufgabe, die resultierende Spannung zu filtern. Damit wird klar, daß die aus der Differenz der positiven Spannung pU2 und der negativen Spannung nU2 gebildete Spannung nicht die gleiche Welligkeit hat wie die Spannung dU1.

Der Schaltkreis 6 zum Bilden der Bezugsspannung U2 weist einen Verstärker 12 auf, der die positive Spannung pU2 in eine negative Spannung invertiert und das Niveau der Spannung reduziert, damit es für die nachfolgenden aus Operationsverstärkern bestehenden Funktionsblöcke geeignet ist. In einem Summierglied 13 werden die beiden Spannungen kombiniert, die proportional zu der von der zweiten Gleich­ richterbrücke 4 gebildeten positiven Spannung pU2 und nega­ tiven Spannung nU2 sind. Der Pegel der negativen Spannung nU2 kann mittels eines Eingangswiderstandes im Summierglied 13 herabgesetzt werden.

Der Schaltkreis 5 zum Bilden der Istwertspannung U1 weist einen Verstärker 10 auf, der das Niveau der positi­ ven Spannung pU1 reduziert, und diese Spannung in eine nega­ tive invertiert. In einem Summierglied 11 werden die beiden Spannungen kombiniert, die proportional zu der von der Gleichrichterbrücke 1 gebildeten positiven Spannung pU1 und negativen Spannung nU1 sind. Der Pegel der negativen Spannung nU1 kann mittels eines Eingangswiderstandes im Summierglied 11 herabgesetzt werden.

Ein Vergleich zwischen der Istwertspannung U1 und der Bezugsspannung U2 erfolgt im Komparator 8. Am Ausgang des Komparators 8 wird ein Steuersignal für eine Ansteuer­ einrichtung 9 des Transistors Q1 erhalten. Der Transistor Q1 wird mittels der Ansteuereinrichtung 9 so gesteuert, daß der im gleichen Zweig des Gleichspannungszwischenkreises mit dem Transistor Q1 angeordnete Bremswiderstand R1 dann leitend ist, wenn die Istwertspannung U1 größer ist als die Bezugsspannung U2. Dem Summierglied 13 wird ferner über einen Trimmer TR1 eine Spannung V- zugeführt, mittels der ein verstellbarer Offset zur Bezugsspannung U2 hinzugefügt wird. Dieser Offset dient dazu, die Bezugsspannung U2 zu erhöhen, damit die Periode, während der der Bremswiderstand R1 leitend ist, abgekürzt werden kann. Durch Verkürzen die­ ser leitenden Zeit des Bremswiderstandes R1 kann dessen Nennleistung kleiner gewählt werden. Die Ansteuereinrichtung 9 kann beispielsweise in Form einer Doppelemitterfolger­ schaltung vorgesehen sein, und am Eingang der Ansteuereinrich­ tung 9 kann ein Optokoppler angeordnet sein, um eine galva­ nische Isolierung zu erhalten.

Claims (6)

1. Einrichtung und Verfahren zur Regelung eines Bremswider­ standes (R1),

• a) mit einem Frequenzumrichter, bestehend aus einer an ein Dreiphasennetz (UR, US, UT) angeschlossenen Gleichrichter­ brücke (1), einem Gleichspannungszwischenkreis (pU1, nU1, C1), einem Wechselrichter (2) mit Rückspeisemöglichkeit und daran angeschlossener Dreiphasenlast (3),
• b) mit einer am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Reihenschaltung aus Bremswiderstand (R1) und Schalter (Q1),
• c) mit einem Schaltkreis (5) zur Bildung einer Istwert­ spannung (U1) aus der Spannung des Gleichspannungszwischenkreises,
• d) mit einer zweiten an das Dreiphasennetz (UR, US, UT) ange­ schlossenen Gleichrichterbrücke (4) zur Bildung einer die Spannung des Dreiphasennetzes repräsentierenden Gleichspannung, und
• e) mit einer eine Vergleichsschaltung (8) aufweisenden Schaltung zur Ableitung eines Regelungssignals für den Schalter (Q1),

dadurch gekennzeichnet, daß
ein zweiter Schaltkreis (6) vorhanden ist, der die Bezugs­ spannung (U2) für die Vergleichsschaltung (8) aus der von der zweiten Gleichrichterbrücke (4) gelieferten Gleichspannung (pU2, nU2) bildet,
daß in der Vergleichsschaltung (8) die Istwertspannung (U1) mit der auf der Gleichspannung (pU2, nU2) der zweiten Gleich­ richterbrücke (4) basierenden Bezugsspannung (U2) verglichen wird, und
daß der Schalter dann leitend geregelt wird, wenn die Istwert­ spannung (U1) größer als die Bezugsspannung (U2) wird.

2. Einrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (6) zum Bilden der Bezugsspannung (U2) ein Summierglied (13), welches Spannungen proportional zur positiven Spannung (pU2) und zur negativen Spannung (nU2) der zweiten Gleich­ richterbrücke (4) kombiniert, einen invertierenden Verstär­ ker (12), der die positive Spannung (pU2) an das Summier­ glied (13) anpaßt, und einen Trimmer (TR1) aufweist, welcher einen verstellbaren Offset im Summierglied (13) bewirkt, mittels dem die Bezugsspannung (U2) erhöht und die Dauer des Leitens des Bremswiderstandes (R1) verkürzt wird.

3. Einrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (5) zum Bilden der Istwertspannung (U1) ein Summierglied (11), welches Spannungen proportional zur positiven Spannung (pU1) und zur negativen Spannung (nU1) des Gleichspannungs­ zwischenkreises kombiniert, und einen invertierenden Ver­ stärker (10) aufweist, der die positive Spannung (pU1) an das Summierglied (11) anpaßt.

4. Einrichtung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichrichterbrücke (4) Dioden (D7-D12) enthält.

5. Einrichtung und Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Q1) ein Transistor ist.