DE4120100A1 - Umrichteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Umrichteranordnung. Bei einer derartigen Anordnung werden die Ventile des Umrichters derart angesteuert, daß ein an den Umrichter angeschlossener Verbraucher einen sinusförmigen Strom erhält. Hierzu ist es notwendig, daß die Ventile jeweils beim Überschreiten eines für die Stromwerte vorgegebenen Toleranzbandes entsprechend auf- oder zugesteuert werden, um die Stromwerte innerhalb des Toleranzbandes zu halten. Bekannt ist es, hierfür ein Toleranz­ band mit konstanter Breite zu wählen (Demel W.: Baugröße und Verluste von permanentmagneterregten Synchronmaschinen bei unterschiedlichem Verlauf des Stromes, Dissertation RWTH Aachen 1987). Je kleiner die Breite eines solchen Toleranzbandes gewählt wird, desto häufiger müssen die Ventile schalten, so daß die Schaltverluste entsprechend ansteigen. Dies um so mehr, wenn hohe Ströme geschaltet werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Schaltver­ luste einer Umrichteranordnung zu reduzieren.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine Umrichteranordnung gemäß dem Anspruch 1. Durch die Verbreiterung des Toleranz­ bandes in Abhängigkeit von den Stromaugenblickswerten, wird gerade bei hohen Stromwerten die Schalthäufigkeit der Ventile vermindert, was mit einer entsprechenden Reduzierung der Schaltverluste verbunden ist. Eine derartige Verbreiterung des Toleranzbandes hat keinen nennenswerten Einfluß auf den Stromverlauf.

Besonders vorteilhaft ist es, das Toleranzband proportional zu den Stromwerten zu vergrößern. Dies kann durch eine prozentuale Abhängigkeit von den jeweiligen Stromwerten geschehen.

Um im Stromnulldurchgang eine endliche Größe des Toleranzbandes aufrecht zu erhalten, wird für das Toleranzband eine konstante Mindestgröße vorgegeben.

Bei mehrphasigem Betrieb des Umrichters werden die Ströme in den einzelnen Phasen unabhängig voneinander gesteuert. Somit kann die Schaltfrequenz entsprechend den in den einzelnen Phasen zu unterschiedlichen Zeiten auftretenden hohen Strom­ augenblickswerten in der jeweiligen Phase reduziert werden.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spieles wird der Anmeldungsgegenstand nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Umrichteranordnung,

Fig. 2 ein Schaltbild eines der Umrichteranordnung zuge­ ordneten Zweipunktreglers.

Mit 1 ist ein dreiphasiger Umrichter bezeichnet, der von einer durch einen Kondensator 2 konstant gehaltenen Gleichspannung U= gespeist wird. Diese Gleichspannung U= kann von einem an ein Wechselspannungsnetz angeschlossenen, in der Zeichnung nicht dargestellten Gleichrichter geliefert werden. Der Umrichter 1 weist in jeder Phase R, S, T jeweils zwei in Reihe liegende steuerbare Ventile 3 und 4 auf, zu denen jeweils eine Freilauf­ diode 5 bzw. 6 antiparallel geschaltet ist. Zwischen den beiden Ventilen 3 und 4 jeder Phase ist jeweils eine Phase einer elektrischen Maschine 7 angeschlossen. Mit der Welle 8 der Maschine 7 ist ein Polradlagegeber 9 gekuppelt, der die gleiche Polzahl wie die Maschine hat und sinusförmige Steuersignale liefert.

Die Ausgangssignale des Polradlagegebers 9 werden einem Ver­ knüpfungsbauteil 10 zugeführt, dem ferner über einen Strom­ sollwertgeber 11 der jeweils notwendige Stromsollwert vorge­ geben wird. In dem Verknüpfungsbauteil 10 werden die vom Pol­ radlagegeber kommenden Signale, die zur lagerichtigen Ansteue­ rung der Ventile 3 und 4 dienen, mit dem Stromsollwert ver­ knüpft.

Jeder Phase R, S, T des Umrichters 1 ist ein Zweipunktstrom­ regler 12 zugeordnet. Diesem wird über das Verknüpfungsbauteil 10 an einem ersten Eingang 13 der jeweilige Stromsollwert der entsprechenden Phase und an einem zweiten Eingang 14 von einer in jeder Phase der Maschine 7 angeordneten Stromerfassungein­ richtung 26 (z. B. Stromwandler) der jeweilige Istwert des entsprechenden Phasenstromes zugeführt. Durch einen ersten Ausgang 15 des Zweipunktreglers werden die Ventile 3 und durch einen zweiten Ausgang 16 die Ventile 4 gesteuert.

Wie die Fig. 2 zeigt, werden der am ersten Eingang 13 anliegende Stromsollwert und der am zweiten Eingang 14 anliegende Strom­ istwert einem ersten Komparator 17 zugeführt, an dessen Ausgang damit ein der Differenz von Stromistwert und Stromsollwert entsprechendes Signal ansteht. Dieses Signal wird dem invertie­ renden Eingang eines zweiten Komparators 18 und dem nicht invertierenden Eingang eines dritten Komparators 19 zugeführt.

Mittels eines Spannungsteiles 20 wird eine dem Stromsollwert proportionale Spannung abgegriffen und über einen Vollweggleich­ richter 21 gleichgerichtet. Aus der gleichgerichteten Spannung wird durch einen Widerstand 22 ein entsprechender Strom gebildet, der einem Eingang einer Additionsstufe 23 zugeführt wird. Über einen anderen Eingang der Additionsstufe 23 wird ein die Mindestbreite des Toleranzbandes bestimmender konstanter Mindeststrom (I_min) eingegeben.

Das Ausgangssignal der Additionsstufe 23 liegt direkt am inver­ tierenden Eingang des dritten Komparators 19 und über einen Inverter 24 am nicht invertierenden Eingang des zweiten Kompa­ rators 18 an. Die Ausgänge des zweiten und dritten Komparators 18 und 19 steuern eine Flip-Flop-Stufe 25, deren H- und L-Aus­ gänge die Ausgänge 15 und 16 des Zweipunktstromrichters 12 darstellen und jeweils mit den Steuerelektroden der Ventile 3 und 4 verbunden sind.

Die Umrichteranordnung arbeitet wird folgt: Durch den Polradlagegeber wird ein sinusförmiger Verlauf für den Stromsollwert vorgegeben, wobei in dem Verknüpfungsbau­ teil 10 die Amplitude dieses Stromsollwertes entsprechend den durch den Stromsollwertgeber 11 vorgegebenen Stromwerten bestimmt wird. Der somit vom Verknüpfungsbauteil 10 gelieferte sinusförmige Stromsollwert wird im ersten Komparator 17 mit dem Stromistwert der entsprechenden Phase R bzw. S bzw. T ver­ glichen. Am Ausgang des ersten Komparators 17 steht damit ein der Differenz von Stromistwert und Stromsollwert entsprechendes Signal an.

Über den Spannungsteiler 20 wird eine dem Stromsollwert pro­ portionale Spannung gebildet, die durch den Vollweggleich­ richter 21 gleichgerichtet und über den Widerstand 22 in einen entsprechenden, dem Stromsollwert proportionalen Strom umgewandelt wird. Dieser Strom wird in der Additionsstufe 23 mit dem Mindeststrom I_min verknüpft. Der am Ausgang der Additionsstufe erscheinende Stromwert bestimmt die Breite des Toleranzbandes für die Stromregelung.

Im zweiten und dritten Komparator 18 und 19 wird der aus Strom­ istwert und Stromsollwert gebildete Differenzstrom mit dem von der Additionsstufe 23 gelieferten Stromwert verglichen. Über- oder unterschreitet dieser Differenzstrom den von der Additions­ stufe 23 gelieferten Stromwert, erscheint an dem betreffenden Komparator 18 oder 19 ein Steuersignal, durch das die Flip- Flop-Stufe 25 entsprechend gesetzt wird und die daraufhin das Ventil 3 oder 4 durchsteuert bzw. sperrt.

Überschreitet der Stromistwert das Toleranzband nach oben (I_ist, I_soll) dann wird das entsprechende Ventil 3 gesperrt und das mit ihm in Reihe liegende Ventil 4 gezündet. Unter­ schreitet der Stromistwert das Toleranzband nach unten, dann wird das entsprechende Ventil 4 gesperrt und das zugehörige Ventil 3 gezündet.

Mit Hilfe des zweiten und dritten Komparators 18 und 19 wird ein entsprechendes Toleranzband gebildet, innerhalb dessen Grenzen die jeweiligen Augenblickswerte der Phasenströme durch entsprechendes Schalten der Ventile 3 und 4 gesteuert werden. Da der von der Additionsstufe 23 gelieferte Stromwert dem Stromsollwert proportional ist, nimmt mit steigendem Stromsoll­ wert die Breite des Toleranzbandes zu, so daß gerade bei hohen Augenblickswerten des Phasenstromes wegen der größeren Toleranz­ breite die Ventile weniger oft geschaltet werden müssen. Hier­ durch ergibt sich eine wesentliche Verminderung der Schaltver­ luste, ohne daß es zu Beeinträchtigungen des Maschinenbetriebes kommt.

Durch die Zuordnung von jeweils einem Zweipunktregler 12 zu jeder Phase ist in den einzelnen Phasen eine unabhängige Stromregelung möglich. In jeder Phase können somit die durch die Verbreiterung des Toleranzbandes gegebenen Vorteile genutzt werden.

Claims (4)

1. Umrichteranordnung, bei der der von einem spannungein­ prägenden Umrichter (1) abgegebene Verbraucherstrom innerhalb eines in seiner Breite mit steigenden Augenblickswerten des Stromes zunehmenden Toleranzbandes sinusförmig gesteuert ist.

2. Umrichteranordnung nach Anspruch 1, bei der das Toleranz­ band proportional zu den Stromwerten verbreitert ist.

3. Umrichter nach Anspruch 1 oder 2, bei der für das Toleranz­ band eine konstante Mindestbreite vorgegeben ist.

4. Umrichteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, zur Speisung eines mehrphasigen Verbrauchers, bei der die Ströme in den einzelnen Phasen (R, S, T) unabhängig voneinander gesteuert sind.