NL8501987A - Frequentie- en/of spanningsregelinrichting voor ten minste gedeeltelijk inductieve belastingen, in het bijzonder draaistroommotoren. - Google Patents

Description

-1- 24838/JF/ps «

Korte aanduiding: Frequentie- en/of spanningsregelinrichting voor ten minste gedeeltelijk inductieve belastingen, in het bijzonder draaistroommotoren.

5 De uitvinding heeft betrekking op een frequentie- en/of spanningsregelinrichting voor ten minste gedeeltelijk inductieve belastingen, omvattende een invertor met twee ingangsleidingen voor aansluiting op respectievelijk een positieve en negatieve gelijkspanning, drie tweetallen telkens in serie tussen de ingangsleidingen aangesloten halfge-10 leiderschakelaars met elk een stuurelectrode, en drie telkens met een knooppunt van een respectieve serieschakeling van twee halfgeleiderschakelaars verbonden uitgangsleidingen, een besturingseenheid voor het selectief toevoeren van aan/uitschakelsignalen aan de stuurelectrodes van de halfgeleiderschakelaars , een stroommeetschakeling voor het aftasten van 15 ten minste één aan het bedrijf van de invertor gerelateerde stroom en het voorzien in een daarmee overeenkomend meetsignaal en een verwerkingseen-heid voor het omzetten van het meetsignaal van de stroommeetschakeling in een terugkoppelsignaal voor de besturingseenheid.

Een regelinrichting van de hierboven genoemde soort is bekend.

20 Bij deze bekende regelinrichting is de stroommeet schakeling aan de uitgangszijde van de invertor aangebracht om gedurende het in bedrijf zijn van de regelinrichting door het schakelen van de halfgeleiderschakelaars van de invertor opgewekte wisselstromen in de uitgangsleidingen van de invertor af te tasten, waarbij het meetsignaal van 25 de stroommeetschakeling voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt, waaronder mogelijk als een terugkoppelsignaal voor de besturingseenheid.

Nadelen van deze bekende regelinrichting zijn dan ook dat er drie stroomsensoren moeten worden toegepast en dat door deze stroomsen-30 soren opgewekte sensorsignalen met elkaar moeten worden gecorreleerd om een bovenbedoeld terugkoppelsignaal op te wekken. Correlatiefouten in de afzonderlijke sensorsignalen moeten bij elkaar worden opgeteld om de fout in het terugkoppelsignaal te bepalen.

Nog een nadeel is dat de stroommeting aan de uitgang van de inver-35 tor in feite betrekkelijk laag frequent is, terwijl de besturing van de halfgeleiderschakelaars hoogfrequent is. Naast dat het terugkoppelsignaal veel fouten zal bevatten, zal het dus ook te traag zijn om een juiste spannings-

Λ Ö “? u „ - b O J

τ ΐ -2- 24838/JF/ps en/of frequentiecorrectie uit te voeren.

De uitvinding beoogt de hierboven genoemde en andere nadelen van de bekende regelinrichting op te heffen en voorziet daartoe in een inrichting van de in de aanhef genoemde soort, die het kenmerk heeft, dat 5 de stroommeetschakeling aan de ingangszijde van de invertor is aangebracht, om gedurende het in bedrijf zijn van de regelinrichting door het schakelen van de halfgeleiderschakelaars van de invertor opgewekte quasi-gelijkstroom in een of beide van de ingangsleidingen van de invertor af te tasten en dat de verwerkingseenheid een multiplexer omvat, die door 10 het multiplexen van het meetsignaal van de stroommeetschakeling en de aan/ uitschakelsignalen van de besturingseenheid ten minste één terugkoppel-signaal voor de besturingseenheid opwekt.

Een hoofdmaatregel van de uitvinding is de stroomeetschakeling aan de ingangszijde van de invertor aan te brengen, waardoor veranderingen 15 in bijvoorbeeld de gelijkstroom naar de invertor als gevolg van het met de halfgeleiderschakelaars opwekken van een draaiveld kunnen worden afge-tast met een enkele stroomsensor, bijvoorbeeld Hall-element. Deze veranderingen in de gelijkstroom naar de invertor zijn hoogfrequent en kunnen derhalve resulteren in een snel reagerend terugkoppelsignaal.

20 Reeds eerder zijn pogingen ondernomen om de genoemde gelijk- stroomveranderingen te benutten voor terugkoppeling, maar tot voor de dag van de uitvinding werd door vaklui op dit gebied van de techniek gemeend dat deze stroomveranderingen door het grillige karakter ervan onbruikbaar zouden zijn voor toepassing als terugkoppelsignaal.

25 Volgens een tweede belangrijke maatregel van de uitvinding echter, namelijk door deze gelijkstroom met grillige veranderingen daarin te multiplexen met de aan/uitschakelsignalen van de halfgeleiderschakelaars in de invertor, kan een zeer snel, betrouwbaar en nauwkeurig terugkoppelsignaal worden verkregen voor een spannings- en/of frequentieterugkoppel- of regellus. Kort-30 weg kunnen met één stroomsensor alle drie de motor- of lijnstromen worden bepaald!

Uit het basisterugkoppelsignaal van de multiplexer kunnen met eenvoudige middelen signalen voor onder andere het product tussen motor-stroom en arbeidsfactor(1^,.coscp) koppel, generator/motorbedrijf, acceleratie bij motorbedrijf en remmen bij generatorbedrijf worden ver-35 kregen, wanneer als belasting draaistroommotoren worden toegepast.

Daarnaast kan volgens de uitvinding het meetsignaal van de stroomeetschakeling eveneens door toepassing van eenvoudige middelen wor- 3/:1987 "1 -3- 24838/JF/ps * « den benut voor het automatisch nul instellen van de stroommeetschake-ling en het detecteren van ontoelaatbare piekstromen om het aan/uitschake-len van de halfgeleiderschakelaars te voorkomen.

Voor de halfgeleiderschakelaars worden bij voorkeur GTO-schake-5 laars (b.v. met geïntegreerde vrijloopdioden) toegepast. De invertor kan echter ook zijn voorzien van hyristoren met bijbehorende commutatieschakelingen met een of meer hulphyristoren. Ook zouden transistoren kunnen worden toegepast.

Bij voorkeur omvat de besturingseenheid een draaiveldopwekkings-10 en spanningsregelingsschakeling op basis van pulsduurmodulatie. De modulatie is daarbij bij voorkeur zodanig dat gemiddeld sinusvormige signalen worden verkregen.

De uitvinding zal nu nader worden beschreven onder verwijzing naar de bijbehorende tekening, waarin: 15 Fig. 1 een gecombineerd blok- en schakelschema van een moge lijke uitvoeringsvorm van de regelinrichting volgens de onderhavige uitvinding toont;

Fig. 2 de drie fasespanningen op de uitgangsleidingen van de invertor laat zien; 20 Fig. 3 de drie lijnspanningen van een op de uitgangsleidingen van de invertor aangesloten draaistroommotor laten zien, alsmede een door het aanschakelen van een zogenaamde positieve GTO-schakelaar en bijbehorende zogenaamde negatieve GTO-schakelaar opgewekte lijnstroom laat zien en gearceerd respectievelijk het negatieve en positieve gedeelte van deze 25 stroom in een bepaalde deelperiode;

Fig. 4 de door de decoder uit Fig. 1 opgewekte deelperioden 0-5 laten zien voor draaiing rechtsom van een op de uitgangsleidingen van de invertor aangesloten draaistroommotor, waarbij deelperiode 0 overeenkomt met de gearceerde stroomaandelen in Fig. 3; 30 Fig. 5 overeenkomt met Fig. 4, maar dan voor draaiing linksom van de draaistroommotor; en

Fig. 6 het multiplexen volgens de uitvinding illustreert aan de hand van een quasigelijkstroom, dat wil zeggen gelijkstroom met grillige stroomveranderingen, in een van de ingangsleidingen van de invertor en 35 een met de stroom in Fig. 3 overeenkomend pulsduurmodulatiesignaal gedurende de deelperiode 0 in Fig. 4.

In Fig. 1 is de invertor in een eenvoudigste vorm ervan met het r ' Γ) ? *7 •\ * - * * i } / i » -4- 24838/JF/ps verwijzingscijfer 1 aangegeven. De invertor 1 heeft zes GTO-schakelaars met geïntegreerde vrijloopdioden en poortelectroden voor aan- en uitscha-eling. De GTO-schakelaars kunnen worden vervangen door bijvoorbeeld hyris-toren of transistoren, zij het dan dat in de praktijk de invertoren ge-5 compliceerder zullen zijn. Aan de ingangszijde is de invertor 1 met de ingangsleidingen ervan aan te sluiten op respectievelijk een positieve spanning +υ^ en negatieve spanning -U^ , dat wil zeggen in de praktijk op de elcobatterij van een op een driefasenet aan te sluiten gelijk-richter /convertorcombinatie. In dat geval zijn de genoemde gelijk-10 spanningen + dus de bufferspanningen van de convertor. De convertor is gebruikelijk voorzien van een voedingsbron van het geschakelde be-drijfstype voor het voeden van de zwakstroomcomponenten in de regelin-richting.

De positieve GTO's T-|+, T2+ en ^3+ zijn mefc hun anoden 15 aan de positieve ingangsleiding verbonden en in serie geschakeld met de negatieve GTO' s T ^ en , waarvan de cathodes met de negatieve ingangsleiding van de invertor 1 zijn verbonden. De knooppunten van respectievelijk de GTO-twee tallen T^, T^; T2+, T2~ en T^+» T^” zijn verbonden met de uitgangsleidingen die respectievelijk de fasespanning üp1 20 UP2 en UP3 kunnen hebben. Op de uitgangsleidingen van de invertor 1 kunnen verschillende belastingen worden aangesloten, die in de praktijk ten minste voor een deel inductief zijn en in het bijzonder draaistroommotoren kunnen zijn.

In het hierna volgende zal de frequentie- en/of spanningsregel-25 inrichting als toegepast op draaistroommotoren worden beschouwd. Op de uitgangsleidingen kan een of een meerdere draaistroommotoren zijn aangesloten.

In Fig. 1 is met het verwijzingscijfer 2 de besturingseenheid aangegeven, die bij voorkeur een draaiveldopwekkings- en spanningsrege-30 lingsschakeling op basis van pulsduurmodulatie omvat. De besturingseenheid 2 wekt in de vorm van een pulsvormig signaal dat gemiddeld sinusvormig is aan/uitstuursignalen G^ , G^ , Gj', Gg , , G3 voor onder andere toevoer aan de tweevoudige poortelectroden van respectievelijk de half-geleiderschakelaars T·,"’’» T^ , T2+, T2 , 7^, T^ op. Later zal worden 35 besproken hoe dezelfde signalen in de multiplexer, die is aangegeven met het verwijzingscijfer 3 worden benut.

Met het verwijzingscijfer 4 is de stroommeetschakeling aange- 7

^ ^ V J

* ι .

-5- 24838/JF/ps geven, die bij voorkeur een Hall-element omvat, waardoor b.v. de positieve in-gangsleiding van de invertor is geleid, waardoor de daardoor vloeiende quasigeli jkstroom 1^ vloeit en het Hall-element voorziet in;een daarmee overeenkomstig meetsignaal i, dat onder andere aan de multiplexer 3 wordt 5 tcegevoerd. Een voorbeeld van dit meetsignaal i is in Fig. 6 weergegeven.

Zoals eerder gezegd zijn de fasespanningen op de uitgangs-leidingen pulsduurmodulatiesignalen, waarvan de waarde gemiddeld sinusvormig is. Dit is in Fig. 2 weergegeven. In het bijzonder is langs de ordinaat de fasespanning voor de verschillende fasen uitgezet, terwijl 10 langs de abscis de tijd (oftewel het aantal radialen) is uitgezet. Met doorgetrokken lijn is de fasespanning op de uitgangsleiding, verbonden met het knooppunt tussen de halfgeleiderschakelaars T^"1* en weergegeven , met streeplijn de fasespanning op de uitgangsleiding, verbonden met de halfgeleiderschakelaars en T2 en tenslotte met stippellijn 15 de fasespanning op de uitgangsleiding, verbonden met het knooppunt tussen de halfgeleiderschakelaars T* en T*~. Natuurlijk hangt de periodeduur

J J

van de fasespanningen af van de door de besturingseenheid bepaalde frequentie en zijn de fasespanningen 2 /3 Trrad ten opzichte van elkaar verschoven.

In Fig. 3 zijn de lijnspanningen uitgezet, waarbij de ordinaat 20 de lijnspanning aangeeft en de abscis de tijd (aantal radialen). Met een doorgetrokken lijn is de lijnspanning aangegeven, die het verschil tussen de fasespanningen Up^ en Up2 is, terwijl met een streeplijn de lijnspanning U^2 is aangegeven, die het verschil is tussen de fasespanningen Up2 en U. Tenslotte is met een stippellijn de lijn- 25 spanning aangegeven, die het verschil is tussen de fasespanningen UP3 en σΡ2*

Bij de in Fig. 3 aangegeven fasevolgorde van de lijnspanningen Ur . zal een op de uitgangsleidingen van de invertor 1 aangesloten draaistroom-motor rechtsom draaien. Door bijvoorbeeld het verwisselen in fase ten op-30 zichte van de eerste lijnspanning van de tweede en derde lijnspanning zal de draairichting van de motor tegengesteld, dat wil zeggen linksom zijn.

Ook in Fig. 3 is de li jn-of motorstroom aangegeven, die zal vloeien door bekrachtiging van halfgeleiderschakelaars en T3~. Deze motorstroom ijlt na op de eerste lijnspanning met een arbeidsfactor coscp, 35 die afhankelijk is van de motorspanning en motorbelasting, waarbij de motorspanning kan worden ingesteld door de besturingseenheid, naast de frequentie van de fasespanningen en derhalve de lijnspanningen.

H ? Λ < * k -6- 24838/JF/ps

Nogmaals de golfvormen van Fig. 2 en Fig. 3 komen in de praktijk niet voor maar zijn slechts geïdealiseerde en gemiddelde waarde en is het meetsignaal i (Fig. 6) wel een werkelijk optredend meetsignaal, waarvan het grillige patroon wordt veroorzaakt door onder andere de feitelijke 5 lijnspanningen.

De gearceerde gedeelten onder de stroomcurve. 1^ ^ zal later bij een bespreking van de multiplexer 3 volgens de uitvinding toegelicht, waarbij wordt opgemerkt, dat deze gearceerde gebieden overeenkomen met die in het meetwaardesignaal i van Fig. 6.

10 Zoals eerder gezegd,bepaalt de besturingseenheid 2 de fre quentie van het draaiveld en de motorspanning. De frequentie wordt ingesteld door een instelorgaan 26, terwijl de motorspanningen worden ingesteld door de instelorganen 27^ 272 en 27y Het instelsignaal van het in stelorgaan 26 wordt door een versterker 24 versterkt en toegevoerd aan 15 een ingangsklem van een verschilversterker 23 als het frequentie-instel-signaal f^ van welke verschilversterker 23 de uitgang is verbonden met een oscillator 21 om daaraan het frequentiestuursignaal fs toe te voeren, waarbij het uitgangssignaal van de oscillator de frequentie van het door de besturingseenheid 2 op te wekken draaiveld bepaalt. Het instelorgaan 26 20 kan zowel een positief als een negatief signaal opwekken, dat wel zeggen dat daardoor respectievelijk een met de wijzers van de klok meedraaiend draaiveld en een tegen de wijzers van de klok indraaiend draaiveld wordt opgewekt, waarbij de operationele versterker 25 een tekensignaal s opwekt, dat de draairichting aangeeft.

25 De motorspanningsinstelorganen 27-(-273 zijn verbonden met een motor- spanningsregelorgaan 22, dat de besturingseenheid 2 de motorspanningen doet bepalen, i.h.b. spanningsverhoging bij aanloop als functie van Im.cos(p.

Nu zal een specifieke uitvoeringsvorm van de multiplexer worden beschreven, die de verwerkingseenheid volgens de stand van de techniek 30 althans gedeeltelijk vervangt. Aan elke vakman op dit gebied van de techniek zal het duidelijk zijn dat er verschillende manieren zijn om het multiplex-principe volgens de onderhavige uitvinding te implementeren, zodra hen kenbaar is gemaakt dat het mogelijk is door een stroomsignaal in een ingangsleiding van een invertor te multiplexer met de aan/uit-35 schakelsignalen voor de halfgeleiderschakelaars in de invertoren, waarbij de variaties in hetgelijkstroomsignaal inde ingangsleiding het gevolg zijn van het schakelen van de halfgeleiderschakelaars, een bruikbaar en beter terugkoppelsignaal dan dat es 01987 -7- 24838/JF/ps * % volgens de stand van de techniek te verkrijgen.

De multiplexer 3 omvat een tempeerschakeling, die in dit geval bestaat uit een teller 31, omkeerbare ringteller 32 en decoder 33.

De teller 31 van de multiplexer 3 ontvangt van de besturingseenheid 2 5 een signaal op leiding 17, dat representatief is voor de periode van de gemiddeld sinusvormige fasespanningen op de uitgangsleidingen van de invertor, dat wil zeggen het frequentiesignaal van de fasespanningen Upi-Up3 van Fig. 2.

Verder is voorzien in een (niet getoonde) synchronisatie-10 schakeling, die in de besturingseenheid 2 kan zijn opgenomen, welke syn-chronisatieschakeling een aan de nuldoorgang in één richting van een van de fasespanningen gerelateerd synchronisatiesignaal opwekt dat over leiding 18aan de teller 31 wordt toegevoerd, waarbij dit synchronisatiesignaal een puls bij telkens de positieve gaande nuldoorgang van de 15 fasespanning Upi van Fig. 2 kan zijn, hetgeen in de nader te bespreken Fig. 4 is aangegeven.

De tempeerschakeling 31, 32, 33 deelt de door de besturingseenheid 2 bepaalde periode in een aantal, bij voorkeur gelijk aan elkaar zijnde en op elkaar aansluitende deelperioden 0-5, zoals in Fig. 4 en 5 is 20 weergegeven, voor respectievelijk rechts- en linksomdraaien van een draai-stroommotor aangesloten op de uitgangsleidingen van invertor 1. In dit voorbeeld wordt de periode van het frequentiesignaal van de besturingseenheid 2 gedeeld in zes aaneensluitende perioden, dat wil zeggen telkens na elkaar optredend in de tijd, van Tr/3rad, in het bij-25 zonder 0, 1, 2, 3, 4 en 5 in Fig. 4 en 5· Daartoe telt de teller 31 perioden van π/3rad. Verder is inde tempeerschakeling31, 32, 33 voorzien in een (nietgetoonde) faseverschuivingsschakeling, bijvoorbeeld opgenomen in de teller 31 die de eerste deelperiode 0 met een vooraf bepaalde faseverschuiving οi (Fig. 4) na het sinchronisatiesignaal Up1sync.

30 doet aanvangen, hetgeen eveneens in Fig. 4 is aangegeven. Door proeven is gebleken dat een faseverschuiving o. met een waarde van v/5rad in de praktijk goed voldoet. Ook zouden voor de deelperioden andere waarden dan iF3rad kunnen worden gekozen en zouden de deelperioden ook overlappend kunnen zijn. De faseverschuiving α wordt op grond van de soort pulsduurmodulatie optimaal gekozen.

35 De omkeerbare ringteller 32 heeft in het bovenstaande geval zes standen en ontvangt het tekensignaal s van de operationele versterker 25 op leiding 16 om in voorkomende gevallen de telrichting om te keren, 35 0 1 9 3 7 -8- 24838/JF/ps zodat bijvoorbeeld bij het omschakelen van het rechtsomdraaien naar links-omdraaien de deelperiodesequentie van Fig. 4 wordt gewijzigd in die van Fig. 5. De decoder heeft eveneens in het bovenstaande geval zes uitgangen 0-5, waarbij de uitgang 0 een puls heeft, die ir/5rad na Up^sync, aanvangt 5 en ïï/3rad duurt, terwijl de puls op uitgang 5 5ir/3rad na de puls op uitgang 0 optreedt en eveens ïï/3rad duurt.

De multiplexer omvat verder een selectieve optelschakeling of schakel-keten 34-43 ’, die telkens in een respectieve deelperiode de aan/uitgangssignalen G^-G^- van de besturingseenheid 2 voor een respectieve halfgeleiderschakelaar 10 T^-T^" in een van de serieschakelingen van twee halfgeleiderschakelaars en een bijbehorende halfgeleiderschakelaar in een andere serieschakeling, bijvoorbeeld T^+ en T3’ gedurende het aan zijn van de respectieve (T^) en bijbehorende (T3) halfgeleiderschakelaar het meetsignaal i naar de uitgang van de multiplexer doet doorlaten.

15 De bovengenoemde schakelketen kan zoals getoond in Fig. 1 be staan uit een EN-poort en een analoge schakelaar voor elke uitgang van de decoder, dat wil zeggen zes EN-poorten 34-39 en zes analoge schakelaars 41 -43, 41' -43 '. Elke EN-poort heeft een ingang verbonden met een respectieve uitgang van de decoder 33 en ontvangt op twee resterende ingangen bijbehorende 20 aan/uitschakelsignalen van de besturingseenheid 2. Zo ontvangt EN-poort 34 de aan/uitschakelsignalen G^+ en G^ , EN-poort 35 G^ en Gp+, EN-poort 36 Gp1- en G1 , EN-poort 37 G^" en G^+, EN-poort 38 G^+ en G^” en EN-poort 39 Gp en G^ . De uitgangen van de EN-poorten 34-39 zijn verbonden met de stuuringangen van respectievelijk de analoge schakelaars 40-43’, terwijl 25 de ingangen van de analoge schakelaars 40-43'elk het meetsignaal i van de stroorameetschakeling 4 ontvangen, terwijl de uitgangen van de analoge schakelaars 40-43'gemeenschappelijk zijn verbonden voor het vormen van de uitgang van de multiplexer 3.

Nu zal onder verwijzing naar Fig. 3 en 4 en later Fig. 6 de 30 werking van multiplexer 3 worden toegelicht.

Als voorbeeld wordt in Fig. 4 de deelperiode 0 genomen. In deze deelperiode wordt de invloed van het aanzijn van T^+ en T^- op de in de positieve ingangsleiding van de invertor 1 lopende quasigelijkstroom bekeken, waarbij ter vereenvoudiging in Fig. 3 de met streep-stippellijn 35 aangegeven sinusvormige stroom I , + wordt genomen. In deze deel- periode 0 heeft de in Fig. 3 getoonde stroom een nuldoorgaan en derhalve tussen de abscis en de kromme van deze stroom een negatief oppervlak, dat 8501987 r -9- 24838/JF/ps gearceerd is en is aangegeven met 0^ en een positief oppervlak dat is gearceerd en is aangegeven met 0Door het signaal i via analoge schakelaar 40 gedurende de deelperiode 0 toe te voeren aan een operationele versterker 44 en condensator 45 bevattende integrator kan een signaal worden 5 verkregen dat representatief is voor het verschil in oppervlak voor dat wil zeggen voor het product tussen stroom en arbeidsfactor, d.w.z.

I^.cos© welk signaal direct aan het motorspanningsregelorgaan 22 kan worden toegevoerd als spanningscorrectie. Vervolgens wordt in deelperiode 1 "gekeken” naar de stroom IT - m -r., enz.

L(T3 , i2 ) 10 In Fig. 6 is het een en ander voor de deelperiode 0 gedetail leerder weergegeven. Op de bovenste regel is het uitgangssignaal i van de stroorameetschakelaar weergegeven, op de tweede regeling het in puls-duur gemoduleerde aanstuursignaal voor de GTO's T^+ en T^- en op de laatste regel het signaal van de deelperiode 0.

15 In dit verband wordt opgemerkt dat het belang van een goede keuze van de fasehoek α is dat bijvoorbeeld in dit geval met de eerste puls van het pulsduur gemoduleerde signaal reeds de daarbij behorende gearceerde negatieve waarde wordt meegenomen. Bij de verdere pulsen van het pulsduur gemoduleerde signaal blijkt dat de nettowaarde van i steeds 20 hoger zal worden. De niet-gearceerde delen van het meetsignaal i hebben betrekking op stromen die horen bij andere takken, welke verderop in de sinus bezig zijn.

Volgens de onderhavige uitvinding kunnen dus goed en relatief goedkoop meetwaardes van stroming en product van stroom en coscp, 25 die optreden in een frequentieregeleing-draaistroommotorcombinatie worden verkregen. In feite wordt de verzamelstroom in de gelijkstroomleiding van buffer elco naar de invertor gemeten. Deze stroom is normaal niet bruikbaar, maar doordat signaal met signalen uit de besturingseenheid, die de invertor stuurt en dus op hun beurt veroorzakers zijn van deze stroom in 30 de gelijkstroomkring te multiplexen, wordt deze stroom herkenbaar en uiterst bruikbaar voor opwekking van signalen en grootheden, die in de regelinrichting nodig zijn. In plaatst van drie stroommetingen is er nu maar een nodig, terwijl een betere gelijkvormigheid van de drie gemeten motorstromen wordt verkregen.

35 Het signaal I^.coscp wordt gebruikt om de motorspanning te regelen en daardoor te komen tot een optimale instelling van de motor wat betreft het rendement en geluid en voor de regeling van de motorfre- 85 019 S 7

» V

-10- 24838/JF/ps quentie zodat hiermede koppelinstellingen kunnen worden gerealiseerd. Aangezien het Im*cos<p signaal is opgebouwd uit signalen die zes keer per sinus of periode voorkomen kan de integratietijd van de integrator 44, 45 kort blijven, hetgeen inhoudt dat de meting van Iffl.cos<p sneller is 5 en de regellussen daardoor sneller en beter kunnen functioneren. Het I .coscp signaal kan variëren van positief tot negatief, bijvoorbeeld van tweemaal de nominale motorstroom tot de motorstroom, die ontstaat wanneer de motor wordt aangedreven door zijn last of wanneer de draai-veldfrequentie sneller naar beneden gaat dan de motor met zijn last kan 10 volgen.

Op de uitgang van de integrator 44, 45 is een verschil versterker, omvattende operationele versterker 46 en instelorgaan 47 aangesloten. Operationele versterker 46 vergelijkt het uitgangssignaal a van de integrator 44, 45 met een voorinstelling en maakt door terugkoppeling 15 van het signaal b als frequentiecorrectiesignaal naar operationele versterker 23 het instellen van een constant koppel mogelijk, terwijl het direct toevoeren van a aan de motorspanningsregelaar 22 een instelling oplevert voor het minimale motorstroom voor de betreffende belasting.

Door een spanningsregeling dankzij regelsignaal a wordt minder lawaai en minder blind-20 stroom, dus een hoger rendement veroorzaakt, respectievelijk gerealiseerd. Door bij aanlop'en (of geblokkeerde motor) spanningsverhoging te geven welke door het Im.coscp signaal wordt toegelaten bij draaiende motor weer wordt weggenomen zijn ongekend hoge aanloopkoppels met frequentieregelaar mogelijk.

Terugverwijzend naar het meetsignaali van-Fig. 6 wordt opgemerkt dat de vorm 25 van de quasigeli jkstroom afhangt van de frequentie, spanning en belasting van de motor. Bij kleinere motorbelasting worden de negatieve stroomdelen groter.

Door het signaal a in vergelijker 48 te vergelijken met een door instelorgaan 49 ingestelde voorinstelling geeft het uitgangssignaal c van de vergelijker 48 aan of de gestuurde motor motorisch of generato-30 risch wordt bedreven. Dit signaal c is nodig om bij overstroom de frequentie in geval van generatorisch of motorisch bedrijf respectievelijk naar boven of naar beneden te corrigeren. Dit geschiedt door middel van operationele versterker 61 met instelorgaan 59 en operationele versterker 60 met instelorgaan 58, die een overeenkomstig frequentiecorrectiesignaald, res-35 pectieveli jk e toevoeren aan operationele versterker 23. Het uitgangssignaal d van operationele versterker 60 corrigeert de frequentie dus naar beneden, terwijl het uitgangssignaal e van de operationele versterker 61 de frequentie naar boven corrigeert. Een ingang van operationele versterker 60 is verbonden met een analoge schakelaar 56 en een ingang van operationele ver-40 sterker 61 is verbonden met analoge schakelaar 57, terwijl zowel analoge 3501987 -11- 24838/JF/ps

* V

schakelaar 56 als 57 op de uitgang van een operationele versterker 54 zijn aangesloten. De stuuringangen van de analoge schakelaars 56 en 57 worden aangestuurd door respectievelijk het door invertor 55 inverteerde uitgangssignaal c van de vergelijker 48 en het niet-geïnverteerde uitgangs-5 signaal c van vergelijker 48. De niet-inverterende en inverterende ingang van de ope- versterker 54 zijn verbonden niet respectievelijk analoge schakelaar 52 en 53» die beide het meetsignaal i van de stroommeetschakeling4 ontvangen. Dit circuit is in de praktijk iets anders nl. door digitaal signaal worden regelorganen in de hoek gedrukt en met terugkoppeldiode wordt zo een uitgang dan 0. In dit verband 10 is er verder voorzien in een vergelijker 50, waarvan een ingang 0 krijgt ingevoerd en de * de andere eveneens het meetsignaal i van de stroommeetschakeling 4 ontvangt.

De uitgang van de vergelijker is met de stuuringang van de analoge schakelaar 52 verbonden terwijl de uitgang van de vergelijker 50 via een invertor 51 met de stuuringang van de analoge schakelaar 53 is verbonden.

15 De vergelijker 50 kan worden opgevat als een detector voor het detecteren of het meetsignaal positief dan wel negatief is. De operationele versterker 54 voorziet uiteindelijk dankzij vergelijker 50 in gelijkrichting van het meetsignaal i. Het uitgangssignaal van de operationele versterker 54 wordt gebruikt om maximale effectieve stroom in de invertor en/of motor 20 te beperken en/of te regelen.

Het belang van motor/generatorbedrijfdetectie is als volgt. De gevoede motor kan soms ook door de last worden aangedreven. Ook in de situatie dat de aangeboden motorfrequentie sneller naar beneden gaat dan de motor kan bijhouden ontstaat zo een situatie. Het draaiveld is dan 2^ lager dan het bijbehorende motortoerental, waardoor de motor oversynchroon loopt. Dit generatorische bedrijf moet nauwkeurig worden gedetecteerd en wordt gebruikt om bij onder andere te grote effectieve stroom bij motor-bedrijf de motorfrequentie naar beneden en in geval van gene ra torbedrijf de motorfrequentie naar boven te regelen.

2q j Analoge schakelaar 52 is aangesloten op de niet-inverterende ingang van operationele versterker 54, terwijl analoge schakelaar 53 op de inverterende ingang daarvan is aangesloten, waarbij operationele versterker 54 uiteindelijk dankzij vergelijker 50 voorziet in gelijkrichting van het meetsignaal is aangegeven met Im. Dit signaal I wordt aan het motor- 35 spanningsregelorgaan 22 toegevoerd, dat is voorzien van middelen om door aftrekking van I van a (I .coscp) coscp op te voeren en mede op grond daarvan m m selectief de besturingseenheid de motorspanning te doen regelen.

Op de uitgang van de stroommeetschakeling 4 is verder een vergelijker 65 aangesloten, waarbij de andere ingang van de vergelijker 65 4Q is aangesloten op een instelorgaan 70, waarmee een referentiespanning is ; ingesteld, die representatief is voor een toelaatbare piekstroom, terwijl OSM 0 Q 7 ___ ~12' 24838/JF/ps « het uitgangssignaal j van de vergelijker 65 wordt toegevoerd aan de besturingseenheid 2 om het doorlaten van aan/uitschakelsignalen - G^-naar de halfgeleiderschakelaars T^+ - T^- te blokkeren, wanneer het meet-signaal de toelaatbare maximale stroom overschrijdt. De vergelijker 65 5 I wordt dus gebruikt om bij overstroom (kortsluiting) de invertor snel uit te schakelen.

Bij voorkeur is de stroommeetschakeling voorzien van een ingang om het meetsignaal aan de uitgang ervan op 0 in te stellen, wanneer er geen gelijkstroom in de ingangsleiding van de invertor 1 vloeit. Door ^ het toevoeren van een correctiesignaal h aan deze ingang kan het meetsignaal i naar nul worden geregeld op momenten dat er geen stroom is en het meetsignaal nul zou moeten zijn. De stroommeting reikt namelijk van gelijkstroom tot enkele megaherz. Het gelijkspanningsverloop of eventueel restmagnetisme in de stroommeetspoel, wanneer een duurder Hall-element wordt toegepast, wordt met behulp van dit signaal h gecorrigeerd.

Hiertoe is de uitgang van de stroommeetschakeling 4 via een analoge schakelaar 65 en een integrator, omvattende instelorgaan 67, operationele versterkers 66 en condensator 68 op de genoemde ingang van de stroommeetschakeling 4 aangesloten, waarbij de stuuringang van de analoge ' schakelaar 65 is verbonden met een detectieschakeling, die detecteert of geen van de halfgeleiderschakelaar T^+ - T^- is aangeschakeld en er derhalve geen stroom kan vloeien, kortweg genoemd niet-stroomschakeling 62, 63, 64, die in het bijzonder bestaat uit twee OF-poorten 62, 63, waarbij aan de ene OF-poort 62 de aan/uitschakelsignalen G.+, G?+, G_+ voor de 3 met een van de ingangsleidingen, dat wil zeggen de positieve ingansleiding van de invertor verbonden halfgeleiderschakelaars T^+, T2+, T^+ zijn gelegd en waarbij aan de andere OF-poort 63 de aan/uitschakelsignalen G.J-, Gg- en G^- voor de met de andere van de ingangsleidingen, dat wil zeggen de negatieve verbonden halfgeleiderschakelaars T1-, T2-, T^- zijn ! gelegd, alsmede uit een tussen de uitgangen van de OF-poorten en de stuuringang van de analoge schakelaar verbonden enNEN-poort 64.

Zoals gezegd ontstaan bij een stroommeting met zijn totale verwerking vrij süel door stoorinvloeden, temperatuur en restmagnetisme in de stroommeetschakeling meetfouten. Door nu op bepaalde momenten dat er geen stroom in de gelijkstroomkring loopt en kan lopen, omdat geen besturing aanwezig is , met behulp van analoge schakelaar 65 het signaal i te koppelen aan operationele versterker 66, die als integrator is geschakeld, kan goede nulinstelling van de stroommeetschakeling 4 worden gedetecteerd aangezien de integrator dan geen uitgangsspanning zal leveren. In-40 j dien echter op deze momenten een bepaalde waarde voor i wordt gemeten, a 5 Γ· 1 9 8 7 -13- 24838/JF/ps dan zal dit door middel van bovengenoemde integrator 66, 68 worden gecorrigeerd door terugkoppeling naar de stroommeetschakeling oftewel stroom-aftastcircuit.

65 0 l 98 7

Claims (14)

1. Frequentie- en/of spanningsregelinrichting voor ten minste gedeeltelijk inductieve belastingen, omvattende een invertor met twee in- 5 gangsleidingen voor aansluiting op respectievelijk een positieve en negatieve gelijkspanning, drie tweetallen telkens in serie tussen de ingangs-leidingen aangesloten halfgeleiderschakelaars met elk een stuurelectrode, en drie telkens met een knooppunt van een respectieve serieschakeling van twee halfgeleiderschakelaars verbonden uitgangsleidingen, een besturings-10 eenheid voor het selectief toevoeren van aan/uitschakelsignalen aan de stuurelectrodes van de halfgeleiderschakelaars , een stroommeetschakeling voor het aftasten van tenminste één aan het bedrijf van de invertor gerelateerde stroom en het voorzien in een daarmee overeenkomend meetsignaal en een verwerkingseenheid voor het omzetten van het meetsignaal van de 15 stroommeetschakeling in een terugkoppelsignaal voor de besturingseenheid, met het kenmerk, dat de stroommeetschakeling aan de ingangszijde van de invertor is aangebracht,om gedurende het in bedrijf zijn van de regelin-richting door het schakelen van de halfgeleiderschakelaars van de invertor opgewekte quasigelijkstroom in een of beide van de ingangsleidingen van de 20 invertor af te tasten en dat de verwerkingseenheid een multiplexer omvat, die door het multiplexen van het meetsignaal van de stroommeetschakeling en de aan/uitschakelsignalen van de besturingseenheid tenminste één terugkoppelsignaal voor de besturingseenheid opwekt.

2. Regelinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 25 multiplexer van de besturingseenheid een signaal, dat representatief is voor de periode van de gemiddeld sinusvormige fasespanningen op de uitgangsleidingen van de invertor ontvangt en een tempeerschakeling omvat, die binnen deze periode een aantal deelperiodes bepaalt, alsmede een schakelketen, die telkens in een respectieve deelperiode de aan/uit- 30 schakelsignalen van de besturingseenheid voor een respectieve halfgeleider-schakelaar in een van de serieschakelingen van twee halfgeleiderschakelaars en een bijbehorende halfgeleiderschakelaar in een andere serieschakeling van twee halfgeleiderschakelaars gedurende het aan zijn van de respectieve en bijbehorende halfgeleiderschakelaar het meetsignaal naar de uitgang 35 van de multiplexer doet doorlaten.

3. Regelinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat deze een sync'hronisatieschakeling omvat, die een aan de nul- doorgang in een richting van een van de fasespanningen gerelateerd syn- 8501987 - 15- 24838/JF/ps , ‘i......... chronisatiesignaal opwekt, en dat de multiplexer een faseverschuivings-schakeling omvat, die de eerste deelperiode met een bepaalde faseverschuiving na het door het synchronisatiesignaal bepaalde begin van de genoemde fasespanning doet aanvangen.

4. Regelinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het aantal deelperioden zes is en de deelperioden in hoofdzaak aansluitend zijn.

5. Regelinrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de faseverschuiving ir/5rad is.

6. Regelinrichting volgens een van de conclusies 2 tot en met 5, 10 met het kenmerk, dat de tempeerschakeling een teller omvat, die de deelperioden bepaalt, een in serie daarmee verbonden omkeerbare ringteller met een gelijk aan het aantal deelperioden zijnd aantal standen, aan de op/aftelingangsklem waarvan een signaal wordt toegevoerd, dat representatief is voor de draairichting van het door de invertor opgewekte 15 draai veld en een in serie met de ringteller verbonden 1 uit n decoder, waarbij n gelijk is aan het aantal deelperioden.

7. Regelinrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de schakelketen bestaat uit een aan het aantal deelperioden gelijk zijnd aantal EN-poorten, die elk zijn verbonden met een respectieve uit- 20 gang van de decoder en verder van de besturingseenheid twee respectieve aan/uitschakelsignalen ontvangen en een parallel tussen de uitgang van de multiplexer en de uitgang van de stroommeetschakeling aangesloten, aan het aantal deelperioden gelijk zijnd aantal analoge schakelaars, waarvan telkens de stuuringang is verbonden met de uitgang van de respectieve EN-poort.

8. Regelinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op de uitgang van de multiplexer een integrator is aangesloten, die voorziet in een signaal dat representatief is voor het product tussen de belastingsstroom en de arbeidsfactor (coscp), welk signaal eventueel na bewerking als terugkoppelsignaal aan de besturingseenheid voor het houden 30 van de belastingsspanning op de ingestelde waarde ervan wordt toegevoerd.

9. Regelinrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat op de uitgang van de integrator een versterker is aangesloten, waarvan het uitgangssignaal representatief is voor het koppel van een motor als belasting, welk signaal als frequentiecorrrectiesignaal aan de besturings- 35 eenheid wordt toegevoerd, om het motortoerental op de ingestelde waarde ervan te doen houden.

10. Regelinrichting volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, dat e: η i 0 *1 7 iJy v > v * - 16 - 24838/JF/ps op de uitgang van de integrator een ingang van een vergelijker is aangesloten, waarvan een andere ingang een referentiesignaal ontvangt en waarvan de uitgang aangeeft of de belasting vermogen teruggeeft of opneemt, of als generator of motor werkt.

11. Regelinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat op 5 de uitgang van de stroommeetschakeling een stroomtekendetectieschakeling is aangesloten, die op grond van het detectieresultaat het meetsignaal van de stroommeetschakeling doorlaat naar de ene of andere klem van een versterker, waarvan het uitgangssignaal, de effectieve motorstroom 1^ in overeenstemming met het generator/motorsignaal van de vergelijker wordt doorgelaten naar een tweede of 10 derde versterker, die een uitgangssignaal afgeven, dat respectievelijk representatief is voor versnellen of remmen, waarbij dit uitgangssignaal als frequentie-correctiesignaal aan de besturingseenheid wordt toegevoerd.

12. Regelinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat cos® wordt verkregen door van het verkregen I^.coscp-signaal I^af te trekken.

13. Regelinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op de uitgang van de stroommeetschakeling een vergelijker is aangesloten, waarbij de andere ingang van de vergelijker een referentie-spanning ontvangt, die representatief is voor een toelaatbare maximale stroom en waarvan het uitgangssignaal het doorlaten van de aan/uitschakel-20 signalen naar de halfgeleiderschakelaars blokkeert wanneer het meetsignaal de toelaatbare maximale stroom overschrijdt.

14. Regelinrichting volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stroommeetschakeling is voorzien van een ingang om het meetsignaal aan de uitgang ervan op nul in te stellen en de uitgang 25 van de stroommeetschakeling via een analoge schakelaar en een integrator op de nul-instelingang van de stroommeetschakeling is aangesloten, waarbij de stuuringang van de analoge schakelaar is verbonden met een niet-stroom-schakeling, die bestaat uit twee OF-poorten, waarbij aan de ene OF-poortde aan/uitschakelsignalen voor de met een van de ingangsleidingen van de in-30 vertor verbonden halfgeleiderschakelaars zijn gelegd en waarbij aan de andere OF-poort de aan/uitschakelsignalen voor de met de andere van de ingangsleidingen verbonden halfgeleiderschakelaars zijn gelegd, alsmede uit een tussen de uitgangen van de OF-poorten en de stuuringang van de analoge schakelaar verbonden NEN-poort. Eindhoven, juli 1985. Ê5ö t38 7