DE2856574C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für einen Direktumrichter zur Speisung einer Drehstrommaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DD-PS 94 666 ist ein Verfahren zur Drehzahlstellung kommutatorloser Induktionsmotoren bekannt, bei dem ein Paar antiparalleler Thyristoren, das zwischen je einem Ständerstrang der Maschine und einer Netzphase angeordnet ist, zur Umrichtung der Netzspannung dient. Jedes Paar antiparalleler Thyristoren wird über eine Steuereinrichtung so angesteuert, daß ganze Halb­ wellen der Netzwechselspannung von diesen gesperrt und ganze Halbwellen von ihnen durchgelassen werden, wobei die entspre­ chenden Zeitintervalle jeweils gleich groß sind und wechselweise periodisch aufeinanderfolgen.

Mit dem vorbekannten Verfahren und der vorbekannten Anordnung ist jedoch ein Abbremsen von einer höheren Betriebsdrehzahl auf eine verringerte Drehzahl nicht ohne weiteres möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ansteuerung für den Umrichter der aus der DD-PS 94 666 vorbekannten Art zu schaffen, die es gestattet, einen Drehstromsteller mit seiner ohnehin vorhandenen Phasenanschnittsteuerung einzusetzen, um eine oberschwingungs­ arme, niederfrequente, einstellbare Ausgangsspannung zur Erzie­ lung einer bzw. Abbremsung auf eine Schleichdrehzahl zu erhal­ ten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der Eingang von Zündimpulsgeneratoren für die elektronischen Schalter ist mit einem gemeinsamen Sollwertgenerator verbunden. Bei den Zünd­ impulsgeneratoren besteht zwischen Zündwinkel und Eingangsspan­ nung ein im wesentlichen linearer Zusammenhang. Der Sollwert­ generator liefert ein unabhängig voneinander in Frequenz und Amplitude einstellbares, kontinuierliches, symmetrisches Soll­ wertspannungssystem. Ein an sich bekannter Drehstromsteller wird dazu verwendet, um auf einfache Weise eine Schleichdrehzahl er­ halten zu können.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen be­ schrieben.

Bei bisher bekanntem Drehstromstellerbetrieb sind im ausgegli­ chenen Zustand Zündwinkel, Ausgangsspannung und Laststrom kon­ stant; die Frequenz entspricht der Frequenz des speisenden Netzes. In der erfindungsgemäßen Anordnung wird nun mit Zünd­ impulsgeneratoren das bisher übliche Zündschema bei Drehstrom­ stellern dahingehend abgeändert, daß während einer bestimmten Anzahl von Netzschwingungen nur Zündung bei den positiven Halb­ schwingungen und anschließend nur Zündung bei den negativen Halbschwingungen erfolgt. Dies kann man beispielsweise so aus­ führen, daß während einer ersten positiven Halbschwingung der Netzspannung ein kleinerer positiver Laststrom fließt, während der zweiten positiven Halbschwingung ein etwas größerer, während der dritten ein großer und mit der 4., 5. und 6. Halbschwingung der Laststrom wieder bis Null abnimmt. Ab der 6. Halbschwingung wer­ den in gleicher Weise die elektronischen Schalter für die nega­ tiven Halbschwingungen der Netzspannung gezündet. Man erhält insgesamt eine Ausgangsspannung bzw. einen Laststrom mit einer Hüllkurve, deren Frequenz niedriger als die Netzfrequenz ist und deren Kurvenform über die Modulation der Zündwinkel beeinflußbar ist. Für Dreiphasensysteme sind drei derartige Anordnungen vor­ zusehen, wobei die Zündwinkel so geführt werden, daß die Hüll­ kurven der drei Lastströme ein Drehstromsystem mit jeweils 120° Phasenverschiebung bilden. Die Phasenverschiebung von 120° be­ zieht sich auf die Hüllkurvenfrequenz.

Wesentlich für die Erfindung ist der Einsatz des ohnehin vor­ handenen Drehstromstellers. Bei der aus der DD-PS 94 666 vor­ bekannten Lösung mit einer Vollwellensteuerung ist zwar ein Betrieb mit verringerter Drehzahl möglich. Ein Abbremsen von einer höheren Betriebsdrehzahl auf eine verringerte Drehzahl ist jedoch nicht ohne weiteres durchführbar, da der Motor infolge von Oberwellenmomenten auf der ursprünglichen Drehzahl weiter­ laufen wird. Außerdem ist bei einer derartigen Betriebsart eine Anpassung der Spannung an die verringerte Frequenz nicht mög­ lich, da eine Übersättigung der Maschine bei der geringen Frequenz die Folge wäre.

Man kann zeigen, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung Ampli­ tude und Frequenz der ersten Harmonischen von Ausgangsspannung und Strom näherungsweise proportional zu Amplitude und Frequenz der Sollkurve sind. Folglich lassen sich über die Modulation der Zündwinkel Amplitude und Frequenz der Grundschwingung der Aus­ gangsspannung verstellen. Der wesentliche Vorteil der erfindungs­ gemäßen Anordnung ist hierbei, daß für ein dreiphasiges Umrich­ tersystem die geringe Anzahl von 6 elektronischen Schaltern, bei­ spielsweise Thyristoren benötigt wird.

Das erfindungsgemäße Umrichtersystem gehört prinzipiell zur Klasse der Direktumrichter. Bei diesem Umrichterprinzip ist der Frequenzstellbereich nach oben begrenzt. Der Umrichter ist damit gut geeignet für den Antrieb von Arbeitsmaschinen, die neben einer hohen einzelne oder mehrere niedrige Drehzahlen fordern. Die hohe Drehzahl kann durch direkten Netzanschluß oder üblichen Stellerbetrieb und die niedrige Drehzahl durch einfaches Umschal­ ten in der Steuereinrichtung auf das beschriebene Steuerverfah­ ren realisiert werden. Je nach Erfordernis ist treibender oder bremsender Betrieb möglich. Anwendung findet die Anordnung bei­ spielsweise bei Aufzügen, Hebezeugen, Transporteinrichtungen, Zentrifugen, Werkzeugmaschinen u. v. a.

Die erfindungsgemäße Anordnung und ihre Funktionsweise wird anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipbild der erfindungsgemäßen Anordnung mit Steuereinrichtung, Leistungsteil und ange­ schlossener Asynchronmaschine,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf von Steuerspannung, einem Sperrsignal, Netzspannung, Zündimpulsen, und Aus­ gangsstrom für Phase R.

In der Blockschaltbilddarstellung in Fig. 1 wird von ana­ logen Steuergrößen U ₁ für die Amplitude und U _F für Fre­ quenz der Grundschwingung der Umrichterausgangsspannung ausgegangen. Diese beiden Größen werden einem Sollwert­ generator 1 zugeführt. Der Sollwertgenerator erzeugt drei sinusförmige, um jeweils 120° verschobene Ausgangssignale U _{2 R, S, T} deren Amplitude und Frequenz über die Eig­ nungsgrößen U ₁, U _F verstellbar sind. Die Sollwertgenera­ torsignale können mit analogen oder digitalen Schaltkreis­ gliedern erzeugt werden. Derartige Anordnungen sind in der Literatur bekannt. (Kahlen W.: Sollwertgenerator für Dreh­ strom-Wechselrichter nach dem Unterschwingungsverfahren, Internationale Elektronische Rundschau 1970 Nr. 2).

Das dreiphasige Sollwertsignal wird mit drei Diodenschal­ tungen 2 _{R, S, T} gleichgerichtet. Die gleichgerichteten Sig­ nale |U _{2 R, S, T} | stellen die Eingangssignale für die Zünd­ impulsgeneratoren 4 _{R, S, T} dar. Die Zündimpulsgeneratoren erzeugen die Zündimpulse für die Thyristoren des Dreh­ stromstellers 6. Üblicherweise führt man Zündimpulsgenera­ toren so aus, daß der Zusammenhang zwischen Eingangsspan­ nung und Zündwinkel näherungsweise linear ist. In drei Schmittriggern 3 _{R, S, T} werden aus den Sollwertsignalen U _{2 R, S, T} drei Sperrsignale S _{pR, S, T} gebildet. Diese Signale dienen zur Erkennung, ob positive oder negative Halbschwin­ gungen vorliegen. Die Sperrsignale steuern über drei elek­ tronische Schalteinrichtungen 5 _{R, S, T} die Freigabe der Zünd­ impulse Z _{1 R, S, T} oder Z _{2 R, S, T} . Bei positiven Halbschwingun­ gen des Sollwertsignals werden die Zündimpulse Z _{1 R, S, T} für die Thyristoren n _{1 R, S, T} freigegeben und die Zündimpulse Z _{2 R, S, T} für die Thyristoren n _{2 R, S, T} gesperrt. Bei nega­ tiven Halbschwingungen verhält es sich umgekehrt. Damit sind während positiver Halbschwingungen nur positive Lastströme der eingezeichneten Zählrichtung und während negativer Halb­ schwingungen nur negative Lastströme möglich. Daraus folgt, daß die Frequenz der Lastströme der Frequenz der Sollwertsignale entspricht.

Zur weiteren Erläuterung sind in Fig. 2 Abbildungen a, b, c, d, e, f Sollwertausgangssignale U _{2 R} , das zugehörige Sperrsignal S _pR , Verlauf der Netzspannung U _ny , Zündimpulse Z _{1 R} , Z _{2 R} für die Thyristoren n _{1 R} , n _{2 R} und zugehöriger Laststrom i _R aufgezeigt. Man sieht, daß infolge der Linearität zwischen Steuerspannung, Zündwinkel und Last­ strom die Hüllkurve des Laststroms ähnlich der Kurven­ form der Steuerspannung ist. Die Grundschwingungsfrequenz f ₂ des Laststromes beträgt in vorliegendem Beispiel 5 Hz bei einer angenommenen Netzfrequenz von 50 Hz.

Claims (6)

1. Steuerungseinrichtung für einen Direktumrichter zur Speisung einer Drehstrommaschine, wobei je ein Paar antiparalleler elektronischer Schalter, vorzugsweise Thyristoren, zwischen einer Netzphase und einer Ständerwicklung des Drehstrom­ motors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der Eingang von Zündimpulsgeneratoren (4 R, S, T) für die elektronischen Schalter, bei denen zwischen Zündwin­ kel und Eingangsspannung ein im wesentlichen linearer Zusam­ menhang besteht, mit einem gemeinsamen Sollwertgenerator (1), der ein unabhängig voneinander in Frequenz und Ampli­ tude einstellbares, kontinuierliches, symmetrisches Sollwert­ spannungssystem (UR, S, T) liefert, verbunden ist.

2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sollkurve der Sollwertgenerator-Ausgangsspan­ nung bzw. des Sollwertgenerator-Ausgangsstromes über die Zündimpulse sinusförmig, trapezförmig, sinustrapezförmig oder dreieckförmig vorgegeben werden kann.

3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz der Sollkurve synchron mit der Netzfrequenz vorgegeben werden kann.

4. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Frequenz der Sollkurve asynchron mit der Netzfrequenz vorgegeben werden kann.

5. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der ange­ schlossenen Drehstrommaschine über die Frequenz der ersten Harmonischen verstellt wird.

6. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der ange­ schlossenen Drehstrommaschine über die Amplitude der ersten Harmonischen verstellt wird.