DE19524005A1 - Motorbetriebsregler und bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer - Google Patents
Motorbetriebsregler und bidirektionaler Isolations-GleichspannungsumformerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Motorbetriebsregler und einen
bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformer zum Auf
nehmen von unterschiedlichen Stromversorgungsspannungen.
Einem Motorbetriebsregler zugeführte Stromversorgungsspan
nungen variieren wesentlich in Abhängigkeit von der Anwen
dung des Motors und dem Land oder Gebiet, in dem der Motor
verwendet wird. In Japan liegt beispielsweise die
Hausstromversorgungsspannung bei 100 V Wechselspannung,
während die Industriestromversorgungsspannung bei 200 V
Wechselspannung liegt. In Überseeländern liegen die
Stromversorgungsspannungen bei 200-230, 380, 400 und 415 V
Wechselspannung (Europa) und 240 und 460-480 V Wech
selspannung (USA). Industriestromversorgungsspannungen las
sen sich allgemein grob in 200, 240, 380, 415 und 480 Volt
Wechselspannung unterteilen.
Ein Motor wird in jedem Betriebszustand, also bei Beschleu
nigung, normalem Ausgang und Verzögerung verwendet. Der Mo
torbetriebsregler benötigt also zwei Funktionen, nämlich
die Zuführung von Energie von einer Eingangsstromversorgung
zum Motor, die im folgenden als "Leistungsmodus" bezeichnet
wird, und der Rückführung der Drehenergie des Motors und
eines an dem Motor befestigten Rotors zu der Eingangsstrom
versorgung, indem der Motor als Generator betrieben wird;
diese Funktion wird im folgenden als "Regenerationsmodus"
bezeichnet.
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm, das als Teil eines herkömm
lichen Motorbetriebsreglers die Hauptschaltung zeigt, wobei
die Bezugsziffer 1 für eine Eingangsstromversorgung steht,
die Bezugsziffer 2 für einen Motorbetriebsregler und die
Bezugsziffer 3 für einen Motor. Der Motorbetriebsregler 2
ist grob in einen Umformerabschnitt 4 zum bidirektionalen
Umformen eines Wechselstromeingangsabschnitts und eines
Gleichstromabschnitts sowie einen Wechselrichterabschnitt 5
zum Umformen von Gleichstrom zu Wechselstrom unterteilt. Im
Umformerabschnitt 4 steht die Bezugsziffer 6 für einen
Gleichrichter aus einer Diodenbrücke usw., die Bezugsziffer
7 für einen Stromversorgungswechselrichter aus einer Tran
sistorbrücke usw. zur Ausgabe einer Stromversorgungsfre
quenz, die Bezugsziffer 8 steht für einen Stromversorgungs
wechselrichterregler zum Regeln des Betriebs des Stromver
sorgungswechselrichters 7, und die Bezugsziffer 9 steht für
eine Glättungsschaltung aus einem Elektrolytkondensator
usw. In dem Wechselrichterabschnitt 5 steht die Bezugszif
fer 10 für einen Wechselrichter zur Abgabe einer Spannung,
eines Stroms und einer Frequenz in Reaktion auf den Be
triebszustand des Motors 3, die Bezugsziffer 11 steht für
einen Wechselrichterregler zum Regeln des Betriebs des
Wechselrichters 10, und die Bezugsziffer 12 steht für eine
Schnittstellenschaltung zum Empfang von Betriebsbefehlen
für den Motor 3, wie Beschleunigung, Verzögerung und Dreh
zahl, die von außen gegeben werden.
Fig. 29 ist ein herkömmliches Beispiel zur Aufnahme von
Stromversorgungsspannungen, die nicht mit den Spannungs
spezifikationen des Motorbetriebsreglers 2 und des Motors 3
kompatibel sind, wobei die Bezugsziffer 1a eine Eingangs
stromversorgung ist, die nicht mit den Spannungsspezifika
tionen kompatibel ist, und die Bezugsziffer 13 einen Trans
formator zum Umformen einer Stromversorgungsspannung, die
nicht mit den Spannungsspezifikationen kompatibel ist, in
eine Spannung bezeichnet, die den Spezifikationen ent
spricht.
Fig. 30 ist ein Anschlußbeispiel mit mehreren Motorbe
triebsreglern 2a, 2b und 2c sowie mehreren Motoren 3a, 3b
und 3c. In dem Beispiel wird über den Transformator 13 eine
Stapelspannungsumformung zur Versorgung der Motorbetriebs
regler 2a, 2b und 2c durchgeführt. Die Motorbetriebsregler
2a, 2b und 2c empfangen Motorbetriebsbefehle a, bzw. b und
c von außerhalb.
Fig. 31 ist ein Schaltungsdiagramm, das in der japanischen
Offenlegungsschrift 4-38192 gezeigt ist und bei dem ein
Gleichspannungsumformer 20 zwischen einem Gleichrichter 6
in einem Umformerabschnitt und einem Wechselrichterab
schnitt 5 vorgesehen ist, um Stromversorgungsspannungen
aufzunehmen, die mit den Spannungsspezifikationen des Mo
tors 3 nicht kompatibel sind. In Fig. 31 bezeichnet die Be
zugsziffer 21 eine Primärglättungsschaltung, die Bezugszif
fer 22 eine Sekundärglättungsschaltung, die Bezugsziffer 23
einen Überbrückungswiderstand, die Bezugsziffer 24 einen
Entladungsschalter und die Bezugsziffer 25 einen Regler zum
Regeln des Gleichspannungsumformers 20 und des Wechselrich
terabschnitts 5.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Dazu wird zunächst
der Betrieb des Motorbetriebsreglers 2 in Fig. 28 beschrie
ben. Der Motorbetriebsregler 2 formt im Leistungsmodus über
den Gleichrichter 6 eine Eingangswechselspannung 1 in eine
Gleichspannung um und glättet die Gleichspannung durch die
Glättungsschaltung 9. Dann formt er durch den Wechselrich
ter 10 die geglättete Gleichspannung in eine Wechselstrom
versorgung mit einer Spannung, einem Strom und einer Fre
quenz um, die zum Betrieb des Motors 3 erforderlich sind.
Bei Empfang eines Ausgangssignals des Gleich
richterabschnitts 5 wird der Motor mit einer vorbestimmten
Drehzahl betrieben. Als nächstes arbeitet der Wechselrich
ter 10 im Regenerationsmodus so, daß der Motor 3 als Ge
nerator betrieben wird. Als Ergebnis wird die Drehenergie
des Motors 3 durch die Glättungsschaltung 9 über den Strom
versorgungswechselrichter 7 zur Eingangsstromversorgung 1
zurückgeführt, wobei eine elektrische Bremse angelegt wird.
Der Wechselrichterregler 11 steuert den Wechselrichter 10
so, daß der Motor 3 in Reaktion auf einen externen Motorbe
triebsbefehl angetrieben wird, der an der Schnittstellen
schaltung 12 empfangen wird. Der Strom
versorgungswechselrichter 7 gibt die Größe der Versorgungs
spannung, die Frequenz, die Phase und die Spannung der
Glättungsschaltung 9 ein. Wird die Spannung der Glättungs
schaltung höher als die Stromversorgungsspannung wie im Re
generationsmodus, dann wird der Stromversorgungswechsel
richter 7 mit der gleichen Frequenz und Phase wie die Ein
gangsstromversorgung getrieben, wodurch die Energie zu der
Eingangsstromversorgung 1 zurückgeführt wird. Der Umfor
merabschnitt 4 besitzt also eine Reihe von Bauteilen, aber
eine einfache Funktion, während der Wechselrichterabschnitt
5 Funktionen wie die Regelung der Motordrehzahl und der
Drehposition besitzt und mit einem externen Regler über
eine Schnittstelle in Verbindung steht. Weiterhin nimmt der
Umformerabschnitt 4 die zentralen Funktionen und den grund
legenden Betrieb des Motorbetriebsreglers 2 wahr.
Als nächstes werden herkömmliche Beispiele zur Aufnahme von
Versorgungsspannungen erläutert, die mit den Spannungsspe
zifikationen des Motors 3 nicht kompatibel sind. Zur Auf
nahme von Versorgungsspannungen, die mit den Spannungsspe
zifikationen nicht kompatibel sind, können die folgenden
drei Methoden verwendet werden.
Die Haltespannung, die zulässige Spannung und der Strom des
Motorbetriebsreglers 2 und des Motors 3 werden zur Auswahl
der Bauteile und der Auslegung der Struktur in Reaktion auf
Eingangsspannungen betrachtet.
Wie dies in Fig. 29 gezeigt ist, ist der Transformator 13
zwischen die Eingangsstromversorgung 1a und den Motorbe
triebsregler 2 geschaltet, um die Spannungsumformung durch
zuführen.
Wie dies in Fig. 31 gezeigt ist, ist der interne Gleich
spannungsumformer 20 vorgesehen.
Nach der Methode 1 können Motorbetriebsregler mit 200 Volt
Wechselspannung und Motoren mit 200 Volt Wechselspannung
nicht bei 400 V Wechselspannung verwendet werden, wenn die
Haltespannung berücksichtigt wird, und sie können nicht bei
100 V Wechselspannung verwendet werden, wenn die Stromkapa
zität der Hauptschaltungsteile berücksichtigt wird, da ein
doppelter Strom erforderlich ist, obwohl die Spannung im
Vergleich zu 200 V die Hälfte beträgt. Als Ergebnis müssen
für verschiedene Stromversorgungsspannungen Motorbetriebs
regler 2 und Motoren 3 unterschiedlicher Typen vorgesehen
sein.
Nach der Methode 2 müssen unterschiedliche Typen von Trans
formatoren für verschiedene Spannungen vorgesehen sein.
Nach der Methode 3 kann der Motor 3 mit Spezifikationen
verwendet werden, die sich von der Stromversorgungsspannung
1a unterscheiden, aber wie bei Methode 2 ist ein Transfor
mator erforderlich, um eine Isolierung vorzusehen. Es kann
zwar ein einziger interner Wechselrichterabschnitt für ver
schiedene Versorgungsspannungen verwendet werden, aber un
terschiedliche Typen von Motorbetriebsreglern müssen vorge
sehen sein.
Fig. 32 ist ein Schaltungsdiagramm eines bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformers, der in der US-Patent
schrift Nr. 5,027,264 offenbart ist, wo die Bezugsziffer 21
eine Primärglättungsschaltung bezeichnet, die Bezugsziffer
22 eine Sekundärglättungsschaltung, die Bezugsziffer 100
einen bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformer,
die Bezugsziffer 110 einen Schaltelementregler des bidi
rektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers 100 und die
Bezugsziffer 120 einen Spannungsschleifenregler des
bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers 100.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer 100
weist Primärschaltelemente 101a-101d, einen internen
Transformator 102 sowie Sekundärschaltelemente 103a-103d
auf. Die Bezugszeichen i1, iL1, iL2 und i2 bezeichnen
Ströme, die in Fig. 32 in Pfeilrichtung fließen, und V1 und
V2 stehen für die Primär- bzw. Sekundärspannung.
Fig. 33 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der inter
nen Figuration des Schaltelementreglers 110 in Fig. 32
zeigt, wobei die Bezugsziffer 111 einen Impulsgenerator be
zeichnet, die Bezugsziffer 112 eine Phasenschieberschaltung
zur Eingabe der Phasendifferenz ph und zum Verschieben der
Phase eines Ausgangsimpulses des Impulsgenerators 111 um
die Phasendifferenz ph, und die Bezugsziffern 113 und 114
sind NICHT-Schaltungen zum Invertieren von Impulssignalen.
Unter der Annahme, daß ein von dem Impulsgenerator 111 er
zeugter Impuls pls ist, sorgt der Schaltelementregler 110
dafür, daß pls in die Primärschaltelemente 101a und 101d
und das invertierte pls in die Primärschaltelemente 101b
und 101c eingegeben wird. Er sorgt auch dafür, daß pls,
dessen Phase um die Phasendifferenz ph verschoben ist, in
die Sekundärschaltelemente 103a und 103 eingegeben wird,
und daß das invertierte pls, dessen Phase um die
Phasendifferenz ph verschoben ist, in die Sekundärschalt
elemente 103b und 103c eingegeben wird.
Fig. 34(a) ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der in
ternen Konfiguration des Spannungsschleifenreglers 120 in
Fig. 32 zeigt, wobei die Bezugsziffer 121 ein Subtrahier
glied zum Herausfinden einer Differenz zwischen dem Sekun
därspannungserfassungswert V2 und dem Sekundärspannungs
zielwert V2* in dem bidirektionalen Isolations-Gleichspan
nungsumformer 100 und die Bezugsziffer 122 eine Spannungs
schleifenverstärkungsschaltung bezeichnet, die beispiels
weise aus einem Proportionalelement und einem Integrierele
ment besteht.
Fig. 34(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120 in Fig. 34(a) darstellt. Die Se
kundärspannung V2 wird im Schritt S101 eingegeben, die
Spannungsabweichung V2er wird im Schritt S102 berechnet,
die Phasendifferenz ph, eine Regelvariable, wird im Schritt
S103 herausgefunden, und die Phasendifferenz ph wird im
Schritt S104 ausgegeben.
Fig. 35 und 36 sind Zeitsteuerdiagramme und Stromwellen
formdiagramme, die den Betriebszustand von Primär- und Se
kundärtreiberschaltungen zeigen; Fig. 35 zeigt den Lei
stungsmodus, und Fig. 36 zeigt den Regenerationsmodus. In
den Figuren geben die Signale 101a bis 101d und 103a bis
103d den Betrieb der Schaltelemente mit den gleichen Be
zugsziffern an; der niedere (L-)Impuls bezeichnet den
Ausschaltzustand, und der hohe (H-)Impuls bezeichnet den
Einschaltzustand.
Als nächstes wird der Betrieb unter Bezug auf Fig. 35 und
36 beschrieben. Der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer 100 formt die Primärgleichspannung V1 in die
Sekundärgleichspannung V2 um, wobei sie gegeneinander iso
liert sind.
Da sich die Primärschaltelemente 101a und 101d und die Se
kundärschaltelemente 103b und 103c im Abschnitt a in Fig. 35
im Einschaltzustand befinden, fließt der Primärstrom von
dem Primärglättungskondensator 21 → Schaltelement 101a → inter
ner Transformator 102 → Schaltelement 101d → Pri
märglättungskondensator 21, wobei die Spannung V1 an die
Primärwicklung des internen Transformators 102 angelegt
wird. Unter der Annahme, daß das Windungsverhältnis des in
ternen Transformators 102 n : 1 beträgt, tritt an der Sekun
därwicklung des internen Transformators 102 eine Spannung
von etwa V1/n auf und ein Strom fließt von dem internen
Transformator 102 → Schaltelement 103b → Sekundärglät
tungskondensator 22 → Schaltelement 103c → interner
Transformator 102. Unter der Annahme, daß der Primärstrom
und der Sekundärstrom des internen Transformators 102 iL1
bzw. iL2 sind, ist der Stromwert iL2
iL2 = n · iL1 (1).
Beträgt nun die Streuinduktivität des internen Transforma
tors 102 Lh, und ist im Vergleich zur Wechselinduktivität
ein ausreichend kleiner Wert eingestellt, dann findet man
iL1 bezüglich der Einschaltzeit t nach dem folgenden Aus
druck:
iL1 = (V1 + n · V2) · t/Lh (2).
Es sei nun angenommen, daß die Phasenüberlappungszeit ph
und der Strom zu dieser Zeit IL1x ist. Aus dem Ausdruck (2)
ist zu ersehen, daß der Strom im Verhältnis zu V1 + n · V2
und damit innerhalb einer kurzen Zeit ansteigt.
Als nächstes werden im Abschnitt b die Schaltelemente 103b
und 103c ausgeschaltet, und der Primärstrompfad ist der
gleiche wie oben; der Sekundärstrom fließt von dem internen
Transformator 102 → Schaltelement 103a (in Verbindung mit
dem Element vorgesehene Diode) → Sekundärglättungskonden
sator 22 → Schaltelement 103d (in Verbindung mit dem Ele
ment vorgesehene Diode) → interner Transformator 102. Die
Richtung von i2 ist umgekehrt. Deshalb gilt:
iL1 = IL1x + (V1 - n · V2) t/Lh (3).
Es sei angenommen, daß der Stromwert zu der Zeit IL1y ist.
Da die Schaltelemente 101a und 101d im Abschnitt c ausge
schaltet werden, wird die Richtung des Primärstroms umge
schaltet, und der Strom fließt von dem internen Transforma
tor 102 → Schaltelement 101c (in Verbindung mit dem Ele
ment vorgesehene Diode) → Primärglättungskondensator 21 → Schalt
element 101b (in Verbindung mit dem Element vorgese
hende Diode) → interner Transformator 102. Der Sekundär
strom ist der gleiche wie oben beschrieben. Der Stromwert
nimmt ab wie in
iL1 = -IL1y + (V1 + n · V2) t/Lh (4)
und nimmt weiter ab, bis iL1 = 0.
Da die Primärschaltelemente 101b und 101c und die Sekun
därschaltelemente 103a und 103d im Abschnitt d eingeschal
tet werden, fließt der Primärstrom von dem Primärglättungs
kondensator 21 → Schaltelement 101c → interner Transfor
mator 102 → Schaltelement 101b → Primärglättungskondensa
tor 21. Der Sekundärstrom fließt von dem internen Transfor
mator 102 → Schaltelement 103d → Sekundärglättungskonden
sator 22 → Schaltelement 103a → interner Transformator
102. Der Stromwert ist der gleiche wie im Ausdruck (2).
Deshalb wird der Strom IL1x bei gleicher Phasenüberlap
pungszeit ph.
Als nächstes werden im Abschnitt e die Schaltelemente 103a
und 103d ausgeschaltet, und der Primärstrompfad ist der
gleiche wie oben beschrieben; der Sekundärstrom fließt von
dem internen Transformator 102 → Schaltelement 103c (in
Verbindung mit dem Element vorgesehene Diode) → Sekun
därglättungskondensator 22 → Schaltelement 103b (in Ver
bindung mit dem Element vorgesehene Diode) → interner
Transformator 102. Die Richtung von i2 ist umgekehrt. Des
halb ist der Stromwert der gleiche wie in (3).
Da als nächstes die Schaltelemente 101b und 101c im Ab
schnitt f ausgeschaltet werden, wird die Richtung des Pri
märstroms umgeschaltet, und der Strom fließt von dem inter
nen Transformator 102 → Schaltelement 101a (in Verbindung
mit dem Element vorgesehene Diode) → Primärglättungskon
densator 21 → Schaltelement 101d (in Verbindung mit dem
Element vorgesehene Diode → interner Transformator 102.
Der Sekundärstrom ist der gleiche wie oben beschrieben. Der
Stromwert ist der gleiche wie im Ausdruck (4) und nimmt
weiter ab, bis iL1 = 0.
Als nächstes wird der Betrieb im Regenerationsmodus be
schrieben. Da der Motor im Regenerationsmodus als Generator
arbeitet, steigt die Sekundärspannung V2 und die Leistung
fließt umgekehrt von der Sekundärwicklung zu der Primär
wicklung. Zunächst sind die Primärschaltelemente 101b und
101c und die Sekundärschaltelemente 103a und 103d im Ab
schnitt g in Fig. 36 eingeschaltet; damit fließt also der
Sekundärstrom von dem Sekundärglättungskondensator 22 → Schalt
element 103a → interner Transformator 102 → Schalt
element 103d → Sekundärglättungskondensator 22, womit die
Spannung V2 an die Sekundärwicklung des internen Transfor
mators 102 angelegt wird. An der Primärwicklung des inter
nen Transformators 102 tritt eine Spannung von etwa n · V2
auf, und ein Strom fließt von dem internen Transformator
102 → Schaltelement 101b → Primärglättungskondensator
21 → Schaltelement 101c → interner Transformator 102. Der
Stromwert ist nach dem folgenden Ausdruck zu finden:
iL1 = (V1 + n · V2) · t/Lh (5).
Nun sei angenommen, daß die Phasenüberlappungszeit Tx be
trägt und der Strom zu der Zeit IL1x ist. Aus dem Ausdruck
(5) ist zu ersehen, daß der Strom proportional zu V1 + n · V2
ist und damit in kurzer Zeit ansteigt.
Als nächstes werden im Abschnitt h die Schaltelemente 101b
und 101c ausgeschaltet, und der Sekundärstrompfad ist der
gleiche wie oben beschrieben; der Primärstrom fließt von
dem internen Transformator 102 → Schaltelement 101a (in
Verbindung mit dem Element vorgesehene Diode) → Pri
märglättungskondensator 21 → Schaltelement 101d (in Ver
bindung mit dem Element vorgesehene Diode) → interner
Transformator 102. Die Richtung von i1 ist umgekehrt. Des
halb gilt:
iL1 = -IL1x + (n · V2 - V1) · t/Lh (6).
Es sei angenommen, daß der Stromwert zu der Zeit IL1y ist.
Da als nächstes im Abschnitt i die Schaltelemente 103a und
103d ausgeschaltet werden, wird die Richtung des Sekundär
stroms umgeschaltet, und der Strom fließt von dem internen
Transformator 102 → Schaltelement 103c (in Verbindung mit
dem Element vorgesehene Diode) → Sekundärglättungskonden
sator 22 → Schaltelement 103b (in Verbindung mit dem Ele
ment vorgesehene Diode) → interner Transformator 102. Der
Primärstrom ist der gleiche wie oben beschrieben. Der
Stromwert nimmt ab wie in:
iL1 = -IL1y + (V1 + n · V2) · t/Lh (7),
und er nimmt weiter ab, bis iL1 = 0.
Da die Primärschaltelemente 101a und 101d und die Sekun
därschaltelemente 103b und 103c im Abschnitt j eingeschal
tet werden, fließt der Sekundärstrom von dem Sekundärglät
tungskondensator 22 → Schaltelement 103c → interner
Transformator 102 → Schaltelement 103b → Sekundärglät
tungskondensator 22. Der Primärstrom fließt von dem inter
nen Transformator 102 → Schaltelement 101d → Primärglät
tungskondensator 21 → Schaltelement 101a → interner
Transformator 102. Der Stromwert ist der gleich wie im Aus
druck (5). Deshalb wird der Strom zu IL1x bei gleicher Pha
senüberlappungszeit ph.
Als nächstes werden im Abschnitt k die Schaltelemente 101a
und 101d ausgeschaltet und der Sekundärstrompfad ist der
gleiche wie oben beschrieben; der Primärstrom fließt von
dem internen Transformator 102 → Schaltelement 101c (in
Verbindung mit dem Element vorgesehene Diode) → Pri
märglättungskondensator 21 → Schaltelement 101b (in Ver
bindung mit dem Element vorgesehene Diode) → interner
Transformator 102. Die Richtung von i1 ist umgekehrt. Des
halb ist der Stromwert der gleiche wie in (6).
Da als nächstes die Schaltelemente 103b und 103c im Ab
schnitt 1 ausgeschaltet werden, wird die Richtung des Se
kundärstroms umgeschaltet,und der Strom fließt von dem in
ternen Transformator 102 → Schaltelement 103a (in Verbin
dung mit dem Element vorgesehene Diode) → Sekun
därglättungskondensator 22 → Schaltelement 103d (in Ver
bindung mit dem Element vorgesehene Diode) → interner
Transformator 102. Der Primärstrom ist der gleiche wie oben
beschrieben. Der Stromwert ist der gleiche wie im Ausdruck
(7) und nimmt weiter ab, bis iL1 = 0.
Deshalb werden die Wellenformen der Ströme i1, iL1 und i2
trapezförmig, wie dies in Fig. 35 und 36 gezeigt ist, und
ihre Übertragungsleistung P wird etwa wie folgt:
P = (Durchschnittsstrom von i2) × V2 = n · IL1 · V2 (8).
Die Gleichspannungen können also isoliert bidirektional um
geformt werden.
Als nächstes werden die Eigenschaften des Umformers in Fig. 32
erläutert. Fig. 37 ist ein Graph, der die Sekundärspan
nung V2 zeigt, wenn der Lastwiderstand R0 = 3Ω mit der Se
kundärwicklung verbunden ist und die Phasendifferenz ph bei
der Schaltperiode Ts = 50 µs geändert wird, wenn die Streu
induktivität Lh des internen Transformators 102 40 µH ist,
das Windungsverhältnis n = 2 und die Primärspannung V1 600
V beträgt. Wie dies in Fig. 37 zu sehen ist, kann die Se
kundärspannung V2 gesteuert werden, indem die Phasendiffe
renz ph geändert wird.
Als nächstes zeigt Fig. 38(a) die Beobachtungsergebnisse
des Sekundärstroms iL2 des internen Transformators 102,
wenn die Primärspannungen V1 150 V und 125 V betragen, wo
bei die Sekundärspannung V2 auf 75 V festgelegt ist und das
Windungsverhältnis n des internen Transformators 102 auf 2
eingestellt ist. Die Ergebnisse deuten an, daß bei V1 = n · V2,
iL2 eine trapezförmige Wellenform erhält, daß iL2 aber
bei V1 =/n · V2 keine trapezförmige Wellenform erhält und
der Spitzenstrom von iL2 ansteigt. Fig. 38(b) zeigt, wie
sich der Spitzenwert von iL2 ändert, wenn die Primärspannung
V1 unter den gleichen Bedingungen wie in Fig. 38(a) geän
dert wird. Indem also die Phasendifferenzregelung des bi
direktionalen Isolations-Gleichspannungsumformers in Fig. 32
durchgeführt wird, steigt der Spitzenstrom an, außer
wenn die Beziehung V1 = n · V2 gilt.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer wurde
bei Verwendung des in Fig. 32 gezeigten Einphasentransfor
mators gezeigt. In der US-Patentschrift Nr. 5 027 264 sind
auch der in Fig. 39 gezeigte bidirektionale Dreiphaseniso
lations-Gleichspannungsumformer und ein bidirektionaler
Mehrphasenisolations-Gleichspannungsumformer beschrieben;
sie besitzen Eigenschaften, die den oben beschriebenen ent
sprechen.
Da die herkömmlichen Motorbetriebsregler derart ausgestal
tet sind, muß folgendes vorgesehen sein, um verschiedene
Stromversorgungsspannungen aufzunehmen:
- 1. Unterschiedliche Typen von Motorbetriebsreglern und Mo toren, die zu den Versorgungsspannungen passen;
- 2. Unterschiedliche Typen von Transformatoren, die den Spannungsspezifikationen und der Ausgangskapazität des Mo torbetriebsreglers und des Motors für jede Versorgungsspan nung entsprechen; oder
- 3. Unterschiedliche Motorbetriebsregler, die einen Gleich spannungsumformer für einen gemeinsamen Motor aufweisen. Dabei ergeben sich allerdings Probleme bei der Maschinen entwicklung der Produktivität, der Bestandsverwaltung, der Wartungsverwaltung usw.
Die Hauptversorgungsspannungen zur Motorregelung sind 300-600 V
Gleichspannung und werden an Maschinen geliefert, die
wie Motoren häufig mit menschlichen Körpern in Kontakt ge
langen; damit ist ein vollständiger Isolationsmechanismus
zwischen der Eingangsstromversorgung und der Maschine er
forderlich. Zu diesem Zweck müssen bei den oben beschriebe
nen Optionen 1 und 2 zusätzliche Transformatoren vorgesehen
werden.
Da Schaltungsteile (auf der Grundlage der Haltespannung und
der Stromkapazität) für Motorbetriebsregler, Motoren und
Transformatoren in Abhängigkeit von den Spezifikationen der
Stromversorgungsspannungen ausgewählt sind, variieren die
Außenabmessungen, die Außenstruktur und das Gewicht stark
in Abhängigkeit von der Stromversorgungsspannung. Motorbe
triebsregler, Motoren und Transformatoren lassen sich be
merkenswert schwer normieren.
Motorbetriebsregler, Motoren und Transformatoren müssen an
Maschinen angebracht werden, die einen Motor verwenden,
also Werksmaschinen und Werkzeugmaschinen, die zu den je
weiligen Spannungsspezifikationen passen. Mit einer Ände
rung der Spannungsspezifikationen ist nicht nur ein Aus
tausch der Motorbetriebsregler, der Motoren, der Transfor
matoren und des Verdrahtungsaufbaus verbunden, sondern auch
eine Änderung der Strukturen, Umrisse und der Aufstell
plätze der Maschinen verbunden.
Die Motorbetriebsregler und Motoren sind direkt elektrisch
verbunden, und es besteht eine starke Möglichkeit, daß es
durch eine Verschlechterung der Isolation zu Unfällen durch
elektrischen Schlag kommen kann.
Der in der US-Patentschrift Nr. 5 027 264 offenbarte bidi
rektionale Isolations-Gleichspannungsumformer neigt zum
Überstrom und erfordert Schaltelemente und einen internen
Transformator mit hoher Stromkapazität.
Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
einen Motorbetriebsregler vorzusehen, der unterschiedliche
Stromversorgungsspannungen aufnehmen kann, indem die Schal
tungskonfiguration bei Verwendung üblicher Motoren, Ver
drahtung usw. minimal geändert wird, und der eine Isolati
onsstruktur zwischen der Eingangsstromversorgung und den
Motoren besitzt, um die Fähigkeit zum bidirektionalen Be
trieb im Leistungsmodus und im Regenerationsmodus vorzuse
hen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Überstrom
des in der US-Patentschrift Nr. 5 027 264 offenbarten bidi
rektionalen Gleichspannungsumformers zu unterdrücken.
Erfindungsgemäß ist ein Motorbetriebsregler vorgesehen, der
folgendes aufweist: einen Umformerabschnitt mit einem
Gleichrichter zum Umformen einer Stromversorgungswechsel
spannung in eine Gleichspannung, eine Stromversorgungswech
selrichterschaltung zum Umformen einer Gleichspannung in
eine Stromversorgungswechselspannung, einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer und einen Wechselrich
terabschnitt zum Liefern von Strom an einen Motor.
Erfindungsgemäß ist ein Motorbetriebsregler vorgesehen, der
folgendes aufweist: einen Umformerabschnitt mit einem
Gleichrichter zum Umformen einer Stromversorgungswechsel
spannung in eine Gleichspannung, eine Stromversorgungswech
selrichterschaltung zum Umformen einer Gleichspannung in
eine Stromversorgungswechselspannung sowie einen bidirek
tionalen Gleichspannungsumformer und einen Wechselrich
terabschnitt zum Liefern von Strom an einen Motor, wobei
der Motorbetriebsregler in zwei Blöcke, den Umformerab
schnitt und den Wechselrichterabschnitt unterteilt ist, die
in getrennten Gehäusen aufgebaut sind.
Erfindungsgemäß ist ein bidirektionaler Isolations-Gleich
spannungsumformer vorgesehen, der folgendes aufweist: einen
ersten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer er
sten Gleichspannung in eine Wechselspannung, einen Trans
formator mit einer Primärwicklung, die mit dem Wechsel
spannungsausgang des ersten Umformers verbunden ist, sowie
einen zweiten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen ei
ner Wechselspannung, die an einer Sekundärwicklung des
Transformators angelegt ist, in eine zweite Gleichspannung,
wobei die Übertragungsleistung geregelt wird, indem eine
Treiberphasendifferenzregelung aller Leistungsüber
tragungsschaltelemente und einiger Leistungsempfangs
schaltelemente durchgeführt wird.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer nach
der Erfindung umfaßt ferner eine Spannungsregelschleifen
schaltung zum Konstanthalten eines Verhältnisses zwischen
der Primärspannung und der Sekundärspannung.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer nach
der Erfindung umfaßt ferner eine Spannungsregelschleifen
schaltung zum Konstanthalten einer Differenz zwischen einer
Sekundärspannung, in die eine Primärspannung umgeformt
wird, und einer Sekundärspannung.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer nach
der Erfindung umfaßt ferner eine Spannungsregelschleifen
schaltung zum Erreichen einer gewünschten Regelung durch
die Auswahl einer Konstantsekundärspannungsregelung, einer
Konstantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekun
därspannung oder eine Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses in Reaktion auf den Betriebs
zustand.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer nach
der Erfindung, bei dem der zum Bestimmen des Regelmodus des
bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers verwen
dete Betriebszustand die Übertragungsleistung ist, umfaßt
ferner eine Spannungsregelschleifenschaltung zur Durchfüh
rung der Konstantsekundärspannungsregelung, wenn die Über
tragungsleistung niedrig ist, oder zur Durchführung der
Konstantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgeformt wird, der Sekundärspannung
oder der Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungs
verhältnisses, wenn die Übertragungsleistung hoch ist.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer nach
der Erfindung, bei dem der zum Bestimmen des Regelmodus des
bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers verwen
dete Betriebszustand die Primärspannung ist, umfaßt ferner
eine Spannungsregelschleifenschaltung zur Durchführung der
Konstantsekundärspannungsregelung, wenn die Primärspannung
höher als ein Einstellwert ist, oder zur Durchführung der
Konstantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekundär
spannung oder der Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses, wenn die Primärspannung
niedriger als der Einstellwert ist.
Der bidirektionale Gleichspannungsumformer nach der Erfin
dung umfaßt ferner eine Spannungsregelschleifenschaltung
zur Regelung durch Änderung einer Regelsystemverstärkung in
Abhängigkeit von der ausgewählten Regelmethode, wenn ent
weder die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungs
verhältnisses, die Konstantdifferenzregelung zwischen der
Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird,
und der Sekundärspannung, oder die Konstantsekundärspan
nungsregelung zur Verwendung ausgewählt wird.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer nach
der Erfindung umfaßt ferner eine Spannungsregelschleifen
schaltung zur Bestimmung des Maximalwerts einer Sollände
rungssteigung, so daß sich ein Sollwert der Sekundär
spannung bei Änderung der Regelmethoden nicht rasch ändert,
wenn entweder die Konstantregelung des Primär-/Se
kundärspannungsverhältnisregelung, die Konstantdiffe
renzregelung zwischen der Sekundärspannung, in die die Pri
märspannung umgeformt wird, und der Sekundärspannung, oder
die Konstantsekundärspannungsregelung zur Verwendung ausge
wählt wird.
Der bidirektionale Gleichspannungsumformer nach der Erfin
dung umfaßt ferner ein Filter, das in der Lage ist, eine
erfaßte Primärspannungswelligkeit zu dämpfen.
Erfindungsgemäß ist ein bidirektionaler Isolations-Gleich
spannungsumformer vorgesehen, der folgendes aufweist: einen
ersten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer er
sten Gleichspannung in eine Wechselspannung, einen Trans
formator mit einer Primärwicklung, die mit einem Wechsel
spannungsausgang des ersten Umformers verbunden ist, einen
zweiten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer
Wechselspannung, die an einer Sekundärwicklung des Trans
formators angelegt ist, in eine zweite Gleichspannung, so
wie eine Spannungsregelschleifenschaltung zum Regeln einer
Primär- und einer Sekundärspannung, wobei eine Pulsbreite
in Reaktion auf eine Differenz zwischen der Primärspannung
und der Primärspannung geändert wird, in die die Sekundär
spannung umgeformt wird.
Erfindungsgemäß ist ein Motorbetriebsregler vorgesehen, der
folgendes aufweist: einen Umformer mit einem Gleichrichter
zum Umformen einer Stromversorgungswechselspannung in eine
Gleichspannung, eine Stromversorgungswechselrichterschal
tung zum Umformen einer Gleichspannung in eine Stromversor
gungswechselspannung sowie einen bidirektionalen Isolations
gleichspannungsumformer und einen Wechselrichterabschnitt
zum Liefern von Strom an einen Motor, wobei bei Einschalten
des Stroms der Gleichrichter und der bidirektionale Isola
tions-Gleichspannungsumformer gleichzeitig betrieben wer
den.
Der Motorbetriebsregler nach der Erfindung, der einen bidi
rektionalen Isolations-Gleichspannungsumformer aufweist,
kann eine Umformerabschnittausgangsspannung für unter
schiedliche Stromversorgungsspannungen in einem gegebenen
Bereich in eine Gleichspannung umwandeln und eine bidirek
tionale Spannungsumformung durchführen.
Der Motorbetriebsregler nach der Erfindung ist in zwei
Blöcke, einen Umformerabschnitt zur Durchführung der bidi
rektionalen Spannungsumformung in eine Gleichspannung in
einem gegebenen Bereich für unterschiedliche Stromversor
gungsspannungen sowie einen Wechselrichterabschnitt unter
teilt, die in getrennten Gehäusen enthalten sind. Damit
können unterschiedliche Stromversorgungsspannungen aufge
nommen werden, ohne den Motor, den Wechselrichter, die Ver
drahtung usw. zu ändern.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer der
Erfindung regelt die Übertragungsleistung über die Durch
führung einer Treiberphasenregelung der Leistungsübertra
gungsschaltelemente und der Leistungsempfangs-Einseiten
armschaltelemente des internen Transformators. Damit läßt
sich die Stromwellenformsteigung um die Hälfte reduzieren,
um die Regelbarkeit zu verbessern.
Da die Sekundärspannung proportional zu einer Änderung der
Primärspannung geregelt wird, läßt sich der Maximalstrom
selbst dann unterdrücken, wenn sich die Primärspannung än
dert.
Da die Regelung so durchgeführt wird, daß die Differenz
zwischen der Sekundärspannung, in die die Primärspannung
umgeformt wird, und der Sekundärspannung gehalten wird,
kann der Maximalstrom bei einer Änderung der Primärspannung
oder einer Änderung des Ausgangs des Wechselrichterab
schnitts unterdrückt werden.
Da die Regelung durch Auswahl der Konstantsekundärspan
nungsregelung, der Konstantdifferenzregelung zwischen der
Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird,
und der Sekundärspannung oder durch eine Konstantregelung
des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses in Reaktion auf
den Betriebszustand durchgeführt wird, kann der Maximal
strom in Reaktion auf eine Bedingung wie eine Änderung der
Stromversorgungsspannung oder des Motorausgangs unterdrückt
werden.
Da die Regelung durch Auswahl der Konstantsekundär
spannungsregelung bei einem niedrigen Ausgangssignal oder
der Konstantdifferenzregelung zwischen der
Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird,
und der Sekundärspannung oder die Konstantregelung des Pri
mär-/Sekundärspannungsverhältnisses bei einem hohen Aus
gangssignal durchgeführt wird, kann der Maximalstrom bei
einer Änderung der Stromversorgungsspannung oder des Motor
ausgangs unterdrückt werden.
Da die Regelung durch Auswahl der Konstantsekundärspan
nungsregelung, wenn die Primärspannung höher als ein Ein
stellwert ist, oder der Konstantdifferenzregelung zwischen
der Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt
wird, und der Sekundärspannung oder durch eine Konstantre
gelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses durchge
führt wird, wenn die Primärspannung niedriger als der Ein
stellwert ist, kann der Maximalstrom unterdrückt werden,
wenn der Strom eingeschaltet wird oder anormal ist.
Wird die Konstantsekundärspannungsregelung durchgeführt,
dann wird die Verstärkung geeignet angehoben, und wird die
Konstantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgewandelt wird und der Sekundär
spannung oder die Konstantregelung des Primär-/Sekundär
spannungsverhältnisse durchgeführt, dann wird die Verstär
kung unterdrückt. Wird also die Konstantsekundärspan
nungsregelung durchgeführt, dann kann eine schnelle Span
nungsschleifenreaktion stattfinden, und wird die Kon
stantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekundär
spannung oder die Konstantregelung des Primär-/Sekundär
spannungsverhältnisses durchgeführt, dann kann verhindert
werden, daß die Welligkeit der Primärspannung den Strom
schwingen läßt.
Wird die Regelung durch Auswahl aus der Konstantsekundär
spannungsregelung, der Konstantdifferenzregelung zwischen
der Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt
wird, und der Sekundärspannung oder aus der Konstant
regelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses durch
geführt, dann wird zu dem Zeitpunkt der Maximalwert der
Solländerungssteigung des Sollwertes der Sekundärspannung
bestimmt. Damit kann ein Überstrom aufgrund einer raschen
Änderung der Sollsekundärspannung unterdrückt werden.
Wird die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungs
verhältnisses oder die Konstantdifferenzregelung zwischen
der Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt
wird, und der Sekundärspannung durchgeführt, dann wird mit
tels des Filters eine erfaßte Primärspannungswelligkeit ge
dämpft. Damit kann verhindert werden, daß die Primärspan
nungswelligkeit eine Schwingung des Stroms verursacht.
Die maximale Pulsbreite, die erforderlich ist, damit der
Strom zum maximalen Einstellspitzenstrom wird, wird aus der
Differenz zwischen der Primärspannung und der Sekundärspan
nung des bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumfor
mers berechnet, und die Obergrenze der Pulsbreite ist ein
geschränkt. Damit kann der Maximalstrom unterdrückt werden,
wenn der Strom eingeschaltet wird oder die Spannung ab
fällt.
Wird bei dem Motorbetriebsregler nach der Erfindung, der
einen Umformer mit einem Gleichrichter zum Umformen eine
Stromversorgungswechselspannung in eine Gleichspannung,
eine Stromversorgungswechselrichterschaltung zum Umformen
einer Gleichspannung in eine Stromversorgungswechselspan
nung und einen bidirektionalen Isolations-Gleichspannungs
umformer sowie einem Wechselrichterabschnitt zum Liefern
von Strom zu einem Motor aufweist, der Strom eingeschaltet,
dann werden der Gleichrichter und der bidirektionale
Gleichspannungsumformer gleichzeitig betrieben, um die Pri
märspannung und die Sekundärspannung gleichzeitig zu än
dern. Damit kann ein Überstrom unterdrückt werden.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Motorbetriebsreglers
nach der Erfindung;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel
eines bidirektionalen Isolations-
Gleichspannungsumformers zeigt;
Fig. 3(a)-3(c) sind Blockdiagramme von Motorbe
triebsreglern nach der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer nach der Er
findung zeigt;
Fig. 5 ist ein internes Blockdiagramm eines Schalt
elementreglers in Fig. 4;
Fig. 6 ist ein Zeitsteuerdiagramm und ein Stromwel
lenformdiagramm im Leistungsmodus des bidirektio
nalen Isolations-Gleichspannungsumformers der Er
findung;
Fig. 7 ist ein Zeitsteuerdiagramm und ein Stromwel
lenformdiagramm im Regenerationsmodus des bidi
rektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers
der Erfindung;
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 9(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 9(b) ist
ein Flußdiagramm des Spannungsschleifenreglers
von Fig. 8;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Gleichspannungsumformer der Erfindung zeigt;
Fig. 11(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 11(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 10;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 13(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 13(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 12;
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 15(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 15(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 14;
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 17(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 17(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 16;
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 19(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 19(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 18;
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 21(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 21(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 20;
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 23(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 23(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 22;
Fig. 24 ist ein Blockdiagramm, das einen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer der Erfindung
zeigt;
Fig. 25(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 25(b)
ist ein Flußdiagramm eines Schaltelement
reglers in Fig. 24;
Fig. 26(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 26(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers in Fig. 24;
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm, das einen Umformerab
schnitt mit einer bidirektionalen Isolations-
Gleichspannungsumformfunktion nach der Erfindung
zeigt;
Fig. 28 ist ein Blockdiagramm des Hauptschaltungsteils
eines herkömmlichen Motorbetriebsreglers;
Fig. 29 ist ein herkömmliches Beispiel zur Aufnahme von
Stromversorgungsspannungen, die mit den Spezifi
kationen nicht kompatibel sind;
Fig. 30 ist ein herkömmliches Anschlußbeispiel zum An
schluß von Motorbetriebsreglern und Motoren;
Fig. 31 ist ein Blockdiagramm der Hauptschaltung eines
herkömmlichen Motorbetriebsreglers, der einen
Gleichspannungsumformer enthält;
Fig. 32 ist ein Blockdiagramm, das einen herkömmlichen
bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumfor
mer zeigt;
Fig. 33 ist ein internes Blockdiagramm des Schaltele
mentreglers in Fig. 32;
Fig. 34(a) ist ein internes Blockdiagramm, und Fig. 34(b)
ist ein Flußdiagramm des Spannungsschlei
fenreglers von Fig. 32;
Fig. 35 ist ein Zeitsteuerdiagramm und ein Stromwel
lenformdiagramm im Leistungsmodus eines herkömm
lichen bidirektionalen Isolations-Gleichspan
nungsumformers;
Fig. 36 ist ein Zeitsteuerdiagramm und ein Stromwel
lenformdiagramm im Regenerationsmodus eines her
kömmlichen bidirektionalen Isolations-Gleichspan
nungsumformers;
Fig. 37 ist ein Graph, der die elektrischen Kennlinien
der herkömmlichen bidirektionalen Isolations-
Gleichspannungsumformers zeigt;
Fig. 38(a) und 38(b) sind Graphen, die die elektrischen
Kennlinien des herkömmlichen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformers zeigen;
Fig. 39 ist ein Hauptschaltungsdiagramm eines weiteren
herkömmlichen bidirektionalen Isolations-
Gleichspannungsumformers.
Unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen werden nun be
vorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezug auf
Fig. 1 gezeigt.
Fig. 1 ist das Blockdiagramm eines Motorbetriebsreglers mit
einem bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformer
nach einer Ausführungsform der Erfindung. Schaltungsteile,
die mit den oben unter Bezug auf Fig. 28 beschriebenen
identisch oder dazu ähnlich sind, sind in Fig. 1 mit den
gleichen Bezugsziffern bezeichnet und werden nicht erneut
erläutert. Die Bezugsziffer 30 bezeichnet einen Motor
betriebsregler mit einem bidirektionalen Isolations-Gleich
spannungsumformer. Die Bezugsziffer 31 bezeichnet einen Um
formerabschnitt mit der Funktion einer bidirektionalen Iso
lations-Gleichspannungsumformung, die Bezugsziffer 32 be
zeichnet einen bidirektionalen Gleich
spannungsumformerabschnitt, die Bezugsziffer 33 bezeichnet
einen bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformer,
die Bezugsziffer 34 bezeichnet eine Glättungsschaltung und
die Bezugsziffer 35 ist ein Regler des bidirektionalen Iso
lations-Gleichspannungsumformers 33.
Im Betrieb formt der bidirektionale Gleichspannungsumfor
mungsabschnitt 32 die Primärgleichspannung V1, die sich
nach der Höhe der Eingangsspannung 1a ändert, bidirektional
in die Sekundärspannung V2 um, wobei sie gegeneinander iso
liert sind. Damit sind die Eingangsstromversorgung und die
Maschine völlig gegeneinander isoliert, ohne daß ein exter
ner Transformator vorgesehen ist, und selbst Maschinen, die
häufig mit dem menschlichen Körper in Kontakt gelangen,
sind sicher, ohne daß die Gefahr eines Stromschlages be
steht.
Außer den herkömmlichen, in Fig. 32 und 39 gezeigten bidi
rektionalen Isolations-Gleichspannungsumformern sind ver
schiedenen Schaltungen wie die in Fig. 2 gezeigte als bi
direktionaler Gleichspannungsumformer 33 ausgelegt. Fig. 2
ist ein Schaltungsdiagramm, das auf der nationalen Konfe
renz der Electric Society 1993 vorgeschlagen wurde, wobei
die Bezugsziffer 33a einen bidirektionalen Isolations-
Gleichspannungsumformer bezeichnet.
Fig. 3(a) ist ein Blockdiagramm der Konfiguration, bei der
ein Motorbetriebsregler in zwei Module eines Umformerab
schnitts 31 mit einer bidirektionalen Gleichspannungsum
formfunktion und einen Wechselrichterabschnitt 5 unterteilt
ist, und die Module sind in getrennten Gehäusen aufgebaut.
Fig. 3(b) zeigt die Schaltungskonfiguration zum Ansteuern
mehrerer Motoren 3a, 3b und 3c. Der Umformerabschnitt 31
mit der bidirektionalen Gleichspannungsumformfunktion wird
gemeinsam verwendet, und die Wechselrichterabschnitte 5a,
5b und 5c sind mit den Motoren 3a bzw. 3b und 3c verbunden.
Fig. 3(c) zeigt ein Beispiel, bei dem die Spanungsspezifi
kationen der Wechselrichterabschnitte und der Motoren zu
denjenigen der Eingangsspannung 1 passen. Bei diesem Bei
spiel ist der Umformerabschnitt 31 mit einem bidirektiona
len Gleichspannungsumformungsabschnitt 32 von Fig. 1 nicht
erforderlich, und der Umformerabschnitt 4 des in Fig. 27
gezeigten herkömmlichen Motorbetriebsreglers kann in einem
Gehäuse als ein Modul zum Anschluß an die Wechselrichterab
schnitte aufgebaut sein.
Der Umformerabschnitt 31 mit der bidirektionalen Gleich
spannungsumformungsfunktion oder der Umformerabschnitt 4
und der Wechselrichterabschnitt 5, die in Module unterteilt
sind, werden also in Kombination verwendet, womit unter
schiedliche Eingangsspannungen leicht aufgenommen werden
können. Der Wechselrichterabschnitt, an den eine große Zahl
von externen Kabeln auf komplizierte Weise angeschlossen
sind, und die Motoren, für deren Austausch Präzision und
Geschicklichkeit erforderlich ist, können als solche ver
wendet werden, und damit lassen sich die Strukturen und die
Verdrahtung der Maschinen, die einen Motor verwenden, unab
hängig von der Stromversorgungsspannung gemeinsam gestal
ten. Ebenso läßt sich die Zahl der Typen von Motor
betriebsreglern und Motoren minimieren. Sind beispielsweise
der Umformerabschnitt 4, der Wechselrichterabschnitt 5 und
die Motoren für 200 V Wechselspannung und der Umformerab
schnitt 31 mit bidirektionaler Gleichspannungs
umformungsfunktion für 400 V Wechselspannung ausgelegt,
dann können der Umformerabschnitt 4 und der Wechsel
richterabschnitt 5 in Kombination für eine Überseestrom
versorgung von 400 V Wechselspannung verwendet werden. Im
Ergebnis können Maschinen, die für heimische Zwecke herge
stellt wurden, zu Maschinen für Übersee gemacht werden, in
dem einfach der Umformerabschnitt 31 mit 200-V-Wechselspan
nungs-Umformungsfunktion durch einen solchen mit einer 400-
V-Wechselspannungs-Umformungsfunktion ersetzt wird, und der
Wechselrichterabschnitt 5 und der Motor 3 sowie die Ver
drahtung und die Kabeltypen, also die Haltespannung und die
Größe können unabhängig von der Stromversorgungsspannung
gemeinsam gestaltet werden.
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isolati
ons-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der Er
findung. Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsum
former von Fig. 4 unterscheidet sich also von dem in Fig. 32
gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer bezüg
lich des Schaltelementreglers 110a. Fig. 5 ist ein Block
diagramm, das ein Beispiel der internen Konfiguration des
Schaltelementreglers 110a zeigt. Dieser Schaltelementregler
110a unterscheidet sich von dem in Fig. 33 gezeigten her
kömmlichen Schaltelementregler bezüglich der Leistungs-/Rege
nerationsmodusbestimmungsschaltung 115 zum Bestimmen
des Leistungs- oder Regenerationsmodus nach der Phasendif
ferenz ph und der Treiberschaltänderungsanordnung 116. Ist
die Phasendifferenz ph beispielsweise positiv, dann gibt
die Leistungs-/Regenerationsmodusbestimmungschaltung 115
für den Leistungsmodus 1 aus; ist ph negativ, dann gibt sie
0 für den Regenerationsmodus aus. Bei Empfang des
Ausgangssignals, also 1 (Leistungsmodus), schaltet die
Treiberschaltänderungsanordnung 116 die Sekundärschaltele
mente 103c und 103d ab, um eine Phasendifferenzregelung
mit allen Primärschaltelementen und einigen der Sekun
därschaltelemente durchzuführen. Ist das empfangene Aus
gangssignal 0 (Regenerationsmodus), dann schaltet die
Treiberschaltänderungsanordnung 116 die Pri
märschaltelemente 101c und 101d ab, um eine Phasendiffe
renzregelung mit einigen Primärschaltelementen und allen Se
kundärschaltelementen durchzuführen. Fig. 6 und 7 sind
Zeitsteuerdiagramme und Stromwellenformdiagramme, die den
Betriebszustand der Primär- und Sekundärtreiberschaltungen
eines internen Transformators 102 zeigen; Fig. 6 zeigt den
Leistungsmodus und Fig. 7 den Regenerationsmodus.
Nun wird der Betrieb der Ausführungsform erläutert. Die
Ausführungsform treibt die Primär- und Sekundärschaltele
mente gleichzeitig zum Regeln der Phasendifferenz, womit
die Übertragungsleistung geregelt wird und die Zeit der
Phasenüberlappungszeit ph (Phasendifferenz) zur Verbesse
rung der Regelbarkeit verlängert wird. Nur die Abschnitte
a, d, g und j in Fig. 6 und 7 unterscheiden sich von den in
Fig. 35 gezeigten und werden deshalb erläutert. Da die Pri
märschaltelemente 101a und 101d und die Sekundärschaltele
mente 103b im Abschnitt a in Fig. 6 zunächst eingeschaltet
sind, fließt der Primärstrom von dem Primärglättungskonden
sator 21 → Schaltelement 101a → interner Transformator
102 → Schaltelement 101d → Primärglättungskondensator 21,
womit die Spannung V1 an die Primärwicklung des internen
Transformators 102 angelegt wird. Eine Spannung von etwa
V1/n tritt an der Sekundärwicklung des internen Transforma
tors 102 auf, und ein Strom fließt von dem internen Trans
formator 102 → Schaltelement 103b → Schaltelement 103d
(in Verbindung mit dem Element vorgesehene Diode) → inter
ner Transformator 102. Der Stromwert läßt sich nach dem
folgenden Ausdruck finden:
iL1 = V1 · t/Lh (9).
Im Ausdruck (9) steigt iL1 im Vergleich zum Ausdruck (2)
etwa halb so schnell an, damit läßt sich ph verdoppeln, um
iLx auf den gleichen Grad zu bringen, und die Regelung läßt
sich im Vergleich zu dem herkömmlichen Beispiel vereinfa
chen.
Da die Primärschaltelemente 101b und 101c und das Sekun
därschaltelement 103a im Abschnitt d eingeschaltet sind,
fließt der Primärstrom von dem Primärglättungskondensator
21 → Schaltelement 101c → interner Transformator 102 → Schalt
element 101b → Primärglättungskondensator 21. Der
Sekundärstrom fließt von dem internen Transformator 102 → Schalt
element 103c (in Verbindung mit dem Element vorgese
hene Diode) → Schaltelement 103a → interner Transformator
102. Der Stromwert ist der gleiche wie im Ausdruck (9).
Im Regenerationsmodus sind die Primärschaltelemente 101b
und die Sekundärschaltelemente 103a und 103d im Abschnitt g
in Fig. 7 eingeschaltet; der Sekundärstrom fließt also von
dem ersten Glättungskondensator 22 → Schaltelement 103a → inter
ner Transformator 102 → Schaltelement 103d → Sekun
därglättungskondensator 22. Der Primärstrom fließt von dem
internen Transformator 102 → Schaltelement 101b → Schalt
element 101d (in Verbindung mit dem Element vorgesehene Di
ode) → interner Transformator 102. Der Stromwert läßt sich
nach Ausdruck (9) finden.
Da das Primärschaltelement 101a und die Sekundärschaltele
mente 103b und 103c im Abschnitt j eingeschaltet sind,
fließt der Sekundärstrom von dem Sekundärglättungskondensa
tor 22 → Schaltelement 103c → interner Transformator
102 → Schaltelement 103b → Sekundärglättungskondensator 22.
Der Primärstrom fließt von dem internen Transformator 102 → Schalt
element 101c (in Verbindung mit dem Element vorge
sehene Diode) → Schaltelement 101a → interner Transforma
tor 102. Der Stromwert ist der gleiche wie im Ausdruck (9).
Wie dies in Fig. 6 und 7 zu sehen ist, kehrt im Leistungs
modus in den Abschnitten a und d kein Strom zu der Sekun
därglättungsschaltung 22 zurück; im Regenerationsmodus
kehrt in den Abschnitten g und j kein Strom zu der Pri
märglättungsschaltung 21 zurück. Deshalb ist der Wellig
keitsstrom des Elektrolytglättungskondensators für eine
kleine Kapazität und eine lange Lebensdauer des Elektrolyt
kondensators reduziert.
Fig. 8 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isolati
ons-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der Er
findung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 8 unterscheidet sich von dem in Fig. 32
gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer bezüg
lich des Spannungsschleifenreglers 120a. Bei der Ausfüh
rungsform 4 regelt der Spannungsschleifenregler 120a der
art, daß das Verhältnis zwischen V1 und V2 konstantgehalten
wird, was eine Verbesserung gegenüber dem herkömmlichen
Spannungsschleifenregler darstellt, der so regelt, daß V2
konstantgehalten wird.
Fig. 9(a) ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der in
ternen Konfiguration des Spannungsschleifenreglers 120a
zeigt. Dieser Spannungsschleifenregler 120a unterscheidet
sich von dem in Fig. 34(a) gezeigten herkömmlichen Span
nungsschleifenregler dadurch, daß er einen Spannungsver
hältnisvervielfacher 123 zum Herausfinden eines Sekundär
spannungssollwertes V2ref aus der Primärspannung V1 be
sitzt. Hier ist das Verhältnis zwischen der Primär- und der
Sekundärspannung auf nk eingestellt, womit eine solche Re
gelung vorgesehen ist, daß das Verhältnis zwischen der
Primärspannung und der Sekundärspannung konstantgehalten
wird.
Fig. 9(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120a in Fig. 9(a) darstellt. Im
Schritt S1 wird die Primärspannung V1 eingegeben und durch
nk dividiert, um im Schritt S2 den Sekundärspannungssoll
wert V2ref herauszufinden. Als nächstes wird V2ref zur
Abarbeitung der Schritt S101 bis S104 verwendet, die denje
nigen bei dem in Fig. 34(b) gezeigten herkömmlichen
Spannungsschleifenregler 120 ähnlich sind.
Im folgenden wird der Betrieb beschrieben.
Wie dies in Fig. 38(b) gezeigt ist, die die Kennlinien des
herkömmlichen bidirektionalen Isolations-Gleichspannungs
umformers zeigt, besitzt der Transformatorstrom iL2 einen
Spitzenwert, der in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwi
schen der Primärspannung V1 und der Sekundärspannung V2
stark variiert. Der Spitzenwert wird minimal, wenn V1 = n · V2.
Wird die Regelung dagegen als V1/n = V2ref durchgeführt
(mit anderen Worten, V1/n : V2ref = 1 : 1), dann läßt sich
der Spitzenwert bei V1 zu einem Zeitpunkt am stärksten sen
ken. Dies bedeutet, daß die Regelung unter der Bedingung
einer Spitzenstromunterdrückung durchgeführt werden kann,
indem das Verhältnis nk der Primär- und der Sekundärspan
nung zum Windungsverhältnis n des Transformators 102 einge
stellt wird. Selbst wenn also beispielsweise die Regelung
als nk = n 0,9 durchgeführt wird (mit anderen Worten V1/n : V2ref
= 0,9 : 1), dann läßt sich im Vergleich zu einer
Konstantregelung der Sekundärspannung ein übermäßiger
Stromanstieg verhindern.
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 10 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer
durch den Spannungsschleifenregler 120b. Bei der Ausfüh
rungsform 5 regelt der Spannungsschleifenregler 120b der
art, daß die Differenz zwischen V1/n und V2 konstant
gehalten wird, was eine Verbesserung gegenüber dem herkömm
lichen Spannungsschleifenregler darstellt, der so regelt,
daß V2 konstantgehalten wird.
Fig. 11(a) ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der in
ternen Konfiguration des Spannungsschleifenreglers 120b
zeigt. Dieser Spannungsschleifenregler 120b unterscheidet
sich von dem in Fig. 34(a) gezeigten herkömmlichen Span
nungsschleifenregler dadurch, daß er eine Schaltung 124 zum
Umformen in die Sekundärspannung aufweist, um die Primär
spannung V1 in die Sekundärspannung umzuformen, wobei der
Spannungsdifferenzsollwert ΔV* durch einen Addierer 125 zu
der in die Sekundärspannung umgeformten Primärspannung V1/n
addiert wird, um einen Sekundärspannungssollwert V2ref her
auszufinden, wodurch derart geregelt wird, daß die Diffe
renz zwischen der in die Sekundärspannung umgeformten Pri
märspannung und der Sekundärspannung konstantgehalten wird.
Fig. 11(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120b in Fig. 11(a) darstellt. Im
Schritt S1 wird die Primärspannung V1 eingegeben, und die
in die Sekundärspannung umgeformte Primärspannung V1/n und
ΔV* werden addiert, um im Schritt S3 den Sekundärspan
nungssollwert V2ref herauszufinden. Als nächstes wird V2ref
zur Abarbeitung der Schritte S101 bis S104 verwendet, die
denjenigen bei dem in Fig. 34(b) gezeigten herkömmlichen
Spannungsschleifenregler 120 ähnlich sind.
Im folgenden wird der Betrieb beschrieben.
Wie dies bei der vierten Ausführungsform beschrieben wurde,
besitzt der Transformatorstrom iL2 einen Spitzenwert, der
in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen der Primärspan
nung V1 und der Sekundärspannung V2 stark variiert. Der
Spitzenwert wird minimal, wenn V1 = n · V2. Wird die Rege
lung dagegen als V1/n = V2ref durchgeführt, dann läßt sich
der Spitzenstrom bei V1 zu einem Zeitpunkt am stärksten
senken. Dies läßt sich bei der fünften Ausführungsform auf
ähnliche Weise erreichen, indem ΔV* = 0 V eingestellt
wird.
Selbst wenn beispielsweise ΔV* = 33,3 V eingestellt wird,
dann läßt sich im Vergleich zu einer Konstantregelung der
Sekundärspannung ein übermäßiger Stromanstieg verhindern.
Die folgenden Unterschiede bestehen zwischen der vierten
und der fünften Ausführungsform:
Wird die Regelung bei der vierten Ausführungsform bei
spielsweise mit nk = n · 0,9 und n = 2 durchgeführt, dann
gilt:
wenn V1 = 600, V2ref = 333,3 V,
wenn V1 = 700, V2ref = 388,9 V,
wenn V1 = 500, V2ref = 277,8 V.
wenn V1 = 600, V2ref = 333,3 V,
wenn V1 = 700, V2ref = 388,9 V,
wenn V1 = 500, V2ref = 277,8 V.
Andererseits gilt bei Einstellung von ΔV* = 33,3 V nach der
Konstantdifferenzregelung bei der fünften Ausführungsform
folgendes:
wenn V1 = 600, V2ref = 333,3 V,
wenn V1 = 700, V2ref = 383,3 V,
wenn V1 = 500, V2ref = 283,3 V.
wenn V1 = 600, V2ref = 333,3 V,
wenn V1 = 700, V2ref = 383,3 V,
wenn V1 = 500, V2ref = 283,3 V.
Im Vergleich zur Konstantverhältnisregelung bei der vierten
Ausführungsform wird der Änderungsbereich von V2ref bezüg
lich der Änderung von V1 etwas enger.
Allerdings gilt V1/n : V2ref = 0,88 : 1 bei V1 = 500 V; im
Vergleich zu 0,9 : 1 bei der vierten Ausführungsform steigt
der Spitzenstrom an.
Um den Spitzenstrom teilweise und die Sekundärspannungsän
derung auch nur wenig zu unterdrücken, wird bei der fünften
Ausführungsform ein Regelungsverfahren angewendet, um die
Differenz zwischen der in die Sekundärspannung umgeformten
Primärspannung und der Sekundärspannung konstantzuhalten.
Zur zuverlässigen Unterdrückung des Spitzenstroms wird das
Regelungsverfahren bei der vierten Ausführungsform angewen
det, um das Verhältnis zwischen der Primär- und der Sekun
därspannung konstantzuhalten.
Die Regelung wird beim herkömmlichen Beispiel derart durch
geführt, daß V2 konstantgehalten wird, bei der vierten Aus
führungsform derart, daß das Verhältnis zwischen V1 und V2
konstantgehalten wird, und bei der fünften Ausführungsform
derart, daß die Differenz zwischen V1/n und V2 konstantge
halten wird. Die sechste Ausführungsform der Erfindung
sieht einen verbesserten Spannungsschleifenregler vor.
Bei einer Anwendung wie bei einem bidirektionalen Isolati
ons-Gleichspannungsumformer, wo eine Sekundärspannung kon
stantgehalten werden muß, kann die Regelung derart durchge
führt werden, daß die Sekundärspannung wie bei dem herkömm
lichen Beispiel konstantgehalten wird. In diesem Fall ver
ursacht die Primärspannung einen Anstieg des Spitzenstroms,
wie dies in Fig. 38(b) gezeigt ist. Der Spitzenstrom kann
dann durch die Konstantspannungsverhältnisregelung bei der
vierten Ausführungsform oder durch die Konstantspannungs
differenzregelung der fünften Ausführungsform unterdrückt
werden. Allerdings berührt bei der vierten und fünften Aus
führungsform eine Änderung der Primärspannung direkt die
Sekundärspannung, und es ergeben sich Probleme bei einer
Anwendung, wo die Regelung so durchgeführt werden soll, daß
die Sekundärspannung konstantgehalten wird. Bei der sech
sten Ausführungsform wird dann in Abhängigkeit von dem Be
triebszustand die Konstantsekundärspannungsregelung, die
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
oder die Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Se
kundärspannung umgeformte Primärspannung und der Sekundär
spannung zur Verwendung ausgewählt. Als Ergebnis wird damit
die Regelung derart durchgeführt, daß die Sekundärspannung
im tatsächlichen Betriebszustand konstantgehalten wird, und
die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhält
nisses oder die Konstantdifferenzregelung zwischen der Pri
märspannung, in die die Sekundärspannung umgeformt wird,
und der Sekundärspannung wird durchgeführt, wenn der Spit
zenstrom unterdrückt werden soll.
Als nächstes wird der Betrieb der Ausführungsform erläu
tert. Hier ist ein Beispiel angegeben, bei dem die Kon
stantsekundärspannungsregelung und die Konstantregelung des
Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses nach der Schaltele
menttemperatur eines bidirektionalen Isolations-Gleichspan
nungsumformers geändert werden.
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 12 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten Gleichspannungsumformer durch die Verwen
dung eines Temperaturdetektors 126 und eines Spannungs
schleifenreglers 120c. Fig. 13(a) ist ein Blockdiagramm,
das ein Beispiel der internen Konfiguration des Spannungs
schleifenreglers 120c zeigt. Dieser Spannungsschleifenreg
ler 120c unterscheidet sich von dem in Fig. 34(a) gezeigten
herkömmlichen Spannungsschleifenregler dadurch, daß er
einen Spannungsverhältnisvervielfacher 123 zum Herausfinden
eines Sekundärspannungssollwertes V2ref aus der Primärspan
nung V1, eine Temperaturbestimmungsschaltung 127 zum Ver
gleich der von dem Temperaturdetektor 126 in Fig. 12 einge
gebenen Schaltelementtemperatur th mit der Einstelltempera
tur th0 zum Bestimmen einer Größer-Als-, Gleich- oder Klei
ner-Als-Beziehung zwischen den Temperaturen th und th0 so
wie Schalter 128a und 128b zum Schalten der Regelung in Re
aktion auf einen Ausgang der Temperaturbestimmungsschaltung
127 besitzt, wodurch die Konstantsekundärspannungsregelung
und die Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses in Reaktion auf die Schalt
elementtemperatur th geändert werden kann.
Fig. 13(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120c in Fig. 13(a) darstellt. Im
Schritt S4 wird die Schaltelementtemperatur th eingegeben
und im Schritt S5 mit th0 verglichen. Ist die Schaltele
menttemperatur th höher als die Einstelltemperatur th0,
dann werden im Schritt S6 der Schalter 128a ausgeschaltet
und der Schalter 128b eingeschaltet. Ist die Schaltelement
temperatur th andererseits niedriger als die Einstelltempe
ratur th0, dann werden im Schritt S7 der Schalter 128a ein
geschaltet und der Schalter 128b ausgeschaltet. Geht die
Regelung zum Schritt S6, dann wird die Regelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses durchgeführt. Dann wird im
Schritt S8 die Primärspannung V1 eingegeben und im Schritt
S9 durch das Zielspannungsverhältnis nk dividiert, um den
Sekundärspannungssollwert V2ref herauszufinden. Geht die
Regelung zum Schritt S7, dann wird die Konstantsekundär
spannungsregelung durchgeführt. Dann wird im Schritt S10
der Sekundärspannungszielwert V2* (Festwert) als Sekundär
spannungssollwert V2ref zugeteilt. Damit variiert die Se
kundärsollspannung in Abhängigkeit von der Schaltelement
temperatur th. Als nächstes wird V2ref zur Abarbeitung der
Schritte S101 bis S104 verwendet, die denjenigen bei dem in
Fig. 34(b) gezeigten Spannungsschleifenregler 120 ähnlich
sind.
Ist also die Schaltelementtemperatur in dem bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer hoch, dann wird der
Strom zur Unterdrückung einer Temperaturerhöhung so stark
wie möglich unterdrückt, wodurch ein Durchbruch der Schalt
elemente in dem bidirektionalen Gleichspannungsumformer
aufgrund der Erwärmung verhindert wird. Ist die Schaltele
menttemperatur in dem bidirektionalen Gleichspannungsumfor
mer niedrig, dann kann die Sekundärspannung konstantgehal
ten werden, obwohl der Spitzenstrom ziemlich hoch wird.
Bei der sechsten Ausführungsform wird in Abhängigkeit vom
Betriebszustand die Konstantsekundärspannungsregelung, die
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
oder die Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Se
kundärspannung umgewandelten Primärspannung und der Sekun
därspannung zur Verwendung ausgewählt. Die siebte Ausfüh
rungsform der Erfindung sieht einen verbesserten Spannungs
schleifenregler vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
die Übertragungsleistung für den Betriebszustand der Regel
schaltung verwendet wird.
Bei der sechsten Ausführungsform wird die Schaltelementtem
peratur als Beispiel eines Kriteriums für die Regelschalt
bestimmung verwendet; allerdings läßt sich die Schaltele
mentübergangstemperatur häufig nicht genau erfassen, und
die Gehäusetemperatur oder ähnliches wird statt dessen ver
wendet. Wird also durch eine rasche Laständerung oder ähn
liches ein abrupter Temperaturanstieg bewirkt, wobei ange
nommen wird, daß die Übergangstemperatur niedrig ist, dann
führt dies zur thermischen Zerstörung. Die siebte Aus
führungsform ist dann in der Lage, nach der Übertragungs
leistung bei niedriger Last die Konstantsekundärspannungs
regelung oder bei hoher Last die Konstantregelung des Pri
mär-/Sekundärspannungsverhältnisses oder die Konstantdiffe
renzregelung zwischen der in die Sekundärspannung umgeform
ten Primärspannung und der Sekundärspannung durchzuführen.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Hier wird ein Bei
spiel gegeben, bei dem die Konstantsekundärspannungsrege
lung und die Konstantregelung des Primär-/Sekundär
spannungsverhältnisses in Abhängigkeit von der Sekundär
übertragungsleistung eines bidirektionalen Isolations-
Gleichspannungsumformers geändert werden.
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 14 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer
durch den Spannungsschleifenregler 120d. Fig. 15(a) ist ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel der internen Konfiguration
des Spannungsschleifenreglers 120d zeigt. Dieser Spannungs
schleifenregler 120d unterscheidet sich von dem in Fig. 13(a)
gezeigten Spannungsschleifenregler der sechsten Aus
führungsform dadurch, daß er eine Sekundärstrommittelwert
schaltung 129, einen Leistungsdetektor 130 und eine Lei
stungsbestimmungsschaltung 131 zum Umschalten der Schalter
128a und 128b zum Schalten der Regelung in Reaktion auf die
Sekundärleistung aufweist, wodurch die Konstantsekundär
spannungsregelung und die Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses in Reaktion auf die Sekun
därübertragungsleistung geregelt werden kann.
Fig. 15(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120d von Fig. 15(a) darstellt. Im
Schritt S11 wird der Sekundärstrom i2 eingegeben, im
Schritt S12 wird ein Mittelwert I2 des Sekundärstroms i2
herausgefunden, im Schritt S13 wird die Sekundärspannung V2
eingegeben, und im Schritt S14 wird die Sekundärübertra
gungsleistung P gefunden. Als nächstes wird im Schritt S15
die Übertragungsleistung P mit der Einstelleistung P0 ver
glichen. Ist die Übertragungsleistung höher als die Ein
stelleistung, dann werden im Schritt S6 der Schalter 128a
ausgeschaltet und der Schalter 128b eingeschaltet. Ist an
dererseits die Übertragungsleistung P niedriger als die Ein
stelleistung P0, dann werden im Schritt S7 der Schalter 128
eingeschaltet und der Schalter 128b ausgeschaltet. Geht die
Regelung zum Schritt S6, dann wird die Konstantregelung des
Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses durchgeführt. Dann
wird im Schritt S8 die Primärspannung V1 eingegeben und im
Schritt S9 durch das Zielspannungsverhältnis nk dividiert,
um den Sekundärspannungssollwert V2ref zu finden. Geht die
Regelung zum Schritt S7, dann wird die Sekundärspannungsre
gelung durchgeführt. Danach wird im Schritt S10 der Sekun
därspannungszielwert V2* (Festwert als Sekundärspannungs
sollwert V2ref) zugewiesen. Die Sekundärsollspannung vari
iert also in Abhängigkeit von der Übertragungsleistung P.
Als nächstes wird V2ref zur Abarbeitung der Schritte S101
bis S104 verwendet, die denjenigen bei dem in Fig. 34(b)
gezeigten herkömmlichen Spannungsschleifenregler 120 ähn
lich sind.
Verursacht also eine rasche Laständerung einen Anstieg der
Übertragungsleistung, dann wird die Konstantregelung des
Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses durchgeführt, um den
Spitzenstrom zu unterdrücken, so daß ein Temperaturanstieg
und damit die thermische Zerstörung sofort verhindert wird.
Ist die Übertragungsleistung in dem bidirektionalen Gleich
spannungsumformer niedrig, dann läßt sich die Sekun
därspannung konstanthalten, obwohl der Spitzenstrom ziem
lich hoch wird.
Bei der sechsten Ausführungsform wird in Abhängigkeit vom
Betriebszustand die Konstantsekundärspannungsregelung, die
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
oder die Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Se
kundärspannung umgewandelten Primärspannung und der Sekun
därspannung zur Verwendung ausgewählt. Die achte Ausfüh
rungsform der Erfindung sieht einen verbesserten Spannungs
schleifenregler vor, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
die Primärspannung für den Betriebszustand der Regelschal
tung verwendet wird.
Ändert sich die Stromversorgungsspannung stark, beispiels
weise, wenn der Strom eingeschaltet wird oder anormal ist,
dann steigt der Spitzenstrom nach Fig. 38(b), die bei dem
herkömmlichen Beispiel erläutert wurde, wenn die Kon
stantsekundärspannungsregelung durchgeführt wird. Bei der
achten Ausführungsform wird dann, wenn die Primärspannung
V1 niedriger als ein unterer Einstellgrenzwert V1n oder hö
her als ein oberer Einstellgrenzwert V1p ist, die Konstant
regelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses oder
die Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Sekundär
spannung umgeformten Primärspannung und der Sekundärspan
nung durchgeführt; normalerweise wird die
Konstantsekundärspannungsregelung durchgeführt.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Hier wird ein Bei
spiel gegeben, bei dem die Konstantsekundärspannungsrege
lung in Abhängigkeit von der Primärspannung eines bidirek
tionalen Isolations-Gleichspannungsumformers mit der Kon
stantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
abwechselt.
Fig. 16 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 16 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer
durch den Spannungsschleifenregler 120e. Fig. 17(a) ist ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel der internen Konfiguration
des Spannungsschleifenreglers 120e zeigt. Dieser Spannungs
schleifenregler 120e unterscheidet sich von dem in Fig. 13(a)
gezeigten Spannungsschleifenregler der sechsten Aus
führungsform dadurch, daß er eine Leistungsbestim
mungsschaltung 132 zum Umschalten der Schalter 128a und
128b zum Schalten der Regelung in Reaktion auf die Primär
spannung aufweist, wodurch die Konstantsekundärspan
nungsregelung mit der Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses in Reaktion auf die Primärspan
nung abgewechselt werden kann.
Fig. 17(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120e von Fig. 17(a) darstellt. Im
Schritt S16 wird die Primärspannung V1 eingegeben und im
Schritt S17 mit der unteren Grenzeinstellspannung V1n und
der oberen Grenzeinstellspannung V1p verglichen. Ist V1
niedriger als V1n oder höher als V1p, dann werden im
Schritt S6 der Schalter 128a ausgeschaltet und der Schalter
128b eingeschaltet. Ist andererseits V1 höher als Vf1a und
kleiner als V1p, dann werden im Schritt S7 der Schalter
128a eingeschaltet und der Schalter 128b ausgeschaltet.
Geht die Regelung zum Schritt S6, dann wird die Konstant
regelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses durch
geführt. Dann wird im Schritt S8 die Primärspannung V1 ein
gegeben und im Schritt S9 durch das Zielspannungsverhältnis
nk dividiert, um den Sekundärspannungssollwert V2ref zu
finden. Geht die Regelung zum Schritt S7, dann wird die
Sekundärspannungsregelung durchgeführt. Danach wird im
Schritt S10 der Sekundärspannungszielwert V2* (Festwert)
als Sekundärspannungssollwert V2ref zugewiesen. Die Sekun
därsollspannung variiert also in Abhängigkeit von der Pri
märspannung V1. Als nächstes wird V2ref zur Abarbeitung der
Schritte S101 bis S104 verwendet, die denjenigen bei dem in
Fig. 34(b) gezeigten herkömmlichen Spannungsschleifenregler
120 ähnlich sind.
Wird also der Strom eingeschaltet oder ist anormal, dann
steigt der Transformatorspitzenstromwert selbst dann nicht
übermäßig an, wenn sich die Primärspannung V1 stark ändert,
und die Sekundärspannung kann normalerweise konstantgehal
ten werden.
Wird bei der sechsten Ausführungsform in Abhängigkeit vom
Betriebszustand die Konstantsekundärspannungsregelung, die
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
oder die Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Se
kundärspannung umgeformten Primärspannung und der Sekun
därspannung zur Verwendung ausgewählt, dann wird unabhängig
von der ausgewählten Regelmethode die gleiche Verstärkung K
verwendet. Die neunte Ausführungsform der Erfindung sieht
einen verbesserten Spannungsschleifenregler vor, der da
durch gekennzeichnet ist, daß die Verstärkung in Reaktion
auf die ausgewählte Regelmethode geändert wird.
Wird die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungs
verhältnisses oder die Konstantdifferenzregelung zwischen
der in die Sekundärspannung umgeformten Primärspannung und
der Sekundärspannung durchgeführt und enthält dabei die
Primärspannung eine Welligkeit, dann enthält die Sekun
därspannung ebenfalls eine Welligkeit. Die Welligkeit kann
in Abhängigkeit von der Last zu einem Problem werden oder
nicht. Selbst wenn sich allerdings für die Last kein Pro
blem ergibt, dann kann bei Erhöhung der Verstärkung die in
dem Sollwert enthaltene Welligkeit eine Schwingung des
Transformatorstroms des bidirektionalen Isolations-Gleich
spannungsumformers bewirken, wodurch der Spitzenstrom er
höht wird und die Schaltelemente des bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers zerstört werden.
Die Verstärkung muß also unterdrückt werden, so daß sie
nicht auf die Welligkeit reagiert. Andererseits beeinträch
tigt die Primärspannungswelligkeit bei der Konstantsekun
därspannungsregelung nicht den Sollwert, und die Verstär
kung kann erhöht werden, um im Vergleich zur Konstantrege
lung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses oder der
Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Sekundärspan
nung umgeformten Primärspannung und der Sekundärspannung
eine schnelle Spannungsschleifenreaktion zu liefern.
Wird die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungs
verhältnisses oder die Konstantdifferenzregelung zwischen
der in die Sekundärspannung umgeformten Primärspannung und
der Sekundärspannung nur dann durchgeführt, wenn der Strom
eingeschaltet wird oder anormal ist, wie dies bei der ach
ten Ausführungsform beschrieben wurde, dann wird die nied
rige Verstärkung K1 nur zu diesem Zeitpunkt verwendet. Die
hohe Verstärkung K2 wird zur Durchführung einer schnellen
Spannungsschleifenreaktion verwendet, wenn die Konstantse
kundärspannungsregelung während des Normalbetriebs durchge
führt wird.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Hier wird ein Bei
spiel gegeben, bei dem die Konstantsekundärspannungs
regelung in Abhängigkeit von der Primärspannung eines bidi
rektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers mit der
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
abwechselt, die niedrige Verstärkung K1 für die Konstantre
gelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses verwendet
wird und die hohe Verstärkung K2 für die Konstantsekundär
spannungsregelung verwendet wird.
Fig. 18 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 18 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer
durch den Spannungsschleifenregler 120f. Fig. 19(a) ist ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel der internen Konfiguration
des Spannungsschleifenreglers 120f zeigt. Dieser Spannungs
schleifenregler 120f unterscheidet sich von dem in Fig. 17(a)
gezeigten Spannungsschleifenregler der achten Ausfüh
rungsform dadurch, daß er eine Spannungsschleifen
verstärkungsschaltung 122a besitzt, die für die Konstant
regelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses ver
wendet wird, sowie eine für die Konstantsekundärspannungs
regelung verwendete Spannungsschleifenverstärkungsschaltung
122b besitzt, auf die die Schalter 128a und 128b zum Schal
ten der Regelung folgen, wodurch die Konstantsekun
därspannungsregelung und die Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses in Reaktion auf die Primär
spannung umgeschaltet werden und ferner die Verstärkung in
Abhängigkeit von der gewählten Regelmethode geändert werden
kann.
Fig. 19(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120f von Fig. 19(a) darstellt. Im
Schritt S18 wird die Sekundärspannung V2 eingegeben, und im
Schritt S19 wird die Primärspannung V1 eingegeben und im
Schritt S20 mit der oberen Grenzeinstellspannung V1n und
der oberen Grenzeinstellspannung V1p verglichen. Ist V1
niedriger als V1n oder höher als V1p, dann werden im
Schritt S6 der Schalter 128a ausgeschaltet und der Schalter
128b eingeschaltet. Ist dagegen V1 höher als V1n und nied
riger als V1p, dann werden im Schritt S7 der Schalter 128a
eingeschaltet und der Schalter 128b ausgeschaltet. Geht die
Regelung zum Schritt S6, dann wird die Konstantregelung des
Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses durchgeführt. Dann
wird die Primärspannung V1 im Schritt S9 durch das Ziel
spannungsverhältnis nk dividiert, um den Sekundärspannungs
sollwert V2ref zu finden, die Sekundärspannung V2 wird im
Schritt S21 von dem Sekundärspannungssollwert V2ref subtra
hiert, um die Spannungsabweichung V2er zu finden, und die
Spannungsabweichung V2er wird im Schritt S22 mit der nied
rigen Verstärkung K1 multipliziert, um eine Phasendifferenz
ph zu finden. Geht die Regelung zum Schritt S7, dann wird
die Konstantsekundärspannungsregelung durchgeführt. Danach
wird im Schritt S10 der Sekundärspannungszielwert V2*
(Festwert) als Sekundärspannungssollwert V2ref zugewiesen,
und im Schritt S24 wird die Spannungsabweichung V2er mit
der hohen Verstärkung multipliziert, um eine Phasendiffe
renz ph zu finden. Die Phasendifferenz variiert also in Ab
hängigkeit von der Primärspannung V1. Als nächstes wird die
Phasendifferenz im Schritt S104 ausgegeben.
Wird also die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspan
nungsverhältnisses oder die Konstantdifferenzregelung zwi
schen der in die Sekundärspannung umgeformten Primärspan
nung und der Sekundärspannung durchgeführt, dann kann ver
hindert werden, daß die Primärspannungswelligkeit eine
Schwingung des Transformatorstroms des bidirektionalen Iso
lations-Gleichspannungsumformers verursacht, wird die
Konstantsekundärspannungsregelung durchgeführt, dann kann
die Verstärkung angehoben werden, um eine schnelle Reaktion
zu liefern.
Wird bei der sechsten Ausführungsform in Abhängigkeit vom
Betriebszustand die Konstantsekundärspannungsregelung, die
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
oder die Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Se
kundärspannung umgewandelten Primärspannung und der Sekun
därspannung zur Verwendung ausgewählt, dann kann sich der
Sekundärspannungssollwert abrupt ändern. Die zehnte Aus
führungsform der Erfindung sieht einen verbesserten Span
nungsschleifenregler vor, der dadurch gekennzeichnet ist,
daß sich der Sekundärspannungssollwert glatt ändert, wenn
die Regelmethode ausgewählt wird.
Ein Experiment zeigt, daß bei einem raschen Anstieg des Se
kundärspannungssollwerts der Transformatorstrom momentan
ansteigt, er aber nicht ansteigt, wenn der Sekundär
spannungssollwert rasch abfällt. Ist die Primärspannung
niedrig, wenn die Konstantregelung des Primär-/Sekundär
spannungsverhältnisses durchgeführt wird und auf die Kon
stantsekundärspannungsregelung umgeschaltet wird, oder wenn
die Primärspannung hoch ist, wenn die Konstantsekundär
spannungsregelung durchgeführt wird und auf die Konstant
regelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses umge
schaltet wird, dann kann ein rascher Anstieg des Sekun
därspannungssollwertes auftreten. Um dies zu vermeiden,
wird der Maximalwert der Sollwertänderungssteigung be
stimmt.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Hier wird ein Bei
spiel gegeben, bei dem die Konstantsekundärspannungs
regelung in Abhängigkeit von der Primärspannung eines bidi
rektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers mit der
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
abwechselt. Der Einfachheit halber wird in dem Beispiel
eine rasche Änderung des Sekundärspannungssollwertes unter
drückt, wenn die Konstantregelung des Primär-/Sekundär
spannungsverhältnisses bei niedriger Primärspannung zur
Konstantsekundärspannungsregelung umgeschaltet wird.
Fig. 20 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 20 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer
durch den Spannungsschleifenregler 120g.
Fig. 21(a) ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der in
ternen Konfiguration des Spannungsschleifenreglers 120g
zeigt; dieser ist teilweise softwaremäßig vorgesehen. Der
Spannungsschleifenregler 120g unterscheidet sich von dem in
Fig. 17(a) gezeigten Spannungsschleifenregler der achten
Ausführungsform dadurch, daß er eine 1-Abtastverzögerungs
schaltung 133 zur Ausgabe des unmittelbar vorhergehenden Ab
tastwerts des Sekundärspannungssollwertes V2ref sowie eine
Schaltung 134 zum Begrenzen der Sollwertänderungssteigung
aufweist, um bei Empfang eines Ausgangssignals der 1-
Abtastverzögerungsschaltung 133 eine rasche Änderung des
Sollwerts abzudämpfen, wodurch eine rasche Änderung des
Sekundärspannungssollwerts unterdrückt werden kann, wenn
die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhält
nisses bei niedriger Primärspannung in die Konstant
sekundärspannungsregelung umgeschaltet wird.
Fig. 21(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120g von Fig. 21(a) darstellt. Abge
sehen von den Schritten S25 oder S26 handelt es sich um das
gleiche Flußdiagramm wie in Fig. 17(b) bei der achten Aus
führungsform. Diese Schritte werden im folgenden erläutert.
Wird die Primärspannung V1, die etwas niedriger als der un
tere Einstellgrenzwert V1n ist, etwas höher als V1n, dann
wird der Sekundärspannungssollwert V2ref, der bei der ach
ten Ausführungsform als V1/nk bestimmt wird, zu V2* und
steigt rasch an. Die in Fig. 21(b) gezeigten Schritte S25
und S26 werden abgearbeitet, um dies zu verhindern. Ändert
sich V2ref von V1/nk zu V2*, dann wird die beim vorherge
henden Abtasten erhaltene Differenz zwischen V2* und V2ref
im Schritt S25 mit dem maximalen Änderungsbetrag der Soll
spannung, ΔV2max, verglichen. Ist der erste Wert höher als
der letztere, dann wird der Schritt S26 abgearbeitet, ist
der erste kleiner oder gleich dem letzteren, dann wird der
Schritt S10 abgearbeitet. Im Schritt S26 wird ΔV2max zu
V2ref addiert, das eine Abtastperiode vorher erhalten
wurde, um ein neues V2ref bereitzustellen.
Werden also die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspan
nungsverhältnisses und die Konstantsekundärspannungs
regelung vertauscht, dann läßt sich verhindern, daß sich
der Sekundärspannungssollwert rasch ändert, um eine Erhö
hung des Transformatorstromspitzenwerts des bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformers zu unterdrücken.
Bei der zehnten Ausführungsform wurde der Einfachheit hal
ber nur das Beispiel erläutert, bei dem die Konstantrege
lung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses gegen die
Konstantsekundärspannungsregelung ausgetauscht wurde, wenn
die Primärspannung niedrig ist. Wird allerdings die Kon
stantsekundärspannungsregelung zur Konstantregelung des
Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses geändert, wenn die
Primärspannung hoch ist, oder in die Konstantdifferenzrege
lung zwischen der in die Sekundärspannung umgeformten Pri
märspannung und der Sekundärspannung und nicht in die Kon
stantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses,
dann kann eine rasche Änderung des Sekundärspannungssoll
wertes ebenfalls verhindert werden, indem der Spitzenwert
durch eine ähnliche Methode unterdrückt wird.
Wir haben bereits bei der vierten Ausführungsform die Kon
stantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
und bei der fünften Ausführungsform die Konstantdifferenz
regelung zwischen der in die Sekundärspannung umgeformten
Primärspannung und der Sekundärspannung erörtert; enthält
die Primärspannung allerdings eine Welligkeit, dann verur
sacht die Erhöhung der Verstärkung die Schwingung des
Transformatorstroms des bidirektionalen Isolations-Gleich
spannungsumformers, wie dies bei der neunten Ausführungs
form beschrieben wurde. Die elfte Ausführungsform sieht
dann einen verbesserten Spannungsschleifenregler vor, der
dadurch gekennzeichnet ist, daß er ein Filter aufweist, das
die Welligkeit des Primärspannungserfassungswerts bei der
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses
oder der Konstantdifferenzregelung zwischen der in die Se
kundärspannung umgeformten Primärspannung und der Sekundär
spannung dämpfen kann, wodurch der Transformatorstrom des
bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers selbst
dann nicht schwingt, wenn die Verstärkung erhöht wird.
Zur Unterdrückung der Schwingung des Transformatorstroms
des bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformers
kann eine niedrige Verstärkung verwendet werden, oder die
Verstärkung braucht nur vermindert zu werden, wie dies bei
der neunten Ausführungsform beschrieben wurde. Allerdings
würde dies zu einer langsamen Reaktion der Spannungs
schleife führen, womit eine Laständerung usw. zu einer
starken Änderung der Sekundärspannung führen würde. Bei der
neunten Ausführungsform wird bei Normalbetrieb die Kon
stantsekundärspannungsregelung durchgeführt, wodurch die
Verstärkung angehoben wird, um eine schnelle Spannungs
schleifenreaktion durchzuführen. Allerdings würde dies zu
einem ziemlich hohen Spitzenstrom führen, wenn sich die
Primärspannung ändert. Die elfte Ausführungsform der Erfin
dung eignet sich zur Anhebung der Verstärkung, um eine
schnelle Spannungsschleifenreaktion zu erreichen, während
der Spitzenstrom im Vergleich zur Konstantsekundärspan
nungsregelung soweit wie möglich unterdrückt wird.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Hier wird ein Bei
spiel gegeben, bei dem nur die Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses durchgeführt wird.
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 22 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer
durch den Spannungsschleifenregler 120h. Fig. 23(a) ist ein
Blockdiagramm, das ein Beispiel der internen Konfiguration
des Spannungsschleifenreglers 120h zeigt. Dieser Span
nungsschleifenregler 120h unterscheidet sich von dem in
Fig. 9(a) gezeigten Spannungsschleifenregler der vierten
Ausführungsform dadurch, daß er eine Filterschaltung 135
besitzt, die in der Lage ist, eine erfaßte Welligkeit der
Primärspannung V1 zu dämpfen, wodurch selbst dann, wenn die
Primärspannung V1 eine Welligkeit enthält, die Verstärkung
angehoben werden kann, um für eine schnelle Spannungs
schleifenreaktion zu sorgen, ohne daß der Transformator
strom des bidirektionalen Gleichspannungsumformers
schwingt.
Fig. 23(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120h von Fig. 23(a) darstellt. Es
handelt sich um das gleiche Fußdiagramm wie in Fig. 9(b)
bei der vierten Ausführungsform, abgesehen vom Schritt S27,
bei dem eine erfaßte Primärspannungswelligkeit gedämpft
wird. Ist hier die Primärseite des bidirektionalen Isolati
ons-Gleichspannungsumformers ein Dreiphasen-Vollweggleich
richter und die Stromversorgungsfrequenz 60 Hz, dann kann
das Filter ein Filter sein, das in der Lage ist, eine 360-
Hz-Frequenzkomponente zu dämpfen.
Ein Experiment wurde unter Verwendung eines Verzögerungs
filters erster Ordnung als Filterschaltung durchgeführt,
das in der Lage war, 360 Hz zu dämpfen. Bei dem Experiment
trat keine Schwingung des Transformatorstroms auf, und es
ergab sich ein gutes Ergebnis, wenn auch die Verstärkung
etwas angehoben ist.
Ein Strom steigt proportional zu der Summe der Primärspan
nung und der in einem Phasenüberlappungsabschnitt in die
Primärspannung umgeformten Sekundärspannung (V1 + n · V2)
nach dem bei der zweiten Ausführungsform beschriebenen Aus
druck (2) an. Überlappen sich die Phasen nicht, dann steigt
der Strom proportional zur Differenz zwischen der Primär
spannung und der in die Primärspannung umgeformten Sekun
därspannung (V1 - n · V2) an, wie dies im Ausdruck (3) ge
zeigt ist. Es sei nun angenommen, daß die Differenz zwi
schen der Primärspannung und der in die Primärspannung um
geformten Sekundärspannung groß ist, dann steigt der Strom
nicht nur in Phasenüberlappungsabschnitten an, sondern auch
in Abschnitten, in denen sich keine Phasen überlappen; im
Ergebnis wird der Spitzenstrom hoch. Dies bedeutet, daß der
Spitzenstrom zwangsläufig hoch wird, wenn die Differenz
zwischen der Primärspannung und der in die Primärspannung
umgeformten Sekundärspannung hoch ist.
Die zwölfte Ausführungsform der Erfindung sieht eine ver
besserte Spannungsschleifenregelschaltung und einen verbes
serten Schaltelementregler vor, wobei dann, wenn der Be
trieb mit dem eingestellten Maximalspitzenstrom abläuft,
die Differenz zwischen der Primärspannung und der in die
Primärspannung umgeformten Sekundärspannung stets überwacht
wird, aus der Spannungsdifferenz und der Streuinduktivität
die maximale Pulsweite berechnet wird, die erforderlich
ist, damit der Strom zum maximalen Einstellspitzenstrom
wird, und die Pulsbreite stets unter der maximalen Puls
breite liegt.
Nach dem Ausdruck (3) beträgt die Zeit Tmax, die der Pri
märstrom iL1 braucht, um zum maximalen Primäreinstellstrom
wert Ipeak zu werden:
Tmax = (Ipeak - IL1x) · LH/|(V1 - n · V2)| (10).
Wird hier die Pulsbreite verengt, dann wird die Phasenüber
lappungszeit eliminiert, und der von der Phasenüberlappung
bewirkte Strom IL1x wird zu null. Deshalb ändert sich der
Ausdruck (10) wie folgt:
Tmax = (Ipeak · Lh/|(V1 - n · V2)| (11).
Ist (V1 - n · V2) negativ, dann wird Tmax negativ, da Ipeak
positiv ist. Um eine solche Bedingung zu vermeiden, wird in
den Ausdrücken (10) und (11) der Absolutwert von (V1 -
n · V2) angenommen.
Unter der Annahme, daß die Schaltperiode T ist, wird beim
normalen Phasendifferenzregelbetrieb die Pulsbreite T/2, da
die NUTZARBEIT 50% ist. Da zu diesem Zeitpunkt |(V1 - n · V2)|
klein ist, wird Tmax groß, und T/2 überschreitet nicht
Tmax. Wird allerdings der Strom eingeschaltet oder fällt
die Spannung ab, dann wird |(V1 - n · V2)| hoch, damit wird
Tmax klein, und T/2 überschreitet Tmax. Dies bedeutet, daß
ein Strom von Ipeak oder höher fließt. Überschreitet T/2
Tmax, dann ist die Pulsbreite durch Tmax begrenzt, wodurch
verhindert wird, daß ein Einstellstrom Ipeak oder mehr
fließt.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Hier wird ein Bei
spiel angegeben, wie die Pulsbreite begrenzt wird, wenn
|(V1 - n · V2)| bei der Konstantsekundärspannung hoch wird.
Fig. 24 ist ein Blockdiagramm eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers einer Ausführungsform der
Erfindung. D.h., der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer von Fig. 24 unterscheidet sich von dem in
Fig. 32 gezeigten herkömmlichen Gleichspannungsumformer
durch einen Schaltelementregler 110i und einen Spannungs
schleifenregler 120i.
Fig. 25(a) ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der in
ternen Konfiguration des Schaltelementreglers 110i zeigt.
Fig. 25(b) ist ein Zeitsteuerdiagramm des Schaltele
mentreglers. In Fig. 25(a) bezeichnet die Bezugsziffer 117
einen Dreieckwellengenerator zur Ausgabe einer Dreieckwelle
im Bereich von 0 bis 1, die Bezugsziffer 118 bezeichnet
einen Wechselrichter zum Invertieren eines Ausgangs des
Dreieckwellengenerators 117, die Bezugsziffern 119a und
119b sind PWM-Schaltungen, und die Bezugsziffern 112a und
112b bezeichnen Phasenschieberschaltungen. Der Schaltele
mentregler 110i unterscheidet sich von dem in Fig. 33 ge
zeigten Schaltelementregler 110 des herkömmlichen Beispiels
dadurch, daß die Pulsbreite in Reaktion auf den DU (Nutz
arbeitseingang) begrenzt werden kann. Ist DU beispielsweise
DU = 0,5, dann wird das gleiche Signal wie bei dem herkömm
lichen Beispiel an das Schaltelement ausgegeben. In Fig. 25(b)
ist gezeigt, daß die Pulsbreite in Reaktion auf DU
klein wird, wenn DU kleiner als 0,5 ist. Die Phasen
verschiebung ist die gleiche wie bei dem herkömmlichen Bei
spiel.
Als nächstes ist Fig. 26(a) ein Blockdiagramm, das ein Bei
spiel der internen Konfiguration des Spannungsschleifenreg
lers 120i zeigt, wobei die Bezugsziffer 136 eine Schaltung
zur Umformung in die Primärspannung zum Umformen der Sekun
därspannung in die Primärspannung ist, die Bezugsziffer 137
bezeichnet eine Maximalnutzbarkeitsberechnungsschaltung zur
Eingabe der Differenz zwischen der Primärspannung und der
in die Primärspannung umgeformten Sekundärspannung und zum
Berechnen der maximalen Nutzarbeit, damit der Strom der ma
ximale Einstellstrom Ipeak wird, und die Bezugsziffer 138
ist eine Auswahlschaltung zum Vergleich eines Ausgangs der
Maximalnutzarbeitsberechnungsschaltung 137, DUmax, mit 0,5
und zur Ausgabe von DU = 0,5, wenn Dumax ist größer oder
gleich 0,5; ansonsten zur Ausgabe von DU = Dumax.
Fig. 26(b) ist ein Flußdiagramm, das den Betrieb des Span
nungsschleifenreglers 120i von Fig. 26(a) darstellt. Im
Schritt S28 wird die Sekundärspannung V2 eingegeben, im
Schritt S29 wird die Abweichung V2er zwischen dem zweiten
Spannungszielwert V2* und der Sekundärspannung V2 herausge
funden, und im Schritt S30 wird die Phasendifferenz ph her
ausgefunden. Allerdings ist die Phasendifferenz temporär.
Die Schritte S28 bis 30 sind die gleichen wie bei der her
kömmlichen Konstantsekundärspannungsregelung. Als nächstes
wird im Schritt S31 die Primärspannung V1 eingegeben, und
im Schritt S32 wird die maximale Nutzarbeit Dumax berech
net, indem Tmax, das im Ausdruck (11) gefunden wurde, durch
die Schaltperiode T dividiert wurde, also wie in:
Dumax = Ipeak · Lh/(T · |(V1 - n · V2)|) (12).
Als nächstes wird im Schritt S33 Dumax mit 0,5 verglichen.
Ist Dumax größer oder gleich 0,5, dann wird DU im Schritt
S34 auf 0,5 eingestellt, und ph wird im Schritt S35 auf php
eingestellt. Der Weg über die Schritte S34 und 35 ist der
gleiche wie bei der herkömmlichen Konstantsekundärspan
nungsregelung. Ist Dumax dagegen kleiner als 0,5, dann wird
DU im Schritt S36 auf Dumax eingestellt, und ph wird im
Schritt S37 auf 0 eingestellt. Ist die Differenz zwischen
der Primärspannung und der in die Primärspannung umgeform
ten Sekundärspannung groß, dann wird der Weg über die
Schritte S36 und S37 genommen, um die Pulsbreite so zu be
grenzen, daß der Spitzenstrom nicht erhöht wird. Auf jedem
Wege werden DU und ph bestimmt, und DU wird dann im Schritt
S38 und ph im Schritt S39 ausgegeben.
Nur wenn also die Differenz zwischen der Primärspannung und
der in die Primärspannung umgeformten Sekundärspannung hoch
ist, wird die Pulsbreite in Reaktion auf die Differenz be
grenzt, wodurch verhindert wird, daß der Spitzenstrom an
steigt, wenn die Spannungsdifferenz groß wird.
Fig. 27 ist ein Blockdiagramm eines Umformerabschnitts mit
der Funktion eines bidirektionalen Isolations-Gleichspan
nungsumformers einer Ausführungsform der Erfindung. Es han
delt sich um ein Blockdiagramm, das eine Verbesserung bei
der dreizehnten Ausführungsform zeigt, die dem Umformerab
schnitt 31 mit der Funktion eines bidirektionalen Isolati
ons-Gleichspannungsumformers der in Fig. 1 gezeigten ersten
Ausführungsform entspricht. Der in Fig. 32 gezeigte
bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer 100 wird
als bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer 33
verwendet. Eine Abschaltschaltung 36 zum Abschalten der
Spannung der Eingangsstromversorgung 1 und ein Startsi
gnalablaufregler 37 sind hinzugefügt, um den Betriebsablauf
des Umformers mit der Funktion eines bidirektionalen Isola
tions-Gleichspannungsumformers zu regeln.
Als nächstes wird der Betrieb erläutert. Wird eine Wechsel
spannung eingegeben, dann beginnt ein Gleichrichter 6 so
fort den Betrieb und lädt eine Glättungsschaltung 9 mit der
Gleichspannung. Wird der bidirektionale Gleichspannungsum
former betrieben, nachdem die Glättungsschaltung 9 mit ei
ner ausreichenden Gleichspannung geladen ist, dann ist die
Differenz zwischen der Primärspannung V1 und dem Spannungs
wert der Umformung der Sekundärspannung V2 in die Primär
spannung bei dem bidirektionalen Gleichspannungsumformer
groß, und ist die Einschaltzeit t kurz, dann wird der Pri
märstrom iL1 hoch, wie dies im Ausdruck (3) gezeigt ist.
Dann ist der Startsignalablaufregler 37 in Fig. 27 vorgese
hen, um den bidirektionalen Gleichspannungsumformer 100 zu
starten, ehe die Abschaltschaltung 36 bei Einschalten des
Stroms in Leitung gezwungen wird, dann die Abschaltschal
tung 36 in Leitung zu zwingen, womit der Gleichrichter 6
und der bidirektionale Gleichspannungsumformer 100 gleich
zeitig arbeiten und das Einschalten des Stroms ermöglichen,
während die Differenz zwischen der Primärspannung V1 und
der Spannungswert der Umformung der Sekundärspannung V2 in
die Primärspannung klein bleibt. Dies bedeutet, daß beim
Einschalten ein Anstieg der Stromspitze verhindert werden
kann.
Die Erfindung führt zu den folgenden Wirkungen:
Erfindungsgemäß kann der Motorregler der Erfindung, der
einen bidirektionalen Gleichspannungsumformer aufweist,
eine Umformerabschnittausgangsspannung in einem gegebenen
Bereich für unterschiedliche Stromversorgungsspannungen in
eine Gleichspannung umformen und eine bidirektionale Span
nungsumformung durchführen. Damit können die Wechselrich
terschaltungskonfiguration, die Motoren, die Verdrahtung
usw. unabhängig von den Stromversorgungsspannungen gemein
sam gestaltet werden.
Auch die Maschinen, die die Motoren verwenden, können unab
hängig von den Stromversorgungsspannungen konfiguriert wer
den, und die Zahl der Typen von Bauteilen wie Leistungsbe
triebsreglern und Motoren läßt sich drastisch reduzieren.
Damit lassen sich die Maschinenentwicklung, die Produktivi
tät, die Bestandsverwaltung und die Wartungsverwaltung dra
stisch verbessern. Da die Eingangsstromversorgung und die
Motoren durch den internen Transformator gegeneinander iso
liert sind, besteht nur eine geringe Gefahr eines Unfalls
durch einen elektrischen Schlag.
Der Motorbetriebsregler ist in zwei Blöcke unterteilt, den
Umformerabschnitt zur bidirektionalen Spannungsumformung in
eine Gleichspannung in einem gegebenen Bereich für unter
schiedliche Versorgungsspannungen und den Wechselrichterab
schnitt, die in getrennten Gehäusen enthalten sind. Damit
können die Wechselrichterabschnitte der Motorbetriebsreg
ler, die Motoren, die Verdrahtung usw. unabhängig von den
Stromversorgungsspannungen gemeinsam hergestellt werden;
die Konfiguration der Maschinen, die die Motoren verwenden,
kann gemeinsam gestaltet werden, und die Typen von Bautei
len können reduziert werden. Da ferner unabhängig von den
Stromversorgungsspannungen ein gemeinsamer Wechselrich
terabschnitt mit einer Anzahl von Kabeln zu Motoren und
Schnittstellen zu externen Reglern verwendet werden kann
und nur der Umformerabschnitt nach der Stromversorgungs
spannung ersetzt werden kann, sind die Maschinenentwick
lung, die Produktivität, die Bestandsverwaltung und die
Wartungsverwaltung weiter drastisch verbessert.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer nach
der Erfindung steuert die Primärschaltelemente und die Se
kundäreinseitenarmschaltelemente des internen Transforma
tors an und regelt die Übertragungsleistung in Reaktion auf
die Phasendifferenz. Damit ist das Stromwellenformverhält
nis verbessert, und der maximale Stromwert kann um die
Hälfte reduziert werden, um einen wirksamen bidirektionalen
Isolations-Gleichspannungsumformer vorzusehen. Durch die
verbesserte Phasendifferenzregelung läßt sich die Regelbar
keit der Übertragungsleistung verbessern, und die Wellig
keit der Glättungsschaltung kann reduziert werden, womit
eine Miniaturisierung und eine lange Lebensdauer der
Schaltanordnung erreicht werden.
Da die Sekundärspannung bei dem Regelverfahren des bidirek
tionalen Isolations-Gleichspannungsumformers proportional
zu einer Änderung der Primärspannung geregelt wird, kann
der Maximalstrom selbst bei Änderung der Primärspannung un
terdrückt werden. Damit kann eine geeignete Schalt
elementstromkapazität ausgewählt und ein wirksamer bidi
rektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer bereit
gestellt werden.
Da der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer so
geregelt wird, daß die Differenz zwischen der Sekundärspan
nung, in die die Primärspannung umgeformt wird, und der Se
kundärspannung konstantgehalten wird, kann der Maximalstrom
bei einer Änderung der Primärspannung oder einer Änderung
des Wechselrichterabschnittausgangssignals unterdrückt
werden. Damit kann also eine geeignete Schaltelementstrom
kapazität ausgewählt und ein wirksamer bidirektionaler Iso
lations-Gleichspannungsumformer bereitgestellt werden.
Da der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer
durch die Auswahl einer konstanten Sekundärspannungsrege
lung, einer Konstantdifferenzregelung zwischen der Sekun
därspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird, und
der Sekundärspannung oder eine Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses in Reaktion auf den Be
triebszustand des bidirektionalen Gleichspannungsumformers
in dem Wechselrichterabschnitt geregelt wird, kann der Ma
ximalstrom in Reaktion auf eine Bedingung unterdrückt wer
den. Damit lassen sich eine geeignete Schaltelementstrom
kapazität auswählen und ein wirksamer bidirektionaler
Isolations-Gleichspannungsumformer vorsehen. Es kann auch
ein bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer mit
einer konstanten Sekundärspannung im praktischen Verwen
dungsbereich vorgesehen werden.
Da der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer so
geregelt wird, daß die Sekundärspannung konstantgehalten
wird, wenn die Ausgangsleistung niedrig ist, oder daß das
Verhältnis zwischen der Primär- und Sekundärspannung oder
die Differenz zwischen der Sekundärspannung, in die die
Primärspannung umgeformt wird, und der Sekundärspannung
konstantgehalten wird, wenn die Ausgangsleistung hoch ist,
kann der Maximalstrom bei einer Primärspannungsänderung
oder einer Änderung des Wechselrichterabschnittausgangssi
gnals unterdrückt werden. Damit läßt sich eine geeignete
Schaltelementstromkapazität auswählen und ein wirksamer
bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer vorse
hen. Es kann auch ein bidirektionaler Isolations-Gleich
spannungsumformer mit einer konstanten Sekundärspannung im
praktischen Verwendungsbereich vorgesehen werden.
Da der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer so
geregelt wird, daß die Sekundärspannung konstantgehalten
wird, wenn die Primärspannung des bidirektionalen Gleich
spannungsumformers höher als ein Einstellwert ist, oder daß
das Verhältnis zwischen der Primär- und Sekundärspannung
oder die Differenz zwischen der Sekundärspannung, in die
die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekundärspannung
konstantgehalten wird, wenn die Primärspannung niedriger
als der Einstellwert ist, kann der Maximalstrom selbst dann
unterdrückt werden, falls die Primärspannung abnimmt, wenn
der Strom eingeschaltet wird oder anormal ist. Damit lassen
sich eine geeignete Schaltelementstromkapazität auswählen
und ein wirksamer bidirektionaler Isolations-Gleichspan
nungsumformer vorsehen. Es kann auch ein bidirektionaler
Isolations-Gleichspannungsumformer mit einer konstanten Se
kundärspannung im praktischen Verwendungsbereich vorgesehen
werden.
Der bidirektionale Isolations-Gleichspannungsumformer wird
so geregelt, daß die Verstärkung unterdrückt wird, wenn die
Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhält
nisses oder die Konstantdifferenzregelung zwischen der Se
kundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird,
und der Sekundärspannung durchgeführt wird, oder so, daß
die Verstärkung geeignet angehoben wird, wenn die Sekundär
spannungsregelung durchgeführt wird. Damit läßt sich ver
hindern, daß eine Welligkeit der Primärspannung eine
Schwingung des Stroms verursacht, wenn die Konstantregelung
des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses oder die Kon
stantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekundär
spannung durchgeführt wird. Deshalb lassen sich eine ge
eignete Schaltelementstromkapazität auswählen und ein wirk
samer bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
vorsehen. Es kann auch ein bidirektionaler Isolations-
Gleichspannungsumformer mit einer konstanten Sekundärspan
nung im praktischen Verwendungsbereich vorgesehen werden.
Wird die Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungs
verhältnisses, die Konstantdifferenzregelung zwischen der
Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird,
und der Sekundärspannung oder die Konstantsekundärspan
nungsregelung zur Verwendung ausgewählt, dann ist der Maxi
malwert der Sollwertänderungssteigung derart festgelegt,
daß sich der Sollwert der Sekundärspannung zu diesem Zeit
punkt nicht rasch ändert. Damit läßt sich ein Überstrom
unterdrücken, der sich aufgrund einer raschen Änderung des
Sollwerts ergibt. Deshalb lassen sich eine geeignete
Schaltelementstromkapazität auswählen und ein wirksamer bi
direktionaler Isolations-Gleichspannungsumformer vorsehen.
Bei dem Regelverfahren des bidirektionalen Isolations-
Gleichspannungsumformers wird dann, wenn die Konstantrege
lung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses oder die
Konstantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekundär
spannung durchgeführt wird, eine erfaßte Primärspannungs
welligkeit mittels eines Filters gedämpft. Damit läßt sich
die Stromschwingung unterdrücken. Deshalb lassen sich eine
geeignete Schaltelementstromkapazität auswählen und ein
wirksamer bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumfor
mer mit einer schnellen Spannungsschleifenreaktion vorse
hen.
Die maximale Pulsbreite, die erforderlich ist, damit der
Strom der maximale Einstellspitzenstrom wird, wird bei dem
bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumformer aus der
Differenz zwischen der Primärspannung und der Primärspan
nung berechnet, in die die Sekundärspannung umgeformt wird,
und die Obergrenze der Pulsbreite ist beschränkt. Damit
kann der Maximalstrom unterdrückt werden, wenn der Strom
eingeschaltet wird oder die Spannung abfällt. Deshalb kann
eine geeignete Schaltelementstromkapazität ausgewählt und
ein wirksamer bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsum
former vorsehen werden.
Bei dem Motorbetriebsregler der Erfindung werden der
Gleichrichter und der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer in dem Umformerabschnitt gleichzeitig betrie
ben. Wird also der Strom eingeschaltet, dann können Ände
rungen der Primär- und der Sekundärspannung bei dem bidi
rektionalen Isolations-Gleichspannungsumformer gleichzeitig
stattfinden, und ein Überstrom kann unterdrückt werden.
Deshalb können eine geeignete Schaltelementstromkapazität
ausgewählt und ein wirksamer bidirektionaler Isolations-
Gleichspannungsumformer vorgesehen werden.
Die Anmeldung beschreibt die Erfindung zwar nach einigen
speziellen Ausführungsformen, die Erfindung ist aber nicht
darauf beschränkt. Die Anmelderin verweist dazu auf alle
Lehren, die in Dokumenten mit ausländischer Priorität ent
halten sind, deren Nutzen hier beansprucht wird.
Bezugszeichenliste
1 Eingangsstromversorgung
2, 2a, 2b, 2c Motorbetriebsregler
3, 3a, 3b, 3c Motor
4 Umformerabschnitt
5 Wechselrichterabschnitt
6 Gleichrichter
7 Stromversorgungswechselrichter
8 Stromversorgungswechselrichterregler
9 Glättungsschaltung
10 Wechselrichter
11 Wechselrichterregler
12 Schnittstellenschaltung
13 Transformator
20 Gleichspannungsumformer
21 Primärglättungsschaltung
22 Sekundärglättungsschaltung
23 Überbrückungswiderstand
24 Entladungsschalter
25 Regler
30 Motorbetriebsregler
31 Umformerabschnitt
32 Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformungs abschnitt
33 Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
34 Glättungsschaltung
35 Regler
36 Abschaltschaltung
37 Startsignalablaufregler
100 Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
101, a- d Primärschaltelement
102 interner Transformator
103, a- d Sekundärschaltelement
110 Schaltelementregler
111 Impulsgenerator
112, a, b Phasenschieberschaltung
113 NICHT-Schaltung
114 NICHT-Schaltung
115 Leistungs-/Regenerationsmodusbestimmungsschaltung
116 Treiberschaltänderungsanordnung
117 Dreieckwellengenerator
118 Wechselrichter
119, a, b PBM-Schaltung
120, a, b, c, d, e, f, g Spannungsschleifenregler
122 Spannungsschleifenverstärkungsschaltung
123 Spannungsverhältnisvervielfacher
124 Schaltung zur Umformung in die Sekundärspannung
126 Temperaturdetektor
127 Temperaturbestimmungsschaltung
128, a, b Schalter
129 Mittelwertschaltung
130 Stromdetektor
131 Leistungsbestimmungsschaltung
132 Leistungsbestimmungsschaltung
133 1-Abtastverzögerungsschaltung
134 Schaltung
135 Filterschaltung
2, 2a, 2b, 2c Motorbetriebsregler
3, 3a, 3b, 3c Motor
4 Umformerabschnitt
5 Wechselrichterabschnitt
6 Gleichrichter
7 Stromversorgungswechselrichter
8 Stromversorgungswechselrichterregler
9 Glättungsschaltung
10 Wechselrichter
11 Wechselrichterregler
12 Schnittstellenschaltung
13 Transformator
20 Gleichspannungsumformer
21 Primärglättungsschaltung
22 Sekundärglättungsschaltung
23 Überbrückungswiderstand
24 Entladungsschalter
25 Regler
30 Motorbetriebsregler
31 Umformerabschnitt
32 Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformungs abschnitt
33 Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
34 Glättungsschaltung
35 Regler
36 Abschaltschaltung
37 Startsignalablaufregler
100 Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
101, a- d Primärschaltelement
102 interner Transformator
103, a- d Sekundärschaltelement
110 Schaltelementregler
111 Impulsgenerator
112, a, b Phasenschieberschaltung
113 NICHT-Schaltung
114 NICHT-Schaltung
115 Leistungs-/Regenerationsmodusbestimmungsschaltung
116 Treiberschaltänderungsanordnung
117 Dreieckwellengenerator
118 Wechselrichter
119, a, b PBM-Schaltung
120, a, b, c, d, e, f, g Spannungsschleifenregler
122 Spannungsschleifenverstärkungsschaltung
123 Spannungsverhältnisvervielfacher
124 Schaltung zur Umformung in die Sekundärspannung
126 Temperaturdetektor
127 Temperaturbestimmungsschaltung
128, a, b Schalter
129 Mittelwertschaltung
130 Stromdetektor
131 Leistungsbestimmungsschaltung
132 Leistungsbestimmungsschaltung
133 1-Abtastverzögerungsschaltung
134 Schaltung
135 Filterschaltung
Claims (22)
1. Motorbetriebsregler, der folgendes aufweist:
- - einen Umformerabschnitt mit einem Gleichrichter zum Umformen einer Stromversorgungswechselspannung in eine Gleichspannung,
- - eine Stromversorgungswechselrichterschaltung zum Um formen einer Gleichspannung in eine Stromversorgungswechselspannung,
- - einen bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumfor mer und
- - einen Wechselrichterabschnitt zum Liefern von Strom an einen Motor.
2. Motorbetriebsregler, der folgendes aufweist:
- - einen Umformerabschnitt mit einem Gleichrichter zum Umformen einer Stromversorgungswechselspannung in eine Gleichspannung,
- - eine Stromversorgungswechselrichterschaltung zum Um formen einer Gleichspannung in eine Stromversorgungswechselspannung sowie
- - einen bidirektionalen Gleichspannungsumformerabschnitt und einen Wechselrichterabschnitt zum Liefern von Strom an einen Motor, wobei der Motorbetriebsregler den Umformerabschnitt in einem ersten Gehäuse und den Wechselrichterabschnitt in einem getrennten, zweiten Gehäuse aufweist.
3. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer,
der folgendes aufweist:
- - einen ersten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer ersten Gleichspannung in eine Wechselspannung und zum Bereitstellen der Wechselspannung an einem Ausgang,
- - einen Transformator mit einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung, wobei die Primärwicklung mit einem Wechselspannungsausgang des ersten Umformers verbunden ist, sowie
- - einen zweiten Umformer mit Schaltelementen zum Umfor men einer Wechselspannung, die an einer Sekundärwick lung des Transformators angelegt ist, in eine zweite Gleichspannung, wobei der zweite Umformer ferner eine Einrichtung zum Regeln der Übertragungsleistung um faßt, indem eine Treiberphasendifferenzreglung aller Leistungsübertragungsschaltelemente und einiger Leistungsempfangsschaltelemente durchgeführt wird.
4. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer,
der folgendes aufweist:
- - einen ersten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer ersten Gleichspannung in eine Wechselspannung,
- - einen Transformator, der eine Primärwicklung mit einer daran anliegenden Primärspannung und eine Sekundär wicklung mit einer daran anliegenden Sekundärspannung aufweist, wobei die Primärwicklung mit einem Wechsel spannungsausgang des ersten Umformers verbunden ist,
- - einen zweiten Umformer mit Schaltelementen zum Umfor men einer Wechselspannung, die an einer Sekundärwick lung des Transformators angelegt ist, in eine zweite Gleichspannung, sowie
- - eine Spannungsregelschleifenschaltung zum Konstanthal ten des Verhältnisses zwischen der Primärspannung und der Sekundärspannung.
5. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer,
der folgendes aufweist:
- - einen ersten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer ersten Gleichspannung in eine Wechselspannung,
- - einen Transformator, der eine Primärwicklung mit einer daran anliegenden Primärspannung und eine Sekundär wicklung mit einer daran anliegenden Sekundärspannung aufweist, wobei die Primärwicklung mit einem Wechsel spannungsausgang des ersten Umformers verbunden ist,
- - einen zweiten Umformer mit Schaltelementen zum Umfor men einer Wechselspannung, die an der Sekundärwicklung des Transformators angelegt ist, in eine zweite Gleichspannung, sowie
- - eine Spannungsregelschleifenschaltung zum Konstanthal ten der Differenz zwischen der Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekun därspannung.
6. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer,
der folgendes aufweist:
- - einen ersten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer ersten Gleichspannung in eine Wechselspannung,
- - einen Transformator, der eine Primärwicklung mit einer daran anliegenden Primärspannung und eine Sekundär wicklung mit einer daran anliegenden Sekundärspannung aufweist, wobei die Primärwicklung mit einem Wechsel spannungsausgang des ersten Umformers verbunden ist,
- - einen zweiten Umformer mit Schaltelementen zum Umfor men einer Wechselspannung, die an einer Sekundärwick lung des Transformators angelegt ist, in eine zweite Gleichspannung, sowie
- - eine Spannungsregelschleifenschaltung zur Regelung auf der Grundlage wenigstens (i) einer Konstantsekundärspannungsregelung, (ii) einer Kon stantdifferenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in die die Primärspannung umgeformt wird, und der Se kundärspannung oder (iii) einer Konstantregelung des Primär-/Sekundärspannungsverhältnisses in Reaktion auf eine Betriebszustandscharakteristik.
7. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
nach Anspruch 6, bei dem die zum Bestimmen des Re
gelmodus des bidirektionalen Isolations-Gleichspan
nungsumformers verwendete Betriebszustandscharakteri
stik die Übertragungsleistung ist, wobei dann, wenn
die Übertragungsleistung niedrig ist, die Konstantse
kundärspannungsregelung durchgeführt wird, oder dann,
wenn die Übertragungsleistung hoch ist, die Konstant
differenzregelung zwischen der Sekundärspannung, in
die die Primärspannung umgeformt wird, und der Sekun
därspannung oder die Konstantregelung des Primär-/Sekun
därspannungsverhältnisses durchgeführt wird.
8. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
nach Anspruch 6, bei dem die zum Bestimmen des Re
gelmodus des bidirektionalen Isolations-Gleichspan
nungsumformers verwendete Betriebszustandscharakteri
stik der Primärspannungswert ist, wobei dann, wenn die
Primärspannung höher als ein Einstellwert ist, die
Konstantsekundärspannungsregelung durchgeführt wird,
oder dann, wenn die Primärspannung niedriger als der
Einstellwert ist, die Konstantdifferenzregelung zwi
schen der Sekundärspannung, in die die Primärspannung
umgeformt wird, und der Sekundärspannung oder die Kon
stantregelung des Primär-/Sekundär
spannungsverhältnisses durchgeführt wird.
9. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
nach Anspruch 6, der ferner eine Einrichtung zum Än
dern der Regelsystemverstärkung in Abhängigkeit von
dem Regelverfahren aufweist.
10. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
nach Anspruch 6, bei dem ein Maximalwert einer
Sollwertänderungssteigung definiert ist, so daß sich
der Sollwert der Sekundärspannung nicht rasch ändert,
wenn die Regelmethoden geändert werden.
11. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
nach Anspruch 4, der ferner ein Filter umfaßt, das in
der Lage ist, eine erfaßte Primärspannungswelligkeit
zu dämpfen.
12. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer
nach Anspruch 5, der ferner ein Filter umfaßt, das in
der Lage ist, eine erfaßte Primärspannungswelligkeit
zu dämpfen.
13. Bidirektionaler Isolations-Gleichspannungsumformer,
der folgendes aufweist:
- - einen ersten Umformer mit Schaltelementen zum Umformen einer ersten Gleichspannung in eine Wechselspannung,
- - einen Transformator, der eine Primärwicklung mit einer daran anliegenden Primärspannung und eine Sekundär wicklung mit einer daran anliegenden Sekundärspannung aufweist, wobei die Primärwicklung mit einem Wechsel spannungsausgang des ersten Umformers verbunden ist,
- - einen zweiten Umformer mit Schaltelementen zum Umfor men einer Wechselspannung, die an der Sekundärwicklung des Transformators angelegt ist, in eine zweite Gleichspannung, sowie
- - eine Spannungsregelschleifenschaltung zum Regeln der Primär- und Sekundärspannung, wobei die Pulsbreite in Reaktion auf eine Differenz zwischen der Primärspan nung, in die die Sekundärspannung umgeformt wird, und der Primärspannung geändert wird.
14. Motorbetriebsregler, der folgendes aufweist:
- - einen Umformer mit einem Gleichrichter zum Umformen einer Stromversorgungswechselspannung in eine Gleich spannung,
- - eine Stromversorgungswechselrichterschaltung zum Um formen einer Gleichspannung in eine Stromversorgungswechselspannung sowie
- - einen bidirektionalen Isolations-Gleichspannungsumfor mer und einen Wechselrichterabschnitt zum Liefern von Strom an einen Motor,
wobei der Regler ferner eine Einrichtung aufweist, die
bei Einschalten des Stroms wirksam ist, um den Gleich
richter und den bidirektionalen Isolations-Gleich
spannungsumformer gleichzeitig zu betreiben.
15. Verfahren zum Regeln des Betriebs eines bidirektiona
len Isolations-Gleichspannungsumformers, der zwischen
eine Primärglättungsschaltung mit einer daran angeleg
ten Primärspannung und eine Sekundärglättungsschaltung
mit einer daran angelegten Sekundärspannung geschaltet
ist, wobei der bidirektionale Gleichspannungsumformer
Primärschaltelemente und Sekundärschaltelemente mit
einem dazwischengeschalteten internen Transformator
aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfaßt:
- - Eingabe der Primärspannung,
- - Eingabe der Sekundärspannung,
- - Berechnung der Sekundärspannungsabweichung,
- - Bestimmung einer Phasendifferenzregelvariable in Ab hängigkeit von der Sekundärspannungsabweichung und
- - Verwendung der Phasendifferenz zum Regeln der Primär- und Sekundärschaltelemente, wobei die Verbesserung folgendes beinhaltet:
- - Berechnen der Sekundärspannungsabweichung in Abhängig keit von einem Sekundärbezugswert, der in konstantem Verhältnis zu der Primärspannung liegt.
16. Verfahren zum Regeln des Betriebs eines bidirektiona
len Isolations-Gleichspannungsumformers, der zwischen
eine Primärglättungsschaltung mit einer daran angeleg
ten Primärspannung und eine Sekundärglättungsschaltung
mit einer daran angelegten Sekundärspannung geschaltet
ist, wobei der bidirektionale Isolations-Gleichspan
nungsumformer Primärschaltelemente und Sekundärschalt
elemente mit einem dazwischengeschalteten internen
Transformator aufweist, wobei das Verfahren die fol
genden Schritte umfaßt:
- - Eingabe der Primärspannung,
- - Eingabe der Sekundärspannung,
- - Berechnung der Sekundärspannungsabweichung,
- - Bestimmung einer Phasendifferenzregelvariable in Ab hängigkeit von der Sekundärspannungsabweichung und
- - Verwendung der Phasendifferenz zum Regeln der Primär- und Sekundärschaltelemente, wobei die Verbesserung folgendes beinhaltet:
- - Berechnen der Sekundärspannungsabweichung in Abhängig keit von einem Sekundärbezugswert, also in Abhängig keit von der Primärspannung und einem Spannungsdiffe renzsollwert, so daß die Differenz zwischen der Sekun därspannung und der Primärspannung geteilt durch das Transformatorverhältnis eine Konstante ist.
17. Verfahren zum Regeln des Betriebs eines bidirektiona
len Isolations-Gleichspannungsumformers, der zwischen
eine Primärglättungsschaltung mit einer daran angeleg
ten Primärspannung und eine Sekundärglättungsschaltung
mit einer daran angelegten Sekundärspannung geschaltet
ist, wobei der bidirektionale Gleichspannungsumformer
Primärschaltelemente und Sekundärschaltelemente mit
einem dazwischengeschalteten internen Transformator
aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfaßt:
- - Eingabe der Primärspannung,
- - Eingabe der Sekundärspannung,
- - Berechnung einer Sekundärspannungsabweichung,
- - Bestimmung einer Phasendifferenzregelvariable in Ab hängigkeit von der Sekundärspannungsabweichung und
- - Verwendung der Phasendifferenz zum Regeln der Primär- und Sekundärschaltelemente, wobei die Verbesserung folgendes beinhaltet:
- - Erfassen der Schaltelementtemperatur, Vergleichen der erfaßten Temperatur mit einem Einstellwert und Regeln des Umschaltens der Schaltelemente auf der Grundlage des Vergleichs, wodurch eine Konstantregelung des Pri mär-/Sekundärspannungsverhältnisses erreicht wird, wenn die Schaltelementtemperatur höher als der Ein stellwert ist, und eine Konstantsekundärspannungsrege lung erreicht wird, wenn die Schaltelementtemperatur niedriger als der Einstellwert ist.
18. Verfahren zum Regeln des Betriebs eines bidirektiona
len Isolations-Gleichspannungsumformers, der zwischen
eine Primärglättungsschaltung mit einer daran angeleg
ten Primärspannung und eine Sekundärglättungsschaltung
mit einer daran angelegten Sekundärspannung geschaltet
ist, wobei der bidirektionale Gleichspannungsumformer
Primärschaltelemente und Sekundärschaltelemente mit
einem dazwischengeschalteten internen Transformator
aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfaßt:
- - Eingabe der Primärspannung,
- - Eingabe der Sekundärspannung,
- - Berechnung der Sekundärspannungsabweichung,
- - Bestimmung einer Phasendifferenzregelvariable in Ab hängigkeit von der Sekundärspannungsabweichung und
- - Verwendung der Phasendifferenz zum Regeln der Primär- und Sekundärschaltelemente, wobei die Verbesserung folgendes beinhaltet:
- - Eingabe eines Sekundärstroms,
- - Bestimmung des Mittelwerts des Sekundärstroms,
- - Eingabe der Sekundärspannung,
- - Berechnung der Leistung der Sekundärspule,
- - Bestimmung, ob die Sekundärleistung höher als ein vorbestimmter Wert ist und Berechnung der Bezugs-Se kundärspannung gemäß einem konstanten Primär-/Sekun därspannungsverhältnis, wenn die Sekundärleistung größer oder gleich als der vorbestimmte Wert ist, und Berechnung der Bezugs-Sekundärspannung gemäß einer Konstantsekundärspannungsregelung, wenn die Sekun därleistung niedriger als ein vorbestimmter Wert ist.
19. Verfahren zum Regeln des Betriebs eines bidirektiona
len Isolations-Gleichspannungsumformers, der zwischen
eine Primärglättungsschaltung mit einer daran angeleg
ten Primärspannung und eine Sekundärglättungsschaltung
mit einer daran angelegten Sekundärspannung geschaltet
ist, wobei der bidirektionale Gleichspannungsumformer
Primärschaltelemente und Sekundärschaltelemente mit
einem dazwischengeschalteten internen Transformator
aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfaßt:
- - Eingabe der Primärspannung,
- - Eingabe der Sekundärspannung,
- - Berechnung der Sekundärspannungsabweichung,
- - Bestimmung einer Phasendifferenzregelvariable in Ab hängigkeit von der Sekundärspannungsabweichung und
- - Verwendung der Phasendifferenz zum Regeln der Primär- und Sekundärschaltelemente, wobei die Verbesserung folgendes beinhaltet:
- - Bestimmung, ob die Primärspannung einen ersten Wert besitzt, der niedriger als ein unterer Einstellgrenz wert und höher als ein oberer Einstellgrenzwert ist, und
- - Anwendung einer Konstantregelung des Primär-/Sekundär spannungsverhältnisses oder der Konstantdifferenzrege lung zwischen der in die Sekundärspannung umgeformten Primärspannung und der Sekundärspannung, wenn ein sol cher erster Wert vorliegt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Konstantsekun
därspannungsregelung durchgeführt wird, wenn die
Primärspannung einen zweiten, anderen als den ersten
Wert besitzt.
21. Verfahren zum Regeln des Betriebs eines bidirektiona
len Isolations-Gleichspannungsumformers, der zwischen
eine Primärglättungsschaltung mit einer daran angeleg
ten Primärspannung und eine Sekundärglättungsschaltung
mit einer daran angelegten Sekundärspannung geschaltet
ist, wobei der bidirektionale Gleichspannungsumformer
Primärschaltelemente und Sekundärschaltelemente mit
einem dazwischengeschalteten internen Transformator
aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte
umfaßt:
- - Eingabe der Primärspannung,
- - Eingabe der Sekundärspannung,
- - Berechnung der Sekundärspannungsabweichung,
- - Bestimmung einer Phasendifferenzregelvariable in Ab hängigkeit von der Sekundärspannungsabweichung und
- - Verwendung der Phasendifferenz zum Regeln der Primär- und Sekundärschaltelemente, wobei die Verbesserung folgendes beinhaltet:
- - Bestimmung, ob die Primärspannung einen ersten Wert besitzt, der niedriger als ein unterer Einstellgrenz wert und höher als ein oberer Einstellgrenzwert ist, und
- - Anwendung einer Konstantregelung des Primär-/Sekundär spannungsverhältnisses oder der Konstantdifferenzrege lung zwischen der in die Sekundärspannung umgeformten Primärspannung und der Sekundärspannung, wenn ein sol cher erster Wert vorliegt, und
- - Bestimmung, ob die Differenz zwischen der resultieren den Sekundärspannung und der Bezugssekundärspannung größer als ein Maximalwert ist, wenn ein solcher er ster Wert vorliegt und, wenn sie größer ist, Berech nung einer neuen Bezugssekundärspannung und, wenn sie kleiner ist, Verwendung der Ausgangsbe zugssekundärspannung.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6239070A JPH08107683A (ja) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | 電動機の運転制御装置及び絶縁型双方向直流電圧変換回路 |
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DE19524005C2 DE19524005C2 (de) | 1999-08-26 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JPH08107683A (de) |
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CN (1) | CN1047895C (de) |
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