DE2827358C2 - Umkehrlogikschaltung für eine Regeleinrichtung für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Umkehrlogikschaltung für eine Regelschaltung für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter mit Polaritätswender und diesem nachgeschalteten Stromregler welcher Umkehrlogikschaltung eingangsseitig ein aus dem Strumsoliwert ermitteltes Stromrichtungs- und ein aus dem Stromistwert ermitteltes Stromnullsignal zugeführt sind, die einen ersten Signalbereichsmelder mit Hysterese mit zwei stabilen Schaltzuständen und einen Richtungsspeicher umfaßt und die ausgangsseitig den Polaritätswender und einen zwischen Steuerimpulssatz und Doppelstromrichter befindlichen Impulswender umsteuert Sie kann Anwendung finden in der Antriebstechnik.

In der Antriebstechnik werden Gleichstrommotoren eingesetzt, wenn die Drehzahl schnell und in weiten Grenzen veränderbar sein soll. Als Leistungsstellglieder werden dabei in zunehmendem Maße kreisstromfreie Doppelstromrichter bzw. Umkehrstromrichter, insbesondere in kreisstromfreier Antiparallelschaltung. eingesetzt weil sich mit diesen der Energiefluß zwischtn dem Stromnetz und dem Motor sehr gut regeln läßt. Ein Doppelstromrichter erlaubt eine sent schnelle Momentenumkehr im Motor, weil für jede Stromrichtung und damit Momentenrichtung ein besonderer Stromrichter zur Verfugung steht. Im Gegensatz zu kreisstrombehafteten Doppelstromrichtern, die die höchste Regeldynamik bieten, kommen kreisstromfreie Doppelstromrichter mit einem geringeren Aufwand an starkstromtechnischen Schaltgliedern aus, insbesondere ohne spezielle Stromrichtertransformatoren und ohne Kreisstromdrosseln. Sie habeti jedoch den Nachteil der Unstetigkeit im Regelvorgang beim Umschalten von einem Teil des Doppelstromrichters auf den anderen Diese Funktion wird von der Regeleinrichtung mit Umkchrlogikschaltung übernommen, für die verschiedene Ausführungen allgemein bekannt sind.

Zum Verständnis ist die bisher übliche Technik in den F i g. I bis 4 dargestellt und wird nachfolgend kurz erläutert:

In allen Fällen geschieht die Stromrichtungsumkehr dadurch, daß zuerst die noch stromführende Hälfte des Doppelstromrichters stromlos gemacht wird und dann die Steuer- bzw. Zündimpulse des Steuersatzes auf die andere Hälfte umgeschaltet werden. F i g. 1 zeigt eine Regeleinrichtung, die diese notwendigen Funktionen erfüllt. Üblicherweise erfolgt die Regelung nach dem Stromleitverfahren, d.h. der Drehzahlregelung des Motors ist eine Ankerstromregelung unterlagen. F i g. 1 zeigt eine Steuer- und Regeleinrichtung für die Stromrichtungsumkehr bei einem allgemein bekannten

Doppelstromrichter, wie er ζ. B. in F i g. 3 dargestellt ist. Ein Regler 3, bei Regelung nach dem Stromleitverfahren ein Drehzahlregler, vergleicht einen Sollwert E mit einem Istwert F und leitet aus dem Ergebnis einen Stromsollwert B ab. Das Vorzeichen des Stromsollwer- s tes gibt Auskunft über die gewünschte Stromriehtim«» Deshalb ist S das Steuersignal für eine Umkehrlogikschaltung 1. Da eine Umkehr erst dann eingeleitet werden darf, wenn der Strom in der zuletzt in Betrieb gewesenen Stromrichterhälfte zu Null abgebaut ist, ist in der Umkehrlogikschaltung 1 erst noch ein Freigabesignal C abzuwarten. Dies liefert der Stromnullmelder 2 anhand des Stromistwertes D*. Das Ausgangssignal A der Umkehrlogikschalwng 1 steuert ais Richtungssignal den Polaritätswender 4 für den Stromsollwert B so, daß dieser stets negativ wird, auch wenn B selbst positiv ist. Somit kann der Stromregler 5 den aufbereiteten Stromsollwert ß'mit dem nur positiven Stromistwert D vergleichen und daraus die Steuerspannung für den Steuersau 7 ableiten.

Die Steuer- und Regeleinrichtung nach F i g. 2 unterscheidet sich von der nach F i g. 1 nur dadurch, daß der Polaritätswender 4 nicht den Sollwen B für den Stromregler 5 so polt, daß er stets negativ wird, sondern den nur positiven Stromistwert D gegebenenfalls negativ macht, damit der Regler 5 ihn mit einem positiven Sollwert B vergleichen kann. Für die folgenden Betrachtungen ist es nicht wichtig, daß in F i g. 2 noch ein zusätzlicher Polaritätswender 6 zwischen den Regler 5 und den Steuersatz 7 gefügt ist; jedoch kann auch diese Schaltung die Grundlage der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung bilden.

Aus F i g. 3 gebt die Gewinnung des Stromistwertes D bzw. D* hervor. Wegen der Erfassung auf der Wechselstromseite des Doppestromrichters ist ein kleiner Gleichrichter GR erforderlich, um die von den Stromwandlern W gelieferten Wechselstromblöcke zu einem Gleichstromabbild des Ausgangsstroms des Stromrichters zusammenzusetzen. Dieses Abbild kann naturlich ⁿur positiv sein. Die Steuer- bzw. Zündimpulse I (Ii oder 12) des Steuersatzes 7 gelangen über einen Impulsschalter bzw. -wender 8. der wie der Polaritätswender 4 vom Richtungssignal A gesteuert wird, entweder zu dem einen Teil i oder dem anderen Teil Il des Doppelstromrichters. Diese Teile I. Il sind gemäß Fig. 3 vorzugsweise aus je r?chs Thyristoren in Drehstrombrückenschaltung aufgebaut. Die üblichen zusätzlichen Beschattungen sind fortgelassen.

Zur Verringerung der Unstetigkeiten beim Umschalten der Stromrichfng ist bei einer bekannten Regeleinrichtung der eingangs genannten Gattung vorgesehen, daß zum Zeitpunkt des Erreichens des Wertes Null des Laststromes an der analoge Wert des zu diesem Zeitpunkt vorhandenen Reglerausgangssignals für die Dauer der Laststrompause speicherbar ist (DE-OS 22 26 527). Hierzu ist eine besondere Speichereinheit vorgesehen, die von der Umkehrlogikschaltung ein- und ausgeschaltet wird.

Zur Verringerung der Unstetigkeiten beim Umschalten der Stromrichtung kommt es jedoch zunächst auf die Eigenschaften der Umkehrlogiksehaltung 1 selbst und die des Stromnullmelders 2 an.

Die Umkehrlogiksehaltung 1 besteht, wie in Fig.4a dargestellt und allgemein bekannt ist, grundsätzlich aus einem Polaritätsdetektor bzw. Signalbereichsmelder 10 mit Hysterese und einem Richtungsspeicher 11. Der Richtungsspeicher If kann seinen Zustand nur ändern, wenn das Freigabesignal C dies zuläßt Der Signalbereichsmelder 10 gemäß Fig.4a liefert in Abhängigkeit vom Stromsollwert Sein »0«- oder »1 «-Signal an das als Richtungsspeicher TU arbeitende flS-Flip-Flop. Dieses kann dank zweier UND-Gatter die Richtungsinformation nur dann übernehmen, wenn das Freigabe-Signal C mit dem Zustand »1« die Erlaubnis zum Umschalten gibt.

F i g. 4b zeigt ein allgemein bekanntes Ausführungsbeispiel mit Analogbausteinen, zwei Operationsverstärkern und einem Analogschalter. Der erste Verstärker mit Beschallung arbeitet als Signalbereichsmelder 10 (Schmitt-Trigger) mit Hysterese, der zweite als Richtungsspeicher 11. Der Richtungsspeicher IS kann die Information des Signalbereichsmelders nur dann übernehmen, wenn das Freigabesignal Cden Analogschalter 13 schließt.

Die Funktionen des Signalbereichsmelders 10 und des Richtungsspeichers 11 lassen sich gemäß der hier schematisiert dargestellten, aus der DE-OS 20 42 107 bekanny-n Schaltung auch miteinander vereinen. Im bekannten Fall ist für eine kreissr mfreie Gegenparalieischallung ebenfalls eine Regelur.^ räch dem Stromleitverfahren vorgesehen. Für die Umkehrlogiksehaltung der bekannten Regeleinrichtung wird ein relativ geringer Aufwand an Schaltelementen erreicht, indem ein im Schaltbetrieb arbeitender Operationsverstärker eingesetzt wird. Als Analcgschalter 13 für die Umschaltung ist ein Feldeffekttransistor eingesetzt. Die Umschaltung wird abhängig vom Stromistwert über einen weiteren Operationsverstärker gesteuert. Sie erfolgt von Speicher- auf Komparatorbetrieb des erstgenannten Verstärkers, sobald der Stromistwert eine Stromgrenze, die tiefer liegt als die Lückgrenze, unterschreitet. Im Komparatorbetrieb arbeitet der Verstärker mit Hysterese, die an einem Potentiometer verstellbar ist. Dabei kann die Hysterese so eingestellt werden, daß der Operationsverstärker bei niedriger Sollwertspannung nicht durch Oberwellen laufend umgekippt wird.

Eine Schalthysterese der einen oder anderen Größe besitzen jedoch alle Varianten nach F i g. 4. Die SfChalthysterese verursacht eine Unstetigkeit beim Obergang vom Stromrichterteil I zu Teil 11.

Wie aus F i g. 5 hervorgeht, muß der Stromsollwert B. wenn er von negativen Werten entsprechend einer ersten Stromrichtung kommend positiv wira. bis zum Schaltpunkt b anwachsen, bevor eine Umschaltung möglich wird. Dies ist bei langsamen Stromsollwertänderungen, wie sie bei leerlaufenden Antrieben, insbesondere Positionierungsantrieben oft vorkommen, ein großer Nachteil. Bevor der Schaltpunkt b erreicht ist, erhält der Stromregler 5 einen Strom Sollwert B*. der die gleiche Polarität wie der Stromistwert D aufweist (vgl. F'. g. !). Da der Stromregelkreis unterbrochen ist. driftet der integrierende Stromregler 5 von seinem Arbeitspunkt weg und .erschiebt über den Steüerimpulssatz 7 die Steuer- bzw. Zündimpulse in die Wechselrichtergrenzlage. F&llt der Stromsollwert ß* wieder auf negative Wer.e zurück, ohne den Schaltpunkt b erreicht zu haben, so kann nicht wieder sofort Strom in der ersten Stromrichtung aufgebaut werden, weil der Stromregler 5 erst noch in den Arbeitspunkt laufen und die Zündimpulse ausreichend weit vorsteuern muß. Wird jedoch die Schaltschwelle b erreicht, so befindet sich Siich hier d»*r zuvor weggedriftete Stromregler 5 nicht sofort wieder im gewünschten Arbeitspunkt. Nach der Umschaltung kommen, bezogen auf die Schaltung nach Fig. 1, die Steuer- bzw. Zündimpulse zu spät.

bezogen auf die Schaltung nach F i g. 2 zu früh. Im ersten Fall entsteht eine große stromlose Pause wie beim obengeschilderten Vorgang, bei dem die Schaltschwelle b nicht erreicht wurde. Im zweiten Fall wird ein Stromstoß mit der zweiten Stromrichtung bewirkt. Alle drei Fälle verursachen also eine Unstetigkeit im Zusammenhang zwischen dem Stromsollwert B einerseits und dem tatsächlich am Stromrichterausgang abgegebenen Strom andererseits.

Es kommt also darauf an, den Stromregler darin zu hindern, den Arbeitspunkt zu verlassen, bevor der Schaltpunkt h erreicht ist. Entsprechendes gilt natürlich in umgekehrter Richtung auch für den Schaltpunkt a. Bei der erstgenannten bekannten Regeleinrichtung (DE-OS 22 26 527) werden nur bei relativ langsamer Stromumkehr Unstetigkeiten vermieden.

Weiterhin könnte das vorgenannte Problem gelöst werden., indem Hem .Stromregler 5 gar nicht erst die Zeit zum Wegdriften gelassen wird. Dafür bietet sich an, einen zusätzlichen Wechselstrom kleiner Amplitude mit bis zu 50 Hz Frequenz auf den Eingang des Signalbereichsmelders 10 zu geben. Ein solcher Wechselstrom stößt diesem immer rechtzeitig um, so daß bei sehr kleinen Stromsollwerten ßdie Stromrichtung fremdgeführt rhythmisch gewechselt wird, je nach der Qualität der Synchronisation dieses Vorganges verbleiben jedoch mehr oder weniger große Unstetigkeiten im Regelvorgang. Insbesondere bei hochdynamischen Vorgängen muß ein entsprechender Antrieb bzw. der vom Doppelstromrichter gespeiste Motor zum Ausgleich mit einer relativ großen Schwungscheibe versehen sein.

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Umkehrlogikschaltung für eine Regeleinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die sowohl eine langsame als auch eine sehr schnelle Stromumkehr mit nur geringen Unstetigkeiten ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß in der Umkehrlogikschaltung ein zweiter Sigrialbereichsmelder mit einer Hysterese mit gegenüber den Schaltpunkten des ersten Signalbereichsmelders unterschiedlichen Schaltpunkten sowie eine Verknüpfungsschaltung zwischen beiden Signalbereichsmeldern und dem Richtungsspeicher vorgesehen sind und die Umkehrlogikschaltung dabei insgesamt eine Umschaltcharakteristik mit vom Stromrichtungs(signB)- und vom Stromnullsignal C steuerbaren Schaltpunkten besitzt, die bei gegen Null laufenden Stromsollv-ert B eine Umsteuerung des Polaritätswenders und des Imp-ilswenders etwas vor Null oder bei Null (B = O,lzulassen.

Vorteilhaft ergibt sich durch diese Schaltung insgesamt im Schaltverhalten eine sogenannte »falsche Hysterese« mit gegenüber der vorbeschriebenen F i g. 5 vertauschten Schaltpunkten a und b. Wenn der Stromsollwert B von einer ersten Stromrichtung (negativen Werten) kommend gegen Nu'l strebt, so erfolgt die Umschaltung von einem Stromrichterteil auf den anderen mil der zweiten Stromrichtung schon vor dem Nullpunkt und nicht wie bei der gewöhnlichen Hysterese dahinter bzw. bei positiven Stromsollwerten B. Damit ist der entscheidende Nachteil der bei Einsatz eines üblichen Operationsverstärkers im Signalbereichsmelder auftretenden Hysterese ausgeräumt. Gleichzeitig wird zur Vermeidung eines instabilen Zustandes, der sich ohne weitere Maßnahmen bei einem Stromsollwert zwischen den Schaltpunkten a und b ergeben würde, eine Verknüpfungsschaltung zwischen beiden Signalbereichsmeldern und dem Richtungsspeicher eingesetzt, die in Form einer Zeitsteuerung in Verbindung mit einer gewöhnlichen Hysterese dafür sorgt, daß entweder der eine oder andere Schaltzustand für eine gewisse Zeit aufrechterhalten werden kann.

Eine vorteilhafte erste Variante der Regeleinrichtung sieht eine digitale Umkehrlogikschaltung vor, bei der den beiden eingangsseitig mit dem Stromsollwert B beaufschlagten Signalbereichsmeldern zwei WS-Speicher nachgeschaltet sind, wobei jedem Eingang des ersten WS-Speichers ein UND-Glied mit drei Eingängen vorgeschaltet ist, von denen der erste mit dem Ausgang des zugeordneten Signalbereichsmelders verbunden, der zweite mit dem Stromnullsignal C beaufschlagbar und der dritte mit dem entsprechenden Ausgang des zweiten WS-Speichers verbunden ist, wobei jeder der beiden Ausgänge des ersten WS-Speichers zum einen mit einem UND-Glied mit zwei Eingängen verbunden ist. das ausgangsseitig mit jedem Eingang des zweiten WS-Speichers in Verbindung steht, wobei die beiden Ausgänge des ersten WS-Speichers zum anderen den Ausgang bzw. negierten Ausgang de^r Umkehrlogikschaltung bilden und die jeweils anderen Eingänge der UND-Glieder des zweiten WS-Speichers mit dem negierten Stromnullsignal C beaufschlagt sind. Es wird damit eine sehr hohe Regeldynamik erreicht, so daß die Verwendung zweier Signalbereichsmelder und zweier WS-Speicner. die zur Zeit ohnehin sehr billig sind, gerechtfertigt ist.

Bei einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist die Umkehrlogikschaltung aus Analogbausteinen aufgebaut, wobei ein Verstärker mit Widerständen als erster Signalbereichsmelder mit Hysterese eingesetzt ist, diesem ein vom Stromnullsignal steuerbarer Schalter nachgeschaltet ist, aem der Richtungsspeicher folgt, wobei zur Verschiebung der Schaltpunkte bzw. als zweiter Signalbereichsmelder ein zweiter Verstärker mit Widerstandsbeschaltung und zwei Eingängen mit seinem einen Eingang an den Richtungsspeicher angeschlossen ist, dessen einer hinter dem Richtungsspeicher liegender Eingang vom Stromnullsignal C abhängig mit einem Bezugspotential, vorzugsweise Null, verbindbar ist dessen anderer Eingang über Widerstände mit dem Rückführzweig des ersten Verstärkers und dessen Ausgang über Widerstände mit dem Eingang und dem Ausgang des ersten Signalbereichsmelders verbunden ist. Diese Schaltung erfüllt die Funktionen der Schaltung gemäß der erstgenannten Variante mit ebenfalls hoher Regeldynamik.

Zweckmäßig erfolgt die jeweilige Ansteuerung mit dem Stromnullsignal Cüber Feldeffekttransistoren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 bis 5 Beispiele zum vorbeschriebenen Siand der Technik;

F i g. 6 und 7 Schalthysteresen mit Umschaltpunkten für den Stromsollwert ßsehr nahe bei Null;

F i g. 8 eine sogenannne »falsche Hysterese« mit gegenüber derjenigen nach F i g. 5 vertauschten Schaltpunkten a und b\

F i g. 9 eine erfindungsgemäße Umkehrlogikschaltung in digitaler Ausführung;

F i g. 10 schematise!) eine erfindungsgemäße Umkehrlogikschahung mit Analogbausteinen;

F i g. 11 ein detailliertes Schaltungsbeispiel zur Variante nach F i g. 10 und

Fig. 12a und 12b Zeildiagramme für den Ausgangsstrom bzw. die Ausgangsspannung eines Doppelstromrichters nach Fig. 3 mit der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung mit Umkehrlogikschaltung.

Die F i g. I bis 5 sind eingangs zum Stand der Technik bereits erläutert.

Bei der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung, deren Gesarntaufbau vorzugsweise ebenfalls in der eingangs erwähnten Weise für das Stromleitverfahren geeignet gestaltet ist, wird eine Umkehrlogikschaltung mit sogenannter »falscher Hysterese« gemäß Fig.8 mit gegenüber der Hysterese nach F i g. 5 vertauschten Schaltpunkten a und b eingesetzt. Diese »falsche Hysterese« entsteht aus den in den Fig. 6 und 7 dargestellten Schalthysteresen. Die Schalthystercse wird also in Abhängigkeit von der Polarität des zuletzt vom Stromrichter abgegebenen Stromes so verschoben, daß der Schaltpunkt für die betreffende Umpolung genau beim Stromsollwert B gleich Null oder etwas davr>r liegt.

Fig. 9 zeigt eine digitale Umkehrlogikschaltung mit zwei Signalbereichsmeldern 20 und 21. In jeden der entsprechenden Blöcke ist die zugehörige Schalthysterese eingetragen, d. h. die Ausgangsspannung U, des entsprechenden Signalbereichsmelders 20 bzw. 21 über dessen Eingangsspannung Ue, die Übertragungsfunktion, dargestellt. Die beiden Signalbereichsmelder 20 und 21 mit unterschiedlichen Schaltpunkten n, b ersetzen also einen Signalbereichsmelder mit umsteuerbaren Schaltpunkten.

D";n beiden Signalbereichsmeldern 20 und 21 sind zwei WS-Speicher 22 und 23 nachgeschaltet, wobei jedem Eingang des ersten /?S-Speichers 22 ein UND-Glied 24, 25 mit drei Eingängen 26 bis 28 bzw. 29 bis 31 vorgeschaltet ist, von denen jeweils der erste 26 bzw. 29 mit einem der Ausgänge 32 bzw. 33 des zugeordneten Signalbereichsmelders 20 bzw. 21, jeder zweite 27,30 mit dem Stromnullsignal Cbeaufschlagbar und jeweils der dritte 28 bzw. 31 mit dem entsprechenden Ausgang 34 bzw. 35 des zweiten /?5-Speichers 23 verbunden ist. Jeder der beiden Ausgänge 36, 37 des ersten /?5-Speichers 22 ist zum einen mit einem UND-Glied 38 bzw. 39 verbunden, das dem zweiten /?S-Speicher 23 vorgeschaltet ist. Jedes UND-Glied 38 bzw. 39 besitzt zwei Eingänge 40,41 bzw. 42,43 bzw. der zweite /?5-Speicher 23 somit vier Eingänge 40 bis 43. Zum anderen führt jeder der beiden Ausgänge 36 und 37 des ersten /?5-Speichers 22 über einen Verzweigungspunkt 44 bzw. 45 zum Ausgang 46, Signal A. bzw. zum negierten Ausgang 47, A, der Umkehrlogikschaltung. Jeweils der andere Eingang 41 bzw. 43 der UND-Glieder 38 bzw. 39 des zweiten /?S-Speichers 23 ist mit dem negierten Stromnullsignal C beaufschlagt. Hierzu dient ein Negationsglied 48.

Die Schaltung nach Fig.9 hat folgende Wirkungsweise:

Die beiden Signalbereichsmelder 20 und 21 ersetzen, wie bereits erwähnt, einen solchen mit umsteuerbaren Schaltpunkten. Stattdessen wird mit Hilfe der UND-Glieder 24 und 25 nur einer der Signalbereichsmelder 20 und 2t in Abhängigkeit vom Zustand des zweiten Speichers 23 ausgewertet, um den Zustand des ersten Speichers 22 zu beeinflussen, wenn das Stromnull- bzw. Freigabesignal C dies zuläßt Eine Umschaltung auf den anderen Signalbereichsmelder 20 bzw. 21 ist erst dann möglich, wenn nach einer Zustandsänderung des ersten Speichers 22 auch der zweite 23 seinen Zustand ändert Hierzu aber muß das Freigabesigna! C mindestens einmal kurz zu Null abgefallen sein, muß Strom in der neuen Stromrichtung geflossen und vom Stromnullmelder 2 (vgl. F i g. 1 und 2) erkannt worden sein.

Die Variante der Umkehrlogikschaltung mit Analogbausteinen hat folgenden Aufbau:

Als erster Signalbereichsmeldcr 20' mit Hysterese dient ein erster Verstärker 50. der mit einem Eingangswiderstand 51 und einem Rüekführwiderstand 52 beschaltet ist. Dem Ausgang 53 des Verstärkers 50 ist

ίο ein vom Stromnullsignal C steuerbarer Schalter 54 nachgeschaltet, dem der Richtungsspeicher 22' folgt. Letzterer besteht aus einem Verstärker 55 mit Rüekführwiderstand 55.). Der Ausgang 56 des Richtungsspeichers 22' ist gleichzeitig der Ausgang 46'.

analoges Signal A. der Umkehrlogikschaltung. Zusätzlich ist der Ausgang 56 des Richtungsspeichers 22' über einen Widerstand 57 mit einem negierten Eingang 58 eines als zweiter Signalbereichsmelder 23' dienenden zweiten Verstärkers 59 verbunden, der mit seinem nicht in vexierenden Eingang 50 einerseits übe·· e'mpn Widerstand 61 an einem Bezugspotential und andererseits über einen Rüekführwiderstand 62 mit seinem Ausgang 59 verbunden ist. Vom Ausgang 59 bzw. von einer dahinter liegenden Verzweigungsstelle 63 aus führt ein Rückführzweig mit einem Widerstand 64 zu einer Verzweigungsstelle 65 am Eingang des ersten Verstärkers 50. Das Stromnullsignal C ist nicht nur an den steuerbaren Schalter 54 sondern auch an einen Steuereingang 66 eines zweiten steuerbaren Schalters 67 geführt, der einerseits am Bezugspotential Null und andererseits an einem Verzweigungspunkt 68 vor dem negierten Eingang 58 des zweiten Verstärkers 59 liegt.

Die Schaltung gemäß Fig. 10 erfüllt die gleichen

Funktionen wie diejenige nach Fig.9. Die Verschiebung der Schaltpunkte gemäß den F i g. 6 und 7 erfolgt durch die positive oder negative Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers 59 über den Rüekführwiderstand 64. Der Richtungsspeicher 22' kann die Information vom ersten Signalbereichs- bzw. Richtungsmelder 20' nur dann übernehmen, wenn das Freigabesignal C den steuerbaren Schalter 54 schließt. Der zweite im Speicherbetrieb arbeitende Signalbereichsmelder 23 wiederum kann die Information des ersten, ebenfalls im Speicherbetrieb arbeitenden Signalbereichsmelders 20' nur dann übernehmen, wenn das Stromnullsignal C den Zustand »0« annimmt und den zweiten steuerbaren Schalter 67 öffnet, wenn also Strom in der neuen Richtung geflossen und vom Stromnullmelder 2 (vgl. F i g. 1 und 2) erkannt worden ist.

F i g. 11 zeigt ein Beispiel für die schaltungstechnische Ausführung der in Fig. 10 nur schematisch dargestellten Umkehrlogikschaltung mit Analogbausteinen. Die Bezugszeichen aus F i g. 10 sind beibehalten, so daß eine diesbezügliche Beschreibung der Schaltungsverbindungen sich erübrigt. Hervorzuheben ist, daß die jeweilige Ansteuerung mit dem Stromnullsignal C über Feldeffekttransistoren erfolgt, die zusammen mit ihrer Beschallung die steuerbaren Schalter 54 und 55 aus Fig. 10 bilden.

Für eine Verzögerung des Stromnullsignaies C ist ein vierter Verstärker 70 mit flC-Beschaltung in seinem Rückführzweig, Widerstand 71 und Kondensator 72, vorgesehen. Ein Verbindungspunkt 73 zwischen diesen beiden Schaltgliedern liegt über einen Widerstand 74 an Bezugspotential OV. Der Ausgang 75 des vierten Verstärkers 70 ist einerseits über die Kathoden-Anodenstrecke einer Diode 76 und einen Widerstand 77 mit einem Steuereingang des FETs des steuerbaren

Schalters 54 verbunden, andererseits über einen Widerstand 78 mit dem Steuereingang des FETs des steuerbaren Schalters 67. An einen Verbindungspunkt 79 zwischen Diode 76 und Widerstand 77 liegen einerseits ein mit Bezugspotential OV verbundener Kondensator 80 u.id andererseits ein Widerstand 81, der an der positiven Gleichspannung liegt und eine Diode

82, an deren misgangsseitig liegender Kathode die gesammelten Zündimpulse abnehmbar sind. Der Signalbereichs- bzw. Richtungsmelder 20' besitzt in seinem Rückführzweig mit positiver Rückführung neben dem Widerstand 52 einen weiteren Widerstand 83, der einerseits an zwei mit entgegengesetzter Polung zwischen dem nicht negierten und dem negierten Eingang des ersten Verstärkers 50 liegenden Dioden angeschlossen ist, andererseits über einen weiteren Widerstand 86 mit Bezugspotential OVverbunden ist.

Der Ausgang des Richtungsspeichers 22' ist über Widerstände 87 und SS iViii dem Ausgang 53 des ersten Verstärkers 50 verbunden. An einem Verbindungspunkt 19 zwischen den Widerständen 87 und 88 erfolgt der Anschluß zum Umkehrvormelder. Weitere Widerstände 90 bzw. 91 liegen zwischen dem ersten Verstärker 50 und dem steuerbaren Schalter 54 bzw. zwischen dem Widerstand 55 ausgangsseitig des steuerbaren Schalters 54 und dem zweiten Verstärker 59. An dessen negiertem Eingang 58 noch ein mit Bezugspotential OVverbundener Kondensator 92 angeschaltet ist.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise dieser Schaltungbeschrieben:

Zunächst ist hervorzuheben, daß der erste Signalbereichsmelder 20' mit der positiven Rückführung für die gewöhnliche Hysterese sorgt. Die Zeitsteuerung erfolgt mit den beiden Feldeffekttransistoren der steuerbaren Schalter 54 und 67. Die »falsche Hysterese« verursacht der als invertierender Komparator arbeitende Verstärker 59 des zweiten Speichers 23'.

Zunächst sei ein kräftiger negativer Stromsollwert ß angenommen, der weit außerhalb des ^stabilen Mittelteils der »falschen Hysterese« liegt. Das Signal am Ausgang 53 des Signalbereichsmelders 20' liegt dann eindeutig an der negativtti Begrenzung. Die Umschaltung des Richtungsspeichers 22' sei schon lange zuvor erfolgt. Damit liegt auch der Ausgang 56 des Richtungsspeichers 22' an der negativen Begrenzung. Das Richtungssignal ist negativ, was bedeutet, daß der Strom im Stromrichter in einer ersten Stromrichtung 1 fließt. Es liegt kein Stromnullsignal Cvor. Das Signal am Ausgang 75 des vierten Verstärkers 70 ist ebenfalls negativ. Beide als Schalter betriebene Feldeffekttransistören sind gesperrt. Das negative Richtungssignal gelangt über den Widerstand 91 zum invertierenden Eingang 58 des zweiten Verstärkers 59. Dessen Ausgangsspannung liegt also an der positiven Stellgrenze.

Über den Rückführwiderstand 64 fließt ein positiver Strom zum Verbindungspunkt 65 der Widerstände 52,

83, 86 und 64. Da der Widerstandswert des Widerstandes 64 etwa halb so groß ist wie derjenige des Widerstandes 52, überwiegt der positive Strom. Die eo Spannung am Verbindungspunkt 65 ist positiv. Es findet ein Vergleich zwischen dieser positiven Spannung und dem negativen Stromsollwert B statt Entsprechend dem Verhältnis der Widerstandswerte von Widerstand 51 zu Widerstand 83 ist der negative Sollwert B kleiner als diese positive Spannung, wenn bei kleiner werdendem Sollwert B die Spannung am nicht invertierenden Eingang des ersten Verstärkers 50 durch Null geht und damit der Schaltpunkt erreicht ist. Worauf es zunächst ankommt, ist dit> Tatsache, daß der Schaltpunkt bei negativen Werten vom Stromsollwert B liegt. Die positive Rückkopplung über den Widerstand 52 sorgt für ein schnelles Schalten und für einen eindeutigen Zustand, solange der zweite Verstärker 59 seine Lage nicht verändert. Der zweite Verstärker 59 kann aber seinen Zustand nur ändern, wenn zuvor der Richtungsspeicher 22' umschaltet und außerdem der FET des steuerbaren Schalters 67 gesperrt ist. Der Richtungsspeicher 55 kann auch nur dann umschalten, wenn der FET des steuerbaren Schalters 54 leitend bzw. durchgeschaltet ist. Der Richtungsspeicher 22' arbeitet als Speicher, wenn der FET des steuerbaren Schalters 54 gesperrt ist und wenn das Stromnullsignal C am Ausgang des Verstärkers 70 negativ ist. Der Verstärker 59 arbeitet nur bei positiven Stromnullsignal C als Speicher. Daraus folgt, daß sich eine Zustandsänderung

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g ggg

les des ersten Verstärkers 50 nicht sofort bis zum zweiten Verstärker 59 fortpflanzen kann. Der erste Verstärker hat also auf positives Ausgangssignal geschaltet. Der Richtungsspeicher 22' speichert noch seinen negativen Wert solange der FET des steuerbaren Schalters 54 kein Stromnullsignal C erhält. Am Verbindungspunkt 89 zwischen den Widerständen 87 und 88 ergibt sich daher eine sehr kleine Spannung. Ein nicht dargestellter Umkehrvormelder erzeugt einen Wechselrichterbefehl zum Abbau des Stromes und unterdrückt außerdem die Zweitimpulse im Steuersatz 7 (vgl. auch F i g. 1 und 2). Wenn das Stromnullsignal C kommt, so folgt der Richtungsspeicher 22' in die positive Stellung. War das Stromnullsignal C beim Umschalten des ersten Verstärkers 50 zufällig schon da, weil der Strom bei kleinen Sollwerten B lückt, so schalten der Signalbereichsmelder 20' und der Richtungsspeicher 22' gleichzeitig. Der zweite Signalbereichsmelder 23' kann diesem Befehl nicht folgen, weil der FET des steuerbaren Schalters 67 durchgeschaltet ist. Erst wenn der erste Strom in der zweiten Stromrichtung Il fließt und das Stromnullsignal C verschwinden läP·, kann der zweite Verstärker 59 umschalten. Die nun negative Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers 59 läßt zusammen mit dem immer noch negativen Stromsollwert B den Signalbereichsmelder 20' sofort wieder auf negatives Ausgangssignal schalten. Sobald der erste Strombogen bzw. die erste Halbwelle in Stromrichtung II zu Ende ist und das Stromnullsignal C erscheint, schaltet auch der Richtungsspeicher 22' wieder Stromrichtung I. Der zweite Verstärker 59 bzw. der zweite Signalbereichsmelder 23' kann nicht umschalten, weil der FET des steuerbaren Schalters 67 leitend ist. Erst wenn wieder Strom in Stromrichtung I geflossen ist, schaltet der zweite Verstärker 59 ausgangsseitig wieder auf positives Ausgangssignal und gibt somit die Stromrichtuiig Il vor. Auf diese Weise erfolgen abwechselnd positive Ströme auf negative und umgekehrt Bei kleinen Werten lückt der Strom. Bei Lückbetrieb erscheint das Stromnull- bzw. Freigabesignal CaIIe 33 ms bei 50 Hz Netzfrequsnz. Es: ermöglich' somit vorteilhaft alle 33 ms eine Umschaltung. Die Verschiebung der Schaltschwellen bewirkt, daß diese möglichen Umschaltungen auch ausgeführt werden. Die Frequenz des in Fig. 12a dargestellten resultierenden Ausgangswechselstromes /» beträgt dann 150 Hz (bzw. allgemein betrachtet die dreifache Netzfrequenz), wobei der Gleichstrommittelwert nicht Null zu sein braucht Es ist also möglich, auch bei einem StromsoIIwert ß=0

den 3tromregler 5 (vgl. Fig. I und 2) fest im Arbeitspunkt zu halten. Die hohe Schaltfrequenz hat den Vorteil, daß für die Mittelwertbildung in der Crleichstromlast keine große Glättungszeitkonstante vorhanden sein muß (Fig. 12). In der Antriebster;hnik bedeutet dies daß der Leerlauf und insbesondere der Stillstand von leichtgängigen Positionierungsantrieben sich besser beherrschen läßt.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Umkehrlogikschaltung für eine Regeleinrichtung für einen kreisstromfreien Doppelstromrichter mit Polaritätswender und diesem nachgeschaltetem Stromregler, welcher Umkehrlogikschaltung eingangsseitig ein aus dem Stromsollwert ermitteltes Stromrichtungs- und ein aus dem Stromistwert ermitteltes Stromnullsignal zugeführt sind, die einen ersten Signalbereichsmelder mit Hysterese mit zwei to stabilen Schaltzuständen und einen Richtungsspeicher umfaßt und die ausgangsseitig den Polaritätswender und einen zwischen Steuerimpulssatz und Doppelstromrichter befindlichen Impulswender steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umkehrlogikschaltung ein zweiter Signalbereichsmelder (21, 23') mit einer Hysterese mit gegenüber den Schaltpunkten (a, b) des ersten Signalbereichsmelders (20, 20') unterschiedlichen Schaltpunlmi (a, b) sowie eine Verknüpfungsschaltung zwischen beiden Signalbereichsmeldern (20, 20'; bzw. 21,23') und dem Richtungsspeicher (22,23; 22') vorgesehen sind und die Umkehrlogikschaltung dabei insgesamt eine Umschaltcharakteristik mit vom Stromrichtungs(signB)- und vom Strommillsignal (C) steuerbaren Schaltpunkten besitzt, die bei gegen Null laufendem Stromsollwert (B) eine Umsteuerung des Polaritätswenders (4) und des Impulswenders (8) etwas vor Null oder bei Null (B = Oj zulassen.

2. UmkeMogikschaltung nach Anspruch 1 mit digitaler Umkehrlogikschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden ei.,gangsseitig mit dem Stromsollwert (B) beaufschlagten Signalbereichsmeldern (20, 21) zwei RS jpeicher (22, 23) nachgeschaltet sind, wobei jedem Eingang des ersten /?S-Speichers (22) ein UND-Glied (24,25) mit drei Eingängen (26 bis 28; 29 bis 31) vorgeschaltet ist. von denen jeweils der erste (26 bis 29) mit einem der Ausgänge (32 bzw. 33) des zugeordneten Signalbereichsmelders (20 bzw. 21) verbunden, jeder zweite (27, 30) mit dem Stromnullsignal (C) beaufschlagbar und jeweils der dritte mit dem entsprechenden Ausgang (34, 35) des zweiten RS-Speichers (23) verbunden ist. wobei jeder der beiden Ausgänge (36, 37) des ersten WS-Speichers (22) zum einen mit einem Eingang (40 bzw. 41) eines jedem Eingang des zweiten /f.S-Speichers (23) vorgeschalteten UND-Glied (38, 39) mit zwei Eingängen (40, 41; 42, 43) verbunden ist. zum anderen den Ausgang (46) bzw. μ negierten Ausgang (47) der Umkehrlogikschaltung bildet und die anderen Eingänge (41 bis 43) der UND-Glieder (38 bzw. 39) des zweiten RS-Speichers (23) mit dem negierten Stromnullsignal (C) beaufschlagt sind.

5. Umkehrlogikschiltung nach Anspruch I mit einer Umkehrlogikschaltung mit Anaiogbausteinen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Verstärker (50) mit Widerständen (51. 52) als erster Signalbereichsmelder (20') mit Hysterese eingesetzt ist. diesem ein vom Stromnullsignal (C) steuerbarer Schalter (54) nachgeschaltet ist. dem der Richtungsspeicher (22') folgt, daß zur Verschiebung der Schaltpunkte bzw. als zweiter Signalbereichsmelder (23') ein zweiter Verstärker (59) mit Widerstandsbeschaltung (61, 62) und zwei Eingängen (58, 60) vorgesehen ist. dessen einer hinter dem Richtungs-SDeicher (22') liegender Eingang (58) vom Stromnullsignal (C) abhangig mit einem Bezugspotential verbindbar ist, dessen anderer Eingang (60) über Widerstände (62, 64) mit dem Rückführzweig des ersten Verstärkers (50) verbunden ist und dessen Ausgang (59) über Widerstände (64; 64 und 52) mit dem Eingang und dem Ausgang (53) des ersten Verstärkers (50) verbunden ist

4. Umkehrlogikschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Schalter (54, 67) mit Feldeffekttransistoren ausgerüstet sind und das Stromnullsignal (C) verzögert und polaritätsabhängig entkoppelt diesen steuerbaren Schaltern (54,67) zugeführt wird