DE3119161A1 - Selbstgetaktete vollbrueckenschaltung als vierquadrantensteller fuer elektromotore - Google Patents

Selbstgetaktete vollbrueckenschaltung als vierquadrantensteller fuer elektromotore

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DE3119161A1 DE19813119161 DE3119161A DE3119161A1 DE 3119161 A1 DE3119161 A1 DE 3119161A1 DE 19813119161 DE19813119161 DE 19813119161 DE 3119161 A DE3119161 A DE 3119161A DE 3119161 A1 DE3119161 A1 DE 3119161A1
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Armin Ing.(grad.) 6120 Erbach Fiebig
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
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    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/281Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices the DC motor being operated in four quadrants

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Description

  • Selbstgetaktete Vollbrückenschaltung als Vierquadrantensteller für
  • Elektromotore Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer selbstgetakteten Vollbrückenschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Bei derartigen Vierquadrantenstellern wird durch Ansteuerung der entsprechenden Schalter einmal die Stromrichtung durch die Motorinduktivitat und zweitens durch eine Taktung dieser Schalter bei überschreiten einer oberen Sollwertgrenze bzw. bei Unterschreiten einer unteren Sollwertgrenze ein Strommittelwert erzielt, der weitgehend dem Sollwert entspricht. (Siehe Fachbuch "Leistungs-Elektronik" Band 1 von Robert Jötten Seite 236 bis 262.) As steuerbare Schalter werden Thyristoren oder Transistoren am häufigsten verwendet, da mit diesen eine ausreichend hohe Taktfrequenz von z.B. 1 kHz und mehr erzielt werden kann.
  • Insbesondere bei Elektromotoren größerer Leistung entstehen jedoch mit Ansteigen der Schalthäufigkeit Schwierigkeiten. So treten z.B. vor allem bei einer Verwendung von Halbleitereinwegschaltern jeweils beim Ein- und/oder Ausschalten Verlustleistungsspitzen auf, die Halbleiterschalter mit höherer Leistung oder eine Parallelschaltung weiterer Halbleiterschalter erforderlich machen und zusätzliche Maßnahmen zur Wärmeableitung bedingen.
  • Um dies zu vermeiden ist es bekannt (z.B. DE-OS 26 50 673 und DE-OS 26 51 492), durch aufwendige zusätzliche Schaltungsanordnungen diese Verlustleistungsbeanspruchung weitgehend zu vermeiden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es Nachteile, die durch große Schalthäufigkeit entstehen, wie insbesondere die Schaltverluste ohne großen Aufwand zu verringern, wobei die Vorteile eines selbstgetakteten Schaltreglers wie z.B. der hohe Wirkungsgrad erhalten bleiben sollen.
  • Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst diese Aufgabe und bewirkt eine wesentliche Herabsetzung der Schalthäufigkeit una verringert die Anzahl der zu taktenden Schalter. So können z.B. die Schaltverluste mit wesentlich geringerem Aufwand - als dies bei Verwendung der bekannten Schaltungsanordnungen zum Vermeiden hoher Schaltverluste erforderlich wird - auf etwa ein Drittel verringert werden.
  • Reicht diese Verringerung nicht aus, können zusätzlich die bekannten Schaltungsanordnungen zur Vermeidung der hohen Verlustleistungsbeanspruchung verwendet werden, wobei diese dann jedoch nur noch für die kleinere Anzahl der zu taktenden Schalter erforderlich werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt Fig 1 das bekannte Prinzip-Schaltbild einer Vollbrückenschaltung als Vierquadrantensteller, Fig 2 ein Diagramm mit Stromänderungen bei der Selbsttaktung im motorischen Betriebs Fig 3 bei einer Taktung sich ergebende Stromkreise bei motorischem Betrieb, Fig 4 bei einer Taktung sich ergebende Stromkreise bei generatorischem Betrieb Fig 5 Strom- und Schaltkurven beim generatorischem Betrieb, Fig 6 ein Prinzip-Schaltbild für die Steuerung und Fig 7 eine Drehstrombrückenschaltung.
  • Bei einer bekannten Schaltung nach Fig 1 liegt an einem Anschluß 1 der Betriebsspannungsquelle 2 jeweils ein Anschluß von zwei steuerbaren Schaltern 3 und 4, denen jeweils eine Freilaufdiode 5, 6 parallelgeschaltet ist. Der zweite Anschluß der zwei steuerbaren Schalter liegt jeweils an einem Anschluß von zwei weiteren steuerbaren Schaltern 7, 8, die mit ihrem anderen Anschluß am zweiten Anschluß 9 der Betriebsspannungsquelle liegen. Auch diesen Schaltern 7 und 8 sind Freilaufdioden lo und 11 parallel geschaltet. An den Verbindungspunkten 12, 13 der Scnalter 3 und 7 sowie 4 und 8 ist eine Motorinduktivität 14 angeschlossen, in der bei laufendem Elektromotor E eine Gegenspannung 15 entstent. Die einzelnen Schalter 3, 4, 7 und 8 mit den parallelgeschalteten Freilaufdioden 5, 6, lo und 11 bilden die vier Brückenzweige einer Vollbrückenschaltung in deren Querzweig die Motorinduktivität 14 liegt.
  • Wird diese Brückenschaltung in bekannter Weise als Gleichstromsteller verwendet, können bei motorischem Betrieb im Rechtslauf (1. Quadrant) die Scnalter 3 und 8 bei Unterschreiten eines unteren Grenzwertes vom Sollwert eingeschaltet und beim überschreiten eines oberen Grenzwertes vom Sollwert ausgeschaltet werden, d.h. die beiden in den diagonalen Brückenzweigen liegenden Schalter 3 und 8 werden gleichzeitig getastet.
  • Hierbei fließt bei geschlossenen Schaltern 3 und 8 ein Strom aus der Betriebsspannungsquelle über den Schalter 3'die Induktivität 14 und den Schalter 8, während bei geöffneten Schaltern ein Freilaufstrom in gleicher Richtung aus der Induktivität 14 weiter,über die in den diagonalen Brückenzweigen liegenden Freilaufdioden 6 und loain die Betriebsspannungsquelle zurückfließt. Im motorischen Betrieb bei Linkslauf tauschen die diagonalen Brückenzweige ihre Rolle, d.h. die Schalter 4 und 7 werden getaktet, während die Schalter 3 und 8 geöffnet bleiben.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird immer nur einer der Schalter getaktet, während der andere im diagonal liegendem Brückenzweig geschlossen oder geöffnet bleibt. Wird z.B. bei einem Rechtsanlauf der Schalter 3 getaktet, so bleibt der Schalter 8 in diesem Quadrant ständig geschlossen.
  • Die Taktung bewirkt, daß bei geschlossenem Schalter 3 der gleiche Stromanstieg erfolgt, wie beim bekannten Verfahren'bei geöffnetem Schalter 3 jedochsfür den Rückgang des Stromes auf den gleichen Wert, z.B. einem unteren Sollwertgrenzwert, eine wesentlich größere Zeit benötigt wird, da hier der Freilaufstrom aus der Induktivität über den geschlossenen Schalter 8 und die Diode lo fließen kann.
  • Für die Dimensionierung und den Aufbau dieser Schaltungen sind die Schaltverluste der steuerbaren Schalter 3, 4, 7 und 8 von wesentlicher Bedeutung, wobei die Schaltverluste annähernd linear mit der Schalthäufigkeit steigen. Bedingt durch die Selbsttaktung ist die Schalthäufigkeit von der Gegenspannung 15 (EMK) demnach von der Drehzahl des Elektromotors abhängig.
  • In Fig 2 zeigt die Kurve 17 den Strom durch die Motorinduktivität 14 während des Hochfahrens des Elektromotors wenn keine Taktung erfolgt.
  • Bei einer Taktung im unteren Drehzahlbereich 18 mit kleiner Gegenspannung 15 in den Stromgrenzen 19 erfolgt beim bekannten Verfahren ein schneller Stromanstieg, da nur eine kleine Gegenspannung 15 wirksam wird und ein etwa gleichschneller Stromabfall, da auch dieser im wesentlichen nur durch die Betriebsspannung UB bestimmt wird. Im mittleren Drehzahlbereich 20 ist der Stromanstieg etwas flacher, da hier der wirksam werdende Differenzwert UB-Uls kleiner geworden ist, dagegen erfolgt die Stromabnahme wesentlich rascher, da nun UB+U15 wirkt. Im oberen Drehzahlbereich 21 erfolgt aus den gleichen Gründen nur noch ein langsamer Stromanstieg jedoch ein sehr schneller Stromabfall. Während die Schalthäufigkeit in den unteren Drehzahlbereichen verhältnismäßig groß ist, verringert sie sich etwas in den oberen Drehzahlbereichen. Dies geht aus den gedehnt dargestellten getakteten Stromkurven 22, 23 und 24 hervor.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Stromanstieg in der Eintaktphase weitgehend gleich,in der Austaktphase fließt der Strom jedoch nicht in die Betriebsspannungsquelle 2 zurück, sondern es wird ein Stromkreis über den geschlossenen Schalter 8 und die Freilaufdiode lo geschlossen. Hierdurch ergeben sich im unteren Drehzahlbereich Taktbereiche mit langsam abfallenden Stromwerten gemäß der Kurve 25.
  • Im mittleren Drehzahlbereich in dem die Gegenspannung 15 etwa halb so groß ist wie die Betriebsspannung UB, werden die Stromanstiegs- und Stromabfaliszeiten gemäß der Kurve 26 etwa gleich groß. Bei der Stromkurve 27 für die oberen Drehzahlbereichesind die Stromabfallzeiten kürzer, da hier die Gegenspannung 15 groß ist. Die kürzeste Taktzeit ergibt sich in den mittleren Drehzahlbereichen und ist dort etwa um 50 » länger als die kürzeste Taktzeit beim bekannten Verfahren. Da weiterhin bei der Taktung am ständig geschlossenem Schalter 8 keine Schaltverluste auftreten, verringern sich die Gesamtschaltverluste etwa auf ein Drittel.
  • Beim motorischen Betrieb im Linkslauf ergeben sich die gleichen Bedingungen z.B. durch die Tastung des Schalters 4 bei geschlossenen Schalter 7. Der Stromkreis für die Eintaktzeit ist in Fig. 3a und für die Austaktzeit in Fig 3b dargestellt.
  • Um bei generatorischem Betrieb die gleiche Wirkungsweise erzielen zu können, muß der dem getakteten Schalter im diagonal gegenüberliegendem Brückenzweig liegende Schalter geöffnet bleiben. Die hierbei wirkenden Stromkreise und Stromänderungen sind in Fig 4 und 5 dargestellt. Im generatorischen Betrieb soll mit einem Stromsollwert 30 die kinetische Energie des Elektromotors verbraucht werden. Hierzu erhält die Steuerung der Brücke wie später noch erläutert, eine diesem Stromwert entsprechende Sollwertspannung, die in der Polung einer Sollwertspannung für die entgegengesetzte Drehrichtung entspricht und hierdurch wie für diese Drehrichtung vorgesehen, den Schalter 3 taktet und den Schalter 8 schließt (Fig 4a). In diesem Zeitbereich a wird sehr rasch der obere Stromgrenzwert 31 erreicht ohne daß hierbei eine Taktung erfolgt. Wie beim motorischen Betrieb wird nun bei Erreichen des oberen Grenzwertes 31 der Schalter 3 geöffnet. Der hierbei entstehende Stromkreis gemäß Fig 4b über die Freilaufdiode lo bedingt nun jedoch keine Stromverringerung mehr, sondern einen weiteren Stromanstieg 32. Bei entsprechendem Schaltungsaufbau der Steuerung kann diese Stromüberhöhung bei Oberschreiten eines weiteren Grenzwertes 33 dazu benutzt werden, den Schalter 8 zu öffnen (Fig 4c). Während des hierauf folgenden Zeitbereiches c fließt ein Strom entgegengesetzt in die Betriebsspannungsquelle über die Freilaufdioden 6 und lo zurück. Da die Betriebsspannung größer ist als die Gegenspannung 15 sinkt der Strom nun ab. Ist der Strom bis zum unteren Stromgrenzwert 34 abgeklungen, schließt wie beim motorischen Betrieb der Schalter 3 wieder, und es ergibt sich ein Stromkreis gemäß Fig 4 d. Während des folgenden Zeitbereiches d erhöht sich der Strom wieder wie beim Zeitbereich b, wobei jetzt jedoch ein Stromkreis in der Brücke über den Schalter 3 und die Freilaufdiode 6 gebildet wird, bis wieder der obere Stromgrenzwert erreicht wird. Ist die kinetische Energie des Motors aufgebraucht, steigt der Strom in Schalters'ellung Fig 3 d nicht mehr an, sondern fällt unter den unteren Stromgrenzwert ab, wobei - in gleicher Weise wie bei Oberschreiten des oberen Grenzwertes 33 am Ende des Zeitbereiches b - bei Unterschreiten eines weiteren unteren Grenzwertes 35 der Schalter 8 wieder gescnicssen und der motorische Betrieb eingeleitet wird.
  • In Fig 6 ist ein Schaltungsaufbau zur Steuerung einer Vollbrücke 40 dargestellt, wobei wie üblich, an Stelle der Strom-Soll und -Istwerte entsprechend Soll- und Ist-Spannungen zur Steuerung verwendet werden. Die Sollwertspannung liegt an je einem Eingang eines Komparators 41 mit kleiner Hysterese und eines Komparators 42 mit etwas größerer Hysterese.
  • An aen zweiten Eingängen und an einem Fensterdiskriminator 43 liegt die ;swertspannung. Oberschreitet die Istwertspannung gegenüber der Sollwertspannung einen oberen Grenzwert 31, geht der Ausgang des Komparators 41 auf High, steigt der Istwert weiter, folgt bei einem zweiten Grenzwert 33 auch der Komparator 42. Sinkt die Istwertspannung gegenüber der Sollwertspannung unter einen unteren ersten Grenzwert 34, sc geht der Komparator 41 auf Low und nach Unterschreiten eines zweiten Grenzwertes 35 gent auch der Komparator 42 auf Low. Der Fensterdiskriminator 43 liegt mit seinem zweiten Eingang am Null potential und gibt nur dann ein High-Signal am Q-Ausgang an zwei UND-Gatter 44 und 45 ab, wenn der Ist-Wert in einen Nullbereich kommt. Die zweiten Eingänge dieser UND-Gatter liegen am Ausgang des Komparators 41 wobei das UND-Gatter 44 direkt und das UND-Gatter 45 über einen Negator 46 angesteuert wird.
  • Die Ausgänge der UND-Gatter 44 und 45 liegen jeweils am R- oder S-Eingang eines Flipp-Flopp 47 und setzen dieses, wenn die Istwerspannung durch den Nuilbereich geht um.
  • Der Q-Ausgang des Flipp-Flopp 47 liegt jeweils an einem Eingang von zwei NOR-Gattern 48 und 49 sowie von zwei zwei UND-Gattern 50 und 51.
  • Am zweiten Eingang des NOR-Gatters 48 und des UND-Gatters So liegt der Ausgang des Komparators 41.
  • Bei positiven Soll- und Ist-Werten wird - bei gesperrtem Flipp-Flopp 47 mit Q-Augang Low - der über den Ausgang des NOR-Gatters 48 gesteuerte Schalter 3 bei Erreichen des oberen Grenzwertes (31) ausund bei Erreichen des unteren Grenzwertes (34) eingeschaltet.
  • Bei negativen Soll- und Ist-Werten wird über den Komparator 41 und das gesperrte Flipp-Flopp 47 mit Q-Ausgang High, der Schalter 4 über das UND-Gztter(umgekehrt) bei Erreichen eines gegenüber dem Sollwert nicht ausreichend negativem unteren Grenzwert eingeschaltet und einem zu negativem Grenzwert ausgeschaltet. An den zweiten Eingängen des NOR-Gatters 49 und des UND-Gatters 51 liegt der Ausgang des Komparators 42, der solange der Ist-Wert in den Bereichen des Komparators 41 liegt, bei pcsitivem Sollwert -Low und bei negativem Sollwert High aufweist. Hierdurch wird der über den Ausgang des NOR-Gatters 49 gesteuerte Schalter 8 bei positivem Sollwert geschlossen gehalten, während der über den Ausgang des UND-Gliedes gesteuerte Schalter 7 geöffnet bleibt. Bei negativem Sollwert wird der Schalter 8 über das NOR-Gatter 49 geöffnet gehalten, während der über das UND-Gatter 51 gesteuerte Schalter 7, bei gesperrtem Flipp-Flopp 47 mit Q-Ausgang High, geschlossen bleibt.
  • Wechselt der Sollwert seine Polarität z.B. vom Negativen ins Positive und wird der Q-Ausgang des Flipp-Flopps auf Low gesetzt und der Strom steigt in positiver Richtung an, bis er die Hysterese des Komparators 41 überscnreitet (Fig 5, Zeitbereich a). Dies Ausgangsspannung U41 (Fig 5) des Komparators 41 geht hierbei auf High und öffnet den Schalter 3. Der Strom steigt im Freilauf weiter an (Zeitbereich b) und übersteigt die Hysterese des Komparators 42, dessen Ausgangsspannung U42 dann gleichfalls auf High springt, wodurch der Schalter 8 geöffnet wird. Hierdurch sinkt der Strom ab (Zeitbereich c) bis er die untere Grenze der Hysterese des Komperators 41 erreicht und dessen Ausgangsspannung U41 Low wird, wodurch der Schalter 3 wieder geschlossen wird. Da die Hysteresegrenze des Komparators 42 hiernach nicht mehr überschritten wird, liefert dieser ständig ein High-Signal und hält den Schalter 8 über das NOR-Gatter 49 geöffnet.
  • Ist die kinetische Energie des Elektromotors verbraucht, sinkt der Strom trotz geschlossenem Schalter 3 bis zur Untergrenze der Hysterese des Komparators 42 ab, wobei dessen Ausgang dann auf High geht, den Schalter 8 gleichfalls schließt und hiermit den motorischen Betrieb einleitet.
  • Ist der Sollwert gleich Null, ist auch die Ausgangsspannung des Komparators 41 und 42 auf Low. Bei einem Istwert gleich Null geht die Ausgangsspannung des Fensterdiskriminators auf High und über den Komparator 41 die Ausgangsspannung des Negators 46 gleichfalls auf High. Hierdurch wird über das UND-Gatter 45 das Flipp-Flopp 47 zurückgesetzt. Um einen gesicherten Anfangszustand zu erzielen, liegt der Ausgang des UND-Gatters 45 über einem RC-Glied an einem R-Eingang des Komparators 42, der diesen erforderlichenfalls zurücksetzt (Ausgangsspannung Low). Hierbei sind Ausgangsspannungen der NOR-Gatter 48 und 49 auf High und die Ausgangsspannungen der UND-Gatter 50 und 51 auf Low. Dies bewirkt eine Einschaltung der Schalter 3 und 8 und ein Strom durch die Motorinduktivität 14 bis die Obergrenze der Hysterese des Komparators 41 erreicht wird und dessen Ausgangsspannung High über das NOR-Gatter 48 den Schalter 3 öffnet. Hierdurch klingt der Strom wieder ab, bis die Ausgangsspannung des Fensterdiskriminators 48 auf High geht. Da die Ausgangsspannung des Komparators noch auf High bleibt, wird das Flipp-Flopp 47 gesetzt, wobei die Q-Ausgangsspannung auf High springt.
  • über ein weiteres RC-Glied 53 mit einem Kondensator zwischen dem Ausgang des UND-Gatters 44 und einem S-Eingang des Komparators 42 wird auch dessen Ausgangsspannung auf High gesetzt. Hierdurch werden nun über die UND-Gatter 50 und 51 die Schalter 7 und 4 geschlossen und über die NOR-Gatter 48 und 49 die Schalter 3 und 8 geöffnet werden bzw. bleiben. Nun steigt ein Strom in entgegengesetzter Richtung an, bis der untere Grenzwert der Hysterese des Komparators erreicht wird und dessen Ausgangsspannung auf Low zurückfällt und über das UND-Gatter 50 der Schalter 4 öffnet. Hierdurch klingt der Strom wieder ab bis der Fensterdiskriminator erneut anspricht.
  • Die Brückenschaltung oder die Ansteuerung kann anders angeordnet oder aufgebaut werden. So können die Schalter 3 und 7 getaktet und die Schalter 4 und 8 umgeschaltet bzw. die Schalter 7 und 8 getaktet und 3 und 7 umgeschaltet werden und der Aufbau der Steuerung hängt sehr wesentlich vom Anwendungsfall ab.
  • Die Anwendung ist nicht auf Gleichstrommotore beschränkt, sondern kann in entsprechend abgeänderter Weise zur Steuerung von Wechsel- oder Drehstrommotoren Verwendung finden. So z.B. können über drei getrennte Brückenschaltungen drei Motorinduktivitäten einer Drehstrommaschine gesteuert werden, oder diese sind wie in Fig 7 dargestellt, in einem Sternpunkt 57 zusammengefaßt, der auch am Nullpunkt einer Betriebsspannungsquelle liegen kann. Bei einer derartigen Drehstrombrücke sind dreimal je zwei steuerbare Schalter 58, 59 und 60, 61 sowie 62, 63 in Reihe zwischen die Anschlüssen 64, 65 der Betriebsspannungsquelle geschaltet. An den Verbindungspunkten, der in Reihe liegenden Schalter, liegen dann die drei Motorinduktivitäten 66, 67 und 68. Allen steuerbaren Schaltern 58 bis 63 ist jeweils eine Freilaufdiode 69 bis 74 parallel geschaltet.
  • Ertolgt die Ansteuerung über drei jeweils um 120 Grad in der Phase verschobene Sollwertwechselspannung, können jeweils die oberen Schalter 58, 60, 62 getaktet und die unteren Schalter 59, 61 und 63 umgeschaltet werden oder umgekehrt.
  • An den Verbindungspunkten der in Reihe liegenden Schalter können anstelle der getrennten Anschlüsse der Induktivitäten 66, 67 und 68 auch die entsprechend in Dreieckschaltung miteinander verbundenen Anschlüsse dieser Induktivitäten liegen.
  • Mit etwas mehr Schaltungsaufwand lassen sich die Schaltverluste weiter verringern, wenn immer nur der Schalter getaktet wird, der als einziger stromführend eine der Induktivitäten 66, 67 oder 68 mit einem der Anschlüsse 64, 65 der Betriebsspannungsquelle zu verbinden hat, während zwei andere der steuerbaren Schalter die anderen Induktivitäten an den anderen Anschluß der Betriebsspannungsquelle liegen. Hierbei wird dann abwechselnd immer einer der oberen nach Nulldurchgang eines der Sollwertwechselspannungen ein unterer Schalter und so fort getaktet, wobei nach Ablauf einer vollen Wechselspannungsperiode alle Schalter einmal getaktet werden.
  • Bei sehr großen Leistungen und/oder einer getrennten Wärmeableitung für die einzelnen Schalter kann es auch sinnvoll sein, die Wahl welcher der Schalter.getaktet werden soll, z.B. von einer Wärmemessung am einzelnen Schalter abhängig zu machen. Als Schalter eignen sich einzelne oder parallelgeschaltete Leistungstransistoren, sowie Thyristoren wie z.B.
  • GTO-Thyristoren (Gate-Turn-Off-Thyristoren) besonders gut.
  • L ee ei te

Claims (10)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Betrieb einer selbstgetakteten Vollbrückenschaltung als Vierquadrantensteller für Elektromotore, mit steuerbaren Schaltern in den einzelnen Brückenzweigen, denen jeweils Freilaufdioden parallelgeschaltet sind, und mit einer im Querzweig der Brücke liegenden Motorinduktivität, die je nach Quadrant jeweils über zwei diagonale Brückenzweige an eine Betriebsspannungsquelle selbstgetaktet anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei motorischem Betrieb jeweils einer der steuerbaren,mit einem Anschluß an einem Pol (9) der Betriebsspannungsquelle (2) liegendem Schalter (7;8) eines Brückenzweiges während der Taktung geschlossen und bei generatorischem Betrieb geöffnet bleibt, während ein zweiter der steuerbaren, mit einem Anschluß am anderen Pol (1) der Betriebsspannungsquelle (2) liegendem Schalter (3;4), im diagonal liegenden Brückenzweig getaktet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der in den Brückenzweigen liegenden steuerbaren Schaltern (7;8) der Quadrantenumschaltung dienen und von den in den beiden übrigen Brückenzweigen liegenden steuerbaren Schaltern (3;4) jeweils einer die Taktung übernimmt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 für eine Drehstrombrücke dadurch gekennzeichnet, daß drei der an einem Pol (64) der Betriebsspannungsquelle liegenden steuerbaren Schalter (58;60;62) der Phasen- und Quadrantenumschaltung dienen und drei der am anderen Pol (65) der Betriebsspannungsquelle liegenden steuerbaren Schalter (59;61;63) die Taktung übernehmen.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für einen Vierquadranten-Gleichstromsteller dadurch gekennzeichnet, daß während des motorischen Betriebes in einem Quadranten einer der steuerbaren Schalter (7) ständig geschlossen und bei einem Wechsel in den generatorischen Betrieb ständig geöffnet bleibt, bis die kinetische Energie des Motors abgebaut ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für einen Vierquadranten-Wechselstromsteller mit einem vorgegebenen Wechselstromsollwert, dadurch gekennzeichnet, daß im motorischen Betrieb bei positiven Momentanwerten des Sollwertes ein erster steuerbarer Schalter ständig geschlossen und bei negativen Momentansollwerten ständig geöffnet bleibt, hierbei ein zweiter, am anderen Anschluß der Motorinduktivität liegender, steuerbarer Schalter schließt, der bei positiven Momentanwerten geöffnet war und daß abhängig vom jeweils geschlossenen Schalter ein dritter oder ein vierter steuerbarer Schalter getaktet wi:ti, de hierbei einen Stromkreis über die Motorinduktivität zum anderen T ol oer Betriebsspannungsquelle schließt.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für einen Vierquadranten-Drehstromsteller mit drei phasenverschobenen Wechselstromsollwerten und drei im Sterr.punkt oder zu einem Dreieck zusammengeschaltete Motorinauktivitäten, die mit ihren drei Anschlüssen je an einer Querzweigverbindung einer Drehstrombrücke mit dreimal zwei in Reihe liegenden Brückenzweigen angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß drei der gemeinsam an dem einen Anschluß (65) der Betriebsspannungsquelle liegendem steuerbaren Schalter (70;72;74) beim Nulldurchgang des jeweiligen Wechselstromsollwertes und bei einem Wechsel vom motorischen zum generatorischen Betrieb umgeschaltet werden und die drei gemeinsam an dem anderen Anschluß (64) der Betriebsspannungsquelle liegendem steuerbaren Schalter (58;60;62) je nach Polung des entsprechenden, momentanen Wechselstromsollwertes die Taktung ubernehmen.
  7. 7. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 6, dadurch gekennzeichnet, daß immer nur einer der sechs in den Drehstrombruckenzweigen liegender Schalter(58 bis 63) getaktet wird.
  8. 8. Selbstgetaktete Vollbrückenschaltung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Anspruche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Schalter (3;4;7;8) Halbleitereinwegschalter sind, die zu taktenden Schalter (3;4) in an sich bekannter Weise über Steuerstufen beim über oder Unterschreiten von Sollwertgrenzen (31;34) eines vorgegebenen Sollwertes (30) ein Ein- oder Ausschaltsignal erhalten und die steuerbaren Schaltern (7;8) der anderen Brückenzweige über Steuerstufen geschaltet werden, die abhängig von der Polarität des vorgegebenen Sollwertes (30) beim Nulldurchgang eine Steuerspannung zum Durchschalten oder Sperren erhalten.
  9. 9. Selbstgetaktete Vollbrückenschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung des Über- und Unterschreitens von Sollwertgrenzen (31;33;34;35), Komperatoren (41;42) und zur Erfassung der Nulldurchgänge ein Fensterdiskriminator (43) vorgesehen ist, deren Ausgänge an einer Steuerlogik liegen, welche Steuersignale für die einzelnen steuerbaren Schalter (3;4;7;8) liefert.
  10. 10. Selbstgetaktete Vollbrückenschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüchefdadurch gekennzeichnet, daß die zu taktenden Schalter (3;4) eine zusätzliche an sich bekannte Schaltungsanordnung zur Verringerung von Verlustleistungsbeanspruchung beim Ein- und/oder Ausschalten aufweisen.
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