DE3313120A1 - Digitale steuereinrichtung fuer einen wechselrichter - Google Patents

Digitale steuereinrichtung fuer einen wechselrichter

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DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH" / : ' ADrill983
PATENTANWALT 6 ' ™£££££2 £ ^ £ ?
POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3420-605 DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 2300308 TELEFON: 56 10 78
TELEGRAMM: KNOPAT TELEX: 411 877 KNOPA D
DA 667
DANFOSS A/S, Nordborg, Dänemark
Digitale Steuereinrichtung für einen Wechselrichter
Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Steuereinrichtung für einen Wechselrichter, insbesondere zum Antrieb eines Wechselstrommotors, der mit variabler Frequenz betreibbar ist, mit einem Taktgeber, der Taktimpulse mit einem Vielfachen der Wechselrichterfrequenz erzeugt, mit einem von den Taktimpulsen gesteuerten Adressenzähler, mit einem Ansteuerspeicher, der in mindestens zwei Speicherbereichen mit unterschiedlichen Ansteuertabellen belegt ist, deren Daten das sich periodisch ändernde Signalmuster für die Zünd- und Löschsignale der gesteuerten Schaltelemente des Wechselrichters kennzeichnen, und mit einer Tabellen-Wahlvorrichtung, die in Abhängigkeit von Einstell- oder Betriebsgrößen ein vorbereitendes Auswahlsignal für die gewünschte Ansteuertabelle abgibt und nach einer Änderung dieses Auswahlsignals eine entsprechende Umschaltung des Speicherbereichs bewirkt.
Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art (DE-AS 23 23 826) ist ein Analog/Digital-Umsetzer vorgesehen,
der aus vom Aussteuerungszustand des Wechselrichters abhängigen Größen, wie Amplitude, Frequenz, Kurvenform, Speisegleichspannung u.a.m, einen Speicherbereich vorwählt, in welchem eine diesem Zustand entsprechende Ansteuertabelle enthalten ist. Die Umsteuerung von der aktuellen auf die neue Ansteuertabelle erfolgt jeweils am Ende eines Zählabschnittes. Hierbei besteht die Gefahr, daß das letzte Signalmuster der vorangehenden Ansteuertabelle und das erste Signalmuster der neuen Ansteuertabelle nicht miteinander harmonieren und störende Stromstöße oder sogar Durchzündungen von in Reihe liegenden Last-Schaltelementen des Wechselrichters auftreten. Außerdem muß das Umschalten der Steuertabelle äußerst rasch erfolgen, damit die neue Ansteuertabelle zu Beginn des neuen Zählabschnitts voll wirksam ist. Dies kann zu weiteren Fehlern führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine digitale Steuereinrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die einen sichereren Betrieb gestattet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Synchronisationsvorrichtung, die einen Synchronisationsimpuls abgibt, wenn das Signalmuster der aktuellen An- steuertabelle dem bei Umschaltung auftretenden Signalmuster der einzuschaltenden Ansteuertabelle gleich ist, und durch eine Freigabevorrichtung, die bei einer Änderung des vorbereitenden Auswahlsignals dieses erst bei Auftreten des Synchronisationsimpulses als aktuelles Auswahlsignal am Ansteuerspeicher wirksam macht.
Bei dieser Steuereinrichtung erfolgt im Augenblick des Wechsels der Ansteuertabelle kein Wechsel des Signalmusters. Daher ist ein völlig glatter übergang auf die neue Kurvenform des Wechselrichters gewährleistet. Da innerhalb einer Ansteuertabelle die Signalmuster sinnvoll aufeinander folgen, ist auch ein harmonischer Übergang
zu den nächsten Signalmustern gewährleistet. Störungen durch Stromstöße u.dgl. sind daher nicht zu befürchten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für das Umschalten der Ansteuertabellen eine verhältnismäßig lange Zeit zur Verfügung steht, nämlich der gesamte Zeitraum, in welchem sich die einander gleichen Signalmuster überlappen. Auch hierdurch werden die Fehlermöglichkeiten verringert. Aus all diesen Gründen werden beim Umschaltvorgang keine erhöhten Ansprüche an die Schaltelemente gestellt. Es können daher verhältnismäßig einfache Tyristoren verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Synchronisationsvorrichtung einen dem Ansteuerspeicher zugeordneten Synchronisationsausgang auf. Der Synchronisationsimpuls kann daher unter Ausnutzung der im Ansteuerspeicher befindlichen Daten gewonnen werden, beispielsweise durch einen Vergleich des aktuellen Signalmusters mit demjenigen Signalmuster, das beim Umschalten aktiv werden würde.
Sehr viel einfacher ist es jedoch, wenn der Synchronisationsausgang durch einen der Datenausgänge des Ansteuerspeichers gebildet ist. Auf diese Weise ist es möglich, in der Ansteuertabelle einer oder mehreren Adressen ein Zusatz-Bit zuzuordnen, das den Synchronisationsimpuls für eine ganz bestimmte neue Ansteuertabelle auslöst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß dem Adressenzähler ein in Abhängigkeit von der aktuellen Ansteuertabelle wirksam zu machender Teiler zugeordnet ist und daß der Adressenzähler einen Rückstelleingang besitzt, dem jeweils nach Durchlauf der Adressen der aktuellen Ansteuertabelle ein Rückstellsignal zuführbar ist. Auf diese Weise lassen sich recht unterschiedliche Kurvenformen der Wechselrichterausgangs-
Spannung erzeugen. Wegen der verminderten Adressenzahl ergibt sich eine Einsparung an Speicherraum. Man braucht hierbei keinen zyklisch arbeitenden Zähler, sondern kann für alle Fälle denselben Zähler verwenden, dessen Teiler auf beliebige Werte in Abhängigkeit von der aktuellen Ansteuertabelle eingestellt werden kann.
Insbesondere kann ein Datenausgang des Ansteuerspeichers zur Abgabe des Rückstellsignals vorgesehen sein. Dieses wird vorzugsweise abgegeben, wenn in der Zündsequenz das letzte Zündsignal an die Wechselrichter-Schaltelemente abgegeben worden ist. Im einfachsten Fall genügt ein Zusatz-Bit unter der letzten Adresse einer Steuertabelle.
Empfehlenswert ist es auch, daß für jeweils zwei gegeneinander auswechselbare Ansteuertabellen ein D-Flipflop vorgesehen ist, dessen D-Eingang eines von zwei vorbereitenden Auswahlsignalen und dessen Tasteingang der Synchronisationsimpuls zuführbar ist und dessen Ausgangssignal das aktuelle Auswahlsignal darstellt. Das Flipflop sorgt dafür, daß das abgegebene Auswahlsignal erst dann als aktuelles Auswahlsignal wirksam wird, wenn der Synchronisationsimpuls aufgetreten ist.
Insbesondere ist es günstig, wenn die Tabellen-Wahlvorrichtung einen Detektor für die Wechselrichterfrequenz aufweist, der unterhalb einer vorbestimmten Frequenz ein erstes und oberhalb dieser Frequenz ein zweites Auswahlsignal abgibt und daß vom zweiten Auswahlsignal eine Ansteuertabelle mit einer geringeren Adressenzahl als beim ersten Auswahlsignal und eine entsprechende Herabteilung der Taktimpulse wirksam gemacht wird. Auf diese Weise kann eine Kurvenform-Umschaltung in der Weise erfolgen, daß von Null bis zu einer vorbestimmten Frequenz (z.B. 50 bis 60 Hz) der Motor mit einer Kurvenform betrieben wird, die sich beispielsweise aus 5°-
Abschnitten zusammensetzt (18-Puls-Betrieb), während bei höheren Drehzahlen eine Kurvenform mit 30°-Abschnitten benutzt wird (6-Puls-Betrieb). Auf diese Weise können die unvermeidlichen Verluste in den Löschschaltungen und Schutzschaltungen, die mit der Frequenz ansteigen, reduziert werden.
Der Detektor für die Wechselrichterfrequenz kann beispielsweise ein Vergleicher sein, dem einerseits eine Sollspannung und andererseits eine zur Frequenz proportionale Spannung zugeführt wird.
In weiterer Ausgestaltung kann die Tabellen-Wahlvorrichtung eine Blockierschaltung aufweisen, die beim Auftreten eines Befehls zur Drehrichtungsumkehr ein geändertes Richtungs-Auswahlsignal nur abgibt, wenn die Ist-Spannung des Zwischenkreises einen vorbestimmten Wert unterschreitet. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß beim Umschalten der Ansteuertabelle, die dazu führt, daß der Motor in Gegenrichtung mit Spannung versorgt wird, keine unzulässig hohen Ströme auftreten.
Hierbei kann die Blockierschaltung ein D-Flipflop aufweisen, dessen D-Eingang eines von zwei Richtungssignalen und dessen Tasteingang ein unterhalb des vorbestimmten Wertes auftretendes Auslösesignal zuführbar ist und dessen Ausgangssignal das vorbereitende Richtungs-Auswahlsignal darstellt.
Zur Gewinnung des Auslösesignals kann ein Vergleicher den vorbestimmten Wert direkt mit der Ist-Spannung des Zwischenkreises, aber auch mit einer von der Wechselrichterfrequenz abgeleiteten Spannung vergleichen. Denn diese Frequenz ist der Ist-Spannung nachgeführt und steht bereits in der Steuereinrichtung zur Verfügung.
Bei einem Wechselrichter mit geregelter Gleichspannungsversorgung, die einen im Impulsmodulationsbetrieb arbei-
tenden Gleichspannungsregler und einen Glättungs-Zwischenkreis aufweist, sollte die Tabellen-Wahlvorrichtung eine Sperrschaltung aufweisen, die den Gleichstromregler beim Auftreten des Befehls zur Drehrichtungsumkehr in den Sperrbetrieb umschaltet und erst beim Auftres ten des aktuellen neuen Richtungs-Auswahlsignals in den Impulsmodulationsbetrieb zurückschaltet. Durch Sperren des Gleichspannungsreglers wird die Leistungszufuhr vom Netz unterbunden. Der Motor läuft entsprechend langsamer, so daß sich der Zwischenkreis-Kondensator allmählich entlädt. Nach einer Übergangszeit ist die Zwischenkreisspannung so weit abgebaut, daß die Umschaltung der Ansteuertabelle zum Betrieb in die andere Drehrichtung erfolgen kann.
Die Sperrvorrichtung kann insbesondere durch eine Exklusiv-Oder-Schal tung gebildet sein, deren einem Eingang eines von zwei Richtungssignalen und deren anderem Eingang das aktuelle Richtungs-Auswahlsignal zuführbar ist und deren Ausgang bei Abweichung der beiden Eingangssignale voneinander ein Sperrsignal abgibt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist dafür gesorgt, daß dem Ansteuerspeicher ein Gatter nachgeschaltet ist, das beim Auftreten eines Fehlersignals das die Durchzündung zweier in Reihe liegender Last-Schalterelemente des Wechselrichters meldet, das aktuelle Signalmuster in ein Signalmuster umwandelt, bei dem alle Last-Schaltelemente in den leitenden Zustand gesteuert sind. Sollte aus irgendeinem Grund doch noch ein Durchzündungs-Kurzschluß erfolgen, werden diesem Kurzschlußpfad sofort weitere Kurzschlußpfade über die anderen Last-Schaltelemente parallelgeschaltet. Da Thyristoren einen solchen geteilten Kurzschlußstrom eine gewisse Zeit vertragen, ist keine Dauerschädigung zu befürchten. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß der Gleichspannungsregler in einem solchen Fall ohnehin in den Sperrbetrieb überge-
gangen ist und der Kurzschlußstrom daher relativ schnell abnimmt.
Das Fehlersignal kann beispielsweise von einem die Änderung der Polarität der Kondensatorspannung im Zwischenkreis feststellenden Detektor abgegeben werden. Bei der Durchzündung ergibt sich nämlich infolge der Oszillation des Stromes eine Umkehr der Polarität der Kondensatprspannung.
Die Tabellen-Wahlvorrichtung weist ferner mit Vorteil einen Detektor für die Netzspannung auf, der beim Absinken der Netzspannung unter einen vorbestimmten Wert ein Lösch-Auswahlsignal abgibt, das unabhängig von einem Synchronisationsimpuls ein die Last-Schaltelemente löschendes Programm wirksam macht. Damit ist sichergestellt, daß nicht infolge unzureichender Betriebsspannung innerhalb der Steuereinrichtung und daher mangelhaftem Arbeiten des Zählers, des Ansteuerspeichers u.dgl. eine Durchzündung bewirkende Fehler bei der Ansteuerung der Last-Gleichrichter auftreten.
Insbesondere kann hierbei ein D-Flipflop verwendet werden, dessen D-Eingang das vorbereitende Lösch-Auswahlsignal und dessen Tasteingang ein Tastimpuls vorn Adressenzählerausgang zuführbar ist und dessen Ausgangssignal das aktuelle Lösch-Auswahlsignal darstellt.
Desweiteren empfiehlt sich ein vom aktuellen Lösch-Auswahlsignal auslösbaren Zeitgeber, der eine eigene Spannungsversorgung hat und mit einem Sperreingang der von den Daten des Ansteuerspeichers gesteuerten Zünd- und Löschsignal-Verstärker verbunden ist. Dieser Zeitgeber, der auch bei Netzausfall aktiv bleibt, stellt sicher, daß der Signalverstärker inaktiv wird, wenn die Spannungsversorgung in der übrigen Steuereinrichtung auf unzulässig niedrige Werte absinkt, wodurch falsche Triggerimpulse entstehen können.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 das schematische Schaltbild eines Wechselrichters zur Steuerung eines Wechselstrommotors mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung und
Fig. 2 das Blockschaltbild dieser Steuereinrichtung.
In Fig. 1 speist ein an ein Drehstromnetz 1 angeschlossener dreiphasiger Brlickengleichrichter 2 über einen Gleichspannungsregler 3 einen Glättungs-Zwischenkreis 4, der eine Längsdrossel Ll und die Reihenschaltung einer Querdrossel L2 und eines Kondensators Cl aufweist. Auf diese Weise ergeben sich eine Versorgungsleitung 5, die positive Spannung führt, und eine Versorgungsleitung 6, die negative Spannung führt. An diese Versorgungsleitungen ist ein Wechselrichter 7 angeschlossen, der für jede Phase zwei in Reihe liegende Last-Schaltelemente EsI und Es2, z.B. Thyristoren, und zwei in Reihe liegende entgegengesetzt gepolte Freilaufdioden Dl und D2 besitzt. Die Verbindungspunkte bilden je einen Phasenanschluß 8. Die drei Phasenleitungen U, V, W führen zu einem dreiphasigen Motor M.
Der Gleichspannungsregler 3 ist ein elektronischer Zerhacker, der normalerweise im Impulsmodulationsbetrieb arbeitet, aber auch in den Sperrbetrieb umgeschaltet werden kann, in welchem der Zwischenkreis 4 vom Netz 1 abgetrennt ist. Der Steuerung des Gleichspannungsreglers 3 dient ein Spannungs-Steuerkreis 9, dem über einen Eingang 10 ein Sollwert U und über die Leitungen 11 und 12 die Ist-Spannung U. des Zwischenkreises 4 zuge-
o5 führt werden kann. Außerdem wird an einem Meßwiderstand R in der Versorgungsleitung 5 der Spannungsabfall^U abgegriffen und über die Leitungen 13 und 14 der Spannungs-Steuerschaltung 9 zugeführt. Der Gleichspannungs-
regler läßt sich daher so einregeln, daß die Ist-Spannung U. dem Sollwert U entspricht, daß der Strom I,
1 5
der zum Wechselrichter 7 fließt, einen konstanten Wert hat, oder daß beide Abhängigkeiten berücksichtigt werden. Außerdem kann über eine Leitung 15 ein Sperrsignal Sl zugeführt werden, um den Gleichspannungsregler 3 in den Sperrbetrieb umzuschalten.
Als Taktgeber für die Wechselrichterfrequenz F dient ein spannungsgesteuerter Oszillator, der von der Ist— Spannung U. des Zwischenkreises 4 beaufschlagt wird und daher einer Steuereinrichtung 17 Taktimpulse in Form eines Frequenzsignals f zuführt, das der Ist-Spannung U. nachgeführt wird. Die Frequenz f beträgt ein ganzzahliges Vielfaches der gewünschten Wechselrichterfrequenz F, beispielsweise f = 72 χ F. Über eine Leitung 18 wird der Steuereinrichtung 17 ein Fehlersignal S2 zugeleitet, das auftritt, wenn der Kondensator Cl negative Spannung annimmt. Über eine weitere Leitung 19 wird ein der konstanten Gleichspannung hinter dem Gleichrichter 2 entsprechendes Spannungssignal U zugeführt. Am Eingang 20 läßt sich ein Signal S3/S31 zur Bestimmung der Drehrichtung des Motors M einführen. Eine Ausgangsleitung 21 überführt Steuersignale S zu Signalverstärkern 22, die an ihrem Ausgang 23 Zünd- und Löschsignale S an die Schaltelemente des Wechselrichters 7 abgeben. Eine weitere Leitung 24 erlaubt es, ein Sperrsignal S4 an den DisabIe-Eingang der Signalverstärker 22 zu legen.
Gemäß dem in Fig. 2 veranschaulichten Aufbau der Steuereinrichtung 17 wird das Frequenzsignal f über einen Teiler 25 an einen Adressenzähler 26 gegeben, der über eine 7fach-Leitung 27 jeweils Adressen in einem Ansteuerspeicher 28 ansteuert. Der Ansteuerspeicher ist als ROM ausgelegt und gibt Signalmuster über eine 14fach-Leitung 29 an ein Gatter 30. Dieses kann durch das Fehlersignal S2 so beeinflußt werden, daß statt des über die
Leitung 29 zugeführten Signalmusters ein solches Muster auftritt, daß sämtliche Last-Schaltelemente EsI, Es2 des Wechselrichters 7 gezündet werden. Das vom Gatter 30 abgegebene Signalmuster wird über eine 14fach-Leitung 31 an den Signalverstärker 22 weitergegeben, der schließlich über eine Mehrfachleitung 32 alle Schaltelemente des Wechselrichters mit Zündimpulsen oder Löschimpulsen (= Zündimpulse der Lösch-Schaltelemente) zu versorgen vermag. Beispielsweise besitzt der Wechselrichter 7 sechs Last-Thyristoren, sechs zugehörige Lösch-Thyristoren, zwei Umschwing-Thyristören und gegebenenfalls zwei weitere Brems-Thyristoren.
Im Ansteuerspeicher 28 sind in verschiedenen Speicherbereichen mehrere Ansteuertabellen gespeichert, die durch die an den Auswahl-Eingängen 33 anliegenden und über die Leitungen 34, 35 und 36 zugeführten aktuellen Auswahlsignalen S5 und S5' bzw. S6 und S6' bzw. S7 ausgewählt werden. Diese paarweise einander zugeordneten Auswahlsignale werden jeweils durch einen Η-Wert bzw. L-Wert dargestellt. Alsdann werden durch Ansteuerung der einzelnen Adressen der Ansteuertabellen die darin gespeicherten Signalmuster über den Datenausgang 37 abgegeben. Datenausgänge 38 dienen der Abgabe von Synchronisationsimpulsen S8 und S9 über Leitungen 39 bzw. 40. Ein Datenausgang 41 ist über eine Leitung 42 mit dem Teiler verbunden, damit dieser mittels eines Teilersignals SlO auf das der Ansteuertabelle entsprechende Teilerverhältnis eingestellt werden kann. Ein weiterer Datenausgang 43 ist über eine Leitung 44 mit dem Rückstelleingang des Adressenzählers 26 verbunden, so daß dieser beim Auftreten eines Rückstellsignals SIl auf Null gestellt wird.
Eine Tabellen-Wahlvorrichtung 45 weist mehrere Ausgänge 46, 47 und 48 auf, über die Auswahlsignale S12 und S121 bzw. S13 und S13' bzw. S14 abgegeben werden können.
Das Frequenzsignal f, das der Wechselrichterfrequenz proportional ist, wird über einen Frequenz-Spannungs-Wandler 49 in eine Spannung U„ umgesetzt. Diese Spannung wird in einem Vergleicher Kl mit einer Referenzspannung Vl verglichen. Liegt die Wechselrichterfrequenz unter 50 Hz, ergibt sich das vorbereitende Auswahlsignal S12, liegt die Frequenz darüber, ergibt sich das vorbereitende Auswahlsignal S121. Das jeweilige Auswahlsignal wird an den D-ELngang eines Flipflop FFl gelegt. Dessen Tasteingang Cl wird mit dem Synchronisationsimpuls S8 versorgt. Arn Ausgang Q werden dann die dem Ausgangssignal S12 bzw. S121 entsprechenden aktuellen Auswahlsignale S5 bzw. S5' jeweils vom Zeitpunkt der Synchronisation an einem der Auswahleingänge 33 zugeführt.
Das Drehrichtungssignal kann ebenfalls zwei Werte S3 und S31 annehmen und wird dem D-Eingang eines Flipflop eines FF2 zugeführt, der eine Blockierschaltung 50 bildet. Sein Tasteingang Cl wird über eine Leitung 51 von einem Auslösesignal S15 beaufschlagt, wenn mittels eines Vergleichers K2 festgestellt worden ist, daß die Spannung U. kleiner ist als ein Referenzwert V2. Der Befehl zur Drehrichtungsumkehr wird daher nur dann als vorbereitendes Richtungs-Auswahlsignal S13 bzw. S131 von der Tabellen-Wahlvorrichtung 15 abgegeben, wenn die Zwischenkreisspannung und damit die Drehzahl des Motors M entsprechend niedrig ist. Diese Auswahlsignale S13 bzw. S131 werden durch ein D-Flipflop FF3 in ähnlicher Weise beim Auftreten der Synchronisationsimpulses S9 verzögert als aktueile Auswahlsignale S6 bzw. S6' weitergegeben, wie dies in Verbindung mit dem Auswahlsignal S12/S121 beschrieben worden war.
Das Drehrichtungssignal S3/S31 wird desweiteren an den einen Eingang einer Sperrschaltung 52 in der Form eines Exklusiv-Oder-Gliedes gelegt, dessen anderer Eingang
mit dem aktuellen Auswahlsignal S6 bzw. S6' versorgt wird. Wenn sich das Drehrichtungssignal ändert, entsteht am Ausgang 15 des Exklusiv-Oder-Gliedes das Sperrsignal Sl, das den Gleichspannungsregler 3 in den Sperrbetrieb umschaltet, so daß der Motor langsamer wird und die Ist-Spannung U. des Zwischenkreises 4 allmählich abnimmt, wobei bei der dargestellten Schaltung auch die V/echselrichterfrequenz sinkt. Sobald ein vorgegebener Wert unterschritten worden ist, wird das Auslösesignal S15 erzeugt und damit eine Änderung des vorbereitenden Auswahlsignals am Ausgang 47 bewirkt. Wenn nun beim Auftreten des Synchronisationsimpulses S9 das aktuelle Auswahlsignal S6 bzw. S61 entsteht, verschwindet das Sperrsignal Sl, so daß der Gleichspannugnsregler 3 beim Hochlauf in entgegengesetzter Drehrichtung normal arbeiten kann.
Ein Vergleicher K3 vergleicht die Gleichspannung U ,
S die der Ausgangsspannung des Bruckengleichrichters 2 entspricht, mit einer Referenzspannung VQ. Sobald ein vorgegebener Wert unterschritten wird, ergibt sich am Ausgang 48 das Löschsignal S14, das dem D-Eingang eines weiteren D-Flipflop FF4 zugeführt wird. Dessen Tasteingang Cl wird über eine Leitung 53 mit Taktimpulsen S16 aus dem Ausgang des Adressenzählers 26 versorgt, so daß kurz nach Auftreten des vorbereitenden Lösch-Auswahlsignals S14 das aktuelle Lösch-Auswahlsignal S7 am Ausgang Q auftritt.
Der Ausgang Q des Flipflop FF4 ist über eine Leitung 54 mit einem Zeitgeber 55 verbunden, der, wie es durch einen Kondensator C2 und eine Diode D3 dargestellt ist, einen Spannungsspeicher aufweist und ciaher auch bei Versagen der Netzspannung noch eine gewisse Zeit wirksam sein kann. Er kann auch von einer Batterie gespeist -5 sein. Dieser Zeitgeber 55 gibt über die Leitung 24 das Sperrsignal S4 an den Disable-Eingang cies Signalverstärkers 22, so daß die Abgabe von Ziindsi gnalen sicher verhindert wird.
Wird der Motor M durch eine entsprechende Einstellung des Sollwerts U mit kleiner Frequenz (unter 50 Hz)
betrieben, enthält die aktuelle Ansteuertabelle Signalmuster, die in jeder Phase eine Spannungskurve erzeugen, welche aus zweiundsiebzig 5°-Abschnitten zusammengesetzt ist. Dies entspricht pro Ilalbwelle einem 18-Puls-Betrieb, wie er beispielsweise in der älteren Anmeldung P 32 19 751.9-32 der Anrnelderin beschrieben wird. Die Ansteuertabelle besitzt 72 Adressen. Das Frequenzsignal f ist
lö um den Faktor 72 größer als die Wechselrichterfrequenz F. Bei einer Wechselrichterfrequenz von 50 Hz ist also f = 3600 Hz. Die Ansteuertabelle enthält außer den Daten für das Signalmuster noch Daten für die Synchronisationsimpulse S8, das Teilersignal SlO und den Rückstellimpuls SIl.
Sobald die Wechselrichterfrequenz 50 Hz überschreitet, soll die aktuelle Ansteuer-Tabelle durch eine neue Ansteuer-Tabelle ersetzt werden, deren Signalmuster so gewählt sind, daß jeweils für 30° derselbe Betriebszustand erhalten bleibt. Ein solcher 6-Puls-Betrieb erfordert ein solches Teilersignal SlO, das der Teiler 25 das Frequenzsignal f durch sechs teilt und ein solches Rückstellsignal SIl, das der Zähler 26 nicht nach 72 sondern schon nach jeweils 12 Adressen zurückgestellt wird. Auch diese Tabelle weist ein Zusatz-Bit auf, das den Synchronisationsimpuls S8 im richtigen Augenblick abzugeben vermag. Die zeitliche Lage der Synchronisationsimpulse ist so gewählt, daß sowohl beim Umschalten auf die neue Ansteuertabelle als auch beim Rückschalten auf die vorangehende Ansteuertabelle jeweils das gleiche Signalmuster bei beiden Ansteuertabellen vorhanden ist.
Wenn ein Befehl S3 zur Drehrichtungsumkehr gegeben wird, sinkt wegen Abgabe dos Sperrsignals Sl die Motordrehzahl. Nach einer gev/issen Zeit wird das vorbereitende Richtungs-Auswahlsignal S13 in S131 geändert und nach
Eintreffen des Synchronisationsimpulses als aktuelles Auswahlsignal 36' weitergegeben. Die nunmehr wirksame Ansteuertabelle entspricht der früher erwähnten 18-Puls-Kurvenform, läßt aber die Last-Schaltelemente in einer anderen Reihenfolge wirksam werden. Auch bei dieser Drehrichtung kann bei höheren Wechselrichterfrequenzen auf einen 6-Puls-Betrieb umgeschaltet werden.
Bei einem Absinken der Netzspannung, z.B. bei Netzausfall, wird durch Ansprechen des Flipflops FF4 das aktuelle Lösch-Auswahlsignal S7 abgegeben, mit der Folge, daß das nunmehr aktuelle Ansteuerprogramm alle Last-Schaltelemente löscht. Gleichzeitig sorgt der Zeitgeber 55 dafür, daß der Signalverstärker 22 keine Zündimpulse mehr abzugeben vermag. Damit ist sichergestellt, daß keine Fehlsteuerung im Wechselrichter erfolgt.
Wie schon erwähnt, kann mit 'Hilfe des Fehlersignals S2 über das Gatter 30 auch dafür gesorgt werden, daß alle Last-Schaltelemente gleichzeitig in den leitenden Zustand gesteuert werden, um rasch einen Kurzschlußstrom abzubauen.
Selbstverständlich können auch mehr als die beschriebenen fünf Ansteuertabellen im Ansteuerspeicher 28 abgelegt sein. Statt der als Beispiel erwähnten 18-Puls- und 6-Puls-Kurvenformen kommen auch beliebig andere Kurvenformen, mit denen eine Sinusforrn im verketteten Betrieb angenähert werden kann, in Betracht. 30

Claims (18)

  1. Patentansprüche
    20
    Digitale Steuereinrichtung für einen Wechselrichter, insbesondere zum Antrieb eines Wechselstrommotors, der mit variabler Frequenz betreibbar ist, mit einem Taktgeber, der Taktimpulse mit einem Vielfachen der Wechselrichterfrequenz erzeugt, mit einem von den Taktimpulsen gesteuerten Adressenzähler, mit einem Ansteuerspeicher, der in mindestens zwei Speicherbereichen mit unterschiedlichen Ansteuertabellen belegt ist, deren Daten das sich periodisch ändernde Signalmuster für die Zünd- und Löschsignale der gesteuerten Schaltelemente des Wechselrichters kennzeichnen, und mit einer Tabellen-Wahlvorrichtung, die in Abhängigkeit von Einstell- oder Betriebsgrößen ein vorbereitendes Auswahlsignal für die gewünschte Ansteuertabelle abgibt und nach einer Änderung dieses Auswahlsignals eine entsprechende Umschaltung des Speicherbereichs bewirkt, gekennzeichnet durch eine Synchronisationsvorrichtung, die einen Synchronisationsimpuls (S8, S9) abgibt, wenn das Signalmuster der aktuellen Ansteuertabelle dem bei Umschaltung auftretenden Signalmuster der einzuschaltenden Ansteuertabelle gleich ist, und durch eine Freigabevorrichtung (FFl, FF3), die bei einer Änderung des vorbereitenden Auswahlsignals (S12, S12', S13, S131) dieses erst bei Auftreten des Synchronisationsimpulses als aktuelles
    Auswahlsignal (S5, S51, S6, S61) am Ansteuerspeicher (28) wirksam macht.
  2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisationsvorrichtung einen dem Ansteuerspeicher (28) zugeordneten Sychronisationsausgang (38) aufweist.
  3. 3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronistionsausgang (38) durch einen der Datenausgänge des Ansteuerspeichers gebildet ist.
  4. 4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Adressenzähler (26) ein in Abhängigkeit von der aktuellen Ansteuertabelle wirksam zu machender Teiler (25) zugeordnet ist und daß der Adressenzähler einen Rückstelleingang besitzt, dem jeweils nach Durchlauf der Adressen der aktuellen Ansteuertabelle ein Rückstellsignal (511) zuführbar ist.
  5. 5. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Datenausgang (43) des Ansteuerspeichers (28) zur Abgabe des Rückstellsignals vorgesehen ist.
  6. 6. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jeweils zwei gegeneinander auswechselbare Ansteuertabellen ein D-Flipflop (FFl, FF3) vorgesehen ist, dessen D-Eingang eines von zwei vorbereitenden AuswahlSignalen (S12, S121, S13, S13') und dessen Tasteingang der Synchronisationsimpuls (58, 59) zuführbar ist und dessen Ausgangssignal das aktuelle Auswahlsignal· (S5, S51, S6, S61) darstellt.
  7. 7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
    6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabellen-Wahlvorrichtung (45) einen Detektor (Kl) für die Wechselrichterfrequenz aufweist, der unterhalb einer vorbestimmten Frequenz ein erstes und oberhalb dieser
    Frequenz ein zweites vorbereitendes Auswahlsignal
    (S12, S121) abgibt und daß vom zweiten Auswahlsignal eine Ansteuertabelle mit einer geringeren Adressenzahl als beim ersten Auswahlsignal und eine entsprechende Herabteilung der Taktimpulse wirksam gemacht
    wird.
  8. 8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (Kl) für die Wechselrichterfrequenz ein Vergleicher ist, dem einerseits
    eine Sollspannung (Vl) und andererseits eine zur
    Frequenz proportionale Spannung (U^) zugeführt wird.
  9. 9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Tabellen-Wahlvorrichtung (45) eine Blockierschaltung (50) aufweist,
    die beim Auftreten eines Befehls zur Drehrichtungsumkehr ein geändertes vorbereitendes Richtungs-Auswahlsignal (S13, S131) nur abgibt, wenn die Ist-Spannung (U.) des Zwischenkreises (4) einen vorbestimmten
    Wert (V2) unterschreitet«
  10. 10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierschaltung (50) ein D-Flipflop aufweist, dessen D-Eingang eines von zwei Richtungssignalen (S3, S31) und dessen Tasteingang ein
    unterhalb des vorbestimmten Wertes auftretendes
    Auslösesignal (S15) zuführbar ist und dessen Ausgangssignal das vorbereitende Richtungs-Auswahlsignal (S13, S131) darstellt.
  11. 11. Steuereinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vergleicher (K2) den vorbestimmten Wert (V2) mit einer von der Wechselrichterfrequenz abgeleiteten Spannung (U~) vergleicht.
  12. 12. Steuereinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Wechselrichter (7) mit geregelter Gleichspannungsversorgung, die einen im Impulsmodulationsbetrieb arbeitenden Gleichspannungsregler und einen Glättungs-Zwischenkreis (4) aufweist, die Tabellen-Wahlvorrichtung (45) eine Sperrschaltung (52) aufweist, die den Gleichstromregler beim Auftreten des Befehls zur Drehrichtungsumkehr in den Sperrbetrieb umschaltet und erst beim Auftreten des aktuellen neuen Richtungs-Auswahlsignals (S6, S61) in den Impulsmodulationsbetrieb zurückschaltet.
  13. 13. Steuereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschaltung (50) durch eine Exklusiv-Oder-Schaltung gebildet ist, deren einem Eingang eines von zwei Richtungssignalen (S3, S31) und deren anderem Eingang das aktuelle Richtungs-Auswahlsignal (S6, S6') zuführbar ist und deren Ausgang bei Abweichung der beiden Eingangssignale voneinander ein Sperrsignal (Sl) abgibt.
  14. 14. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ansteuerspeicher
    (28) ein Gatter (30) nachgeschaltet ist, das beim Auftreten eines Fehlersignals (S2) das die Durchzündung zweier in Reihe liegender Last-Schaltelemente (EsI, Es2) des Wechselrichters (7) meldet, das aktuelle Signalmuster in ein Signalmuster umwandelt, bei dem alle Last-Schaltelemente in den leitenden Zustand gesteuert sind.
  15. 15. Steuereinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal (S2) von einem die Änderung der Polarität der Kondensatorspannung im Zwischenkreis (Vi) festellenden Detektor abgegeben wird.
  16. 16. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Tabellen-Wahlvorrichtung (45) einen Detektor für die Netzspannung aufweist, der beim Absinken der Netzspannung unter einen vorbestimmten Wert vorbereitendes ein Lösch— Auswahlsignal (S14) abgibt, das unabhängig von einem Synchronisationsimpuls ein die Last-Schaltelemente löschendes Programm wirksam macht.
  17. 17. Steuereinrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein D-Flipflop (FF4), dessen D-Eingang das vorbereitende Lösch-Auswahlsignal (S14) und dessen Tasteingang ein Tastimpuls (S16) vom Adressenzählerausgang zuführbar ist und dessen Ausgangssignal das aktuelle Lösch-Auswahlsignal (S7) darstellt.
  18. 18. Steuereinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch einen vom aktuellen Lösch-Auswahlsignal (S7) auslösbaren Zeitgeber (55), der eine eigene Spannungsversorgung hat und mit einem Sperreingang der von den Daten des Ansteuerspeichers (28)' gesteuerten Zünd- und Löschsignal-Verstärker (22) verbunden ist.
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