DE4026690C2

DE4026690C2 -

Info

Publication number: DE4026690C2
Application number: DE4026690A
Authority: DE
Inventors: Akira Sako; Yoji Nagoya Aichi Jp Tsutsumishita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-10-04
Filing date: 1990-08-23
Publication date: 1992-02-27
Also published as: US5034669A; DE4026690A1; JPH03124283A

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückführungs-Steuerschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche ist bekannt durch die JA 62-268373(A) (Patent Abstracts of Japan E607, Mai 11, 1988, Vol. 12, Nr. 153).

Es ist üblich, Antriebssysteme mit Elek tromotoren derart zu steuern, daß beim Abschalten des Motors die Energie, welche der Läufer beim Abbremsen abgeben kann, zurückgeführt wird. Dies soll im folgenden anhand der Fig. 1 und 2 erläutert werden, wobei in Fig. 2 die Leckstrombahnen in der Rückführungs-Steuerschaltung aufgezeigt sind. Eine solche Schaltung umfaßt eine Drehstromversorgung 1, ein Hauptstromkreis-Gleichrich terkreis 2, der aus sechs an die Drehstromversorgung 1 ange schlossenen Dioden besteht, ein Hauptstromkreis-Glättungs kondensator 3, der dem Hauptstromkreis-Gleichrichterkreis 2 nachgeschaltet ist, ein Wechselrichter 4, dessen Eingang mit dem Hauptstromkreis-Glättungskondensator 3 gekoppelt ist, ein dem Wechselrichter 4 nachgeschalteter Elektromotor 5, ein Rückführungs-Referenzspannungs-Gleichrichterkreis 6 aus drei an die Drehstromversorgung 1 angeschlossenen Dio den, ein Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskonden sator 7, der zwischen die positive Elektrode des Haupt stromkreis-Glättungskondensators 3 und den Rückführungs- Referenzspannungs-Gleichrichterkreis 6 geschaltet ist, ein Rückführungsenergie-Ableitwiderstand (Ableiteinrichtung) 8 und ein Rückfüh rungs-Schalttransistor (Schaltelement 9), dessen Kollektor mit dem Rück führungsenergie-Ableitwiderstand 8 in Reihe geschaltet ist. Der Rückführungsenergie-Ableitwiderstand 8 und der Rückführungs-Schalttransistor 9 sind dem Hauptstromkreis- Glättungskondensator parallelgeschaltet. Ein Eingang eines Vergleichers 10 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Rückführungs-Referenzspannungs-Gleichrichterkreis 6 und dem Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskondensator 7 verbunden, und der andere Eingang ist mit der negativen Eletrode des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 3 über eine Bezugsspannungsquelle 11 verbunden. Der Ausgang des Vergleichers 10 ist an die Basis des Rückfüh rungs-Schalttransistors 9 angeschlossen.

Es wird nun der Betrieb der obigen Schaltungsanordnung be schrieben. Wenn der Motor 5 abgebremst wird, tritt auf dem Pfad 20 in Fig. 2 ein Rückführungsenergiestrom des Elek tromotors 5 auf, und die zum Wechselrichter 4 rückgeführte Rückführungsenergie erhöht die Klemmenspannung des Haupt stromkreis-Glättungskondensators 3. Andererseits fließt die Rückführungsenergie nicht in den Rückführungs-Referenz spannungs-Glättungskondensator 7, da dessen negativer An schluß nicht mit dem Wechselrichter 4 gekoppelt ist, so daß sich die Klemmenspannung des Glättungskondensators 7 nicht ändert. Der Hauptstromkreis-Glättungskondensator 3 und der Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskondensator 7 sind mit ihren positiven Elektroden zusammengeschaltet, so daß die steigende Spannung des Hauptstromkreis-Glättungskon densators 3 zwischen der negativen Elektrode N′ des Rück führungs-Referenzspannungs-Glättungskondensators 7 und der negativen Elektrode N des Hauptstromkreis-Glättungskonden sators 3 erscheint. Der Vergleicher 10 überwacht diese Spannung und schaltet den Rückführungs-Schalttransistor 9 ein, wenn die ansteigende Spannung die Spannung der Bezugsspannungsquelle 11 übersteigt, so daß die Rück führungsenergie von dem Rückführungsenergie-Ableitwider stand 8 abgeleitet wird, wodurch die Spannung des Haupt stromkreis-Glättungskondensators 3 bei der Durchführung der Rückführungssteuerung konstantgehalten wird.

Bei der obigen konventionellen Rückführungs-Steuerschal tung für das Elektromotor-Antriebssystem sind der Rückfüh rungsenergie-Ableitwiderstand 8 und der Rückführungs- Schalttransistor 9, die hintereinandergeschaltet sind, parallel zu dem Hauptstromkreis-Glättungskondensator 3 geschaltet, die negative Elektrode des Hauptstromkreis- Glättungskondensators 3 ist an einen Eingang des Verglei chers 10 über die Bezugsspannungsquelle 11 angeschlossen, die negative Klemme des Rückführungs-Refe renzspannungs-Glättungskondensators 7 ist mit dem anderen Eingang des Vergleichers 10 gekoppelt, und der Ausgang des Vergleichers 10 ist mit der Basis des Rückführungs-Schalt transistors 9 gekoppelt; im Betrieb wird die Spannung zwi schen dem Hauptstromkreis-Glättungskondensator 3 und dem Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskondensator 7 in bezug auf die Speisespannung konstant gehalten. Wenn der Elektromotor 5 abgebremst wird, wird durch seine Rückfüh rungsenergie nur die Klemmenspannung des Hauptstromkreis- Glättungskondensators 3 höher, und da die Kondensatoren 3 und 7 mit ihren positiven Elektroden gekoppelt sind, ist die ansteigende Spannung des Hauptstromkreis-Glättungskonden sators 3 eine Spannungsdifferenz N′-N zwischen den Glät tungskondensatoren 3 und 7. Diese Spannungsdifferenz wird dem Vergleicher 10 zugeführt, der ein Ausgangssignal er zeugt und den Rückführungs-Schalttransistor 9 einschaltet, so daß die Rückführungsenergie von dem Rückführungsener gie-Ableitwiderstand 8 abgeleitet wird, wodurch die Span nung des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 3 konstant gehalten wird. Der Wechselrichter 4 arbeitet in einer Hoch frequenz-Schaltbetriebsart, und eine Streukapazität 12, die im Elektromotor 5 und auf den Motorspeiseleitungen vorhanden ist, erzeugt Leckströme auf den Pfaden 21 und 21′ in Fig. 2. Wenn sich der Elektromotor 5 beim Abbremsen im Rückfüh rungsbetrieb befindet, fließt außerdem ein Leckstrom auf dem Pfad durch Erde, wie bei 22 in Fig. 2 gezeigt ist, und wenn dieser Leckstrom hoch ist, steigt die Spannung des Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskondensators 7, und ein Anstieg der Klemmenspannung des Hauptstromkreis- Glättungskondensators 3 aufgrund der Rückführungsenergie führt nicht zur Erzeugung einer Spannungsdifferenz zwischen den Glättungskondensatoren 3 und 7. Infolgedessen erzeugt der Vergleicher 10 kein Ausgangssignal, und der Rückfüh rungs-Schalttransistor 9 wird nicht eingeschaltet, so daß die Spannung des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 3 weiter ansteigt, was dazu führt, daß die Kondensatorspan nung nicht konstantgehalten werden kann.

Durch die genannte JP-PS 62-268373 ist eine Rückführungssteuerschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bekannt. Diese unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten im wesentlichen dadurch, daß die Referenzspannungsgleichrichter 6 sechs Dioden in Brückenschaltung aufweist und der Glättungs- Kondensator 7 an den Ausgang des Gleichrichters 6 angeschlossen ist. Auch bei dieser Steuerschaltung treten die oben bereits angedeu teten Probleme auf, wird also die Steuerung der Rückführung durch die auftretenden Leckströme gestört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rückführungs- Steuerschaltung der eingangs genannten Art auf einfache Weise dahingehend weiterzubilden, daß die Genauigkeit bei der Rück führung verbessert und der Einfluß von Leckströmen verringert werden.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspru ches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Wenn im Betrieb die Spannungen an den positiven Elektroden des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 8 und des Rückfüh rungs-Referenzspannungs-Glättungskondensators 7 gleich sind, schaltet der Rückführungskreis 18 seinen Rückführungstran sistor 14 aus, so daß kein Leckstrom zum Rückführungs- Referenzspannungs-Glättungskondensator 7 fließt, und führt eine Spannungsdifferenz zwischen den Kondensatoren, die durch die Rückführungsenergie entsteht, direkt in den Vergleicher. Wenn die Spannungen an den negativen Elektroden des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 8 und des Rückfüh rungs-Referenzspannungs-Glättungskondensators 7 gleich sind, schaltet der Rückführungskreis 18 den Rückführungstransistor 14 ein, so daß praktisch kein Leckstrom, zum Rückfüh rungs-Referenzspannungs-Glättungskondensator 7 fließt, und führt eine Spannungsdifferenz zwischen diesen Kondensatoren nach Stabilisierung zum Verglei cher 10; wenn an der positiven oder negativen Elek trode des Hauptstromkreis-Glättungskondensators ein Span nungsanstieg auftritt, wird infolgedessen eine Spannungs differenz zwischen den Kondensatoren in den Vergleicher ge führt, wodurch das Schaltelement 9 eingeschaltet wird, so daß die Rückführungsenergie durch den Rückführungsenergie- Ableitwiderstand 8, der dem Hauptstromkreis-Glättungskonden sator parallelgeschaltet ist, abgeleitet wird, wodurch die Spannung des Hauptstromkreis-Glättungskondensators bei der Durchführung der Rückführungsenergiesteuerung konstantge halten wird.

In jedem Fall eines Spannungsanstiegs am Hauptstromkreis- Glättungskondensator aufgrund von Rückfüh rungsenergie wird der Rückführungstransistor 14 im Rückfüh rungskreis 18 wirksam und verhindert praktisch, daß ein Leck strom zum Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskonden sator fließt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild der konventionel len Rückführungs-Steuerschaltung für ein Elektromotor-Antriebssystem;

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild, das die Pfade der Leckströme in der Rückführungs-Steuer schaltung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild der Rückfüh rungs-Steuerschaltung gemäß einem Ausführungs beispiel der Erfindung für ein Elektromotor- Antriebssystem;

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild, das den Fluß von Leckströmen in der Schaltung von Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 Wellenformen, die die Beziehungen der Span nungen P, P′, N, N′ in der Schaltung von Fig. 3 zeigen;

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung für den Fall, daß die Span nung P gleich der Spannung P′ ist; und

Fig. 7 ein Ersatzschaltbild der Schaltungsanordnung nach der Erfindung für den Fall, daß die Span nung N gleich der Spannung N′ ist.

In den Fig. 3-7, die das Ausführungsbeispiel zeigen, sind Teile, die der konventionellen Vorrichtung entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut beschrieben. Ein Rückführungs-Referenzspannungs-Gleich richterkreis 13 besteht aus sechs Dioden, und sein aus gangsseitiger Anschluß ist mit einem Rückführungs-Refe renzspannungs-Glättungskondensator 7 gekoppelt, und die Basis eines Rückführungstransistors 14 ist mit der posi tiven Elektrode des Rückführungs-Referenzspannungs-Glät tungskondensators 7 gekoppelt, sein Emitter ist über einen Widerstand 15 mit der positiven Elektrode eines Hauptstrom kreis-Glättungskondensators 3 gekoppelt, und sein Kollektor ist über Widerstände 16 und 17 mit der negativen Elektrode des Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskondensators 7 gekoppelt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 16 und 17 ist mit einem Eingang eines Vergleichers 10 gekoppelt. Ein Rückführungskreis 18 besteht aus dem Rückführungstransi stor 14 und den Widerständen 15, 16 und 17 und stabilisiert eine Spannungsdifferenz zwischen P und P′ bei Zuführung derselben zum Eingang des Vergleichers 10.

Nachstehend wird der Betrieb der Schaltung erläutert. Wenn in der oben beschriebenen Rückführungs-Steuerschaltung für ein Elektromotor-Antriebssystem der Elektromotor 5 im Rück führungsbetrieb abgebremst wird, haben die Spannungen an der positiven Elektrode P und der negativen Elektrode N des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 3 und an der positi ven Elektrode P′ und der negativen Elektrode N′ des Rück führungs-Referenzspannungs-Glättungskondensators 7 die Beziehungen entsprechend dem Diagramm von Fig. 5. Segmente mit gleichem P und P′ und Segmente mit ungleichem P und P′ treten abwechselnd nacheinander auf, und Segmente mit glei chem N und N′ und Segmente mit ungleichem N und N′ treten abwechselnd nacheinander auf. Ferner zeigt die Figur, daß die Differenz der Spannungen P′ und N′ konstant ist, wäh rend die Differenz der Spannungen P und N veränderlich ist. Wenn, wie Fig. 4 zeigt, ein Leckstrom in der Rückführungs betriebsart auf dem Pfad 23 fließt, wird die N-Seite des Hauptstromkreis-Gleichrichterkreises 2 eingeschaltet, was in N=N′ resultiert. In diesem Fall ist der Leckstrom groß, und wenn er auf dem Pfad 25 in Fig. 4 fließt, ent wickelt der Rückführungstransistor 14 einen Kollektorstrom IC (Fig. 7). Unter Vernachlässigung des Basisstroms und der Basis-Emitterspannung ist IC=VR/R₂. Da N=N′, ergibt sich die Eingangsspannung V0 des Vergleichers 10 zu V0=ICR₄=(R₄/R₂)VR. Wenn die Parameter so gewählt sind, daß R₄=R₂, dann wird VR gleich V0, und ein Spannungsan stieg des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 3 erscheint zwischen P und P′, und infolgedessen wird die Spannungs differenz beider Kondensatoren 3 und 7 den Eingängen des Vergleichers 10 zugeführt. Wenn bei der konventionellen Schaltung ein Leckstrom auf dem Pfad 22 in Fig. 2 fließt, der dem Pfad 25 von Fig. 4 des Ausführungsbeispiels gleicht, fließt in diesem Fall, wenn N gleich N′ ist, ein Ladestrom in den Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungs kondensator 7, wogegen beim Ausführungsbeispiel der Leck strom auf dem Pfad 25 durch den Emitter und den Kollektor des Rückführungstransistors 14 fließt und der Basisstrom, d. h. ein zum Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungs kondensator 7 fließender Strom, praktisch Null ist, so daß der Kondensator 7 auch bei Vorhandensein eines großen Leck stroms eine konstante Spannung hat. Die Spannung des Haupt stromkreis-Glättungskondensators 3 steigt, so daß der Ver gleicher 10 den Rückführungstransistor 9 einschaltet, so daß die Rückführungsenergie von einem Rückführungsener gie-Ableitwiderstand 8 abgeleitet wird, wodurch die Span nung des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 3 konstant gehalten wird.

Wenn in der Rückführungsbetriebsart ein Leckstrom auf dem Pfad 24 von Fig. 4 fließt, wird eine P-seitige Diode des Hauptstromkreis-Gleichrichterkreises 2 leitend, was in P = P′ resultiert. In diesem Fall wird der Rückführungs transistor 14 abgeschaltet, und selbst ein großer Leckstrom kann nicht auf dem Pfad 25 von Fig. 7 fließen. Daher er scheint ein Spannungsanstieg VR des Hauptstromkreis-Glät tungskondensators 3 zwischen N und N′, wie Fig. 6 zeigt, was in der Zuführung einer Spannungsdifferenz beider Kon densatoren 3 und 7 zu den Eingängen des Vergleichers 10 resultiert. Infolgedessen schaltet der Vergleicher 10 den Rückführungstransistor 9 ein, so daß die Rückführungs energie von dem Rückführungsenergie-Ableitwiderstand 8 abgeleitet wird, wodurch die Spannung des Hauptstromkreis- Glättungskondensators 3 konstantgehalten wird.

Wenn im Rückführungsbetrieb ein Leckstrom entweder auf dem Pfad 23 oder dem Pfad 24 fließt, steigt die Spannung des Hauptstromkreis-Glättungskondensators 3 auch dann, wenn der Leckstrom groß ist und in den Rückführungstransistor 14 fließt, so daß eine Spannungsdifferenz der Kondensatoren 3 und 7 dem Vergleicher 10 zugeführt wird, der dann den Rück führungstransistor 9 einschaltet, so daß die Rückfüh rungsenergie durch den Rückführungsenergie-Ableitwider stand 8 abgeleitet wird, wodurch die Spannung des Haupt stromkreis-Glättungskondensators konstantgehalten wird.

Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird zwar als Rückführungstransistor 14 ein pnp-Transistor eingesetzt, selbstverständlich kann dafür aber auch ein npn-Transistor eingesetzt werden. In diesem Fall überwacht der Vergleicher 10 die Spannungsdifferenz zwischen P und P′.

Wenn bei der oben beschriebenen Erfindung Spannungen an den positiven Elektroden des Hauptstromkreis-Glättungskonden sators und des Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungs kondenators gleich sind, verhindert der einen Rückfüh rungstransistor enthaltende Rückführungskreis, daß ein Leckstrom zum Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungs kondensator fließt, und führt eine von der Rückführungs energie erzeugte Spannungsdifferenz dieser Kondensatoren direkt dem Vergleicher zu; und wenn Spannungen an den nega tiven Elektroden des Hauptstromkreis-Glättungskondensators und des Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskondensa tors gleich sind, verhindert die Schaltung praktisch, daß ein Leckstrom zum Rückführungs-Referenzspannungs-Glät tungskondensator fließt, und führt eine Spannungsdifferenz dieser Kondensatoren nach Stabilisierung dem Vergleicher zu, und infolgedessen wird, wenn ein Spannungsanstieg des Hauptstromkreis-Glättungskondensators an seiner positiven oder seiner negativen Elektrode erscheint, die Spannungs differenz dieser Kondensatoren dem Vergleicher zugeführt, wodurch das Schaltelement eingeschaltet wird, so daß die Rückführungsenergie von dem Rückführungsenergie-Ableit widerstand abgeleitet wird, der dem Hauptstromkreis-Glät tungskondensator parallelgeschaltet ist; dadurch wird die Spannung des Hauptstromkreis-Glättungskondensators kon stant gehalten, ohne daß sie bei der Durchführung der Rück führungsenergiesteuerung von einem Leckstrom beeinflußt wird.

Claims

1. Rückführungs-Steuerschaltung für ein Elektromotor-Antriebs system mit einem mit einer Drehstromversorgung (1) gekoppelten Gleichrichterkreis (2), einem mit dem Ausgang des Gleichrich terkreises (2) gekoppelten Hauptstromkreis-Glättungskondensa tor (3), mit einem Wechselrichter (4), der eingangsseitig mit dem Hauptstromkreis-Glättungskondensator (3) und ausgangssei tig mit einem Elektromotor (5) gekoppelt ist, mit einer Rück führungsenergie-Ableiteinrichtung (8), die dem Hauptstromkreis- Glättungskondensator (3) über ein Schaltelement (9) parallelge schaltet ist, mit einen Rückführungs-Referenzspannungs-Gleich richterkreis (13), der mit der Drehstromversorgung (1) gekop pelt ist und eine Rückführungs-Referenzspannung erzeugt, mit einem Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskondensator (7), der mit dem Ausgang des Rückführungs-Referenzspannungs-Gleich richterkreises (13) gekoppelt ist, und mit einem mit dem Schalt element (9) gekoppelten Vergleicher (10) zum Vergleichen der Spannungsdifferenz zwischen dem Rückführungs-Referenzspannungs- Glättungskondensator (7) und dem Hauptstromkreis-Glättungskon densator (3) mit einer Bezugsspannungsquelle (11) und zum Erzeugen eines Ausgangssignals zum Ansteuern des Schaltelements (9), gekennzeichnet durch einen Rückführungskreis (18) mit einem Rückführungstransistor (14), welcher zwischen dem Hauptstromkreis-Glättungskondensa tor (3) und dem Rückführungs-Referenzspannungs-Glättungskon densator (7) zum Schalten eines Stromflusses zwischen den Kon densators (3, 7) derart angebracht ist, daß bei einem Span nungsanstieg am Hauptstromkreis-Glättungskondensator (3) durch Rückführungsenergie ein Leckstrom zum Rückführungs-Referenz spannungs-Glättungskondensator (7) verhindert wird (Fig. 3, 4).

2. Rückführungs-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführungsenergie-Ableiteinrichtung einen Wider stand (8) aufweist.

3. Rückführungs-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführungs-Referenzspannungs-Gleichrichterkreis (13) aus sechs Dioden besteht.

4. Rückführungs-Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement einen Transistor (9) aufweist.