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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986003013A1
    申请号:PCT/DE1985/000471
    申请日:1985-11-13
    公开日:1986-05-22
    发明作者:Rupprecht Gabriel；Edwin Kiel；Walter Schumacher
    申请人:Hanning Elektro-Werke Gmbh & Co.；
    IPC主号:G01R21-00
    专利说明:
    Elektrisches Messverfahren Die Erfindung betrifft ein elektrisches Messverfahren zur vergleichenden Bestimmung des Leistungsfaktors eines von einer stationären oder ortsveränderlichen Spannungsquelle über einen Umrichter gespeisten Drehstrommotors und einer in wenigstens einem Schaltzweig angeordneten Strommesseinrichtung, die über einen Schalter mit einem Integrator oder ähnlich wirkenden Filter verbunden ist. Solche im Rahmen einer Reihe von Steuer-, Regel- und Überwachungszwecken benötigten Messanordnungen werden beispielsweise als Überwachungseinrichtungen für das Kippen des Motors, Leistungsfaktorregelungen usw. eingesetzt. Aus Schenk/Tietze "Halbleiter-Schaltungstechnik", Springer-Verlag 1983, S. 819-824, sowie den DE-AS 15 41 896 und 22 20 241 sind Anordnungen zur vergleichenden Phasen EMI2.1bestimmungbekannt. Mit derartigen Anordnungen lässt sich der Leistungsfaktor oder cos phi aus den Spannungs- und Stromverläufenan den Motorklemmen bestimmen, Für die spezifischen Aufgaben in umrichtergespeisten Antrieben mit ihren, wegen der schaltenden Arbeitsweise der Umrichter oberschwingungsbehafteten Signalformen, mit teilweise mehrfachen Nulldurchgängen, sind diese Anordnungen jedoch störanfällig und daher weniger gut geeignet. Ebenso scheiden Filteranordnungen hinsichtlich des grossen Frequenzbereiches des Umrichters aus. Auch die erforderliche potentialtrennende Messung des Motorstromes ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Eine Anordnung zur Regelung des Leistungsfaktors von umrichtergespeisten Antrieben wird in der DE-PS 30 30 694 beschrieben. Sie benutzt eine Messeinrichtung, die nicht den Motorklemmenstrom, sondern den Zwischenkreisstrommisst. Prinzipbedingt ist dieses Verfahren aber nur für Umrichter mit blockförmiger Ausgangsspannung bzw. blockförmigem Strom, nicht aber für Pulsumrichter ohne umSang-reiche Erweiterungen nutzbar. Der Grund hierfür liegt darin, dass bei Pulsumrichtern die Ausgangsspannung mittels Pulsbreitenmodulation variiert wird. Dadurch wird beim Einschalten des Nullvektors der Blindstrom nicht über den Zwischenkreis geschaltet und ist dort auch nicht messbar. Noch weitaus schwierigere Verhältnisse kommen im Falle sinusbewerteter Modulation zustande. Aufgabe der Erfindung ist es, ein vergleichendesMessverfahren zur Bestimmung des Leistungsfaktors von umrichtergespeisten Antrieben verfügbar zu machen, das sich mit einem gegenüber dem Stand der Technik verringerten gerätetechnischen Aufwand bei Umrichtern jeder beliebigen Schaltungsanordnung einsetzen lässt. Zur Lösung der gestellten Aufgabe soll das aus den Ansprüchen hervorgehende Messverfahren dienen. Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen: Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässenSchaltungsanordnung, Fig. 2 die in einem Vektorschaubild dargestellten diskre ten Spannungszeiger der vom Umrichter abgegebenenAusgangs spannung, Fig. 3a und 3b zwei Diagramme über den Stromverlauf imMesspunkt des Schaltzweiges und den Motorstrom eines von einem Pulsumrichter mit Blockmodulation betriebenen Asynchronmotors, Fig. 4 eine vereinfachte Schaltungsanordnung für Pulsum richter mit Blockmodulation, und Fig. 5 die Schaltungsanordnung für einen Pulsumrichter mit sinusbewerteter Modulation. Das aus Fig. 1 hervorgehende Prinzipschaltbild stellt eine Schaltungsanordnung mit einem durch eine Spannungsquelle 1 und sechs Schalter 2 bis 7 mit den ihnen jeweils zugeordneten Freilaufdioden 8 bis 13 gekennzeichneten Umrichter dar, von dem ein Drehstrommotor 14 gespeist wird. Eine in einem Schaltzweig des Umrichters befindliche Strommesseinrichtung 15 ist über einen Schalter 16 mit einem Integrator 17 verbunden, dem eine Steuerlogik zugeordnet ist, die aus einem Modulationsteil 18, einem Winkelbereichsschaltwerk 19, eventuell einer Symmetrierlogik und einem Verknüpfungsschaltnetz20 besteht. Der Ausgang des Integrators 17 bleibt nur bei einem realen, dem Sollwert entsprechenden Leistungsfaktor konstant. Bei den Schaltungsteilen 2 bis 13 in Fig. 1 handelt es sich um die üblichen Bestandteile eines umrichtergespei sten Drehstrommotors. Die Spannungsquelle 1 besteht in realen Systemen beispielsweise aus einem Zwischenkreis Kondensator, der von einem Gleichrichter gespeist wird, einer Batterie oder ähnlichem. Die Schalter 2 bis 7 des Umrichters ermöglichen je nach Stellung diskrete Ausgangsspannungswerte, die sich in einem Drehstromsystemals rotierende Zeiger mit diskreten Werten darstellen lassen. Fig. 2 zeigt die sieben diskreten Werte, welche die Ausgangsspannung eines dreiphasigen Umrichters unter Vernachlässigung der transienten Vorgänge im Schaltvorgang annehmen kann. Der Nullvektor wird dabei durch das Schalten aller Phasen auf ein konstantes, also das UObzw. das Masse-Potential erreicht. In anderen als dreiphasigen Umrichtern gelten ähnliche Verhältnisse, jedoch mit anderen Zeigerstellungen der möglichen Spannungszeiger. Die Schaltfolge des Umrichters wird durch den Modulator 18 bestimmt. Je nach Modulatlonsverfahrenergeben sich mehr oder weniger sinusförmige Verläufe des Motorstromes. Die Möglichkeiten zur Erfassung des Leistungsfaktors cos phi aus den an den Motorklemmen messbaren Grössen sind bekannt. Die in Fig. 3a gezeigten Verläufe des Motorstromes lassen erkennen, dass einfache Phasendetektorschaltungen durch die mehrfachen Nulldurchgänge des Stromes fUr eine Erfassung des Phasenwinkels nicht ausreichen. Erfindungsgemäss wird daher in einem Winkelbereich, der symmetrisch zu dem zu untersuchenden Leistungsfaktorwinkel phi-soll ist, der Strom integriert. Hierdurch erreicht man, dass mit grösser werdendem Winkelbereich der Einfluss der Oberschwingung geringer wird. Die Strommessung in der Zuleitung zum Motor ist aufwendig, , da siepotentialtrennend ausgeführt werden muss. Erfindungsgemäss wird der Strom nicht in der Motorzuleitung,sondern in einem oder mehreren Schaltzweigen gemessen. Der Schalter führt, wie eine einfache Uberlegung und Fig. 3b zeigen, zeitweise den Motorstrom. Durch Integration während geeigneter Zeitabschnitte kann nun aus dem durch den Schalter fliessenden Strom der Leistungsfaktor bezüglich eines Sollwertes verglichen werden. Der Vorteil der Messung des Stromes in dem Schalter ist die potentialbehaftete Messmöglichkeit. Hierbei wird sinnvollerweise die Signalelektronik auf dem Potential des Messpunktes betrieben, womit sich sehr einfache Messmöglichkeiten des Stro-mes mit einfachen Widerständen ergeben. Da keinerlei Genauigkeitsanforderungen an die Messgenauigkeit des Stromes gestellt werden, sondern nur die Symmetriebedingung durch Integration in einem bestimmten Winkelbereich erfüllt sein muss, kann ein einfacher Draht usw. als Messwiderstand eingesetzt werden. Die ausreichenden Bedingungen für die Einschaltfunktiondes Integrators sind folgende: 1.) Die Integrationszeit muss ungleich dem ganzzahligen Vielfachen der Einschaltzeit für eine Periode sein, und 2.) der Integrator 17 darf nur eingeschaltet sein, wenn den betroffenen Schaltzweig 15 Stromdurchfliesst und gleichzeitig die Schaltfunktion des Integrators 17 zu dem zu überprüfendenWinkel in der Zeitdauer und Zeitfolge für alle Frequenzen und Amplituden proportional ist. Diese Bedingungen führen für die verschiedenen Umrichtertypen zu unterschiedlichen Ausführungsformen,die anschliessend für die wichtigsten Umrichtertypen beschrieben werden. Die einfachste Realisierung einer Erfassungsschaltung bietet der Umrichter mit variabler Zwischenkreisspannung und blockförmigemVerlauf der Ausgangsspannung. Hierbei wird der Einfachheit halber in einem um den zu prüfendenPhasenwinkel integrierten Bereich, bei dem der Schalter 16 geschlossen ist, gemessen. Damit ist sichergestellt, dass während des Messvorganges auch dauernd Strom durch den Messpunkt fliesst. Die Symmetriebedingung ist damit in trivialer Weise erfüllt. Als Beispiel für die Erfassung eines Leistungsfaktors von 0,7 - entsprechend ca. 45Phasenwinkel - eignet sich demnach einIntegrations-bereich von 0bis 90des Spannungsverlaufes. Etwas aufwendiger gestaltet sich die Verfassungdes Leistungsfaktors für Umrichter mit fester Zwischenkreis spannung. Bei Umrichtern mit blockförmiger Ausgangsspannung wird die mittlere Amplitude der Ausgangsspannung durch Pulsbreitenmodulation verstellt. Fig. 3b zeigt den Stromverlauf im Messshunt 15 bei einer derartigen Steuerung des Motors Dabei wird in diesem Fall der Nullvektor, also die Ausgangsspannung null, durch das Einschalten aller parallel zum Messzweig befindlichen Schalter 3, 5 und 7 erreicht. Analog zum ersten Beispiel wird hier als zusätzliche Bedingung nicht während des gesamten Messbereichs, beispielsweise 45 + 45",sondern gemäss Fig. 4 nur bei zusätzlich eingeschaltetem Schalter 16 integriert. Der sich daraus ergebende Integrationsbereich kann erweitert werden, wenn als Symmetriefunktion das Einschalten eines Spannungszeigers ungleich dem Nullvektor mit dem.Schaltsignal "und"verknüpft wird, was jedoch nur für dieses Beispiel gilt. Jedes andere Modulationsverfahren kann eine ander Symmetriefunktion verlangen. Beispielsweise ist die Symmetriefunktionfür Umrichter mit einer sinusbewerteten Modulation nicht trivial erfüllt, da das Pulsbreitenverhältnisüber die Periode variabel ist. Nur bei einigen singulären Leistungsfaktoren, die den Symmetriepunkten der trigonometrischen Funktionen entsprechen, d.h. bei 900bzw. 180 ,ergeben sich dieselben Bedingungen wie für das vorherige Beispiel. Die Sym metriefunktion ist eine weitere Schaltfunktion, die mit der Schaltfunktion des Schalters, in dessen Schaltkreis der Strom gemessen wird, "und"verknüpft wird. Die einfachste von beliebig vielen Symmetriefunktionen ist die Einführung einer Funktion mit einer konstanten Schaltzeit, die der bezüglich des gewählten Integrationsbereiches kürzesten bestehenden Einschaltzeit des Schalters entspricht und bei jedem Einschalten des Schalters ausgelöst wird. Eine weitere Ausführungsform geht aus Fig. 5 hervor. Hier wird nicht die Messfunktion symmetriert, sondern der Vergleichswert mit einer der Linearisierung dienenden Funktion beaufschlagt. In realen Systemen wird normalerweise ein fester Phasenwinkel verglichen. Das heisst, es muss nur einmalig der tatsächliche Phasenwinkel mit den Ubli-chen Messmethoden zu einem bestimmten Integrationsbereich, also nur ein Punkt der Linearisierungsfunktion bestimmt werden.
    权利要求:
    Claims
    Elektrisches Meßverfahren
    Ansprüche:
    Elektrisches Meßverfahren zur vergleichenden Bestimmung des Leistungsfaktors eines von einer stationären oder ortsveränderlichen Spannungsquelle über einen Umrichter gespeisten Drehstrommotors und einer in wenigstens einem Schaltzweig angeordneten Strommeßeinrichtung, die über einen Schalter mit einem Integrator oder ähnlich, wirkenden Pilter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Strom periodisch über elektronische Schalter dem Integrator zugeführt wird, wenn der Schalter des Schaltzweiges geschlossen ist, die Ausgangsspannung zwischen den Klemmen des Umrichters ungleich null ist und ein vorgegebener Winkelbereich kleiner als eine Periode der Ausgangsfrequenz des Umrichters vorliegt.
    2. Elektrisches Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in dem Schaltzweig des Umrichters gemessene Strom in einem zum entsprechenden Phasenwinkelsollwert symmetrischen Winkel- bzw. Zeitintervall integriert wird, wenn der Schaltzweig geschlossen ist und gleichzeitig eine zur Symmetrierung dar Einschaltzeit des Integrators bezüglich des zu überprüfenden Phasenwinkelsollwertes dienende Schaltfunktion vorliegt.
    3. Elektrisches Meßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter eine blockförmige Ausgangsspannung aufweist und die Amplitude dieser Ausgangsspannung durch eine variable Eingangsspannung das Umrichters bestimmt wird, wobei der Intagrationsbereich symmetrisch zum Phasenwinkelsollwert sowie kleiner oder gleich dem Abstand zum Einschaltsignal das Schaltzweiges i3t.
    4. Elektrisches Meßverfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter eine blockförmige Ausgangsspannung aufweist und die Amplitude dieser Ausgangsspannung in ihrem Mittelwert durch Puls breitenmodulation mit einem variablen Tastverhältnis bestimmt wird, wobei der Integrationsbereich symmetrisch zum Phasenwinkelsollwert sowie kleiner oder gleich dem Abstand zum Einschaltsignal des Schaltzweigas ist.
    5. Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter über jeweils ein Steuerschaltnetz geschaltet werden, das aus der Und-Verknüpfung des Schaltzustandes des im Schaltzweig angeordneten Schalters, dem Winkelbereichsschaltwerk und dem Signal für die Ungleichheit der Ausgangsspannung von null besteht.
    6. Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens nach
    Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter über jeweils ein Steuerschaltnetz geschaltet werden, das aus der Und-Verknüpfung des Schaltzustandes des im Schaltzweig angeordneten Schalters, dem Winkelbereichsschaltwerk und einem Punktionsschaltwerk besteht, das für die Symmstrierung der Schaltzeiten der elektronischen Schalter bezüglich das zu messenden Phasenwinkels sorgt.
    7. Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter über jeweils ein Schaltnetz angesteuert werden, das aus der Und-Yerknüpfung des Schaltzustandes des im Schaltzweig angeordneten Schalters und dem Winkelbereichsschaltwerk besteht.
    3. Anordnung zur Durchführung des Meßverfahrens nach
    Anspruch 4, dadurch gekannzeichnet, daß die elektronischen Schalter über jeweils ein Steuerschaltnetz geschaltet werden, das aus dar Und-Verknüpfung des Schaltzustandas des im Schaltzweig angeordneten Schalters, dem Winkelbereichsschaltwerk und dem Signal für die Ungleichheit dar Ausgangsspannung von null besteht.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0201593A1|1986-11-20|
    EP0201593B1|1990-02-28|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1986-05-22| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
    1986-05-22| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1986-08-13| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1985906031 Country of ref document: EP |
    1986-11-20| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1985906031 Country of ref document: EP |
    1990-02-28| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1985906031 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE3441720||1984-11-15||
    DEP3441720.6||1984-11-15||AT85906031T| AT50648T|1984-11-15|1985-11-13|Elektrisches messverfahren.|
    DE19853576212| DE3576212D1|1984-11-15|1985-11-13|Elektrisches messverfahren.|
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