DE2225609C2 - Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines über einen statischen Umrichter mit variabler Spannung und dazu etwa mit proportionaler Frequenz gespeisten Mehrphasenwechselstrom-Asynchronmotors - Google Patents

Description

— einen Stromistwertgeber (66, 68, 70) for jede Motorphase, dessen Ausgangssignalspannung nach Größe und Phase mit dem tatsächlichen Strom übereinstimmt,

— einen Spannungssignalgeber (82) für jede Motorphase, dessen Ausgangssignalspannung in ihrer Phasenlage mit der der Motorspannung übereinstimmt,

— eine der Zahl der Motorphasen entsprechende Anzahl von Phasenstromauswerteinrichtungen (150, 152, 154) denen jeweils die Ausgangssignalspannungen der zugehörigen Spannungssignalgeber (82) und Stromistwertgeber (66,68,70) zugeführt sind,

— jede Phasenstromauswerteinrichtung (150, 152, 154) gibt an ihrem Ausgang eine Phasensteuerspannung ab, deren mittlere Größe proportional ist zur mittleren Größe derjenigen Komponente des Phasenstromes, die mit der zugehörigen Spannung gleichphasig ist,

— eine erste Summiereinrichtung (176), der sämtliche Phasensteuerspannungen zugeführt sind,

— eine zweite Summiereinrichtung (190), der als erste Signalkomponente ein zur Ausgangssignalspannung der ersten Summiereinrichtung (176) proportionales Signal und als zweite Signalkomponente ein sowohl zur Ausgangsspannung der ersten Summiereinrichtung als auch zur Grundfrequenz proportionales Signal zugeführt sind,

— die Ausgangssignalspannung der zweiten Summiereinrichtung (190) ist das stromabhängige Signal.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Phasenstromauswerteinrichtung (150, 152, 154) einen Feldeffekttransistor (210) enthält, dessen Drain-Elektrode mit dem Stromistwertgeber (66,68, 70), dessen Source-Elektrode mit der ersten Summiereinrichtung (176) und dessen Gate-Elektrode mit dem Spannungssignalgeber verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromistwertgeber (66, 68, 70) ein Stromwandler verwendet ist, dessen Primärwicklung in der jeweiligen Zuleitung vom Umrichter (12, 14, 16) zur Motorphasenwicklung liegt und dessen Sekundärwicklung mit der Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors (210) verbunden ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines über einen statischen Umrichter mit variabler Spannung und dazu etwa in proportionaler Frequenz gespeisten Mehrphasenwechselstrom-Asynchronmotors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der CH-PS 4 98 517 bekannt Danach können mehrphasige Wechselstromasynchronmotoren dadurch mit variabler Drehzahl betrieben werden, daß ihnen eine Mehrphasenspannung mit veränderlicher Frequenz zugeführt wird. Dabei wird die angelegte mittlere Spannung entsprechend geregelt, um ein im wesentlichen konstantes Verhältnis von Spannung zu Frequenz zu schaffen.
Es ist ebenfalls bekannt, daß sich die Drehzahl eines Asynchronmotors von der synchronen Drehzahl um den sog. Schlupf unterscheidet, der sich mit dem Drehmoment oder der Last verändert Wenn keine Regelung besteht, bewirkt eine Vergrößerung der Motorlast eine Verkleinerung der Motordrehzahl und somit eine Vergrößerung des Schlupfes, und eine Verkleinerung der Last führt zu einer erhöhten Motordrehzahl und vermindertem Schlupf. In vielen Anwendungen von Antriebssystemen ist eine konstante oder im wesentlichcn konstante Motordrehzahl über einen weiten BeIas:;ngsbereich nicht nur wünschenswert sondern auch wesentlich Bei derartigen Antriebssystemen muß eine wirksame Drehzahlregelung für einen vernünftigen Betrieb des Antriebssystems vorgesehen sein. Da die Motordrehzahl durch eine Vergrößerung der Grundfrequenz der dem Motor zugeführten Wechselspannung erhöht und durch die Herabsetzung der Grundfrequenz verringert werden kann, kann eine Drehzahlregelung dadurch geschaffen werden, daß der Schlupf abgetastet

und Änderungen im Schlupf dadurch ausgeglichen werden, daß die Grundfrequenz vergrößert oder verkleinert wird.

Es ist auch erstrebenswert, daß die Erregerspannung bei einem Asynchronmotor konstant gehalten und nicht durch Laständerungen bei einer gegebenen Frequenz beeinflußt wird. Deshalb sind bei der bekannten Anordnung gemäß der eingangs genannten CH-PS 4 98 517 Widerstandsmittel in den Wechselrichterstromkreis geschaltet, um wenigstens eine vom Wechselrichterstrom abgeleitete Korrekturspannung zu erzeugen, weiche dazu dient, den Motor zu steuern. Hierdurch wird jedoch nur für eine unvollständige Kompensation gesorgt, so daß die Statorimpedanz die Wirkung hat, daß die Erregerspannung mit steigender Last verkleinert

so und mit sinkender Last erhöht wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Anordnung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß eine bessere Konstanz der Betriebsdrehzahl bei Belastungsschwankungen erhalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die über der Statorimpedanz abfallende Spannung kompensiert wird Dadurch werden Erregerspannung und die Betriebsdrehzahl unabhängig von der Last konstant gehalten.
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. F i g. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines drehzahlveränderlichen Wechselstrom-Antriebssystems.
F i g. 2 ist ein Blockdiagramm der Regeleinrichtung

3 4

für das Antriebssystem gemäß F i g. 1. Eingangssignale an. Zu diesen gehört ein Sollwertsignal

F i g. 3 ist ein genaueres Blockdiagramm von Ab- von einem entsprechenden Geber 64. Das Sollwertsi-

schnitten der Regeleinrichtung gemäß F i g. 2. gnal gibt eine gewünschte Leistungsfähigkeit insbeson-

F i g. 4 ist ein schematisches Schaltbild eines bevor- dere die Motordrehzahl, an. Die Zündsteuerung 54 emp- _:ugten Ausführungsbeispieles der Steuereinrichtung 5 fängt auch Signale, die dem Iststrom in jeder Motorgemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Er- phase proportional sind. Diese Signale werden auf gefindung. eignete Weise, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, durch

F i g. 1 zeigt einen dreiphasigen Asynchronmotor 10 Stromtransformatoren 66,68 und 70 erzeugt, die derart mit Phasen A, B und Q die von einem Stromrichter mit geschaltet sind, daß sie den tatsächlichen Stromfluß in einphasigen Wechselrichterschaltungen 12, 14 und 16 io den Phasen A, Bbzw. Cüberwachen.
gespeist werden. Jede Wechselrichterschaltung 12, 14, Bevor auf die Steuereinrichtung gemäß dem beschrie-16 wandelt Gleichstrom aus einer Gleichstromquelle 18 benen Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen in Wechselstrom um, die dem Motor 10 zugeführt wird. wird, soll die allgemeine Arbeitsweise des Antriebssy-Es kann jede geeignete Gleichstromquelle verwendet stems gemäß F i g. 1 beschrieben werden. Es sei daran werden, wie z. B. eine Batterie oder eine gleichrichtende 15 erinnert, daß die Funktion der Wechselrichterschaltun-Anordnung. Um die Welligkeit zu dämpfen und für eine gen 12, 14 und 16 darin besteht, Gleichstrom aus der Gleichstromquelle mit niedriger Impedanz zu sorgen, ist Quelle 18 in einen Wechselstrom umzuwandeln, der ein Filter vorgesehen. Dieses Filter umfaßt eine Indukti- Phasen A, B und C des Motors 10 zugeführt wird. Um vität 20, die mit der positiven Klemme 24 der Gleich- dies "in der Phase A herbeizuführen, leiten der steuerstromquelle 18 verbunden ist, und einen Kondensator 20 bare Gleichrichter 34 und der steuerbare Gleichrichter 22, der bei 30 mit der Induktivität 20 und der negativen 36 abwechselnd für Zeitperioden, die durch die Zünd-Klemme 26 der Gleichstromquelle 18 in Verbindung steuerung 54 festgelegt werden. Die Grundfrequenz, steht Alternativ könnte auch ein Direkt-Umrichter ver- mit der Leitfähigkeitsänderungen auftreten, wird durch wendet werden. die Zündsteuerung 54 und Zündimpulse gesteuert, die

Die Wechselrichterschaltung 12 für die Phasen A 25 sie den Gleichrichtern der Wechselrichterschaltung 12 weist eine positive Sammelschiene 28, die mit der elek- zuführt Dies erfolgt bekanntlich durch Kommutierung trischen Verbindungsstelle 30 zwischen der Induktivität und wird nun anhand der Phase A und der Wechsel-20 und dem Kondensator 22 verbunden ist, und eine ne- richterschaltung 12 kurz beschrieben.
gative Sammelschiene 32 auf, die mit der negativen Es sei zunächst angenommen, daß der steuerbare Klemme 26 der Gleichstromquelle 18 in Verbindung 30 Hauptgleichrichter 34 Strom zum Motor 10 leitet Aufsteht Ferner sind zwei steuerbare Hauptgleichrichter grund eines vorhergehenden Betriebes ist der Konden-34 und 36 vorgesehen, die zwischen der positiven Sam- sator 46 geladen, so daß ein Punkt 72 zwischen dem melschiene 28 und der negativen Sammelschiene 32 in Kondensator 46 und der Induktivität 48 bezüglich der Reihe geschaltet sind Die Anode des Gleichrichters 34 Verbindungsstelle 50 positiv ist Um den steuerbaren ist dabei mit der positiven Sammelschiene 28 verbun- 35 Gleichrichter 34 zu sperren, wird der kommutierende den. Ferner sind steuerbare Gleichrichter 38 und 40 in steuerbare Gleichrichter 38 eingeschaltet, indem er Reihe zwischen die Sammelschienen 28 und 32 geschal- einen Zündimpuls von der Zündeinrichtung über die tet und zwar mit der gleichen Polarität wie die steuerba- Leitung 60 erhält Eine Reihen-Oszillatorschaltung, die ren Gleichrichter 34 und 36. Die Gleichrichter 34,36,38 den Kommutierungskondensator 46 und die Kommu- und 40 sind vorzugsweise steuerbare Siliziumgleichrich- 40 tierungsinduktivität 48 umfaßt, ist nun dem Laststrom ter bzw. Thyristoren, es können aber auch funktionell führenden Gleichrichter 34 parallel geschaltet Ein äquivalente Vorrichtungen, wie z. B. Gasthyratrons, ver- Stromimpuls, der durch die Entladung der Reihen-Oszüwendet werden. Parallel zu den steuerbaren Gleichrich- 1 aufschaltung erzeugt wird, übernimmt nun die Funktern 34 bzw. 36 sind mit entgegengesetzter Polarität tion der Zuführung von Laststrom zum Motor 10 und Diodengleichrichter 42 und 44 geschahst, und eine In- 45 bewirkt, daß die Diode 42 in Durchlaßrichtung vorgeduktivität 48 und ein Kondensator 46 sind in Reihe zwi- spannt wird. Infolgedessen sinkt der Strom durch den sehen die Verbindungsstelle 50 der Gleichrichter 38 und steuerbaren Gleichrichter 34 auf Null ab. Die Rück-40 und die Verbindungsstelle 52 der Gleichrichter 34 kopplungsdiode 42 leitet überschüssigen Kommutie- und 36 sowie der Diodengleichrichter 42 und 44 geschal- rungsstrom um den steuerbaren Gleichrichtern 34 tet Die Phase A des Motors 10 ist mit der Verbindungs- so herum und liefert eine begrenzte Sperrvorspannung an stelle 52 verbunden, um von der Wechselrichterschal- den steuerbaren Gleichrichter 34. Diese Vorspannung tung 12 Wechselstrom aufzunehmea in Sperrichtung dauert für eine Periode an, die langer

Die Wechselrichterschaltungen 14 und 16 zur Ein- als die Ausschaltzeit des steuerbaren Gleichrichters 34

speisung von Wechselstrom in die Phasen B bzw. Csind ist, so daß dieser steuerbare Gleichrichter ausgeschaltet

in ihrem Aufbau und der Art der Verbindung mit der 55 wird, d. h. er gewinnt seinen Sperrzustand zurück.

Gleichstromquelle 10 die gleichen wie die Wechsel- Nachdem der Kommutierungskondensator 46 mit

richterschaltung 12. Demzufolge sind gleiche Elemente entgegengesetzter Polarität geladen ist, so daß die Ver-

in der Schaltung 12 durch Bezugszeichen mit einem bindungsstelle 50 positiver ist als die positive Sammel-

Strich und gleiche Elemente in Schaltung 16 durch Be- schiene 28, sperrt der kommutierende Gleichrichter 38.

zugszeichen mit einem Doppelstrich bezeichnet 60 Da der steuerbare Gleichrichter 34 nun ausgeschaltet

Wie in Fi g. 1 dargestellt ist, ist eine Zündzeitpunkt- ist, zirkuliert ein Blindstrom durch die entgegengesetzte steuerung 54 für die steuerbaren Gleichrichter 34,36,38 Rückkopplungsdiode 44. Der steuerbare Hauptgleich- und 40 der Wechselrichterschaltung von Phase A vor- richter 36 kann zu dieser Zeit gezündet werden, indem gesehen, die über die Verbindungen 56, 58, 60 bzw. 62 seiner Steuerelektrode über die Leitung 58 ein Zündsi-Zündimpulse zuführt Ähnliche Zündimpulse werden 65 gnal zugeführt wird. Der Kommulierungskondensator auch über entsprechende Verbindungen den Gleich- 46 ha', anschließend die geeignete Polarität, um diesen richtern der Wechselrichterschaltungen 14 und 16 züge- steuerbaren Gleichrichter zu sperren, wenn der steuerleitet Die Zündsteuerung 54 spricht auf verschiedene bare Kommutierungsgleichrichter 40 eingeschaltet ist.

Nachdem die steuerbaren Gleichrichter 36 und 40 ausgeschaltet sind, um somit einen vollen Zyklus von 360 Grad elektrisch zu vervollständigen, wird der steuerbare Gleichrichter 34 durchgeschaltet und der Kondensator 46 auf die gleiche Polarität aufgeladen, wie es zu Beginn des Kommutierungsintervalls der Fall war. Die Wechselrichterschaltungen 14 und 16 werden entsprechend gesteuert

Neben der Regelung der Grundfrequenz, mit der dem Asynchronmotor 10 Wechselstrom zugeführt wird, weist die Zündsteuerung 54 Mittel auf, um die mittlere Spannung zu steuern. Genauer gesagt, führt der Betrieb in der oben beschriebenen Weise zu jedem gewählten Zeitpunkt zu zwei Phasen, die mit dem einen oder ande-

über einem vorgewählten Wert liegt, wie beispielsweise 150% des Nennstromes. Die Polarität des Signales ist dabei so, daß sie die Neigung besitzt, das Sollwertsignal dahingehend zu modifizieren, daß die Drehzahl, mit der der Motor während des Motorbetriebes arbeitet, herabgesetzt und während des Generatorbetriebes erhöht wird. Das Generatorbegrenzungssignal auf dem Leiter 96 umfaßt ein Signal, das während des Generatorbetriebes anzeigt, daß das Wechselrichtersystem mehr Leistung zur Gleichstromquelle zurückführt, als diese aufnehmen kann. Dabei ist die Polarität des Signales so, daß sie die Neigung hat, das Sollwertsignal dahingehend zu modifizieren, daß die Frequenz des Wechselrichters erhöht wird, damit der Motor langsamer ab-

ren Potential der Gleichstromeinspeisung in Verbin- 15 bremst, wenn er Leistung an die Gleichstromquelle zu-

dung stehea Beispielsweise können in einer gewählten Zeitperiode die Gleichrichter 34 und 34' von den positiven Sammelschienen 28 und 28' leitend sein, während der Gleichrichter 36" zur negativen Sammelschiene 32" leitend ist In einem anderen Zeitraum kann der Gleichrichter 34' von der positiven Sammelschiene 28' leitend sein, während die Gleichrichter 36 und 36" zu den negativen Sammelschienen 32 und 32" leitend sind.
Die Zündsteuerung 54 wird nun anhand des Blockdia-

rückgibt Gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Signal, das eine Anzeige für das Motordrehmoment und den Schlupf ist, ebenfalls dem Verstärker 88 über den Leiter 98 zugeführt Die Art und Weise, wie dieses Signal erzeugt und verwendet wird, wird an späterer Stelle genauer beschrieben.

Die allgemeine Arbeitsweise des Spannungssignalgebers 82, der Pulssteuerung 84 und der Steuerschaltung 86 für die Gleichrichterzündung wird nun anhand von

gramms gemäß F i g. 2 im einzelnen beschrieben. Der 25 F i g. 3 beschrieben. Die Ausgangsfrequenz des Wech-Sollwertgeber 64 liefert ein Sollwertsignal, das zusam- selrichters wird durch einen spannungsgesteuerten Oszillator 100 des Spannungssignalgebers 82 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Verstärkers 88 bestimmt

Wie oben bereits erläutert wurde, wird die Aus-

men mit anderen Signalen die Grundfrequenz des dem
Motor 10 zugeführten Wechselstroms, die im Zeitverhältnis gesteuerte Umschaltung oder Zerhackerfrequenz und das Verhältnis der Ein- und Ausschaltzeiten 30 gangsgröße dieses Verstärkers 88 durch den Wert des für die pulsgesteuerte Ausgangsspannung bestimmt Sollwertsignales bestimmt, das durch die Signale auf Die Ausgangsfrequenz und die Zerhackerfrequenz des
Wechselrichters werden durch einen Spannungssignal

geber 82 bestimmt. Eine Pulssteuerung 84 bestimmt den

den Leitern 94,96 und 98 modifiziert ist Der spannungsgesteuerte Oszillator 100 kann irgendein spannungsgesteuerter Oszillator sein, der eine Ausgangsfrequenz er-

Wert der Ausgangsspannung der Wechselrichterschal- 35 zeugt, die ein gewisses Vielfaches der tatsächlichen Austung, indem sie die relativen Ein- und Ausschaltzeiten gangsfrequenz der Wechselrichterschaltung ist In

einem dreiphasigen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Ausgangsgröße des Oszillators zweckmäßigerweise als eine Rechteckwelle mit einer 96-fachen Fre

der Laststrom führenden steuerbaren Gleichrichter bestimmt Eine Schaltung 86 zur Steuerung der Gleichrichterzündung spricht sowohl auf den Spannungssignalgeber 82 als auch auf die Pulssteuerung 84 an, um die 40 quenz der gewünschten Ausgangsfrequenz gewählt
entsprechenden Laststrom führenden und kommutie- Der Ausgang des Oszillators 100 ist über einen Leiter

renden Gleichrichter gemäß den Ausgangsgrößen des 102 mit einem Frequenzteiler 104 verbunden, der ein-Spannungssignalgebers 82 und der Pulssteuerung 84 zu zelne Flip-Flop-Stufen 106, 108, 110 und 112 aufweist, zünden. um die Ausgangsfrequenz des Oszillators 100 durch

Das Sollwertsignal kann von irgendeiner Quelle 64 45 zwei, vier, acht bzw. sechzehn zu teilen. Mit »Flip-Flop« erhalten werden, die zur Anzeige der gewünschten Aus- ist ein übliches elektronisches Logikelement gemeint,

das zwei stabile elektronische Zustände aufweist, die bei Aufnahme zahlreicher sukzessiver Eingangssignale von dem Oszillator 100 abwechselnd auftreten.
50 Die Ausgänge des Frequenzteilers 104 sind aus schematischen Gründen so dargestellt, daß sie mit einem Leiter 114 verbunden sind, der zu der Pulssteuerung 84 führt Diese wählt aus, welches der Ausgangssignale aus dem Frequenzteiler 104 es erforderlich macht, die richaufweisenden Systems angetrieben wird, oder von ande- 55 tige Zerhackerfirequenz für den Wechselrichter zu lieren Quellen erhalten werden. Das Sollwertsigna] ist fern. In dem bevorzugten dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Sollfrequenzsignal über einen Leiter 92 einem synchronisierenden Selektor 116 zugeführt, und die Auswahl des Vielfachen der Zerhackerfrequenz

Die Ausgangsgröße des Verstärkers 88 kann nicht nur 60 hängt von der Größe der Wechselrichterfrequenz ab. durch das Sollwertsignal, sondern auch durch verschie- Das höchste Vielfache, 48, wird Von der Leitung 118 bei dene andere Signale beeinflußt werden, zu denen ein der kleinsten Betriebsfrequenz des Wechselrichters ver-Strombegrenzungssignal, wie z. B. das Signal von dem wendet, und das kleinste Vielfache, 6, wird von der Lei-Leiter 94, oder das Generatorbegrenzungssignal auf tung 120 bei der höchsten Betriebsfrequenz benutzt dem Leiter 96 gehören. Das Strombegrenzungssignal 65 Die ausgewählten Vielfachen bestimmen die Anzahl auf dem Leiter 94 umfaßt ein Signal, das während des der Pulssteuerungen während einer gegebenen vollen Motor- oder Generatorbetriebes anzeigt, daß die Höhe Schwingungsperiode des Wechselrichterbetriebes. Es des tatsächlich in dem Motor 10 fließenden Stromes wird deutlich, daß die maximale zulässige Schaltge-

gangsgröße des Wechselrichters geeignet ist Beispielsweise kann es von dem Schleiferdraht eines Potentiometers erhalten werden, das durch eine gesteuerte Spannung vorgespannt ist, wobei die Stellung dieses Schleiferdrahtes gemäß der Solldrehzahl eines Motorantriebes verändert wird. Das Sollwertsignal könnte auch vom Ausgang eines Rechners oder eines Tachometers, das von einem Hauptantrieb eines viele Antriebe

über einen Verstärker 88 mit Leitern 90 und 92 verbunden, die zu dem Spannungssignalgeber 82 bzw. der Pulssteuerung 84 führen.

schwindigkeit der Schaltvorrichtungen eine obere Grenze für die Anzahl der Pulssteuerungen setzt, die durchgeführt werden können. Weiterhin ist die Wellenform ein Faktor, der die höheren Vielfachwerte begünstigt, und umgekehrt begünstigt die Speicherung von Kommutierungsenergie kleinere Vielfachwerte.

Ein dreiphasiger Generator 122 kann von irgendeiner zweckmäßigen Vorrichtung, wie z. B. einem Schieberegister, gebildet werden, die immer dann ein Eingangssignal aufnimmt, wenn die Spannung von einer der Ausgangsphasen A, B und C ihre Polarität am Ende einer Halbwelle der Ausgangsspannung für diese Phase und am Anfang einer zweiten Halbwelle dieser Spannung ändert. Da drei Ausgangsphasen bestehen, die um 120

Der Leiter 92 verbindet den Ausgang des Verstärkers 88 mit dem Spannungsbezugskanal 132 über einen Leiter 140. Der Spannungsbezugskanal 132 enthält hauptsächlich eine Taktspannungs-Kompensationsschaltung 142, die beispielsweise ein Widerstands-Spannungsteiler sein kann. Dieser enthält zweckmäßigerweise ein einstellbares Potentiometer zur Veränderung desjenigen Teils der am Eingang 140 anliegenden Spannung, der am Ausgang der Schaltung 142 auftritt Der Verstärker ίο 144 vereinigt die Ausgangsgröße von der Kompensationsschaltung 142 mit den Rückführungssignalen von den Leitern 148 und 146, die der mittleren Motorspannung bzw. -last proportional sind. Die Ausgangsgröße

von dem Verstärker 144 bildet das Spannungsbezugssi-Grad elektrisch verschoben sind, und da die Spannung 15 gnal, das über einen Leiter 150 der Mischschaltung 138 an jeder dieser Phasen für 180° die eine Polarität besitzt zugeführt wird. Es wird nun auf die F i g. 2 und 3 Bezug und dann für weitere 180° in die entgegengesetzte PoIa- genommen. Aus diesen wird gemäß der vorstehenden rität umschaltet, folgt daraus, daß der dreiphasige Gene- Beschreibung deutlich, daß ein Signal, das eine Anzeige rator 122 seinen Zustand alle 60° oder 6mal in jedem In- für das Motordrehmoment und den Schlupf ist, dem tervall von 360° ändert 20 Verstärker 88 über den Leiter 98 zugeführt wird, und

Der in F i g. 3 gezeigte dreiphasige Generator 122 daß ein die Motorlast anzeigendes Signal dem Verstär-

enthält drei Flip-Flop-Schaltungen 124,126 und 128, die jeweils die Eingangssignale von einem Leiter 120 erhalten, der mit dem Ausgang des Flip-Flop 112 verbunden

ker 144 der Pulssteuerung 84 über den Leiter 146 zugeführt wird. Wesentlich ist hier die Art und Weise, in der diese Signale erzeugt und dem Verstärker 88 und dem

ist Die Flip-Flops sind untereinander in einem Ring ver- 25 Verstärker 144 zugeführt werden.

In F i g. 2 sind die Stromtransformatoren 66,68 und 70 mit den Leitern verbunden, die den Phasen A, B bzw. C des Motors Strom zuführen, um den tatsächlichen Strom in jeder entsprechenden Phase kontinuierlich zu überwachen. In der Sekundärwicklung von jedem Stromtransformator wird ein dem tatsächlichen Phasenstrom proportionaler Stromfluß erzeugt und von dort zu einer entsprechenden Phasenstromauswerteinrichtung 150,152 und 154 geleitet Diesem werden fer-

chende Ausgangssignale erzeugt, während das Flip-Flop 126 der Phase B entsprechende Ausgangssignale erzeugt und das Flip-Flop 126 erzeugt Ausgangssignale für die Phase C Die Verbindungen der drei Flip-Flops

bunden, so daß immer dann, wenn ein Impuls von dem Flip-Flop 112 des Frequenzteilers 104 aufgenommen wird, nur einer der Flip-Flops des Dreiphasengenerators 122 wirksam wird. Das Ergebnis ist eine rechtwinklige oder Rechteckwelle für jede Phase, die ihre Polaritat gleichphasig mit der Phasenspannung wechselt und mit den Wellenformen der anderen Phasen in einer Weise in Bezug steht, die der üblichen mehrphasigen Leistungseinspeisung mit Sinuswellen analog ist

Aus schematischen Gründen ist es hier so dargestellt, 35 ner über Leitungen 162,164,166 und 168 Signale zugcdaß die Signale von dem Generator 122 über einen Lei- führt, die mit den entsprechenden Phasenspannungen ter 130 zu der Steuerschaltung 86 für die Gleichrichter- gleichphasig sind. Diese Signale werden zweckmäßigerzündung geleitet werden, wo die Phasensignale auf die weise von dem dreiphasigen Generator 122 des Spandrei Ausgangsphasen verteilt werden. Es genügt, darauf nungssignalgebers 82 (s. F i g. 3) zugeführt Da der hinzuweisen, daß das Flip-Flop 128 der Phase A entspre- 40 Motor 10 eine induktive Last ist, sind die Spannungssignale, die über die Leiter 164, 166 und 168 zugeführt werden, und die Stromsignale, die über die Leiter 156, 158 und 160 zugeführt werden, normalerweise nicht gleichphasig relativ zueinander, und die Funktion der

untereinander in dem Dreiphasengenerator kann umge- 45 Auswerteinrichtungen 150, 152 und 154 besteht darin, schaltet werden, um für eine Reservierung des Motors auf diese Eingangssignale hin Phasensteuersignale auf zu sorgen. den Ausgangsleitern 170,172 bzw. 174 zu erzeugen, die

Die Pulssteuerung 84 spricht auf die Ausgangsgröße eine mittlere Größe bzw. Amplitude aufweisen, die der des Verstärkers 88 an, um den Wert der Ausgangsspan- mittleren Größe bzw. Amplitude derjenigen Komponung der Wechselrichterschaltung zu bestimmen, so nente des tatsächlichen Stromes proportional ist, die indem sie die Zerhackerfrequenz des Wechselrichters mit äer Spannung gleichphasig ist Die Phasensteuersiauswählt und die Ein- und Ausschaltzeiten des Last- gnale für die drei Phasen A, Bund Cwerden dann über strom führenden Gleichrichters bestimmt Der Ausgang die Ausgangsleiter 170,172 und 174 zu einer ein zusamdes Verstärkers 88 ist über den Leiter 92 mit zwei Kanä- mengesetztes Steuersignal erzeugenden ersten Sumlen der Pulssteuerung 84 gekoppelt; der eine Kanal 132 55 mierstelle, wie z. B. einem Summierverstärker 176 geleientwickelt ein Bezugsspannungssignal und der andere tet, wo die einzelnen Phasensteuersignale summiert wer-Kanal 134 entwickelt ein dreieckförmiges Zerhackerfre- den, um ein zusammengesetztes Steuersignal auf dem quenzsignal, indem eine Rechteckwelle von dem Syn- Leiter 178 zu erzeugen. Dieses Signal ist dem Motorchronselektor 116 zu einem Dreieckgenerator 136 gelei- drehmoment und dem Schlupf proportional und wird tet wird, der beispielsweise ein Integrationsverstärker 60 über einen Leiter 180, einen Stellwiderstand 182, einen sein kann. Das Bezugsspannungssignal und die Dreieck- festen Widerstand 184 und einen Leiter 98 dem Verstärspannung werden in einer Mischschaltung 138 vergli- ker 88 zugeführt Die Funktion des Widerstandes bechen, und an dem Schnittpunkt dieser zwei Spannungen steht darin, den Signalwert auf denjenigen Wert einzuwerfen Signale entwickelt, um die Em- und Ausschalt- stellen, der auf dem Leiter 98 erforderlich ist Das zuzeiten der Zerhackung zu steuern, die im Ausgang der 65 sammengesetzte Steuersignal auf dem Leiter 178 wird Wechselrichterschaltung auftritt, so daß die Zerhacker- auch durch einen Leiter 186 und einen Widerstand 188 frequenz immer mit der Wechselrichterfrequenz syn- zu einer zweiten Summierstelle 190 und durch einen Leichronisiertist ter 192, einen Feldeffekt-Transistor (FET) 194 und

230244/59

einen Widerstand 196 zu der Summierstelle 190 geleitet Das Summensignal an der zweiten Summierstelle 190 wird dann über einen Leiter 146 dem Verstärker 144 (s. F i g. 3) der Pulssteuerung 84 zugeführt. Das der Summierstelle 190 von dem Widerstand 188 zugeführte Signal ist der Lastkomponente des Motorstromes proportional und stellt die Größe der IR-Kompensation dar, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Erregerspannung in dem Motor 10 erforderlich ist. Das der Summierstelle 190 von dem Widerstand 1% zügeführte Signal ist sowohl der Lastkomponente des Motorstromes als auch der Grundfrequenz des Wechselrichters proportional, da die Durchschaltung des Feldeffekt-Transistors 194 durch Signale gesteuert wird, die von dem dreiphasigen Generator 122 des Spannungssignalgebers 82 (s. F i g. 3) über den Leiter 200 zur Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors 194 zugeführt werden. Das Signal, das von dem Widerstand 196 zur Verbindungsstelle 190 geleitet wird, stellt den Betrag der IX-Kompensation dar, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Erregerspannung in dem Motor 10 erforderlich ist Das über den Leiter 146 zugeführte summierte Signal stellt den Betrag des /Z-Abfalls im Stator infolge des Motorlaststromes dar und ist somit der Betrag der /Z-Kompensation, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Erregerspannung notwendig ist

Das Schlupfkompensationssignal, das dem Verstärker 88 zugeführt wird, und das /Z-Kompensationssignal, das der Pulssteuerung 84 über die Leiter 98 bzw. 146 zugeführt wird, erfordern für ihre Erzeugung ein Signal mit einer mittleren Größe bzw. Amplitude, die der mittleren Größe bzw. Amplitude derjenigen Komponenten des tatsächlichen Stromes proportional ist, die mit den Phasenspannungen gleichphasig sind. Dieses Signal wird durch die Phasenstromauswerteinrichtungen 150, 152 und 154 und den Summierverstärker 176 erzeugt
In F i g. 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Phasenstromauswerteinrichtungen 150, 152 und 154 dargestellt, die jeweils über entsprechende Leiter 156, 158 und 160 mit den entsprechenden Stromtransformatoren 66, 68 und 70 verbunden sind. Stromsignale, die dem tatsächlichen Phasenstrom in den Phasen A, B und C proportional sind, werden über die Leiter 156, 158 bzw. 160 zugeführt Da die Stromtransformatoren einen gleichen Aufbau besitzen, wird nur der Transformator 66 im einzelnen beschrieben. Die ähnlichen Teile der Transformatoren 68 und 70 sind durch Bezugszeichen mit einfachen und doppelten Strichen bezeichnet In ähnlicher Weise wird nur eine Phasenstromauswerteinrichtung 150 im einzelnen beschrieben und die entsprechenden Teile der Auswerteinrichtungen 152 und 154 sind durch die gleichen Bezugszeichen mit einfachen und doppelten Strichen bezeichnet Der Transformator 66 weist eine Sekundärwicklung 202 auf, in der ein dein tatsächlichen Strom in der Phase A proportionaler Strom erzeugt wird, der über den Leiter 156 zur Phasenstromauswerteinrichtung 150 geleitet wird. Um die Erzeugung möglicherweise zerstörerischer Spannungen zu verhindern, ist der Wicklung 202 ein Widerstand 204 parallel geschaltet

Die Phasenstromauswerteinrichtung 150 weist einen Feldeffekt-Transistor 210 auf, dessen Kathoden- bzw. Source-Elektrode oder dessen Anoden- bzw. Drain-Elektrode mit dem Leiter 156 verbunden ist Da der Feldeffekt-Transistor 210 in bezug auf seinen Stromverlauf durch die Source-Drain-Elektroden in zwei Richtungen leitend ist, kann der Leiter 156 mit einer der zwei Elektroden verbunden sein, und der zur ersten Summiereinrichtung 176 führende Leiter 170 ist mit der anderen Elektrode verbunden. Der Leiter 164 führt der Phasenstromauswerteinrichtung 150 ein rechtwinkliges oder rechteckiges Spannungssignal zu, das gleichphasig mit der Spannung der Ausgangsphase A der Wechselrichterschaltung 12 gemäß F i g. 1 und 2 ist Wie aus F i g. 4 hervorgeht, wird das Spannungssignal auf dem Leiter 164 der Steuerelektrode eines üblichen NPN-Transistors 214 über einen Widerstand 216 zugeführt Ein Widerstand 220 ist mit der Steuerelektrode 212 des Transistors 214 und einem Masse- oder gemeinsamen Punkt 222 verbunden, um den Spannungswert der Steuerelektrode zu stabilisieren, wenn sich auf dem Leiter 164 kein Spannungssignal befindet Die Kollektorelektrode des Transistors 214 ist über einen Widerstand 224 mit einer positiven Vorspannung und durch einen Diodengleichrichter 226 mit der Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors 210 und ferner über einen Widerstand 230 mit dem Masse- oder gemeinsamen Punkt 222 verbunden. Die Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors 210 ist ebenfalls durch einen Widerstand 232 mit dem gemeinsamen Punkt 222 verbundea

F i g. 4 zeigt den Summierverstärker 176 genauer. Ein Eingangsleiter 234 zum Summierverstärker 176 dient dazu, die Phasenstromsignale zu addieren und deren Summe in einen invertierenden Eingang 236 eines Operationsverstärkers 238 einzuführen. Ein nicht-invertierender Eingang 240 des Verstärkers 238 ist durch einen Widerstand 242 mit dem Masse- oder gemeinsamen Punkt 222 gekoppelt Parallel zum Verstärker 238 liegen zwischen seinem Eingangsleiter 234 und seinem Ausgangsleiter 244 ein dem Verstärkungsfaktor einstellender Widerstand 246 und ein Filterkondensator 248.

Es wird nun die Wirkungsweise der Phasenstromauswerteinrichtungen 150, 152 und 154 beschrieben. Wie bereits vorstehend angegeben wurde, wird ein elektrisches Signal, das ständig dem tatsächlichen Strom in der Phase A proportional ist über den Leiter 156 zum Feldeffekt-Transistor 210 geleitet und ein mit der Spannung der Phase A gleichphasiges elektrisches Signal wird auf dem Leiter 164 zugeführt Wie aus der vorstehenden Beschreibung und in Anbetracht der Art und Weise hervorgeht in der das Spannungssignal durch den dreiphasigen Generator 122 (s. Fig.3) erzeugt wird, ist das Spannungssignal auf dem Leiter 164 ein Rechteckwellensignal. Solange der Transistor 214 sperrt, reicht die an dem Widerstand 224 anliegende positive Spannung aus, um den Feldeffekt-Transistor 210 gesperrt zu halten, indem seiner Gate-Elektrode 211 eine positive Spannung zugeführt wird. Solange aber der Feldeffekt-Transistor 210 gesperrt ist existiert auf dem Leiter 170 zum Summierverstärker 176 kein Signal.

Wenn jedoch das auf dem Leiter 164 zugeführte Spannungssignal von der relativen negativen Halbwelle zu seiner relativ positiven Halbwelle wechselt reicht die positive Spannung an der Steuerelektrode 212 aus, um den Transistor 214 durchzuschalten, wodurch die Spannung an der Verbindungsstelle 260 soweit abfällt, daß sie etwa gleich derjenigen des gemeinsamen Punktes 222 ist Infolgedessen fällt die Spannung an der Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors 210 genügend ab, um den Feldeffekt-Transistor 210 durchzuschalten, und somit wird das auf dem Leiter 156 zugeführte Stromsignal durch den Transistor 210 zum Leiter 170 und zum Summierverstärker 176 geleitet Der Transistor 210 bleibt solange leitend, wie das auf dem Leiter 164 anstehende Spannungssignal relativ positiv bleibt

Wenn es am Ende der positiven Halbwelle auf seinen relativ negativen Wert abfällt, sperrt der Transistor 214 sofort und sperrt dadurch auch den Feldeffekt-Transistor 210. Es wird somit deutlich, daß das tatsächliche Stromsignal auf dem Leiter 156 dem Summierverstärker 176 zwar während der vollen positiven Halbwellen des Spannungssignales, aber nicht während der negativen Halbwelle zugeführt wird.

Da der Motor 10 eine induktive Last ist, ist der tatsächliche Strom an der Phase A nicht gleichphasig mit der Spannung der Phase A. Demzufolge ist das Signal, das dem Leiter 170 durch den in zwei Richtungen leitenden Feldeffekt-Transistor während der positiven Halbwelle der Spannung zugeführt wird, für einen Teil der Durchschaltzeit negativ und während eines anderen Teiles positiv. In einem gegebenen Augenblick ist das Phasensteuersignal zum Leiter 170, sei es nun negativ oder positiv, proportional zum tatsächlichen Strom in der Phase A in diesem Augenblick. Über der gesamten positiven Halbwelle der Spannung hat das Phasensteuersignal eine mittlere Größe bzw. Amplitude, die der mittleren Größe bzw. Amplitude der Komponente des tatsächlichen Phasenstromes proportional ist, die mit der Spannung gleichphasig ist Solange die tatsächliche Phasenspannung und der Strom symmetrisch sind und gleiche positive und negative Werte annehmen, ist die mittlere Größe des Phasensteuersignales über einer vollen Schwingung proportional zur mittleren Größe der gleichphasigen Komponente des tatsächlichen Stromes.

Die Phasenstromauswerteinrichtungen 152 und 154 arbeiten in identischer Weise wie der Generator 152, um auf dem Leiter 172 ein elektrisches Phasensteuersignal zu erzeugen, das während der positiven Halbwelle der Spannung der Phase B der mittleren Größe der Komponente des tatsächlichen Stromes der Phase B proportional ist, die mit der Spannung gleichphasig ist In ähnlicher Weise wird auf dem Leiter 174 ein elektrisches Phasensteuersignal erzeugt, das während der positiven Halbwelle der Spannung der Phase C der mittleren Größe der gleichphasigen Komponente des Stromes der Phase C proportional ist Diese Signale werden an dem Leiter 234 summiert und somit dem invertierenden Verstärker 238 des Summierverstärkers 176 als ein elektrisches Signal zugeführt, das dem Durchschnitt der drei gleichphasigen Komponenten des tatsächlichen Stromes proportional ist Da wenigstens eine Phase zu allen Zeiten eine positive Spannung haben wird, wird das dem Verstärker 238 zugeführte Signal stetig sein, auch wenn auf jedem einzelnen der Leiter 170, 172 und 174 nur während der halben Zeit Signale anstehen.

Wie bereits ausgeführt wurde, invertiert und verstärkt der Verstärker 238 das Signal auf dem Leiter 234, um auf dem Leiter 178 ein zusammengesetztes Steuersignal zu erzeugen, das dem Motorschlupf und -drehmoment proportional ist. Wie bereits beschrieben wurde und in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist, wird dieses Signal dann dazu verwendet, dem Verstärker 88 über den Leiter 98 ein dem Motorschlupf proportionales Signal und dem Verstärker 144 der Pulssteuerung über den Leiter 146 ein der Motorlast proportionales Signal zuzuführen. Die Größe und Polarität des Signales auf dem Leiter 98 ist so, daß bei einem Motorbetrieb die Grundfrequenz des Stromrichters bei erhöhtem Schlupf erhöht und bei verminderten! Schlupf verkleinert wird. Während eines Generatorbetriebes, wo die Lastkorrsponente des Motorstromes nicht gleichphasig mit der Motorspannung ist, wird die Grundfrequenz des Stromrichters bei erhöhtem Schlupf gesenkt In ähnlicher Weise ist die Größe und Polarität des Signales auf dem Leiter 146 derart, daß bei einem Motorbetrieb die mittlere Spannung bei erhöhter Last erhöht und bei Generatorbetrieb die mittlere Spannung bei erhöhter Last gesenkt wird. Auf diese Weise werden eine im wesentlichen konstante Betriebsdrehzahl und Erregerspannung aufrechterhalten.

Auch wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, so wird für den Fachmann klar, daß viele Modifikationen und Abänderungen im Rahmen der gegebenen technischen Lehren möglich sind. Wenn beispielsweise die Spannung und der Strom in den Phasen nicht symmetrisch sind und nicht im wesentlichen gleiche positive und negative Werte aufweisen, wird es erstrebenswert sei«, Phasensteuersignale über voller; Schwingungen anstatt nur über Halbschwingungen zu erhalten.

Selbstverständlich können Phasensteuersignale über einer vollen Schwingung auf einfache Weise durch die Verwendung von mehr als einem Feldeffekt-Transistor oder ähnlichen Vorrichtungen für jede Phase erhalten werden. Auf ähnliche Weise wird deutlich, daß das Phasensteuersignal für nur eine Phase als eine Anzeige des Motordrehmomentes und Schlupfes verwendet werden kann, wo sich die Phasenlasten in angemessener Weise im Gleichgewicht befinden. In einem derartigen Falle. insbesondere wo nur eine Halbwelle geprüft wird, ist es jedoch wünschenswert, eine geeignete Filterschaltung zu verwenden, um die auftretenden Strom- bzw. Spannur.gswellen zu glätten.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines über einen statischen Umrichter mit variabler Spannung und dazu etwa mit proportionaler Frequenz gespeisten Mehrphasenwechselstrom-Asynchronmotors mit einer die Steuergrößen für die Amplitude und Frequenz der Spannung vorgebenden Steuereinrichtung, wobei die Steuergröße für die Amplitude von einem vom Strom abhängigen Signal derart beeinflußt ist, daß die belastungsabhängigen Drehzahländerungen kompensiert sind, gekennzeichnet durch nachstehende Merkmale: