Anordnung zum Betrieb eines wechselrichtergespeisten Asynchronmotors mit konstantem Drehmoment und konstanter Schlupffrequenz bei beliebiger Drehzahl Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb eines Asynchronmotors mit konstantem Drehmoment und konstanter Schlupf- frequenz bei beliebiger Drehzahl, wobei der Asyn- chronmotor von einem im Schaltbetrieb arbeitenden Wechselrichter gespeist wird.
Zum Beispiel bei einem Fahrzeugmotor ist es häufig erwünscht, dass der Mo tor ein vorgeschriebenes konstantes Drehmoment abgibt und die Drehzahl sich entsprechend einstellt. Bei gegebener Frequenz und Grösse der Motorspan nung kann jedoch das gleiche Moment bei zwei ver schiedenen Drehzahlen abgegeben werden, wobei die eine unterhalb und die andere oberhalb der zum Kippmoment gehörenden Drehzahl liegt. Mit Rück sicht auf die Verluste ist jedoch ein Arbeiten des Motors auf dem Teil der Kennlinie zwischen Kipp drehzahl und synchroner Drehzahl erwünscht. Ausser dem hat bei gegebener Frequenz auch die Grösse der speisenden Spannung einen Einfluss auf den Schlüpf, der bei dem vorgeschriebenen Moment herrscht.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, eine An ordnung zu schaffen, die bei Speisung eines Motors über einen frequenzvariablen Wechselrichter die<B>Ab-</B> gabe eines konstanten Momentes bei konstanter Schlupffrequenz unabhängig von der gerade herr schenden Drehzahl erzwingt. Ausserdem soll die Aus nutzung des Motoreisens,<B>d.</B> h. der Sättigungsgrad des Eisens, unabhängig von der eingestellten Drehzahl bzw. Speisefrequenz konstant sein.
Die erfindungsgemässe Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Motor über ein Diffe rential, über das eine bestimmte Schlupfdrehzahl ein gegeben wird, eine Drehstromtachometermaschine gekuppelt ist deren Ausgangsspannung zum Zwecke, als Sollwert für die Frequenz und Grösse der den Motor speisenden Spannung zu dienen, mit der Speise <U>spannung</U> des Motors verglichen wird und die Diffe renzwerte das Breitenverhältnis der positiven und negativen Rechteckhalbwelle der Ausgangsspannung des Wechselrichters steuert, der über Siebmittel an die Motorwicklungen angeschlossen ist.
In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung dargestellt. Jede Ständerphase des Asyn- chronmotors 2 wird von einem Wechselrichter la-lc gespeist. Die Wechselrichter beziehen ihre Energie aus einer Gleichspannungsquelle <B>3.</B> Über ein Differential ist eine Wechselstromtachometerma- schine <B>5</B> mit dem Motor gekuppelt.
Die Ausgangs spannung der Tachometermaschine ist über Wider stände 6a-6c zum Stern zusammengeschlossen. über das Differential 4 wird eine gewünschte Schlupfdreh- zahl eingeschleust, so dass die Drehzahl der Tacho- metermaschine <B>5</B> gleich der Summe der Motordreh zahl und der Schlupfdrehzahl ist.
Die an den Wider ständen 6a-6c abgegriffene Wechselspannung dient als Sollwert für die Ausgangsspannung der Wechsel richter la-1c. Die Augenblickswerte dieser Wechsel spannung werden in den Vergleichsgliedern 7a-7c mit den Augenblickswerten der am Motor liegenden Spannung verglichen.<B>Die</B> Messung der letzteren ge schieht an den symbolisch angedeuteten Stellen 8a-8c.
Die Wechselrichter la-le sind in einer bereits vorgeschlagenen Art aufgebaut. Das Kennzeichen dieser Wechselrichter besteht darin, dass sie als Schaltwechselrichter ausgeführt sind, die mit einer Frequenz arbeiten, die sehr gross ist gegenüber der für die Speisung des Motors erforderlichen Frequenz. Das Breitenverhältnis der positiven und negativen Rechteckhalbwelle dieser hochfrequenten Wechsel- richterausgangsspannung ist steuerbar. Dadurch über lagert sich der höher frequenten Wechselspannung ein von null verschiedener Mittelwert.
In den Fig. 2 und<B>3</B> sind diese Verhältnisse dar gestellt. Fig. 2 zeigt die höher frequente Ausgangs wechselspannung des Wechselrichters. Die positive und negative Rechteckhalbwelle sind gleich breit, <B>d.</B> h. das Breitenverhältnis tilt2 hat den Wert eins. Der Mittelwert Um ist null. In Fig. <B>3</B> ist die Aus gangsspannung<B>U.,</B> für verschiedene Werte von tilt2 dargestellt. Man erkennt, dass sich ein von null verschiedener Mittelwert<B>Um</B> ergibt.
Die zwischen den Wechselrichter und den Motor geschalteten Sieb mittel halten die höherfrequente Spannung vom Mo tor fern, so dass als Speisespannung nur die Mittel- wertspannung Um auf den Motor wirkt.
Dadurch, dass die Ausgangsspannung der Tacho- metermaschine <B>5</B> drehzahlproportional ist, ist das Verhältnis von Grösse zur Frequenz dieser Tacho- maschinenspannung konstant. Das bedeutet, dass auch für die den Motor speisende Spannung dieses Verhältnis konstant ist und damit auch die im Ma schineneisen herrschende Induktion. Die Ausnutzung des Maschineneisens ist also von der Drehzahl unab hängig und kann auf den günstigsten Wert eingestellt werden (Versteller<B>9).</B>
Arrangement for operating an inverter-fed asynchronous motor with constant torque and constant slip frequency at any speed. The present invention relates to an arrangement for operating an asynchronous motor with constant torque and constant slip frequency at any speed is fed.
In the case of a vehicle engine, for example, it is often desirable for the engine to deliver a prescribed constant torque and for the speed to adjust accordingly. With a given frequency and magnitude of the motor voltage, however, the same torque can be output at two different speeds, one below and the other above the speed associated with the breakdown torque. In view of the losses, however, the motor should work on the part of the characteristic curve between the tilt speed and the synchronous speed. In addition, at a given frequency, the size of the supply voltage also has an influence on the slip that prevails at the specified torque.
The present invention makes it possible to create an arrangement which, when a motor is fed via a variable-frequency inverter, forces the output of a constant torque at a constant slip frequency regardless of the currently prevailing speed. In addition, the utilization of the motor iron, <B> d. </B> h. the degree of saturation of the iron must be constant regardless of the set speed or feed frequency.
The arrangement according to the invention is characterized in that a three-phase tachometer machine is coupled to the motor via a differential, via which a certain slip speed is given, the output voltage of which is used as a setpoint for the frequency and magnitude of the voltage feeding the motor the supply <U> voltage </U> of the motor is compared and the difference values control the width ratio of the positive and negative square half-wave of the output voltage of the inverter, which is connected to the motor windings via filter means.
In the figure, an embodiment of the invention is shown He. Each stator phase of the asynchronous motor 2 is fed by an inverter la-lc. The inverters draw their energy from a DC voltage source <B> 3. </B> An AC tachometer machine <B> 5 </B> is coupled to the motor via a differential.
The output voltage of the tachometer machine is connected to a star via resistors 6a-6c. A desired slip speed is introduced via the differential 4, so that the speed of the tachometer machine <B> 5 </B> is equal to the sum of the engine speed and the slip speed.
The alternating voltage tapped at the resistors 6a-6c serves as a setpoint for the output voltage of the inverter la-1c. The instantaneous values of this alternating voltage are compared in the comparison elements 7a-7c with the instantaneous values of the voltage applied to the motor. <B> The </B> measurement of the latter takes place at the symbolically indicated points 8a-8c.
The inverters la-le are constructed in a manner already proposed. The characteristic of these inverters is that they are designed as switching inverters that work with a frequency that is very high compared to the frequency required to power the motor. The width ratio of the positive and negative square half-wave of this high-frequency inverter output voltage can be controlled. As a result, an average value other than zero is superimposed on the higher-frequency alternating voltage.
These relationships are shown in FIGS. 2 and 3. Fig. 2 shows the higher frequency AC output voltage of the inverter. The positive and negative square half-waves are equally wide, <B> d. </B> h. the width ratio tilt2 has the value one. The mean Um is zero. In Fig. 3, the output voltage <B> U., </B> is shown for different values of tilt2. It can be seen that a mean value <B> Um </B> other than zero results.
The filters connected between the inverter and the motor keep the higher-frequency voltage away from the motor, so that only the mean value voltage Um acts on the motor as the supply voltage.
Because the output voltage of the tachometer machine is <B> 5 </B> speed-proportional, the ratio of the size to the frequency of this tachometer machine voltage is constant. This means that this ratio is constant for the voltage supplying the motor and thus also the induction prevailing in the machine iron. The utilization of the machine iron is therefore independent of the speed and can be set to the most favorable value (adjuster <B> 9). </B>