<Desc/Clms Page number 1>
Regelbeis zum Betrieb einer Asynchronmaschine Die Erfindung betrifft einen Regelkreis zum Betrieb einer Asynchronmaschine, bei dem durch inter- mittierende Energiezuführung zum Ständer der Maschine ein Gleichgewichtszustand zwischen Last- und Motordrehmoment dann erreicht ist, wenn der Motordrehzahlistwert mit dem vorgegebenen Einstellwert übereinstimmt.
Dabei kann von einer Anordnung ausgegangen werden, bei der eine Asynchronmaschine über einen Pulswechselrichter aus einem Gleichstrommetz gespeist wird. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, die Drehzahl der Asynchronmaschine durch Veränderung der Frequenz des Pulswechselrichters zu steuern. Dies kann dadurch geschehen, dass die Pulswechselrichterfrequenz bestimmt wird durch die Summe einer Grösse, die proportional der Motordrehzahl ist, und einer weiteren Grösse, die aus einer Abweichung zwischen einer vorgebbaren und der vorhandenen Istdrehzahl der Maschine besteht, und dem Schlupf entspricht.
Vorgeschlagene Anlagen arbeiten weiterhin in der Weise, dass der Ständerstrom der Maschine gleichfalls über den Wechselrichter dadurch gesteuert wird, dass sein Einstellwert proportional der Regelabweichung zwischen Ist- und Einstelldrehzahl des Motors bestimmt wird. Daraus lässt sich erkennen, dass in dem Bereich, in dem die der Asynchronmaschine zugeführte Spannung mit der Frequenz proportional steigt, besonders günstige Betriebsbedingungen sich dann ergeben, wenn die Schlupfvorgabe und die Vorgabe des Einstellwertes des Ständerstromes proportional ansteigen. Damit ist nicht zwangsläufig ausgesagt, dass die dem Ständer zugeführte Spannung in gleicher Weise proportional bestimmt ist. Vielmehr ergibt sich diese in Anpassung an die Last durch an sich bekannte Pulsaussteuerung des Wechselrichters.
Dabei werden die Maschinen im allgemeinen so aus- gelegt, dass das Grenzmoment des Motors bei Stän- dernennfrequenz und hinsichtlich der Spannung voll ausgesteuertem Pulswechselrichter sowie bei maximaler Einstellwertvorgabe des Ständerstromes erreicht ist. Diesem Zustand entspricht auch eine maximale Regelabweichung zwischen dem Drehzahleinstell- und dem Drehzahlistwert. Grundsätzlich sind beim Betrieb derartiger Maschinen zwei Bereiche zu unterscheiden. Der erste ist dadurch charakterisiert, dass die Spannung proportional mit der Frequenz wächst. In dem zweiten Bereich kann bei weiter steigender Frequenz auf Grund der Vollaussteuerung die Spannung nicht mehr folgen.
Um aber auch dann noch die Grenzleistung der Maschine bei einer höheren Ein- stellwertvorgabe für die Drehzahl konstant zu halten, muss eine weitere Erhöhung der Schlupfvorgabe proportional zur Istdrehzahl erfolgen.
Die Erfindung betrifft einen Regelkreis zum Betrieb einer Asynchronmaschine, bei dem durch intermittierende Energiezuführung zum Ständer der Ma- schine ein Gleichgewichtszustand zwischen Last- und Motordrehmoment dann erreicht wird, wenn die Mo- toristdrehzahl mit einer vorgegebenen Einstelldrehzahl übereinstimmt. Erfindungsgemäss wird bei einer Drehzahlzunahme über den Punkt hinaus, da die Spannung voll ausgesteuert ist, die Grenzleistung der Maschine dadurch konstant aufrechterhalten, dass die Schlupfvorgabe, welche sich durch einen Einstell-Ist- Vergleich der Drehzahl bestimmt,
zusätzlich um einen Betrag erhöht wird, der dem Produkt der Regelabweichung und der Istdrehzahl der Maschine entspricht.
Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Regelkreis ist in den Figuren 1 und 4 dargestellt. Die Figuren 2 und 3 zeigen Kennlinien der Maschine. Ins-
<Desc/Clms Page number 2>
besondere zeigt Fig. 4 eine Anordnung, in der dem Pulswechselrichter statt des Ständerstromes die Ständerspannung vorgegeben wird.
Der asynchrone Motor 1 wird über einen Pulswechselrichter 2 aus einem Gleichstromnetz gespeist. Mit ihm verbunden ist eine Last 21. Mit der Welle des Motors verbunden ist eine Tachometermaschine 4 und ein Frequenzgeber 3. Letzterer liefert der Istdrehzahl proportionale Impulsfrequenzen. Die Spannung der Tachometermaschine 4, proportional der Drehzahl des Motors 1, wird am Punkt 22 als Drehzahlistwert zum Vergleich gebracht mit einem vorgeb- baren Drehzahleinstellwert. Die Differenz dieser Grössen wird als Regelabweichung einem Verstärker 15 zugeführt, dessen Ausgang einmal über einen Gleichrichter 16 als Einstellwert der Schlupffrequenz f2 und zweitens zur Vorzeichenvorgabe über einen Kippschalter 17 dem Steuergerät 6 des Pulswechselrichters 2 zugeführt wird.
Der dritte Eingang des Steuerfrequenzgebers 6 wird vom Frequenzgeber 3 gespeist. Der Ausgang des an sich bekannten Steuerfrequenzgebers 6 bestimmt die Ständerfrequenz des Motors 1 über den Pulswechselrichter 2. Von Punkt 23 wird die gleichgerichtete Regelabweichung weiterhin zum Punkt 24 geführt. Sie stellt den Einstellwert des Ständerstromes des Motors 1 dar. Im Punkt 24 wird dieser Wert mit dem Istwert des Ständerstromes verglichen. Letzterer wird als gleichgerichteter Ausgang des Wandlers 5 gemessen. Die Abweichung des Einstell-Ist-Vergleichs im Punkt 24 wird einem Zweipunktregler 7 zugeführt und bestimmt dadurch die Strompulsfrequenz für jede Halbwelle des Pulswechselrichters 2.
Mit der bisher beschriebenen Anordnung wird erreicht, dass sowohl der Ständerstrom als auch die Schlupffrequenz proportional zur Drehzahl-Regelabweichung und damit auch untereinander proportional abhängig von der Last eingestellt werden. Hiermit wird die erste Forderung der Fig. 2 erfüllt. Sie stellt zwei Kurvenscharen dar. Einmal ist das Verhältnis des Lastmomentes M zum Nennmoment Mn in Abhängigkeit von der Ständerfrequenz bei verschiedenen Werten des Ständerstromes J1 abgetragen. Zum anderen zeigt die Figur den Verlauf der Schlupffrequenz f2 bei den gleichen verschiedenen Nennströmen des Ständers als Parameter über der Ständerfrequenz f1. Dass sowohl der Ständerstrom als auch die Schlupffrequenz sich proportional - abhängig von der Last - darstellen, ist aus der Figur ersichtlich.
Die Fig. 3 entsteht aus einer Umzeichnung der Fig. 2. Es ist darin der Verlauf der Schlupffrequenz f2 über dem Verhältnis Ständerstrom zu Ständernennstrom (J1/J1n) bei verschiedenen Werten der Ständerfrequenz abgetragen. Deutlich lässt sich hier erkennen, dass die Schlupffrequenz f2 für den Bereich der Ständerfrequenz f, von 0 bis 50 Hz proportional zu J1 durch die Drehzahlregelung eingestellt werden muss.
Bei Einstellung des Drehzahl-Einstellwertes auf einen Betrag, der eine Ständerfrequenz grösser als 50 Hz erfordert, muss, wie sich nach Fig. 2 ergibt, die Schlupffrequenz f2 um einen Betrag erhöht werden, der sowohl von dem der Last entsprechenden Ständerstrom J1 als auch von der der gewünschten Drehzahl entsprechenden Ständerfrequenz abhängig ist. Um dieser Forderung zu entsprechen, wird dem Verstärker 15 ein weiteres Verstärkerelement 19 derart parallelgeschaltet, dass die Ausgänge beider ohne gegenseitige Rückwirkung im Punkt 25 vor dem Eingang des Steuerfrequenzgebers 6 addiert werden. Das Verstärkerelement 19 erhält als Eingang a den gleichgerichteten Ausgang des Verstärkers 15, multipliziert mit einer Grösse ss, die der gleichgerichteten Drehzahl des Motors 1, abzüglich eines Festwertes γ im Gleichrichterelement 18, proportional ist, z.
B. unter Benutzung des Ausganges der Tachometermaschine 4. Ausserdem wird der Arbeitspunkt des Verstärkerelementes 19 um den Betrag d negativ verschoben derart, dass sich die in Fig. 3 eingetragenen Kennlinien in Abhängigkeit von J1 (Einstell) und der Motordrehzahl fn ergeben.
Die Ständerstrom-Pulsregelung über den Pulswechselrichter 2 hat den Vorteil, dass das bewährte Strom- leitverfahren in der Zusammenarbeit des Verstärkers 15 mit dem Zweipunktregler 7 bereits verwirklicht wird. In manchen Fällen ist es jedoch sinnvoll, für den Käfigläufermotor die Schaltung der Spannungsregelung des Ständers mit Hilfe eines Pulsbreiten- modulators anzuwenden, weil eine derartige Anordnung die Parallelschaltung mehrerer Motoren, von denen einer die Frequenzführung übernimmt, ermöglicht und weil es ausserdem Aufgaben gibt, für die die Ständerstromregelung allein nicht ausreicht.
In Fig. 4 ist eine derartige Schaltung gezeigt, die sich von derjenigen der Fig. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der Pulsbreitenmodulator 10 anstelle des Zweipunktreglers 7 der Fig. 1 von der Tachometermaschine 4 auf der Welle des Motors 1 gesteuert wird. Dazu kommt, wirkend im Punkt 26, für den Anlauf bei Einschaltung des Drehzahleinstell- wertes der Einfluss des Verstärkerteiles 11 mit begrenztem Ausgang und im Punkt 24 der Istwert der Spannung U1, gemessen im Spannungswandler 8,
und ein dem Ständerstrom proportionaler Einfluss zur JR- Kompensation durch den Kompensator 28. Da in dieser Anordnung die Regelung des Ankerstromes über den Wechselrichter fortfällt, muss die Anpassung des Ständerstromes an die Last allein durch die Schlupfregelung erfolgen.
Hierzu ist ein zusätzlicher Regler 13 erforderlich, dessen Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 15 abzüglich dem Ständerstrom J1 (Punkt 27) gespeist wird, und dessen Ausgang wie- derum über den Gleichrichter 16 in der gleichen Anordnung wie in Fig. 1 den Schlupf f2 bis zur Grunddrehzahl bei 50 Hz ergibt.
Nicht näher erläuterte, in den Figuren 1 und 4 gleichartig bezeichnete Elemente entsprechen einander.
Die Wirkungsweise der Schaltung mit Spannungsregelung nach Fig. 4 ist folgende: Beim Einschalten des Drehzahleinstellwertes wird zunächst das Ver-
<Desc/Clms Page number 3>
stärkerteil 11 auf einen Grenzwert ausgesteuert, der über den Pulsbreitenmodulator 10 die Ständerspan- nung auf einen solchen Mittelwert pulst, dass der im Stillstand (zunächst Motordrehzahl gleich Null) zulässige Ständerstrom J1 Grenz erreicht wird.
Gleichzeitig wird der Verstärker 15 ausgesteuert, der über den Regler 13 und den Gleichrichter 16 dem Steuerfrequenzgeber 6 eine Spannung zuführt, mit der der Ausgang des Steuerfrequenzgebers 6 auf den Betrag gebracht wird, bei dem der Ständer-Grenzstrom mit der Frequenz f1-f2 im Läufer das für das Anfahren aus dem Stillstand erforderliche Moment aufbringt.
Nach dem Hochlauf des Motors 1 bis zu Nennfrequenz 50 Hz und darüber hinaus, mit dem zusätzlichen Eingreifen des Verstärkerelementes 19 in der gleichen Weise wie für Fig. 1 beschrieben, bleibt die Spannung am Punkt 25 und dementsprechend die Schlupfdrehzahl des Motors in stetem Gleichgewicht mit der Last.
Während in der Schaltung nach Fig. 1 die Zwei- punkt-Grenzstromregelung bei Überlast sofort wirksam wird, geschieht in der Schaltung nach Fig. 4 die Strombegrenzung dadurch, dass bei Überschreitung von J1 Grenz der Ausgang des Reglers 13 verkleinert und dadurch die Schlupfdrehzahl des Motors 1 verringert wird. Dies hat zur Folge, dass die Ständerfrequenz und damit die Drehzahl der Last angepasst wird.