CH422960A - Regelkreis zum Betrieb einer Asynchronmaschine - Google Patents

Regelkreis zum Betrieb einer Asynchronmaschine

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CH422960A
CH422960A CH1240365A CH1240365A CH422960A CH 422960 A CH422960 A CH 422960A CH 1240365 A CH1240365 A CH 1240365A CH 1240365 A CH1240365 A CH 1240365A CH 422960 A CH422960 A CH 422960A
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CH
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stator
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point
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Application number
CH1240365A
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Nagel Erich
Koppelmann Floris Prof Ing Dr
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Licentia Gmbh
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
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    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/01Asynchronous machines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Description


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 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- 

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 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 &gamma; 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- 

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 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.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Regelkreis zum Betrieb einer Asynchronmaschine, bei dem durch intermittierende Energiezuführung zum Ständer der Maschine ein Gleichgewichtszustand zwischen Last- und Motordrehmoment dann erreicht wird, wenn die Motoristdrehzahl mit einer vorgegebenen Einstelldrehzahl übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Drehzahlzunahme über den Punkt hinaus, da die Spannung voll ausgesteuert ist, die Grenzleistung der Maschine dadurch konstant aufrechterhalten wird, dass die Schlupfvorgabe, welche sich durch einen Einstell-Ist-Vergleich der Drehzahl bestimmt, zusätzlich um einen Betrag erhöht wird, der dem Punkt der Regelabweichung und der Maschine entspricht.
CH1240365A 1964-09-17 1965-09-06 Regelkreis zum Betrieb einer Asynchronmaschine CH422960A (de)

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CH472146A (de) * 1968-04-18 1969-04-30 Siemens Ag Einrichtung zur Istwertbildung für die Regelung einer Drehstromasynchronmaschine
DE2952325C2 (de) * 1979-12-24 1986-11-27 Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim Verfahren zur Steuerung des Drehmomentes und /oder der Drehzahl einer über einen Umrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeisten Asynchronmaschine

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