CH429919A - Control and regulation device for the inevitable active and reactive power consumption and output of an asynchronous motor - Google Patents

Control and regulation device for the inevitable active and reactive power consumption and output of an asynchronous motor

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CH429919A
CH429919A CH1184264A CH1184264A CH429919A CH 429919 A CH429919 A CH 429919A CH 1184264 A CH1184264 A CH 1184264A CH 1184264 A CH1184264 A CH 1184264A CH 429919 A CH429919 A CH 429919A
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control
frequency
voltage
asynchronous motor
current
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CH1184264A
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Herbert Dipl Ing Stemmler
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Bbc Brown Boveri & Cie
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Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 Steuer- und Regeleinrichtung für die zwangsläufige Wirk- und    Blindleistungsaufnahme   und    -abgabe   eines    Asynchronmotors   Die Erfindung betrifft eine Steuer- und Regeleinrichtung für die zwangsläufige Wirk- und    Blindleistungsauf-      nahme   und    -abgabe   eines    Asynchronmotors   durch eine Regelgrösse und Steuergrösse, welche die    Schlupffrequenz   und die Höhe des    Rotorstromes      beeinflusst,   unter Verwendung elektronischer Mittel. 



  Bei    Asynchronmotoren   stellt sich der Schlupf entsprechend der Belastung von selbst ein. Es entsteht ein Schlupf, der proportional dieser Belastung ist. Es gibt aber nun Fälle, in denen nicht durch die Belastung, sondern gesteuert die Blind- und Wirkleistung bestimmt werden soll. Dies ist besonders bei Netzkupplungen zwischen asynchronen Netzen, beispielsweise zwischen dem Landnetz und dem Bahnnetz wünschenswert. Hierbei können die Netze ihre Frequenz unabhängig von der Leistung ändern. In diesem    Falle   wird die Leistungsübergabe von einem Netz zum anderen von der Steuerung des    Asynchronmotors   aufgezwungen, wobei der Schlupf der    Frequenzdifferenz   zwischen den Netzen entsprechen muss. 



  Zu diesem Zwecke hat man für die Speisung des Rotors der    Asynchronmaschine   eine Spannung erzeugt, welche die    Schlupffrequenz   über einen    Frequenzwandler   mit einer der Verteilung von Blind- und Wirkleistung entsprechenden Phasenlage benutzt. Diese Spannung wird einer zusätzlichen Maschine, und zwar einer    Scher-      biusmaschine,   die als Leistungsverstärker dient, zugeführt. Dadurch wird bei einer vorgeschriebenen    Schluppffre-      quenz   die Übergabeleistung willkürlich bestimmt. Der Rotor der    Asynchronmaschine   erhält dann einen von der Steuer- oder Regeleinrichtung vorgeschriebenen Strom, welcher einer bestimmten Leistung entspricht.

   Die Wirkund Blindkomponente diese Stromes entspricht dann der Wirk- und Blindleistung des Motors. 



  Diese    Scherbiusmaschine   besitzt im Läufer und Ständer die gleiche Frequenz und überträgt je nach der Höhe der    zugeführten   Spannung (wie bei einem Gleichstrommotor) eine verschieden hohe Leistung. Man hat es dadurch in der Hand, die Leistung unabhängig vom    Schtupf   regeln zu können. Je nach der Richtung des Stromes kann die Leistung in beiden Richtungen vorgeschrieben werden. Elektronische Mittel konnten bisher nur zur Umformung der    Messgrössen   mit Erfolg verwendet werden. Zunächst verwendete man    Doppeldrehregler,   von denen jeder einzelne Spannungen erzeugte, welche entweder der Wirk- oder der Blindleistung entsprachen. Diese beiden Komponenten wurden zu einer Steuergrösse zusammengesetzt.

   Amplitude und Phasenlage dieser Steuergrösse bestimmten dann die Blind- und    Wirklei-      stungsverteilung.   Mit Hilfe der Elektronik war es möglich, nur noch einen Steuergenerator zu verwenden. Dieser besitzt zwei Erregerwicklungen, denen eine aus    Blind-      bzw.   Wirkstrom gewonnene und elektronisch umgewandelte Steuergrösse zugeführt wird. Bei der bisherigen Ausführung sind eine Synchronmaschine für die Erzeugung der Steuerspannung und ein    Frequenzwandler   sowie die    Scherbiusmaschine   mit zugehöriger Erregermaschine und die der Übertragung dienenden Maschine als bewegliche Glieder erforderlich. 



  Die grosse Anzahl von drehenden Maschinen und Teilen ist trotz der an sich guten und    zuverlässigen   Betriebsweise infolge des grossen Raumbedarfes und der erforderlichen Wartung als Nachteil anzusehen. 



     Erfindungsgemäss   wird daher vorgeschlagen, dass für die Regelung der Blind- und Wirkleistung je ein Signaltor    vorgesehen   ist, dem    eine   Spannung von    Netzfrequenz   zugeführt und durch eine    Regelgrösse      gesteuert   wird, die einer aus einem    Wechselstrom-Hilfsgenerator   5 gewonnenen Wechselspannung höherer Frequenz überlagert ist, und    dass   die Ausgänge dieser beiden Signaltore an drei weitere Signaltore 18, 19, 20 als    Frequenzwandler   angeschlossen sind, die von den drei Phasen einer Spannung mit der der Drehzahl des    Asynchronmotors   entsprechenden Frequenz gesteuert sind, und dass eine Einrichtung 6 vorgesehen ist,

   welche die auf    diese   Weise entstehenden Spannungen mit der Differenzfrequenz von Netz und Motorfrequenz auf den Rotor der    Asynchronmaschine   in vorgeschriebener Grösse und Frequenz überträgt. 



  In der    Fig.   1 ist ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes genauer beschrieben. In der    Fig.   2 ist die Wirkungsweise des Stromtores und in der    Fig.   3 die Steuerung durch die    dreieckförmige   Spannung genauer dargestellt. 



  In der    Fig.   1 ist mit 1 das eine Netz, in diesem Falle 

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 ein Drehstromnetz mit Nulleiter, und mit 2 das andere Netz, ein zweiphasiges Bahnnetz, bezeichnet. Am Netz 2    ist   die Synchronmaschine 3, am Netz 1 die Asynchronmaschine 4    angeschlossen.   Beide Maschinen sind    mitein-      ander-gekuppelt.   Die Frequenz der von der Synchronmaschine erzeugten Spannung entspricht dann der Drehzahl der    Asynchronmaschine,   welche einen bestimmten Schlupf besitzt.    Dieser   Schlupf ist bestimmt aus der Differenz der    Frequenzen   beider Netze unter Berücksichtigung der verschiedenen    Polzahlen.   Ausserdem ist an der Achse noch die Maschine 5 angeschlossen, welche die Drehzahl bzw.

      Frequenz   feststellt und an die Regeleinrichtung weitergibt. Der    Stromkreis   des Läufers der    Asyn-      chronmaschine   ist herausgeführt und mit dem Umrichtersatz 6 verbunden. Dieser beeinflusst den    Rotorstrom.   Hierbei ist es wie bei einer    Scherbiusmaschine   möglich, den Strom im Läufer der Phase und Grösse nach zu    bestimmen.   Dadurch    ist   es möglich, die Leistung der    Asynchronmaschine   und    damit   die    Aufnahme   oder Abgabe der Leistung beider Netze unabhängig vom Schlupf zu beeinflussen.

   Man kann also durch die Steuerung der    Umrichteranordnung   6 die Leistung der    Asynchronma-      schine   in bestimmter Weise vorschreiben. Die    Änderung   der Übergabeleistung wird durch die Höhe der an der    Umrichteranordnung   entstehenden Spannung und ihre Phase festgelegt. Diese dem Läufer zugeführte Spannung ist mit    UL   bezeichnet. Sie muss also jede Amplitude und Phasenlage annehmen können. Dies lässt sich erreichen, indem die Spannung    UL   aus zwei aufeinander senkrecht stehenden Komponenten    zusammengesetzt   wird, deren    Amplitude      einzeln   geändert werden kann.

   Diese beiden Komponenten sind mit    USP   und    U5"   bezeichnet. Die Frequenz von    UL   ist gleich der    Schlupffrequenz   des    Asyn-      chronmotors,   welche je nach dem    Frequenzunterschied   der beiden Netze unter Berücksichtigung der Polzahl verschieden sein kann. Es kann also unabhängig von diesem Schlupf wie bei der    Scherbiusmaschine   die    übergabe-      leistung   in beiden Richtungen eingestellt werden. 



  Die beiden Komponenten    U5p   und    U"   werden nun auf folgende Weise gewonnen:    In   der Zuleitung zum    Asynchronmotor   liegen zwei    Stromwandler   bzw. zwei    Stromwandlerwicklungen   7 und 8, deren Strom in bekannter Weise    in   eine    Spannung      U1"   und    Ulp      umgesetzt   und je einem Stromtor 9 und 10 zugeführt werden.

   Diese Stromtore erhalten ferner eine Steuerspannung, welche aus der    Netzspannung   selbst gewonnen wird, und zwar wird dem Stromtor 9 als Steuerspannung    UST   die zur dem Strom    entsprechenden   Phasenspannung    senkrechte   Spannung, dem Stromtor 10, die dem Strom    entsprechende   Spannung UR selbst zugeführt. Am    Ausgange   dieser Stromtore, welche in bekannter    Weise      Ringmodulatoren   oder    Multiplikatoren   sein können, erscheinen Gleichspannungen    UZ,   und    Uz",   welche nach    Glättung   (22,23) der    tatsächlichen   Wirk-    bzw.   Blindleistung proportional sind.

   Diese Spannungen, welche also den     Ist -Werten   der Wirk- und Blindleistung proportional sind, werden nun mit den    verlangten       Soll -Werten      Upgaii   und U,.,, in den Verstärkern 11 und 12 verglichen. Ihre    Differenz   wird als Steuer- bzw. Regelgrösse    U3"   und    U3,   den    überlagerungsgliedern   13 und 14 zugeführt. Dort werden diese Grössen mit einer höher    fre-      quenten      Wechselspannung.   beispielsweise Dreieckspannung    U,   überlagert, welche in dem    Hilfsgenerator   15 elektronisch erzeugt wird.

   Diese der    Regelgrösse   überlagerte    Hilfsspannung   wird nun als Steuerspannung    U4"   und    U°"   für die weiteren Stromtore 16 und 17 benutzt. Am Eingang dieser Stromtore    liegen   die gleichen aufein-    ander   senkrechten Spannungen, wie bei den Stromtoren 9 und 10, also    U3"   und    UR,.      Diese   Steuerung hat zur Folge, dass am Ausgang    eine   angenäherte    Sinusspannung   erscheint, deren Amplitude proportional der    Differenz   zwischen  Soll  und     Ist -Wert   der Wirk-    bzw.   Blindleistung ist.

   Die Frequenz ist gleich der Frequenz desjenigen Netzes, an das die    Asynchronmaschine   angeschlossen ist. 



  Die Frequenz dieser Steuergrössen muss nun umgewandelt werden. Sie müssen die    Schluppffrequenz   erhalten, da sie ja dem Läufer der    Asynchronmaschine   zugeführt werden    sollen.   Dies geschieht mit einem Frequenzwandler, der aus den den Phasen entsprechenden einzelnen Gliedern 18, 19 und 20 besteht. Jedes dieser drei Glieder erhält am Eingang über die    seriegeschalteten   Signaltore 16, 17 die Summe der beiden    Teilspannungen      U,   und    U5".   Sie werden durch eine Spannung mit Rotorfrequenz gesteuert, welche in dem Synchrongenerator 5 erzeugt und über den    Transformator   21 weitergegeben wird.

   Durch diese Steuerung entsteht am Ausgang eine mit der    Schlupffrequenz   sich ändernde und den drei Phasen entsprechende Steuerspannung    UstR,      Usts,      UstT.   Diese Spannungen steuern nun die im    einzelnen   nicht dargestellte    Umrichteranordnung   6 der Phase und Grösse nach. Dadurch entsteht die Spannung    UL,   die in den Läufer der    Asynchronmaschine   eingeführt wird und damit die Blind- und Wirkleistung der    Maschine   regelt. 



  Im einzelnen werden nun noch Beispiele für die Ausführung und Wirkungsweise der verschiedenen Elemente angegeben. Die Stromtore seien als    Ringmodulatoren   ausgeführt. Sie    besitzen   die Schaltung nach    Fig.   2a. Die Eingangsspannung sei    UE,   welche also bei dem Stromtor 9 der Spannung    U"   entsprechen würde. Diese Spannung wird an den Widerstand 24 gegeben. Die Ausgangsspannung wird an dem    Widerstad   25    abgenommen.   Die beiden Widerstände sind durch die Dioden 26 bis 29 miteinander verbunden.

   Ausserdem wird eine Steuerspannung    Ust   an den    übertrager   30 angelegt.    Diese   Steuerspannung entspricht beim Stromtor 9 der Spannung    UST.   Sie gibt ihr Potential an die Widerstände 24 und 25. Wird nun beispielsweise der Widerstand 24 durch die    Steuerspannung      Ust   positiv, so werden damit die    Dioden   26 und 29 leitend und die Ausgangsspannung    UA   ist in diesem Fall gleich der Eingangsspannung    U..   Ist aber die Steuerspannung    Ust   entgegengesetzt gepolt,

   so werden die Dioden 27 und 28 freigegeben und am Ausgang erscheint dann die    entgegengesetzte   Spannung wie am    Eingang.   Diese Verhältnisse sind in der    Fig.   2b dargestellt. Solange    die-      Steuerspannung      Ust   positiv ist, ist    U.   und    UA   gleich, sobald aber    Ust   negativ    wird,   dreht sich die Richtung von    UA   gegenüber    UE   um. Dadurch    entsteht   eine wellige Gleichspannung, die geglättet den Wert    U'A      annimmt.   Die    Glättung   erfolgt    in   den Gliedern 22 und 23 in der    Fig.   1. 



  Ferner sei die Bedeutung der    Dreieckspannung   näher erläutert: Die    Differenz   von Soll- und Ist-Wert wird dem    überlagerungsglied   13 bzw. 14 zugeführt. Dort werden die    zugeführten   Soll- und Ist-Werte mit der in bekannter Weise erzeugten Dreiecksspannung    UDr   überlagert. Hierbei entsteht eine um diese Differenz verschobene Dreieckspannung, wie    Fig.   3 zeigt. Diese hat dann beispielsweise die    angegebene   Form. Dort ist    U4   dargestellt, das also entweder    U4"   oder    U"   sein kann. Diese wirken auf ein weiteres, wie in der    Fig.   2a geschaltetes Stromtor als Steuerspannung.

   Die zugeführte Spannung    UST   oder UR    erhält   dadurch die Form, wie im unteren Teil der    Fig.   3 dargestellt ist. Es entsteht    eine   angenäherte Sinus- 

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 form mit der Frequenz des    Netzes,   an dem die    Asyn-      chronmaschine   angeschlossen ist. 



  Auch der    Frequenzwandler   besteht aus Stromtoren, welche von den    einzelnen   Phasen der Spannung mit um die    Schlupffrequenz   verringerter Frequenz gespeist werwen. Hierbei entstehen auf ähnliche Weise Spannungen, welche die    Summe   der    einzelnen   Frequenzen und ihre    Differenz   besitzen. Die    Differenzfrequenz   entspricht der    Schlupffrequenz.   Diese wird in    Filtern   ausgesiebt und dann zur Steuerung der    Umrichtergruppe   in bekannter Weise benutzt. 



  Der Generator 5 besitzt die    Drehzahl   des Übergabeaggregates. Er kann einen    permanenten   Magneten als Erregerkreis    besitzen.   Die in ihm entstehende    Frequenz   ist dann der Drehzahl, also der um die    Schlupffrequenz   verminderten    Netzfrequenz,   proportional. 



  Man kann nun noch eine    Rückführungseinrichtung   in bekannter Weise vorsehen, so dass ein    Regelkreis   entsteht, welcher die eingestellte Sollgrösse prüft. Dieser ist in    Fig.   1 durch die Einrichtung 31    gestrichelt   angedeutet. Er    fürt   den im Rotor    fliessenden   Strom der    Grös-      se,   Phase und    Frequenz   nach in den Steuerkreis der Umrichter zurück. 



  Es ist nun nicht unbedingt nötig, die    Umrichterein-      richtung   vorzusehen. Die Steuerung, also die Erzeugung der Steuerspannung    einschliesslich      des      Frequenzwandlers,   können auch an die bereits beschriebene    bekannte   Anordnung mit    Scherbiusmaschine   gegeben werden. Dann muss ein Verstärker zwischen den Stromtoren 18, 19, 20 und der durch die    Scherbiusmaschine      ersetzten      Umrichter-      anordnung   6 vorgesehen werden, damit die Erregerleistung der Maschine aufgebracht werden kann.

   Diese Einrichtung hat den    Vorteil,   die bewährte    Scherbiusmaschine      weiterhin   verwenden zu können. Sie nimmt keinen erheblichen Platz ein, da sie an das    Umformeraggregat   angekuppelt werden    kann.   



  Durch die beschriebene Anordnung, bei welcher fast alle Elemente aus elektronischen    Mitteln   aufgebaut sind, also auch die    Frequenzumformung   statisch gemacht wird, wird eine raumsparende Einrichtung erhalten, welche bei gleicher Zuverlässigkeit, wie die bekannten Anordnungen, ohne dauernde Überwachung betrieben werden kann.



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 Control and regulating device for the inevitable active and reactive power consumption and output of an asynchronous motor The invention relates to a control and regulating device for the inevitable active and reactive power consumption and output of an asynchronous motor by means of a controlled variable and control variable which determines the slip frequency and the height the rotor current is influenced, using electronic means.



  With asynchronous motors, the slip adjusts itself according to the load. A slip occurs that is proportional to this load. However, there are cases in which the reactive and active power should not be determined by the load, but controlled. This is particularly desirable in the case of network couplings between asynchronous networks, for example between the land network and the rail network. The networks can change their frequency independently of the power. In this case, the power transfer from one network to the other is imposed by the control of the asynchronous motor, with the slip having to correspond to the frequency difference between the networks.



  For this purpose, a voltage has been generated to supply the rotor of the asynchronous machine, which uses the slip frequency via a frequency converter with a phase position corresponding to the distribution of reactive and active power. This voltage is fed to an additional machine, namely a Scherbius machine, which serves as a power amplifier. As a result, the transfer power is determined arbitrarily at a prescribed slip frequency. The rotor of the asynchronous machine then receives a current prescribed by the control or regulating device, which corresponds to a specific power.

   The active and reactive components of this current then correspond to the active and reactive power of the motor.



  This Scherbius machine has the same frequency in the rotor and the stator and transmits different levels of power depending on the level of the applied voltage (as in a DC motor). You have it in your hand to be able to regulate the performance independently of the Schtupf. Depending on the direction of the current, the power can be prescribed in both directions. Until now, electronic means could only be used successfully to transform the measured variables. Initially, double rotary controls were used, each of which generated individual voltages that corresponded to either the active or reactive power. These two components were combined to form a control parameter.

   The amplitude and phase position of this control variable then determine the reactive and active power distribution. With the help of the electronics it was possible to use only one control generator. This has two excitation windings to which a control variable obtained from reactive or active current and electronically converted is fed. In the previous version, a synchronous machine for generating the control voltage and a frequency converter as well as the Scherbius machine with associated excitation machine and the machine used for transmission are required as movable members.



  The large number of rotating machines and parts is to be viewed as a disadvantage despite the inherently good and reliable mode of operation due to the large space requirement and the maintenance required.



     According to the invention, it is therefore proposed that a signal gate is provided for regulating the reactive and active power, to which a voltage of mains frequency is fed and controlled by a control variable that is superimposed on an alternating voltage of higher frequency obtained from an alternating current auxiliary generator 5, and that the outputs of these two signal gates are connected to three further signal gates 18, 19, 20 as frequency converters, which are controlled by the three phases of a voltage with the frequency corresponding to the speed of the asynchronous motor, and that a device 6 is provided,

   which transmits the voltages generated in this way with the difference frequency of the mains and motor frequency to the rotor of the asynchronous machine in the specified size and frequency.



  An example of the subject matter of the invention is described in more detail in FIG. 1. In FIG. 2 the mode of operation of the current gate and in FIG. 3 the control by the triangular voltage is shown in more detail.



  In Fig. 1, 1 is a network, in this case

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 a three-phase network with a neutral conductor, and 2 the other network, a two-phase rail network. The synchronous machine 3 is connected to the network 2 and the asynchronous machine 4 is connected to the network 1. Both machines are coupled to one another. The frequency of the voltage generated by the synchronous machine then corresponds to the speed of the asynchronous machine, which has a certain slip. This slip is determined from the difference between the frequencies of the two networks, taking into account the different numbers of poles. In addition, the machine 5 is connected to the axis, which determines the speed or

      Determines the frequency and forwards it to the control device. The electric circuit of the rotor of the asynchronous machine is led out and connected to the converter set 6. This influences the rotor current. As with a Scherbius machine, it is possible to determine the phase and size of the current in the rotor. This makes it possible to influence the performance of the asynchronous machine and thus the consumption or output of the performance of both networks independently of the slip.

   By controlling the converter arrangement 6, the output of the asynchronous machine can therefore be prescribed in a certain way. The change in the transfer power is determined by the level of the voltage generated at the converter arrangement and its phase. This voltage fed to the rotor is labeled UL. It must therefore be able to accept any amplitude and phase position. This can be achieved by combining the voltage UL from two mutually perpendicular components, the amplitude of which can be changed individually.

   These two components are labeled USP and U5 ". The frequency of UL is equal to the slip frequency of the asynchronous motor, which can be different depending on the frequency difference between the two networks, taking into account the number of poles. It can therefore be independent of this slip as with the Scherbius machine the transfer capacity can be adjusted in both directions.



  The two components U5p and U "are now obtained in the following way: In the supply line to the asynchronous motor there are two current converters or two current converter windings 7 and 8, the current of which is converted in a known manner into a voltage U1" and Ulp and a current gate 9 and 10 each are fed.

   These current gates also receive a control voltage which is obtained from the mains voltage itself, namely the current gate 9 is supplied as the control voltage UST with the voltage perpendicular to the phase voltage corresponding to the current, the current gate 10, the voltage UR itself corresponding to the current. At the output of these current gates, which can be ring modulators or multipliers in a known manner, DC voltages UZ and Uz ″ appear, which after smoothing (22, 23) are proportional to the actual active or reactive power.

   These voltages, which are proportional to the actual values of the active and reactive power, are now compared with the required set values Upgaii and U,. ,, in the amplifiers 11 and 12. Their difference is fed to the superimposing elements 13 and 14 as control or regulating variables U3 "and U3. There, these variables are superimposed with a higher frequency alternating voltage, for example triangular voltage U, which is generated electronically in auxiliary generator 15.

   This auxiliary voltage superimposed on the controlled variable is now used as control voltage U4 "and U °" for the further current gates 16 and 17. At the input of these current gates there are the same perpendicular voltages as with the current gates 9 and 10, i.e. U3 ″ and UR. The result of this control is that an approximately sinusoidal voltage appears at the output, the amplitude of which is proportional to the difference between target and Actual value of the active or reactive power.

   The frequency is equal to the frequency of the network to which the asynchronous machine is connected.



  The frequency of these control variables must now be converted. You have to get the slip frequency, because they should be fed to the rotor of the asynchronous machine. This is done with a frequency converter, which consists of the individual elements 18, 19 and 20 corresponding to the phases. Each of these three elements receives the sum of the two partial voltages U1 and U5 "at the input via the signal gates 16, 17 connected in series. They are controlled by a voltage with rotor frequency which is generated in the synchronous generator 5 and passed on via the transformer 21.

   This control creates a control voltage UstR, Usts, UstT that changes with the slip frequency and corresponds to the three phases at the output. These voltages now control the converter arrangement 6 (not shown in detail) in terms of phase and size. This creates the voltage UL, which is introduced into the rotor of the asynchronous machine and thus regulates the reactive and active power of the machine.



  In detail, examples for the design and mode of operation of the various elements will now be given. The power gates are designed as ring modulators. You have the circuit of Fig. 2a. Let the input voltage be UE, which would correspond to the voltage U "at the current gate 9. This voltage is given to the resistor 24. The output voltage is taken from the resistor 25. The two resistors are connected to one another by the diodes 26-29.

   In addition, a control voltage Ust is applied to the transformer 30. This control voltage corresponds to the voltage UST for the power gate 9. It gives its potential to the resistors 24 and 25. If, for example, the resistor 24 becomes positive due to the control voltage Ust, the diodes 26 and 29 become conductive and the output voltage UA in this case is equal to the input voltage U .. But this is the control voltage Ust polarized opposite,

   so the diodes 27 and 28 are released and the opposite voltage then appears at the output as at the input. These relationships are shown in FIG. 2b. As long as the control voltage Ust is positive, U. and UA are the same, but as soon as Ust becomes negative, the direction of UA reverses with respect to UE. This creates a ripple DC voltage that smoothly assumes the value U'A. The smoothing takes place in the links 22 and 23 in FIG. 1.



  Furthermore, the meaning of the triangular voltage should be explained in more detail: The difference between the setpoint and actual value is fed to the superposition element 13 or 14. There the supplied setpoint and actual values are superimposed with the triangular voltage UDr generated in a known manner. This results in a triangular voltage shifted by this difference, as FIG. 3 shows. This then has the specified form, for example. There U4 is shown, which can be either U4 "or U". These act on a further current gate connected as in FIG. 2a as a control voltage.

   The supplied voltage UST or UR is given the shape as shown in the lower part of FIG. An approximated sinusoidal

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 form with the frequency of the network to which the asynchronous machine is connected.



  The frequency converter also consists of current gates, which are fed by the individual phases of the voltage with a frequency reduced by the slip frequency. This creates voltages in a similar way, which have the sum of the individual frequencies and their difference. The difference frequency corresponds to the slip frequency. This is filtered out in filters and then used in a known manner to control the converter group.



  The generator 5 has the speed of the transfer unit. It can have a permanent magnet as an excitation circuit. The frequency that arises in it is then proportional to the speed, that is to say the network frequency reduced by the slip frequency.



  A feedback device can now also be provided in a known manner, so that a control loop is created which checks the set target value. This is indicated in Fig. 1 by the device 31 in dashed lines. It returns the current flowing in the rotor in terms of size, phase and frequency to the control circuit of the converter.



  It is now not absolutely necessary to provide the converter device. The control, that is to say the generation of the control voltage including the frequency converter, can also be given to the known arrangement with a Scherbius machine already described. An amplifier must then be provided between the current gates 18, 19, 20 and the converter arrangement 6 replaced by the Scherbius machine so that the excitation power of the machine can be applied.

   This facility has the advantage of being able to continue using the tried and tested Scherbius machine. It does not take up any significant space because it can be coupled to the converter unit.



  The arrangement described, in which almost all elements are built up from electronic means, i.e. also the frequency conversion is made static, a space-saving device is obtained which can be operated without constant monitoring with the same reliability as the known arrangements.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Steuer- und Regeleinrichtung für die zwangsläufige Wirk- und Blindleistungsaufnahme und -abgabe eines Asynchronmotors durch eine Regel- und Steuergrösse, welche die Schlupffrequenz und die Höhe des Rotorstromes beeinflusst, unter Anwendung elektronischer Mittel, dadurch gekennzeichnet, dass für die Regelung der Blind- und Wirkleistung je ein Signaltor (16, 17) vorgesehen ist, dem eine Spannung von Netzfrequenz zugeführt und durch eine Regelgrösse gesteuert wird, die einer aus einem Wechselstrom-Hilfsgenerator (5) gewonnenen Wechselspannung höherer Frequenz überlagert ist, PATENT CLAIM Control and regulating device for the inevitable active and reactive power consumption and output of an asynchronous motor by means of a regulating and control variable which influences the slip frequency and the amount of the rotor current, using electronic means, characterized in that for regulating the reactive and Active power, a signal gate (16, 17) is provided for each, to which a voltage of mains frequency is fed and controlled by a controlled variable which is superimposed on an alternating voltage of higher frequency obtained from an alternating current auxiliary generator (5), und dass die Ausgänge dieser beiden Signaltore an drei weitere Signaltore (18, 19, 20) als Frequenzwandler angeschlossen sind, die von den drei Phasen einer Spannung mit der der Drehzahl des Asynchronmotors entsprechenden Frequenz gesteuert sind, und dass eine Einrichtung (6) vorgesehen ist, welche die auf diese Weise entstehenden Spannungen mit der Differenzfrequenz von Netz und Motorfrequenz auf den Rotor der Asynchronmaschine in vorgeschriebener Grösse und Phase überträgt. UNTERANSPRÜCHE 1. and that the outputs of these two signal gates are connected to three further signal gates (18, 19, 20) as frequency converters, which are controlled by the three phases of a voltage with the frequency corresponding to the speed of the asynchronous motor, and that a device (6) is provided , which transmits the voltages generated in this way with the difference frequency of the mains and motor frequency to the rotor of the asynchronous machine in the specified size and phase. SUBCLAIMS 1. Steuer- und Regeleinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass im Stromkreis des Asyn- ehronmotors Stromwandler (7, 8) vorgesehen sind, deren Strom als Regelgrösse zwei weiteren Ringmodulatoren (9, 10) zugeführt ist, von denen der eine mit der dem Strom entsprechenden Phasenspannung (UR), der andere mit der dazu senkrechten verketteten Spannung (Ust) gesteuert ist, und dass ein Vergleichsglied (11, 12) vorgesehen ist, das diese Regelgrösse mit der Sollgrösse vergleicht. 2. Control and regulating device according to claim, characterized in that current converters (7, 8) are provided in the circuit of the asynchronous motor, the current of which is fed to two further ring modulators (9, 10) as a control variable, one of which corresponds to the current Phase voltage (UR), the other is controlled with the chained voltage (Ust) perpendicular to it, and that a comparison element (11, 12) is provided which compares this controlled variable with the setpoint. 2. Steuer- und Regeleinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass an den Asynchronmotor (4) ein Synchrongenerator (5) mit Permanentmagnet angeschlossen ist, welche eine dreiphasige Spannung mit einer Frequenz proportional der Drehzahl des Asynchronmotors erzeugt. 3. Steuer- und Regeleinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Umrichter (6) vorgesehen sind, welche im Rotorkreis des Asynchronmotors liegen und eine Steuereinrichtung besitzen, welche mit dem Ausgang der Frequenzwandler (18, 19, 20) verbunden ist. 4. Control and regulating device according to patent claim, characterized in that a synchronous generator (5) with permanent magnet is connected to the asynchronous motor (4), which generator generates a three-phase voltage with a frequency proportional to the speed of the asynchronous motor. 3. Control and regulating device according to claim, characterized in that converters (6) are provided which are located in the rotor circuit of the asynchronous motor and have a control device which is connected to the output of the frequency converter (18, 19, 20). 4th Steuer- und Regeleinrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführungseinrichtung (31) vorgesehen ist, welche zwischen dem Rotorkreis des Asynchronmotors und dem Steuerkreis des Umrichters liegt. 5. Regel- und Steuereinrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass eine Scherbiusmaschine vorgesehen ist, welche im Rotorkreis des Asynchronmotors liegt und deren Erregerkreis mit dem Frequenz- wandler über Verstärker verbunden ist. Control and regulating device according to dependent claim 3, characterized in that a feedback device (31) is provided which is located between the rotor circuit of the asynchronous motor and the control circuit of the converter. 5. Regulation and control device according to claim, characterized in that a Scherbius machine is provided which is located in the rotor circuit of the asynchronous motor and whose excitation circuit is connected to the frequency converter via an amplifier.
CH1184264A 1964-09-10 1964-09-10 Control and regulation device for the inevitable active and reactive power consumption and output of an asynchronous motor CH429919A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112787335A (en) * 2020-12-25 2021-05-11 南方电网科学研究院有限责任公司 Transient stability control method with asynchronous motor load and related device

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CN112787335A (en) * 2020-12-25 2021-05-11 南方电网科学研究院有限责任公司 Transient stability control method with asynchronous motor load and related device

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