CH622137A5 - Arrangement for controlling the rotational speed and direction of rotation of a three-phase asynchronous motor - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die im Zusammenhang mit der Drehrichtungsumkehr auftretenden

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steue- 50 Kurzschlussprobleme fortfallen oder vernachlässigbar sind und rung der Drehzahl und der Drehrichtung eines Dreiphasen- die Umschaltung bei einer beliebigen Drehzahl ohne vorange-Asynchronmotors, der von einer regelbaren Gleichspannungs- hende Herunterregelung der Drehzahl vorgenommen werden Versorgung über eine Kurzschlussimpedanz und einen Wech- kann.

selrichter gespeist ist, wobei die regelbare Gleichspannung bei Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass Erreichen eines Stromgrenzwertes absenkbar ist, mit einem die 55 der Umsteuerschaltung eine Sperrvorrichtung zugeordnet ist, Drehzahl bestimmenden Frequenzgeber, mit einem vom Fre- welche die eingeleitete Umsteuerung bis zum Zeitpunkt der quenzgeber beeinflussten Zündsignalgenerator, der über nächstfolgenden Löschung der Wechselrichter-Umschaltele-

Steuerleitungen mit paarweise in mindestens drei Zweigen in mente verhindert, und dass die Frequenz des Frequenzgebers Reihe angeordneten Wechselrichter-Schaltelementen verbun- proportional zur geregelten Gleichspannung geführt ist.

den ist, und einem ebenfalls vom Frequenzgeber beeinflussten &o Die Sperrvorrichtung sorgt dafür, dass der Umsteuervor-Löschsignalgenerator zum Aussteuern eines gemeinsamen gang jeweils mit einem Löschvorgang zusammenfällt oder Löschschaltelements für die Löschung der Wechselrichter- unmittelbar davor erfolgt. Der Zustand, dass beide Schaltele-Schaltelemente, und mit einer die Drehrichtung beeinflussen- mente eines Zweiges gleichzeitig leitend sind, tritt daher nicht den Umsteuerschaltung zum Vertauschen der Steuerleitung für oder höchstens in unschädlich kurzer Zeit auf. Eine Zerstörung die Wechselrichter-Schaltelemente wenigstens zweier Zweige. 6.5 der Schaltelemente ist daher ausgeschlossen. Ausserdem liegt

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art weist die der Motor unmittelbar nach dem Umsteuervorgang an Span-

Gleichspannungsversorgung einen als steuerbaren Gleichrich- nung führenden Klemmen, die ein der neuen Drehrichtung ent-ter ausgebildeten Zerhacker auf, der eine konstante Gleichspan- sprechendes Drehfeld hervorrufen. Da der Motor noch in der

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alten Drehrichtung läuft, wirkt er als Generator und wird Zweige a, b und c auf, die je zwei in Reihe liegende Schaltele-

dementsprechend rasch gebremst. mente 15a und 16a, 15b und 16b sowie 15c und 16c aufweisen,

Die beim Umsteuervorgang auftretenden hohen Ströme, zwischen denen die drei Phasenanschlüsse U, V und W abzwei-

die zu einer Absenkung der regelbaren Gleichspannung führen, gen. Die Steuerelektroden der als gesteuerte Gleichrichter ergeben auch eine Herabsetzung der Frequenz. Dies ermög- 5 ausgebildeten Schaltelemente werden über Steuerleitungen 17

licht das Hochlaufen des Asynchronmotors in der Gegenrich- mit hochfrequenten Zündimpulsen z versorgt. Weitere Teile tung, ohne dass höhere Ströme fliessen müssten, als sie durch des Wechselrichters, wie Freilaufdioden und dergleichen, sind die Maximalstrombegrenzung zugelassen werden, die in der der Einfachheit halber fortgelassen.

Regel den Motorstrom etwa auf den normalen Vollaststrom Ein Löschkreis weist einen Kondensator 18, eine begrenzt. Ein Gefahr, dass infolge der Verzögerung des Lösch- io Umschwingdrossel 19, ein Löschschaltelement 20 in der Form Vorganges zu lange ein Kurzschlussstrom über die einzelnen eines gesteuerten Gleichrichters und eine Diode 21 auf. Die Zweige fliesst, ist durch die Verwendung der Sperrvorrichtung Steuerelektrode des Schaltelements 20 wird über eine Steuerausgeschlossen. Ieitung 22 von einem Löschimpulsgenerator 23 mit Löschim-

Eine besonders einfache Schaltung ergibt sich, wenn der pulsen 1 versorgt, die jeweils von einem Taktimpuls t ausgelöst Frequenzgeber jeweils zum Löschzeitpunkt einen Taktimpuls i s werden, also eine dem Sechsfachen der gewünschten Frequenz abgibt, der die Sperrvorrichtung freigibt. Auf diese Weise ist entsprechende Frequenz haben.

der Synchronismus zwischen dem Löschvorgang und dem Die Taktimpulse t steuern ferner einen Zündsignalgenera-

Umsteuervorgang gegeben. Im einfachsten Fall ist der Taktim- tor, der eine beliebigen Aufbau haben kann und beispielsweise puls mit dem Löschimpuls identisch. Flipflops, Frequenzteiler, Zählerschaltungen usw. aufweisen

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dafür gesorgt, 20 kann. An den Ausgängen entstehen Zündsignale u, v und w, die dass die Sperrvorrichtung in Abhängigkeit von einem zuge- den an den Ausgängen U, V und W gewünschten Phasenspan-

führten Phasenumsteuersignal eines von zwei alternativ auftre- nungen entsprechen. Das Zündsignal w wird direkt, die Zünd-

tenden Umschaltsignalen abgibt, einen Signalwechsel aber nur signale u und v werden über eine Umsteuerschaltung 30 weiter-

bei der nächstfolgenden Löschung zulässt, und dass die geleitet. Sie werden alsdann teils direkt, teils über ein NICHT-Umsteuerschaltung pro umzusteuernden Zweig zwei elektroni- 25 Glied 32a, 32b bzw. 32c an Leitungen 31 a bis c und 33a bis c zur sehe Schaltglieder aufweist, in denen die Zündsignale je einer Abgabe der Zündimpulse in den Leitungen 17 weitergeleitet.

Phase des Zündsignalgenerators nach einer UND-Funktion mit Beispielsweise können sie mit einem dauernd gesendeten je einem der beiden Umschaltsignale verknüpft werden. Durch Hochfrequenzsignal, z.B. 200 kHz, kombiniert werden. Dieses die Verknüpfung der Zündsignale mit den Umschaltsignalen Hochfrequenzsignal tritt daher in den Leitungen 17 immer und durch die zeitrichtige Abgabe der Umschaltsignale ist der 30 dann auf, wenn auch ein von den Zündsignalen u, v und w

Umsteuervorgang mit dem Löschvorgang synchronisiert. abhängiges Eingangssignal auf den Leitungen 31 a bis c und 33a

Hierbei kann insbesondere die Sperrvorrichtung ein D-Flip- bis c vorhanden ist.

flop sein, dessen D-Eingang das Phasenumsteuersignal zuge- Die Umsteuerschaltung 30 weist für jede Phase zwei erste führt wird, dessen Takteingang ein Taktimpuls des Frequenzge- NAND-Glieder 37,38 und 39,40 sowie ein zweites NAND-bers zugeführt wird und an dessen beiden Ausgängen die bei- 35 Glied 41 und 42 auf. Ferner ist eine Sperrvorrichtung 43 in der den Umschaltsignale abgenommen werden. Das Phasenum- Form eines D-Flipflops vorgesehen, dess D-Eingang über einen steuersignal kann beispielsweise ein Rechtecksignal mit dem Schalter 44 wahlweise an Masse oder an die Spannung einer Wert 1 für die eine Drehrichtung und dem Wert 0 für die Spannungsquelle 45 gelegt ist, so dass dem D-Eingang ein Pha-andere Drehrichtung sein. senumsteuersignal p zugeführt wird, das den Wert 1 für die eine Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeich- 40 Drehrichtung und den Wert 0 für die andere Drehrichtung hat. nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die jedem der beiden Werte ist ein Umschaltsignal s 1 am Q-Aus-einzige Figur zeigt ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungs- gang bzw. s2 am Q-Ausgang zugeordnet. Eine Umschaltung an gemässen Anordnung. den Ausgängen erfolgt jedoch erst beim Auftreten eines Takt-Eine regelbare Gleichspannungsversorgung 1 wird mit kon- impulses p am Takteingang cl. Das bedeutet, dass das Phasen-stanter Gleichspannung U= gespeist. Ein Serienregeler 2 weist 45 umsteuerungssignal p zu einem beliebigen Zeitpunkt gegeben einen als Zerhacker arbeitenden gesteuerten Gleichrichter 3 werden kann, ein Wechsel der Umschaltsignale sl und s2 auf, dessen Steuersignale von einem Steuergerät 4 derart zuge- jedoch erst beim Auftreten des Taktimpulses t erfolgt, der führt werden, dass Gleichstromimpulse unterschiedlicher gleichzeitig über dem Löschsignalgenerator 23 die Löschung Breite und/oder Frequenz hindurchgelassen werden. Nachge- bewirkt. In Abhängigkeit von diesen Umschaltsignalen sl und schaltet ist ein Glättungskreis, der eine Längsdrossel 5 und 50 s2 sind entweder die NAND-Glieder 37 und 39 oder die einen Querkondensator 6 aufweist. Infolgedessen entsteht eine NAND-Glieder 38 und 40 wirksam, so dass der Zweig a wahlregelbare Gleichspannung U1. Diese wird normalerweise weise vom Zündsignal u oder v und der Zweig b wahlweise vom einem Sollwert nachgeführt, der über eine Einsteilvorrichtung Zweig v oder u gesteuert wird, was einer Drehrichtungsumkehr 7 am Steuergerät 4 vorgegeben ist. Wenn jedoch der Strom im entspricht System einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, was durch 55

den Spannungsabfall an einem Messwiderstand 8 festgestellt Es sei angenommen, dass das Umschaltsignal sl vorhanden werden kann, regelt das Steuergerät 4 die Spannung U1 soweit )st- Dann arbeitet die Schaltung so, dass die Phasenspannungen herab, dass keine übermässigen Ströme auftreten können. Von 'n der Reihenfolge U, V und W auftreten. Wird der Schalter 44

der Spannung U1 ist auch ein Frequenzgeber 9 abhängig, der umgelegt, so ergibt sich beim nächsten Taktimpuls t ein Wech-Taktimpuls t mit dem Sechsfachen der gewünschten, zur Span- 60 sel des Umschaltsignals auf s2. Nunmehr erfolgt die Steuerung nung U1 passenden Frequenz abgibt. Dieser Frequenzgeber 9 der Phasenspannungen in der Reihenfolge V, U, W, was einer hat die Form eines bekannten spannungsgesteuerten Oszilla- < Umkehr des Drehfelder im Motor 14 gleichkommt. Da die tors (VCO). Umschaltung im Löschaugenblick erfolgt, ist kein Kurzschluss

Über eine Kurzschlussimpedanz 10, die mittels einer Trans- in den Zweigen a, b und c zu befürchten. Sofort nach dieser formatorwicklung 11 und eines Gleichrichters 12 auch der 65 Umschaltung arbeitet der Motor als Generator und wird daher

Energierückgewinnung beim Löschvorgang dient, ist ein gebremst. Wegen der auftretenden Ströme wird die Spannung

Wechselrichter 13 angeschlossen, der einen Dreiphasen- U1 herabgeregelt, wodurch auch die Frequenz des Frequenz-

Asynchronmotor 14 speist. Der Wechselrichter weist drei gebers 9 abnimmt. Sobald der Motor 14 zum Stillstand gekom-

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men ist, fährt er sofort im Gegensinn wieder hoch, wobei die Spannung U1 und die Frequenz bis zum gewünschten Sollwert wieder zunehmen.

Abwandlungen sind in vielerlei Richtung möglich. Beispielsweise kann die Sperrvorrichtung auch durch einen Löschimpuls ausgelöst werden. Die NAND-Glieder können auch durch UND-Glieder und umgekehrt ersetzt werden, wenn die Schaltung entsprechend angepasst wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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   PATENTANSPRÜCHE nung in der Form von Impulsen mit unterschiedlicher Breite

   1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und der Dreh- und/oder unterschiedlicher Frequenz hindurchlässt, so dass richtung eines Dreiphasen-Asynchronmotors, der von einer sich mit Hilfe einer nachgeordneten Glättungsschaltung eine regelbaren Gleichspannungsversorgung über eine Kurz- regelbare Gleichspannung ergibt. Diese wird von einem Spanschlussimpedanz und einen Wechselrichter gespeist ist, wobei 5 nungs-Sollwert bestimmt, wird aber, wenn der Strom einen vor-die regelbare Gleichspannung bei Erreichen eines Stromgrenz- gegebenen Grenzwert erreicht, soweit herabgeregelt, dass die-wertes absenkbar ist, mit einem die Drehzahl bestimmenden ser Strom nicht überschritten wird. Die Drehzahl wird mit Frequenzgeber, mit einem vom Frequenzgeber beeinflussten Hilfe eines von der Spannungsregelung unabhängigen Fre-Zündsignalgenerator, der über Steuerleitungen mit paarweise quenzgebers bestimmt, der mit einem Zündsignalgenerator und in mindestens drei Zweigen in Reihe angeordneten Wechsel- io einem Löschsignalgenerator kombiniert ist. Der Löschsignal-richter-Schaltelementen verbunden ist, und einem ebenfalls generator gibt Löschimpulse mit dem Sechsfachen der vom Frequenzgeber beeinflussten Löschsignalgenerator zum gewünschten Frequenz ab. Der Zündsignalgenerator ist über Aussteuern eines gemeinsamen Lösch-Schaltelements für die drei Paare von Steuerleitungen mit den Wechselrichter-Löschung der Wechselrichter-Schaltelemente, und mit einer Schaltelementen von drei Zweigen verbunden. Bei zwei Paaren die Drehrichtung beeinflussenden Umsteuerschaltung zum is können die Anschlüsse durch eine Umsteuerschaltung mitein-Vertauschen der Steuerleitungen für die Wechselrichter- ander vertauscht werden.

   Schaltelemente wenigstens zweier Zweige, dadurch gekenn- im normalen Betrieb ist in jedem Zweig jeweils ein Wech-

   zeichnet, dass der Umsteuerschaltung (30) eine Sperrvorrich- selrichter-Schaltelement, z.B. ein gesteuerter Gleichrichter, in tung (43) zugeordnet ist, welche die eingeleitete Umsteuerung den leitenden Zustand gesteuert z.B. durch ein während der bis zum Zeitpunkt der nächstfolgenden Löschung der Wechsel- 20 Durchlassperiode vorhandenes Hochfrequenzsignal. Wenn richter-Schaltelemente verhindert und dass die Frequenz des nun die Steuerleitungen vertauscht werden, wird, ohne dass die Frequenzgebers (9) proportional zur geregelten Gleichspan- erstgenannten Schaltelemente gelöscht werden, auch das nung (Ul) geführt ist. jeweils zweite Schaltelement des Zweiges in den leitenden
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Zustand gebracht. Damit ergibt sich ein Kurzschluss. Der dabei dass der Frequenzgeber (9) jeweils zum Löschzeitpunkt der 25 fliessende ICurzschlussstrom ist zwar im ersten Augenblick

   Wechselrichter-Schaltelemente einen Taktimpuls (t) abgibt, wegen der Kurzschlussimpedanz noch tragbar, wächst aber der die Sperrvorrichtung (43) freigibt. rasch auf unzulässig hohe Werte an. Beim Auftreten des Kurz-
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- schlussstromes wird zwar die Spannung der Gleichspannungszeichnet, dass die Sperrvorrichtung (43) in Abhängigkeit von Versorgung heruntergeregelt. Die im Glättungskondensator einem zugeführten Phasenumsteuersignal (p) eines von zwei 30 und in der Kurzschlüssimpedanz gespeicherte Energie kann alternativ auftretenden Umschaltsignalen (SI, S2) abgibt, einen aber bereits ausreichen, um die Schaltelemente zu zerstören. Signalwechsel aber nur bei der nächstfolgenden Löschung der Da der Asynchronmotor keine Energie abgeben kann, läuft er Wechselrichter-Schaltelemente zulässt, und dass die Umsteuer- unbegrenzt weiter, wodurch sich die Drehrichtungsumkehr Schaltung pro umzusteuernden Zweig (a, b, c) zwei elektroni- verzögert.

   sehe Schaltglieder (37,38; 39,40) aufweist, in denen die Zünd- 35 Es ist ferner bekannt, die Frequenz des Frequenzgebers der signale (u, v) je einer Phase des Zündsignalgenerators (24) nach regelbaren Spannung am Ausgang der Gleichspannungsvereiner UND-Funktion mit je einem der beiden Umschaltsignale sorgung nachzuführen, weil für einen optimalen Betrieb des (SI, S2) verknüpft werden. Asynchronmotors dessen Spannung und Frequenz in einem
4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, etwa konstanten Verhältnis zueinander stehen sollen. Wenn dass die Sperrvorrichtung (43) ein D-Flipflop ist, dessen D-Ein- 40 man die zuvor erwähnte Umsteuerschaltung bei einer solchen gang das Phasenumsteuersignal (p) zugeführt wird, dessen Anordnung anwenden würde, ergäben sich noch grössere Pro-Takteingang ein Taktimpuls (t) des Frequenzgebers (9) zuge- bleme. Denn wenn beim Auftreten eines Kurzschlusstromes die führt wird und an dessen beiden Ausgängen die beiden regelbare Spannung herabgesetzt wird, nimmt gleichzeitig die Umschaltsignale (SI, S2) abgenommen werden. vorgegebene Frequenz ab. Das bedeutet, dass die Zeit bis zum

   45 Auftreten der nächsten Löschung noch grösser wird, der Kurzschlussstrom also noch länger fliesst.