CH628476A5 - Regelvorrichtung fuer einen elektromotor, der von einem generator mit steuerbarer erregung gespeist wird. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Beim Betrieb eines Motors können Belastungen auftreten, bei denen der Motor bis zum Stillstand abgebremst wird. Das gilt insbesondere für Motoren in Antriebseinheiten, beispielsweise für den Motor des Antriebs eines Eisbrechers, wobei die Stillstandsbedingung bzw. die den Stillstand bewirkende Last dadurch erzeugt wird, dass Eis die Schiffsschraube sperrt bzw. sich um die Schiffsschraube herum ansammelt, wenn das Schiff in das Eis zurückgeschoben wird, um es zu zerkleinern und zu zerreiben.

Die bekannten Regelvorrichtungen für Motoren arbeiten nicht voll zufriedenstellend, wenn auf den Motor eine einen Stillstand bewirkende Last wirkt. Bei einer bekannten und im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläuterten Regelvorrichtung steigt der Strom linear an, wenn die Motorgeschwindigkeit verringert wird, bis ein Stillstand erreicht ist, bei welchem der Strom dem kurzzeitigen Überlastnennstrom des Motors entspricht. Wenn der Stillstand länger als einige wenige Sekunden dauert, beispielsweise in der Grössenordnung von 10 Sekunden liegt, wird die Belastung reduziert, um eine Beschädigung des Motors zu verhindern. Die bei dieser Regelvorrichtung vom Motor erzeugte Leistung nimmt ab, wenn die Motorgeschwindigkeit abfällt, bis der Motor zum Stillstand kommt. Ausserdem erhöht sich das Drehmoment des Motors linear bis zum Stillstand, da sich die Motorgeschwindigkeit verringert. Die vom Motor abgebbare bzw. die verfügbare Leistung ebenso wie das verfügbare Drehmoment können daher bei solchen Betriebsbedinungen, bei denen die gesamte verfügbare Leistung erwünscht wäre, nicht genutzt werden. Eine Erhöhung des verfügbaren Drehmoments vor dem Stillstand

2

s io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

628 476

reduziert ferner die Möglichkeit des Eintritts eines Motorstillstands. Darüber hinaus würde ein Motor einem kurzzeitigen bzw. übergangsweise auftretenden Überlaststrom etwa 10 oder 15 Sekunden lang bei vollständigem Stillstand widerstehen, während bei einer Drehung des Motors der Motor einem derartigen Überlaststrom eine wesentlich längere Zeit widerstehen würde.

Der Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, eine Motor-Regelvorrichtung zu schaffen, welche die vorstehend angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Die neue Motor-Regelvorrichtung ermöglicht eine wesentliche Erhöhung des Dremoments bei Stillstandsbedingungen, und zwar schon vor dem eigentlichen Motorstillstand, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Motorstillstands verringert wird. Dazu wird der Motorstrom beim Auftreten einer einen Stillstand hervorrufenden Belastung während der Verringerung der Motorgeschwindigkeit derart geregelt, dass der Motor seine Nennleistung gibt, bis die maximale Motor-Strombelast-barkeit erreicht ist. Nach Erreichen der maximalen Motor-Strombelastbarkeit wird das maximale, abgegebene Drehmoment so lange aufrechterhalten, bis der Motor zum Stillstand kommt.

Wenn für eine begrenzte Zeitspanne ein grösseres Drehmoment als das Nenndrehmoment erzeugt werden soll, dann kann ein Schutz für den Motor vorgesehen werden, damit die zulässigen Betriebswerte nicht überschritten werden. Dies wird bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäs-sen Regelvorrichtung dadurch erreicht, dass während des Betriebs mit einem Drehmoment, welches grösser als das Nenndrehmoment ist, die Wirkungen verschiedener Faktoren integriert werden, um auf der Basis der integrierten Werte eine Zeitspanne zu bestimmen, während welcher der Betrieb mit den besonderen Werten ausgeführt wird. Wenn diese Zeitspanne beendet ist, wird der Motorstrom auf einen Wert reduziert, der der Motorkühlung entspricht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zur Erläuterung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung des Nenndrehmoments und der Nennleistung des Motors gegenüber der Motornenngeschwindigkeit, jeweils in Prozent, für eine bekannte und für die erfindungsgemässe Regelvorrichtung,

Fig. 2 das vereinfachte Blockschaltbild einer Ausführungsform der neuen Motor-Regelvorrichtung,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Spannungsfehlers gegenüber der Motornenndrehzahl in Prozent,

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Nennstroms und der Nennleistung gegenüber der Motornenndrehzahl, in Prozent,

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Motornennstroms für vorübergehende Überlastungszustände gegenüber der Zeit in Prozent,

Fig. 6 das vereinfachte Blockschaltbild einer Grenzwertsteuerung zur Verwendeung bei der neuen Motor-Regelvor-richtung und

Fig. 7 das vereinfachte Blockschaltbild einer Spannungssteuerung und einer Schaltung zur Abgabe eines Strombezugswertes für die neue Motor-Regelvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise einer bekannten und der erfindungsgemässen Motor-Regelvorrichtung. Die gestrichelt eingezeichneten Linien 10 bzw. 11 geben die Nennleistung bzw. das Motordrehmoment gegenüber der Motornenngeschwindigkeit für eine bekannte Motor-Regelvorrichtung an, wobei diese Werte in Prozent aufgetragen sind. Es ist ersichtlich, dass bei Einwirken einer einen Stillstand hervorrufenden Last auf den Motor der Motor entweder hinsichtlich der Drehzahl verringert oder vollständig zum Stillstand gebracht wird, wenn das Lastmoment grösser als das vom Motor entwickelte Moment ist. Die vom Motor erzeugte Leistung nimmt ab, wenn die Motorgeschwindigkeit reduziert wird, bis der Motor zum Stillstand kommt, was in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 10 gezeigt ist. Bei einer Verringerung der Motordrehzahl erhöht sich das vom Motor erzeugte Drehmoment linear bis zum Stillstand; dies ist durch die gestrichelte Linie 11 dargestellt. Nach Fig. 1 wird erfindungsgemäss die Regelung derart ausgeführt, dass der Motor bei Auftreten einer einen Stillstand herbeiführenden Last seine Nennleistung abgibt, wenn die Motorgeschwindigkeit reduziert wird, bis der maximale Motorstrom erreicht wird. Nach Erreichen des maximalen Motorstroms wird das maximale Drehmoment bis zum Stillstand des Motors aufrechterhalten. In Fig. 1 zeigt die Linie 14, wie die Leistung des Motors mit der Abnahme der Motordrehzahl abnimmt. Die Nennleistung wird beibehalten, wenn sich die Geschwindigkeit verringert, und zwar bis zum Punkt 16 der Kurve 14; daraufhin verringert sich die Leistung linear mit der Geschwindigkeit. Die Linie 15 zeigt die Zunahme des Drehmoments bei Verringerung der Motordrehzahl unterhalb der Nenndrehzahl bis zum Erreichen des Drehmomentgrenzwertes, wobei dieser Grenzwert auch bei weiterer Drehzahlabnahme beibehalten wird. Der Grenzwert des Drehmoments und der Punkt 16, bis zu welchem die Leistung aufrechterhalten wird, entsprechen der maximalen Motor-Strom aufnähme.

Fig. 2 zeigt schematisch die neue Motor-Regelvorrichtung. Nach Fig. 2 ist eine Antriebseinheit 20 zum Antrieb eines Generators 21 mechanisch mit letzterem verbunden. Der Generator 21 hat zwei Ausgangsleitungen 22 und 23, die an einen Motor 24 angeschlossen sind und den Antriebsstrom zum Motor 24 liefern. Der Motor 24 hat eine Welle 25, die eine Antriebsleistung zu einer nicht dargestellten Last überträgt. Mit 26 ist eine Einrichtung zur Stromsteuerung und Erregung bezeichnet, die mit dem Generator 21 verbunden ist und der Felderregung dient.

Der Eingang der Regelvorrichtung ist mit 27 angegeben, d.h. dieser Eingang liefert den Bezugs- oder Sollwert. Der Wert des über den Eingang 27 eingegebenen Signals wird normalerweise durch eine Bedienungsperson bestimmt. Das Signal am Eingang 27 liefert das Sollwertsignal Sref, welches bestimmten Arbeitsbedingungen entsprechend gewählt wird. Das Sollwertsignal wird einer Sollwert-Steuereinrichtung 28 zugeführt, in welcher das Sollwertsignal unter bestimmten Bedingungen aufgrund eines Signals einer Grenzwert-Steuereinrichtung 30 verändert wird, wie dies nachstehend angegeben ist. Der Ausgang der Steuereinrichtung 28 liefert ein Bezugsspannungssignal oder Sollwert-Spannungssignal Vref auf einer Leitung 31. Das Sollwert-Spannungssignal wird über die Leitung 31 einem Addierglied 32 zugeführt, welches über eine Leitung 33 ein weiteres, zu addierendes Signal empfängt. Als zweites Eingangssignal empfängt das Addierglied 32 ein Rückkopplungs-Spannungssignal V^ von einer Steuereinrichtung 34, die in einem Rückkopplungskreis angeordnet ist. Ein Sensor 35 erfasst die Spannung zwischen den Ausgangsleitungen 22 und 23 des Generators 21, welche die Motor-Speisespannung liefern, und erzeugt ein Signal auf einer Leitung 36, welches der erfassten Spannung des Sensors 35 entspricht. Die Leitung 36 ist mit der Steuereinrichtung 34 im Rückkopplungskreis verbunden, wobei die Steuereinrichtung 34 eine Spannung liefert und die Funktion eines Proportional-Glieds hat, so dass auf der Leitung 33 ein Rückkopplungs-Spannungssignal erzeugt wird, welches in einer für das Addierglied 32 geeigneten Weise verändert ist. Das Addierglied 32 liefert auf einer Leitung 37 ein Ausgangssignal, welches der Differenz oder dem Fehler zwischen dem Sollwert-Spannungssignal und

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

628 476

4

dem Rückkopplungs-Spannungsssignal entspricht, wie dies allgemein bekannt ist.

Die Leitung 37 ist mit einer Schaltung verbunden, die durch den Block 38 angedeutet ist. Die Schaltung des Blocks 38 bewirkt grundsätzlich eine Spannungssteuerung und die Erzeugung eines Strom-Sollwerts, was im folgenden noch erläutert wird. An den Block 38 ist eine Leitung 40 angeschlossen, die das Sollwert-Stromsignal Iref abgibt. Der Block 38 erzeugt infolgedessen auf der Leitung 40 ein Signal, welches dem Motor 24 einen Strom zuführen lässt, der ausreichend ist, um den Motor mit einer gewünschten Spannung laufen zu lassen, d. h. dass eine gewünschte Spannung durch den Sensor 35 erfasst wird. Ein weiterer Eingang zum Block 38 liefert ein Signal von einer Leitung 41, die an die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 angeschlossen ist. Die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 erzeugt ein Signal auf der Leitung 41, das den durch das Sollwert-Stromsignal angeforderten Strom abhängig von zu grossen Zeit/Strom-Bedingungen verringert, wie dies nachstehend noch beschrieben wird.

Der vom Motor aufgenommene Strom wird erfasst und es wird ein dem Motorstrom entsprechendes Signal über eine Leitung 42 abgegeben. Die Leitung 42 ist mit einer Strom-Rückkopplungssteuereinrichtung 43 verbunden, die die Funktion eines P-GIieds (Proportional-Glieds) hat und über eine Leitung 44 ein Strom-Rückkopplungssignal Ifb liefert, welches in geeigneter Weise durch das P-Glied verändert wird. Die Leitungen 44 und 40 sind an ein Addierglied 45 angeschlossen und führen diesem Addierglied 45 ein Strom-Rückkopplungs-signal und ein Strom-Sollwertsignal zu. Der Ausgang des Addierglieds 45 ist mit einer Leitung 46 verbunden, die ein Steuersignal, d.h. die Regelabweichung an die Einrichtung 26 zur Stromsteuerung und Erregung anlegt. Die Einrichtung 26 liefert somit abhängig von der Regelabweichung bzw. dem Signal der Leitung 46 einen geeigneten Strom zur Erregung des Feldes des Generators 21, so dass der Generator 21 das gewünschte Ausgangssignal abgibt.

Die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 empfängt drei Signale. Ein Signal ist das Sollwertsignal der Leitung 27, das zweite Signal ist das Sollwert-Stromsignal der Leitung 40 und das dritte Signal ist das über die Leitung 47 empfangene Signal eines Geschwindigkeitssensors 48, welches der Motorgeschwindigkeit entspricht. Die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 erzeugt auf einer Leitung 41 und 50 Steuersignale für den Block 38 und die Sollwert-Steuereinrichtung 28.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Motor-Regelvorrichtung unter verschiedenen Betriebsbedingungen näher erläutert.

Unter normalen Bedingungen liegt am Antriebsmotor 24 eine stetige Last an, so dass eine vorgegebene Spannung am Motor anliegt und ein bestimmter Ankerstrom vorliegt. Die Spannung am Motor ist so gross, dass der Spannungswert dem Spannungswert Vref gleich wird, während der Ankerstrom so gross ist, dass der Wert In, gleich wird Iref. Jede Schwankung des Wertes Vn, und 1^ bewirkt eine Nachregelung der Regelvorrichtung derart, dass der Wert Va, dem Wert Vref und der Wert la dem Wert Iref gleich wird. Der Motor arbeitet mit einer Leistung von nicht mehr als 100% und mit einer Drehzahl von nicht mehr als 100%. Das Lastmoment, d.h. das Drehmoment aufgrund der Belastung und das Motordrehmoment sind dabei im wesentlichen gleich gross.

Nunmehr wird angenommen, dass der Motor mit einer Drehzahl von 100% (Nennleistung) und einem Ankernennstrom arbeitet, der eine 100%ige Nennleistung bewirkt und dass sich die Bedingungen derart ändern, dass die Belastung sehr schnell zunimmt und der Motor langsamer wird bzw. der Zustand eines Stillstandes eingeleitet wird. Die Spannung am Motor verringert sich, wodurch das Rückkopplungs-Span-nungssignal Vn, abnimmt. Dadurch wird die Differenz zwischen den Signalen Vref und Vfb vergrössert und diese Spannungsdifferenz oder das Fehlersignal der Leitung 37 wird erhöht. Die Kurve 51 in Fig. 3 zeigt das Verhältnis zwischen der Spannungsdifferenz bzw. dem Spannungsfehler gegenüber der Nenndrehzahl des Motors (in Prozent). Die Nenndrehzahl wird in Fig. 3 zur Veranschaulichung als nach rechts abnehmend dargestellt, was im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Art und Weise steht. Das die Spannungsdifferenz ausdrückende Signal wird dem Schaltungsblock 38 zugeführt. Wenn somit die Motorgeschwindigkeit verringert wird, erhöht sich das Signal auf der Leitung 37, das dem Block 38 zugeführt wird, infolgedessen sich der Stromwert Iri;( der Leitung 40 erhöht, so dass ein höherer Motorstrom erzeugt wird, der dem Stillstand des Motors entgegenwirkt. Wenn der Schaltungsblock 38 linear gemäss der bekannten Motor-Regelvorrichtung sieh ändert, wenn ein Motorstrom erforderlich wird, der über dem Nennstrom Hegt und somit die Leistung nicht überschritten wird, dann fällt die Motorleistung unter die Nennleistung ab (vgl. Kurve 10 in Fig. 1) und das Motordrehmoment erhöht sich linear bis zum Maximum bei der Geschwindigkeit Null, wie dies in Fig. 1 durch die Kurve 11 gezeigt ist. Aus diesem Grund ist die Funktion des Schaltungsblocks 38 bei der Erfindung für Ströme über dem Nennstromwert nicht linear. Dies bedeutet, dass der Schaltungsblock 38 so konzipiert ist, dass sein Ausgangssignal über dem Motornennstrom eine nicht lineare Funktion des Spannungsdifferenzsignals ist. Das Verhältnis zwischen dem Motornennstrom und der Motornenngeschwindigkeit (in Prozent) ist in Fig. 4 durch die Kurve 54 dargestellt. Wenn der maximale Übergangsstrom bzw. kurzzeitige Strom des Motors am Punkt 53 in Fig. 4 erreicht wird, bleibt der Strom auf konstantem Wert, da dieser Wert ein absoluter Grenzwert ist. Das Verhältnis zwischen dem Spannungsdifferenzsignal und dem Motorstrom ist so gewählt, dass das Produkt aus Motorspannung und Motorstrom bis zum maximalen Motorstrom konstant bleibt. Da das Produkt aus Motorspannung und Motorstrom proportional zur Motorleistung ist,

bleibt die Leistung auch dann konstant, wenn sich die Geschwindigkeit des Motors reduziert. Dies ist in Fig. 4 durch die Kurve 54 dargestellt, und es ist ersichtlich, dass die Leistung bis zu demjenigen Punkt konstant bleibt, an welchem der maximale Motorstrom erreicht ist, woraufhin die Leistung abfällt, bis der Motor zum Stillstand kommt.

Wenn die Antriebseinheit imstande ist, eine grössere Leistung als die Nennleistung abzugeben, kann es wünschenswert sein, einen Motor zu verwenden, der die Nennleistung über vorbestimmte Zeitintervalle überschreiten kann. Der Schaltungsblock 38 kann ferner so ausgelegt sein, dass andere Verhältnisse zwischen Strom und Motorgeschwindigkeit vorliegen können, d.h. eine Beziehung, die durch unterschiedliche Kurven dargestellt wird.

Es ist wichtig, dem Stillstand des Motors möglichst lange entgegenzuwirken. Wenn der Motor vollständig in den Stillstand gelangt ist, kann der maximale Übergangsstrom nur für eine kurze Zeitspanne, beispielsweise 10 bis 15 Sekunden, in Kauf genommen werden. Wenn sich dageben der Motor noch dreht, kann dieser maximale Übergangsstrom für eine wesentlich grössere Zeitspanne in Kauf genommen werden, beispielsweise über einige Minuten hinweg. Somit besteht ein wesentlicher Vorteil darin, dem Stillstand des Motors dadurch entgegenzuwirken oder den Stillstand dadurch zu verzögern, dass das maximale Drehmoment möglichst lang verfügbar ist.'

Bis zu diesem Punkt wurde die Arbeitsweise der Grenzwert-Steuereinrichtung 30 nicht erläutert. Diese Steuereinrichtung bestimmt die Länge der Zeitspanne, in welcher der Überlaststrom aufgenommen werden kann. Die Länge dieser Zeitspanne ist eine Funktion mehrerer Faktoren, nämlich dem Motorstrom, Zeit und Motorgeschwindigkeit. Die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 weist Eingänge auf, welche der Sollwert

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

628 476

Srcf, die Motorgeschvvindigkeit und der Strom-Sollwert Iref zugeführt werden. Ferner hat diese Steuereinrichtung 30 Ausgänge, die Ausgangssignale an den Block 38 liefert. Die Steuereinrichtung 30 ist eine Einheit, welche die Dauer von Übergangs- oder kurzzeitig währenden Überlastströmen bestimmt. In einem komplexeren Regelungssystem können andere Anordnungen vorgesehen werden.

Bei Vorliegen einer Stillstandbedingung, wobei sich jedoch der Motor dreht, integriert die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 das Sollwert-Stromsignal Iref der Leitung 40 und bestimmt ein erstes Zeitintervall. Die Festlegung dieses Zeitintervalls kann auf der Beziehung basieren, die durch die Kurve 55 in Fig. 5 dargestellt ist. Die Kurve 55 gibt ein umgekehrtes Zeitverhältnis wieder, das für den Steuerblock 38 geeignet ist. Wenn das erste Zeitintervall überschritten wird, erzeugt die Steuereinrichtung 30 über die Leitung 41 ein Signal, welches den Schaltungsblock 38 das Sollwertsignal Iref der Leitung 40 abnehmen lässt. Wenn beispielsweise das erste Zeitintervall überschritten ist, erzeugt die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 auf der Leitung 40 ein Klemm- oder Sperrsignal, welches das Signal Iref den Motorstrom auf den Nennwert begrenzen lässt. Das Strom-Sollwertsignal verbleibt in diesem Sperrzustand über eine vorbestimmte Zeitspanne, die auf der Basis der Ver-zögerungs- oder Regeleigenschaften des Motors basiert. Am Ende der vorbestimmten Zeitspanne wird das Sperrsignal beseitigt und der Motorstrom kann sich wieder über seinen Nennwert erhöhen, falls dies erforderlich ist. Anderseits kann das Istwert-Stromsignal 1^ der Leitung 44 anstelle des Sollwertsignals Iref der Leitung 40 verwendet werden. Wenn der Motor 24 zum Stillstand gekommen ist, erfasst die Steuereinrichtung 30 diesen Stillstand aufgrund des Geschwindigkeitssignals der Leitung 47 und des Signals Sref am Eingang 27 und erzeugt nach einem zweiten Zeitintervall ein zweites Sperrsignal auf der Leitung 50. Das zweite Sperrsignal lässt die Sollwert-Steuereinrichtung 28 das Sollwert-Spannungssignal Vref der Leitung 31 auf einen zulässigen Stillstandwert reduzieren. Die Steuereinrichtung 28 kann dieses Signal auf Null reduzieren, so dass das ganze System abgeschaltet wird. Wenn die Stillstandsbedingung nich mehr vorliegt und der Motor nicht abgeschaltet wurde, wird das zweite Sperrsignal auf der Leitung 50 durch die Steuereinrichtung 30 beseitigt und der Normalbetrieb wird wieder eingeleitet. Das erste Sperrsignal kann den Motor steuern oder nicht, wenn das zweite Sperrsignal entfernt ist, was von den Überlastungsbedingungen abhängig ist.

In Fig. 6 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung für die Grenzwert-Steuereinrichtung 30 nach Fig. 2 dargestellt. Die Leitungen 27, 40 und 47 liefern Eingangssignale und die Leitungen 41 und 50 Ausgangssignale, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht. Der Wert des Stromes Iref der Leitung 40 wird in einer Pegel-Detektorschaltung 57 gemessen. Die Detektorschaltung

57 erzeugt am Ausgang 58 ein Ausgangssignal, welches dem Strom-Sollwert entspricht, der über dem Stromnennwert liegt. Dies heisst, dass dieses Ausgangssignal den Wert wiedergibt, um welchen das Sollwertsignal den Nennstrom überschreitet. Das Signal am Ausgang 58 wird an einen Freigabeschalter 60 angelegt, um eine dieser Steuerwirkungen hervorzurufen.

Wenn der Strom-Sollwert über dem Stromnennwert liegt, d.h. wenn eine Stillstandbedingung angezeigt wird, schaltet das Signal am Ausgang 58 den Freigabeschalter 60 in den EIN-Zu-stand, worauf dieser Schalter über eine Leitung 61 ein Ausgangssignal liefert, welches eine Taktsteuerung 62 in Betrieb setzt. Das Ausgangssignal am Ausgang 58 wird an eine Rück-stell-Steuerschaltung 63 angelegt, bezüglich welcher dieses Ausgangssignal eine andere Steuerwirkung durch Sperren der Rückstellsteuerschaltung 63 bewirkt, so dass eine Leitung 64 kein Ausgangssignal liefert. Das Ausgangssignal am Ausgang

58 wird ausserdem an eine Funktions-Steuerschaltung 65 für die dritte Steuerwirkung angelegt. Die Steuerschaltung 65 erzeugt auf einer Leitung 66 ein Ausgangssignal, welches in vorbestimmter Weise gegenüber dem Ausgangssignal des Ausgangs 58 verändert ist. Wird angenommen, dass alle übrigen Signale, die zum Addierglied 67 geführt werden, Null sind, d. h. wird angenommen, dass das Signal auf der Leitung 66 das einzige Signal ist, dann wird dieses Signal über eine Leitung 68 an die Takt- oder Zeitsteuerung 62 angelegt. Der Ausgang der Taktsteuerung 62 wird über die Leitung 70 abgegeben und ist proportional zu dem Wert bzw. zur Grösse des Eingangssignals auf der Leitung 68 und zur Länge der Zeitspanne, über welche das Signal angelegt wurde. Eine Leitung 70 ist an eine Schaltsteuereinrichtung 71 angeschlossen; wenn das Signal auf der Leitung 70 einen vorbestimmten Wert erreicht, wird die Schaltsteuereinrichtung 71 in Betrieb gesetzt, d.h. eingeschaltet und bleibt dann in diesem Betriebszustand bzw. aktiviertem Zustand, bis der Signalwert des Signals auf der Leitung 70 auf Null zurückgeht. Wenn der Wert des Signals auf der Leitung 70 auf Null zurückgegangen ist, schaltet die Schaltsteuereinrichtung 71 in ihren ursprünglichen bzw. betriebslosen Zustand zurück, d.h. die Schaltsteuereinrichtung 71 wird geöffnet. Für eine spezielle Motor-Überlastung wird somit ein Signal auf den Leitungen 66 und 68 erzeugt, welches proportional zur Uberbelastung ist, während das Ausgangssignal der Taktsteuerung 62 proportional zur Überbelastung und zur Zeit ist, über welche der Überlastungszustand besteht. Wenn der Wert des Ausgangssignals der Taktsteuerung 62 einen vorbestimmten Wert erreicht, der durch die Fähigkeit des Motors, einen Übergangszustand bzw. kurzzeitige Überbelastung aufzunehmen, bestimmt ist, dann wird die Schaltsteuereinrichtung 71 in den Betriebszustand geschaltet. Für eine bestimmte Uberbelastung ergibt sich eine davon abhängige Zeitspanne, die verstreicht, bevor die Schaltsteuereinrichtung 71 in Betrieb gesetzt wird. Diese Zeitspanne ist das erste Zeitintervall, welches vorstehend bereits erwähnt ist. Die Einstellung oder Einjustierung der Funktions-Steuerschaltung 65 bewirkt eine etwa erforderliche Anpassung der Taktsteuerung auf unterschiedliche Motoren oder unterschiedliche Bedingungen.

Im folgenden wird angenommen, dass eine momentane Überbelastung die Schaltsteuereinrichtung 71 in den Betriebszustand versetzt hat; demzufolge ergibt sich auf der Leitung 72 ein Ausgangssignal, welches den Freigabeschalter 60 unabhängig vom Signal auf der Leitung 58 in dem Freigabezustand hält. Auf einer Leitung 73 wird ein weiteres Ausgangssignal erzeugt, welches erforderlichenfalls durch ein Glied 74 (P-Glied) bezüglich der Grösse verändert wird und über eine Leitung 75 an eine Pegel-Steuereinrichtung 76 angelegt wird. Die Pegel-Steuereinrichtung 76 erzeugt dann auf der Leitung 41 ein Ausgangssignal an den Schaltungsblock 38 (Fig. 2), um ein Signal Iref abzugeben, welches äquivalent dem Motornennstrom ist, wie dies vorstehend erläutert wurde. Auf diese Weise wird der Wert des Motor-Sollwertnennstroms von einem Überlastungswert auf den Nennwert reduziert und der Motorstrom wird aufgrund der Wirkung der Stromsteuerung 26 (Fig. 2) von einem Überlastungswert auf einen vorbestimmten niedrigen Wert reduziert, der aus Gründen der Kühlung erforderlich ist bzw. reduziert sein muss.

Wenn die Fähigkeit des Motors, einen Überlaststrom aufzunehmen, eine Funktion der Motorgeschwindigkeit ist, dann kann dieser Faktor dadurch eingehen, dass ein Motorgeschwindigkeitssignal über die Leitung 47 an die Pegel-Steuereinrichtung 76 angelegt wird. Dies ist in Fig. 6 durch die gestrichelte Linie 77 angedeutet.

Wird angenommen, dass die Grenzwertsteuereinrichtung 30 auf einen Überlastungszustand angesprochen hat und ein Signal über die Leitung 41 anlegt, um das Sollwert-Stromsignal auf seinen Nennwert zu reduzieren, dann erfasst die Pegel-Detektorschaltung 57 keine Überlastung und am Ausgang wird s

io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

628 476

6

ein Signal Null erzeugt. Der Ausgang der Funktions-Steuerschaltung 65 liefert auf der Leitung 66 ebenfalls ein Signal Null. Das Ausgangssignal der Schaltsteuereinrichtung 71 wird über die Leitung 73 an ein Glied 78 angelegt, dessen Ausgangssignal, welches gegenüber dem Eingangssignal verändert ist, über eine Leitung 80 an das Addierglied 67 angelegt wird; das Glied 78 kann beispielsweise ein P-Glied sein. Die Polarität des Signals der Leitung 80 bewirkt eine Reduzierung des Pegels der Taktsteuerung 62 oder tendiert dazu, diese zu entladen. Da am Ausgang 58 kein Ausgangssignal vorliegt, wird die Rückstell-Steuerschaltung 63 nicht länger abgeschaltet. Wie bereits vorstehend angegeben ist, liefert die Leitung 64 kein Ausgangssignal, wenn die Steuerschaltung 63 abgeschaltet ist; wenn dagegen die Steuerschaltung 63 eingeschaltet ist,

wird ein vorbestimmter Signalpegel erzeugt, der über die Leitung 64 an das Addierglied 67 angelegt wird. Das Signal hat eine Polarität, die den Pegel der Taktsteuerung 62 bzw. deren Signalpegel reduziert. Auf diese Weise wird ein Null-Signal auf der Leitung 66 erzeugt, und Signale auf den Leitungen 64 und 80, die summiert werden, ergeben auf der Leitung 68 ein Signal, welches dazu tendiert, mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit den Pegel der Taktsteuerung 62 zu verringern oder die Taktsteuerung 62 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu entladen. Wenn die Taktsteuerung 62 auf Null reduziert ist, d.h. wenn das Ausgangssignal der Taktsteuerung 62, welches über die Leitung 70 abgegeben wird, auf den Wert Null reduziert ist, wird die Schalteinrichtung 71 in den ursprünglichen Zustand geschaltet und schaltet ihrerseits die Signale auf den Leitungen 72 und 73 in den ursprünglichen oder normalen Zustand, dem normalerweise der Signalpegel Null entspricht. Wenn das Signal auf der Leitung 72 Null ist, hält es den Freigabeschalter 60 nicht im Freigabezustand und der Schalter 60 nimmt dann einen dem Signal am Ausgang 58 entsprechenden Zustand ein. Wenn das Signal auf der Leitung 73 Null ist, dann ist auch das Signal auf den Leitungen 80 und 75 Null. Wenn das Signal auf der Leitung 75 Null ist, wird das Sperrsignal auf der Leitung 41 durch die Steuereinrichtung 76 entfernt, so dass der Schaltungsblock 38 nicht gesperrt bzw. sein Signal begrenzt ist und seinen Normalbetrieb wieder ausführt. Wenn das Signal auf der Leitung 37 (Fig. 2) noch gross genug ist, um ein Sollwert-Stromsignal über dem Nennwert anzufordern, so ist dies möglich und der Zyklus wird sich wiederholen. Wenn jedoch die Stillstandsbedingung nicht mehr vorliegt, dann fordert der Schaltungsblock 38 einen ausreichend hohen Strom an, um die gewünschte Spannung zu erzeugen.

Im folgenden wird angenommen, dass der Motor zum Stillstand gekommen ist. Die Leitung 47 erzeugt dann ein Signal, welches anzeigt, dass die Motorgeschwindigkeit Null ist; ausserdem wird ein Signal auf der Leitung 27 erzeugt, welches anzeigt, dass das Regelungssystem nicht die Geschwindigkeit Null fordert. Diese Signale werden durch eine weitere Schaltsteuereinrichtung 81 erfasst und wenn der Zustand, in dem der Motor vollständig zum Stillstand gekommen ist, bestimmt wird, und dieser Zustand über eine vorbestimmte Zeitspanne bestehen bleibt, liefert die Schaltsteuereinrichtung 81 auf einer Leitung 82 ein Signal, welches einer Pegel-Steuereinrichtung 83 zugeführt wird. Das Zeitintervall, welches nach Erreichen des Stillstandes bis zur Erzeugung eines Signals auf der Leitung 82 durch die Schaltsteuereinrichtung 81 verstreicht, entspricht dem zweiten Zeitintervall, auf welches bereits vorstehend eingegangen wurde. Wenn die Steuereinrichtung 83 das Signal der Leitung 82 empfängt, erzeugt es auf der Leitung 50 das Sperr- oder Klemmsignal. Das Sperrsignal der Leitung 50 wird an die Steuereinrichtung 28 (Fig. 2) angelegt und bewirkt, dass die Spannung und somit der Strom den Wert Null erreichen. Dieses Sperrsignal wird so lange erzeugt, bis das Signal Sref der Leitung 27 auf Null abgefallen ist und dann wird die Steuereinrichtung 81 zurückgestellt. Da das Sollwertsignal Null ist, wenn die Steuereinrichtung 81 zurückgestellt wird, ist auch die Sollwertspannung Vre, Null und der Motor verbleibt im stationären Zustand. Das Sollwertsignal kann nunmehr wieder erhöht werden und wenn der Motor sich im Stillstand befindet, wiederholt sich der beschriebene Zyklus.

Fig. 7 zeigt eine Schaltung für den Schaltungsblock 38 nach Fig. 2. Nach Fig. 7 weist der Schaltungsblock 38 als Eingang die Leitung 37 auf, die an das Addierglied bzw. den Summa-tionspunkt 32 angeschlossen ist. Das Signal der Leitung 37 gibt somit das Summensignal der Signale der Leitungen 31 und 33 wieder, wie dies bereits erläutert wurde. Ein weiterer Eingang führt zur Leitung 41, die mit dem Ausgang der Grenzwert-Steuereinrichtung 30 verbunden ist, d.h. dass diese Leitung 41 mit der Pegel-Steuereinrichtung des Blockes 30 (Fig. 6) in Verbindung steht. Der Ausgang des Schaltungsblocks 38 ist an die Leitung 40 angeschlossen.

Unter normalen Betriebsbedingungen, d. h. beim Motor-Nennstrom oder unterhalb des Motor-Nennstroms ist das Rückkopplungssignal Vft der Leitung 33 im wesentlichen gleich dem Sollwert-Spannungssignal Vref der Leitung 31. Das Signal der Leitung 37, welches die Differenz zwischen den beiden Signalen Vref und Vfc wiedergibt, hat einen niedrigen Wert und auf der Leitung 40 wird somit ein Ausgangssignal erzeugt, welches ausreichend gross ist, um den angeforderten Strom zu liefern. Das Signal der Leitung 37 wird an einen Funktionsverstärker 85 angelegt, der die Funktion eines Integrators aufgrund eines parallel geschalteten Kondensators 86 hat. Wenn normale Betriebsbedingungen vorliegen und das Signal auf der Leitung 37 klein ist, wird auf der Leitung 87 nur ein eine Richtung aufweisendes Ausgangssignal Vout angefordert und eine Diode 88 verhindert, dass dieses Signal Vout ins Positive geht. Widerstände 90 und 91 sind wertmässig so ausgewählt, dass eine Diode so lange nicht leitet, bis das Signal Vout auf der Leitung 87 einen Pegel erreicht, der äquivalent dem Sollwertsignal Iref ist, das dem Motornennstrom entspricht. Das Signal Vom wird an eine Signalformschaltung 94 angelegt, die hinsichtlich der Signale Vout der Leitung 87 ein lineares Verhalten hat, wenn diese Signale nicht grösser als der Äquivalenzwert des dem Nennstrom entsprechenden Sollwert-Stroms ist.

Eine Diode 95 liegt zwischen dem Eingang zum Funktionsverstärker 85 und einem Verbindungspunkt 96 zwischen Widerständen 97 und 98, die in Serie zwischen die Leitung 87 und die Leitung 41 geschaltet sind. Das Ausgangssignal der Pegel-Steuereinrichtung 76 bewirkt, dass die Diode 95 so lange nicht leitend ist, bis das Signal Vout der Leitung 87 einen Wert erreicht, der äquivalent ist zu dem maximalen Übergangsstrom bzw. kurzzeitig auftretenden Überlaststrom des Motors. Wenn beispielsweise die Widerstände 97 und 98 gleich wären, würde das Signal Vout auf einen Pegel ansteigen, der nahezu gleich, jedoch mit entgegengesetzter Polarität, zu dem Spannungspegel auf der Leitung 41 ist, bevor dié Diode 95 leitet. Somit kann das Sollwert-Stromsignal Iref auf der Leitung 40 genau so hoch ansteigen wie der Strom im Überlastungsfall, d.h. entsprechend dem maximalen Überlastungsstromwert im ersten Zeitintervall, wie dies vorstehend erläutert wurde.

Nunmehr wird angenommen, dass das Signal der Leitung 37 einen Wert erreicht hat, der mehr als den Nennstrom anfordern würde, d.h. dass der Beginn eines Motor-Stillstandzu-standes vorliegt. Die Widerstände 90 und 91 sind so gewählt, dass die-Diode 92 nicht leitet, bis das Signal Vout auf der Leitung 87 einen Pegel überschreitet, der dem Motornennstrom entspricht. Wenn dieser Pegel überschritten ist, leitet die Diode 92 und schaltet einen Widerstand 93 parallel zur Kapazität 86. Der Funktionsverstärker verhält sich dann nicht weiter als Integrator, sondern hat proportionale Verstärkungseigenschaften. Die Signalformschaltung 94, die sich ebenfalls für Werte von Vout

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

7

628 476

unterhalb des Nennstromes linear verhält, hat nunmehr nicht lineare Eigenschaften, um die erforderliche konstante Leistung des Motors zu bewirken.

Nunmehr wird es erforderlich, das Signal auf der Leitung 40 zu sperren oder zu begrenzen, das heisst, das Signal Iref; das Ausgangssignal der Steuereinrichtung 76 auf der Leitung 41 wird reduziert. Dadurch wird die Diode 95 leitend und lässt ein Signal Vout der Leitung 87, welches niedrigeren Pegel hat, durch. Durch Änderung des Signals auf der Leitung 41 kann das maximale Ausgangssignal des Funktionsverstärkers 85 begrenzt werden und somit kann das Sollwert-Stromsignal Iref auf der Leitung 40 begrenzt werden. Natürlich ist es möglich, in der Pegel-Steuereinrichtung 76 eine Schaltung vorzusehen, die eine Rampen- oder Stufenwirkung hervorruft, wodurch ein sanfter Übergang gewährleistet ist, wenn eine Pegeländerung vorgenommen wird.

Der Schaltungsblock 38 hat ein lineares Ansprechverhalten, wenn ein Motorstrom vorliegt, der niedriger als der Mo-5 tornennstrom ist; demgegenüber hat er ein nicht lineares Ansprechverhalten, wenn ein kurzzeitiger Übergangs-Überlast-strom vorliegt, um die erforderliche konstante Leistung aufgrund des maximalen, momentanen Überlastungsstromwertes zu liefern; der Schaltungsblock bewirkt, dass der maximale, io momentane Überlastungsstromwert überschritten wird und steuert den Stromwert nach Beginn eines Überlastungszustandes entsprechend dem Signal der Leitung 41, welches von der Pegel-Steuereinrichtung 76 erzeugt wird.

s

3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1. 628 476

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Regel Vorrichtung für einen Elektromotor, der von einem Generator mit steuerbarer Erregung mit Strom beliefert wird, gekennzeichnet durch eine Eingangsleitung (27) für ein erstes Sollwertsignal (Sref) zur Bestimmung einer vorbestimmten Betriebsweise des Motors, und durch eine Einrichtung (38) zum Erzeugen eines als Stromsollwert-Signal (Iref) bezeichneten zweiten Signals, sowie durch eine Einrichtung (43) zum Erzeugen eines dem Motorstrom entsprechenden dritten Signals (I^) und eine Einrichtung (45) zum Bilden eines der Differenz aus dem zweiten und dem dritten Signal entsprechenden vierten Signals, das an eine Einrichtung (26) zur Steuerung der Erregung des Generators (21) weitergeleitet wird, wobei die Einrichtung (38) zum Erzeugen des Stromsollwert-Signals (Iref) mit einer weiteren Einrichtung (48) zum Bestimmen der Motorgeschwindigkeit verbunden ist, welche letztere beim Abbremsen des Motors eine Änderung des zweiten Signals und damit eine nichtlineare Motorstromerhöhung über den Motor-Nennstrom hinaus bewirkt, so dass die Motorleistung bei einer Abnahme der Motorgeschwindigkeit auf dem Nennwert gehalten wird, bis der Motorstrom einen maximalen, momentanen Überlaststrom erreicht, der anschliessend aufrechterhalten wird.
2. 2. Motor-Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingang der Einrichtung (38) zum Erzeugen des Stromsollwert-Signals (Iref) mit einer Grenzwert-Steuereinrichtung (30) verbunden ist, die auf das Ansteigen des zweiten Signals auf einen den Nennstrom übersteigenden Wert anspricht und ein erstes Zeitintervall bestimmt, das der maximalen Zeitspanne entspricht, während der der Uberlaststrom zulässig ist, wonach die Grenzwert-Steuereinrichtung (30) ein fünftes Signal erzeugt, das an eine Pegel-Steuerein-richtung (76) weitergeleitet wird, die das zweite Signal auf einen Wert festlegt, der einem vorbestimmten niedrigeren Stromwert entspricht, der für eine ausreichende Kühlung des Motors eingehalten werden muss.
3. 3. Motor-Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwert-Steuereinrichtung (30) eine Schaltsteuereinrichtung (81) aufweist, die bei Motorstillstand ein zweites Zeitintervall bestimmt, das derjenigen Zeitspanne entspricht, während der bei Motorstillstand der maximale Uberlaststrom zulässig ist und danach ein sechstes Signal erzeugt, das an eine Einrichtung (83) zur Begrenzung des zweiten Signals (Iref) auf einen Wert, der einem Motorstrom entspricht, welcher bei Motorstillstand aufrechterhalten werden kann, weitergeleitet wird.
4. 4. Motor-Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Feststellen eines Motorstillstands die Eingänge der Schaltsteuereinrichtung (81) mit einem Sensor (48) zur Erfassung der Motorgeschwindigkeit und Erzeugen eines siebten, der Motorgeschwindigkeit entsprechenden Signals sowie mit der Eingangsleitung (27) für das erste Sollwertsignal (Sref) verbunden sind.
5. 5. Motor-Regelvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Sollwert-Steuereinrichtung (28) zum Empfang des ersten Sollwert-Signals (Sref) und Erzeugen eines von diesem Sollwert-Signal abhängigen, eine Motorspannung darstellenden Signals (Vref), sowie durch ein Addierglied (32), dessen Eingänge mit der Sollwert-Steuereinrichtung und einem Sensor (35) für die Motorspannung verbunden sind, um aus dem Ausgangssignal (Vref) der Sollwert-Steuereinrichtung (28) und dem Ausgangssignal des Sensors (35) ein Differenzsignal (37) zu bilden, das an die Einrichtung (38) zur Erzeugung des Stromsollwert-Signals (Iref) weitergeleitet wird.
6. 6. Motor-Regelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwert-Steuereinrichtung (30) mit dem Ausgang der Schaltung (38) zur Bildung des Stromsollwert-Signals (Iref) verbunden ist, und eine Pegel-Detektorsteuerschaltung (57) vorgesehen ist, die beim Ansteigen des Stromsollwert-Signals (Iref) über einen vorgegebenen Pegel, der dem Motornennstrom entspricht, ein dem Übersteigungswert proportionales Signal erzeugt, sowie eine Zeittaktsteuerung (62), die das Ausgangssignal der Pegel-Detektorsteuerschaltung (57) integriert und ein Signal erzeugt, wenn ein vorbestimmter, einer Maximalbedingung für den Motor entsprechender Wert erreicht ist, wobei das Integrationsintervall eine erste Zeitspanne bestimmt und dass weiter eine Pegel-Steuereinrichtung (76) zum Empfang des Ausgangssignals der Zeittaktsteuerung (62) und zur Übertragung dieses Ausgangssignals an die Einrichtung (38) zur Bildung des Stromsollwert-Signals (Iref) vorgesehen ist, deren Ausgangssignal auf einen Wert, der für die Kühlung des Motors nicht überschritten werden darf, begrenzt ist.
7. 7. Motor-Regelvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwert-Steuereinrichtung (30) eine Rückstell-Steuerschaltung (63) enthält, die auf das Ausgangssignal der Pegel-Detektorsteuerschaltung (57) anspricht, wenn der Motorstrom den Nennstrom nicht überschreitet und die Zeittaktsteuerung (62) umstellt, so dass der Pegel ihres Ausgangssignals verringert wird und beim Erreichen des Sollwerts das Stromsollwert-Signal (Ire{) nicht weiter konstant hält oder sperrt.
8. 8. Motor-Regelvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltsteuereinrichtung (81) am Ende des zweiten Zeitintervalls ein Signal erzeugt, welches der Pe-gel-Steuereinrichtung (83) zugeführt wird, um das Ausgangssignal (Vre{) der Sollwert-Steuereinrichtung (28) auf einen der Motorspannung und dem Motorstrom entsprechenden und bei Motorstillstand zulässigen Wert zu begrenzen.