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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Steuerung eines Asynchron-Schleifring läufermotors (1) durch Regelung seines Drehmomentes und/ oder seiner Drehzahl, wobei man auf einen Thyristorstromreg ler (9) im Stromkreis des Schleifringläufers (2) mit einer aus dem Vergleich einer vorgegebenen Sollspannung mit einer der Istspannung (U) des Schleifringläufers (2) proportionalen Spannung resultierenden Spannung einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass man die der Istspannung (U) proportionale Spannung vor den Vergleichen derselben mit der Sollspannung in eine mit der Istspannung (U) phasengleiche Sägezahnspannung mit einer der halben Periode der Istspannung (U) entsprechenden Dauer und einer konstanten Amplitude (A) umsetzt.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Transformator (3), dessen Primärwicklung mit dem Schleifringläufer (2) des Asynchronmotors (1) und dessen Sekundärwicklung mit dem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung (7) verbunden ist, deren zweiter Eingang mit einem Motordrehzahlsteller (6) und deren Ausgang mit dem Eingang eines Steuerimpulsformers (8) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Thyristorstromregler (9) verbunden ist, der mit einem Vorwiderstand (10) abgeschlossen und in den Stromkreis des Schleifringläufers (2) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sägezahnspannungsformer (4) zwei Eingänge aufweist, von denen der erste Eingang mit der Sekundärwicklung des Transformators (3) und von denen der zweite Eingang mit dem Ausgang eines Drehzahlgebers (5) verbunden ist, der mit dem Schleifringläufer (2) gekoppelt ist,
um eine der Drehzahl des Schleifringläufers (2) proportionale Spannung zu formieren und dass der Ausgang des Sägezahnspannungsformers (4) mit einem dritten Eingang der Vergleichsschaltung (7) verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sägezahnspannungsformer (4) einen Transistor (14) aufweist, dessen Basis-Emitter-Strecke durch antiparallel geschaltete Dioden (12,13) überbrückt ist, dass der erste Eingang des Sägezahnspannungsformers (4) über einen ersten Widerstand 1) mit der Basis des Transistors ( 14) verbunden ist, dessen Kollektor über einen zweiten Widerstand (16) und einen Umformer (15) mit dem zweiten Eingang des Sägezahnspannungsformers (4) verbunden ist und dass zur Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (14) ein Kondensator(17) paral lelgeschaltet ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgeber (5) zur Formierung einer der Drehzahl des Schleifringläufers (2) proportionalen Spannung als Transformator ausgeführt ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgeber (5) zur Formierung einer der Drehzahl des Schleifringläufers (2) proportionalen Spannung als Gleich stromgenerator ausgeführt ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlgeber (5) zur Formierung einer der Drehzahl des Schleifringläufers (2) proportionalen Spannung als foto elektrischer Geber ausgeführt ist.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Umformer (15) ein Gleichrichter dient.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Umformer (15) ein Gleichstromver stärker mit einem inversen Ausgang dient.
9. Einrichtung nach den Ansprüchen 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Umformer (15) ein Gleichstromverstärker dient.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Asynchron-Schleifringläufermotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Der Erfindungsgegenstand kann beispielsweise zur Regelung der Drehzahl und Anlaufgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des Drehmomentes von mit Asynchron-Schleifringläufermotoren ausgerüsteten Antrieben für Bandförderer, Ziehbänke, Krane und Bohrwinden verwendet werden.
Es ist ein Verfahren zur Steuerung von Asynchron Schleifringläufermotoren bekannt, welches darin besteht, dass man zur Drehzahlregelung eines Asynchron-Schleifringläufermotors den Strom des Schleifringläufers mit Hilfe eines in den Schleifringläuferkreis geschalteten Thyristorstromreglers regelt, wobei man die Thyristorsteuerimpulse mit Hilfe einer Sägezahnspannung formiert, die ihrerseits mit Hilfe des Schleifringläuferstromes formiert wird.
Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Durchführung des erwähnten Steuerverfahrens, die drei Vorwiderstände enthält, von denen jeder mit einem Anschluss an eine der Läuferphasen gelegt ist, während die anderen Anschlüsse zu einem gemeinsamen Punkt vereinigt sind. Parallel zu jedem Vorwiderstand sind zwei antiparallel geschaltete Thyristoren geschaltet, die gegebenenfalls einen Thyristorstromregler bilden. Diese bekannte Einrichtung enthält auch einen Sägezahnspannungsformer, dessen Eingang mit den Sekundärwicklungen von Schleifring läufer-Stromtransformatoren und dessen Ausgang mit dem Eingang eines Steuerimpulsformers für den Thyristorstromregler in Verbindung steht (siehe Werke des Berginstitutes der Akade minder Wissenschaften der Kasachischen SSR, Band 46, 1970, S.80-91).
Dieses bekannte Verfahren und die dazugehörige Einrichtung gestatten es jedoch nicht, das Drehmoment des Asynchronmotors von Null auf stufenlos zu regeln. Der Strom des Schleifringläufers und das vom Asynchronmotor entwickelte Drehmoment stehen miteinander im Zusammenhang, d.h., wenn der Schleifringläuferstrom gleich Null ist, ist auch das Drehmoment gleich Null, und wenn der Schleifringläuferstrom nicht gleich Null ist, ist auch das Drehmoment nicht gleich Null.
Zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit dieser bekannten Einrichtung ist es erforderlich, dass beim Anlegen der Spannung an den Ständer des Asynchronmotors sofort ein Strom im Schleifringläufer auftritt, da sonst die Sägezahnspannung ausbleibt, ohne welche die Regelung der Drehzahl nicht möglich ist.
Es ist auch ein weiteres Verfahren zur Steuerung eines Asynchron-Schleifringläufermotors bekannt, bei welchem das Drehmoment und/oder die Drehzahl des Schleifringläufers durch Einwirkung auf einen Thyristorstromregler im Läuferkreis mit einem Signal geregelt wird, welches sich aus dem vergleich einer vorgegebenen Sollspannung mit einer der Istspannung des Schleifringläufers proportionalen Spannung ergibt.
Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die einen Transformator aufweist, dessen Primärwicklung mit dem Schleifringläufer und dessen Sekundärwicklung mit einem der Eingänge einer Vergleichsschaltung verbunden ist, deren anderer Eingang mit einem Motordrehzahlsteller in Verbindung steht, während der Ausgang der Vergleichsschaltung mit dem Eingang eines Steuerimpulsformers verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Thyristorstromregler verbunden ist, der mit einem Vorwiderstand mit einem Wahlschalter abgeschlossen und an den Schleifringläufer angeschlossen ist. In dieser bekannten Einrichtung ist auch ein Drehmomentbegrenzer vorhanden, der für die Begrenzung des Drehmomentes beim Kurzschliessen der Vorwiderstandsteile mit dem Wahlschalter bestimmt ist.
Zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit dieser bekannten Einrichtung sind an jede Phase des Schleifringläufers parallel zum Thyristorstromregler
Widerstände geschaltet (FR-PS 2 130 935, H 02 p 1/00, 1971).
Dieses bekannte Verfahren und die zugehörige Einrichtung gestatten es jedoch nicht, einen sanften Anlauf und eine stufenlose Regelung der Drehzahl des Asynchronmotors zu ermöglichen.
Ein sanfter Anlauf kann deshalb nicht erzielt werden, weil die an jede Läuferphase des Asynchronmotors angeschlossenen Widerstände, ähnlich wie bei der vorstehend genannten Einrichtung, einen Durchfluss des Schleifringläuferstromes sofort nach dem Anlegen der Spannung an den Motorständer verursachen.
Beim Kurzschliessen der Vorwiderstandsteile mit dem Wahlschalter treten dabei erhebliche Stromstösse im Schleifringläufer auf, so dass der genannte Drehmomentbegrenzer erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verfahren zur Steuerung eines Asynchron-Schleifringläufermotors und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die einen sanften Anlauf und eine stufenlose Drehzahlregelung des Asynchronmotors ermöglicht und damit die Zuverlässigkeit einer solchen Einrichtung erhöht.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Erfindung kann das Drehmoment bei vorerst noch stillstehendem Motor bis auf den für den Motoranlauf erforderlichen Wert stufenlos erhöht werden. Nach dem Anlauf des Motors lässt sich mittels des Drehmoments die Drehzahl des Motors beeinflussen, so dass der Hochlauf des Motors an die jeweiligen Anforderungen der angetriebenen Maschine angepasst werden kann. Durch eine solche Anpassung kann die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer der gesamten Ausrüstung erhöht werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschema zur Steuerung eines Asynchron Schleifringläufermotors,
Fig. 2 eine Schaltungsanordnung eines Sägezahnspannungsformers,
Fig. 3 eine grafische Darstellung der Spannung des Schleifringläufers und der Sägezahnspannung in Abhängigkeit von der Zeit bei stillstehendem Schleifringläufer und
Fig. 4 eine grafische Darstellung entsprechend der Fig. 3, jedoch bei rotierendem Schleifringläufer, dessen Drehzahl 50% von der Synchrondrehzahl des Asynchronmotors beträgt.
Die im Blockschema der Fig. 1 dargestellte Einrichtung zur Steuerung eines Asynchronmotors 1 mit Schleifringläufer 2 weist einen Transformator 3 auf, dessen Primärwicklung mit dem Schleifringläufer 2 und dessen Sekundärwicklung mit dem ersten Eingang eines Sägezahnspannungsformers 4 verbunden ist. Mit dem zweiten Eingang des Sägezahnspannungsformers 4 ist ein mit dem Schleifringläufer 2 verbundener Drehzahlgeber 5 verbunden, durch welchen dem Sägezahnspannungsformer 4 ein Signal zugeführt wird, welches der Grösse nach dem Motorschlupf proportional ist. Falls der Drehzahlgeber 5, je nach Ausführung, ein der Motordrehzahl proportionales Signal liefert, so ist ein solches Signal zu invertieren. Dem Sägezahnspannungsformer 4 wird dadurch ein von der Motordrehzahl abhängiges Signal zugeführt.
Der Drehzahlgeber 5 kann als ein elektrisch mit dem Schleifringläufer 2 gekoppelter Transformator, als ein mechanisch mit dem Schleifringläufer 2 gekuppelter Gleichstromgenerator sowie als ein optisch mit dem Schleifringläufer 2 gekoppelter fotoelektrischer Geber ausgeführt sein.
Die Sekundärwicklung des Transformators 3 ist ferner mit einem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung 7 verbunden.
Mit einem zweiten Eingang der Vergleichsschaltung 7 ist ein Drehzahlsteller 6 verbunden, der zur Vorgabe der Intensität und der Art des Hochlaufens des Asynchronmotors 1 bestimmt ist. Der Drehzahlsteller 6 kann nach einer beliebigen, bekannten Schaltung ausgeführt sein, entweder als selbständige Einheit, die nach einem eingespeicherten Programm arbeitet, oder auch als Regler, beispielsweise als Selsyn, der in Abhängigkeit von der Stellung eines nicht dargestellten Steuerknopfes ein Signal liefert.
Ein dritter Eingang der Vergleichsschaltung 7 ist mit dem Ausgang des Sägezahnspannungsformers 4 verbunden. Die Vergleichsschaltung 7 liefert an ihrem Ausgang ein mit der Sägezahnspannung in Phase liegendes Signal in Abhängigkeit von der vom Drehzahlsteller 6 erhaltenen Spannung, von der Spannung des Schleifringläufers 2 proportionalen Spannung und von der Sägezahnspannung des Sägezahnspannungsformers 4.
Mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung 7 ist der Eingang eines Steuerimpulsformers 8 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Thyristorstromreglers 9 verbunden ist.
Der Steuerimpulsformer 8 dient zur Formierung der Steuerimpulse für den Thyristorstromregler 9 und kann nach einer beliebigen, bekannten Schaltung ausgeführt sein.
Der mit einem Vorwiderstand 10 abgeschlossene Thyristorstromregler 9 ist in den Stromkreis des Schleifringläufers 2 geschaltet und weist den Phasen des Schleifringläufers 2 zugeordnete Thyristoren auf, die sowohl in Brückenschaltung als auch antiparallel geschaltet sein können. Zur Anpassung des vom Asynchronmotor abgegebenen Drehmomentes an das Belastungsmoment dient eine nicht dargestellte Schalteinrichtung zum Shunten eines Teils bzw. des gesamten Vorwiderstandes 10. Diese Schalteinrichtung kann sowohl mit einem oder mehreren Thyristoren als auch in Form eines Wahlschalters ausgeführt sein.
Die Fig. 2 zeigt die elektrische Prinzipschaltung des im Blockschema der Fig. 1 dargestellten Sägezahnspannungsformers 4. Der Spannungsformer 4 weist einen ersten Widerstand 11 auf, der den zum Anschluss an die Sekundärwicklung des Transformators 3 (Fig. 1) bestimmten ersten Eingang des Spannungsformers 4 mit zwei antiparallel geschalteten Dioden 12, 13 und der Basis eines Transistors 14 verbindet. Die Dioden 12 und 13 sind der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 14 parallelgeschaltet. Der erste Widerstand 11 dient zur Begrenzung des Stromes über die Dioden 12 und 13, welche ihrerseits zur Begrenzung der Steuerspannung für den Transistor 14 dienen, der als Schalter arbeitet.
Der zur Verbindung mit dem Drehzahlgeber 5 (Fig. 1) bestimmte zweite Eingang des Spannungsformers 4 ist mit einem Umformer 15 verbunden, dessen Ausgang über einen zweiten Widerstand 16 mit dem Kollektor des Transistors 14 verbunden ist. Der zweite Widerstand 16 dient zur Bestimmung des Ladestromes und der Ladezeitkonstante eines Kondensators 17, welcher der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 14 parallelgeschaltet ist. Der Umformer 15 dient zur Formierung der Ladespannung für den Kondensator 17.
Der Kondensator 17 ist dasjenige Element der Schaltung, an dem eine Sägezahnspannung formiert wird, welche die Ausgangsspannung des Spannungsformers 4 (Fig. I) dar stellt.
Die Art des in der Fig. 2 dargestellten Umformers 15 ist von der Art des in der Fig. 1 dargestellten Drehzahlgebers 5 abhängig. Ist der Drehzahlgeber 5 ein mit dem Schleifringläufer 2 gekoppelter Transformator, dann wird ein Gleichrichter als Umformer 15 verwendet. Ist der Drehzahlgeber 5 als Gleichstromgenerator oder als fotoelektrischer Geber ausgeführt, dann dient ein Gleichstromverstärker als Umformer 15. Dient ein Gleichstromgenerator als Drehzahlgeber 5, dann muss der als Umformer 15 dienende Gleichstromverstärker einen inversen Ausgang aufweisen, damit die der Drehzahl des Asynchron motors entsprechende Spannung dem Schlupf des Schleifringläufers proportional ist.
In der Fig. 3 ist die vom Transformator 3 (Fig. 1) gelieferte Spannung U, welche der Spannung des Schleifringläufers 2 proportional ist, in Abhängigkeit von der Zeit t beim Stillstand des Schleifringläufers 2 graphisch dargestellt. Ferner ist in der Fig. 3 die Ausgangsspannung des Sägezahnspannungsformers 4, welche der Spannung an dem in der Fig. 2 dargestellten Kondensators 17 entspricht, mit ihrer Amplitude A ebenfalls in Abhängigkeit von der Zeit t beim Stillstand des Schleifringläufers 2 graphisch dargestellt. Es ist dabei aus der Fig. 3 ersichtlich. dass die Sägezahnspannung mit der zweiten Halbwelle der sinusförmigen Spannung U zusammenfällt.
Während sich die graphische Darstellung nach der Fig. 3 auf einen Stillstand des Schleifringläufers 2 bezieht, bezieht sich die graphische Darstellung nach der Fig. 4 auf eine Drehzahl des Schleifringläufers 2, die 50% von der Synchrondrehzahl des Asynchronmotors 1 beträgt.
Nachfolgend wird die Wirkungsweise der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung beschrieben.
Wenn die Ständerwicklung des noch stillstehenden Asynchronmotors 1 mit der speisenden Netzspannung verbunden wird. wird in der Wicklung des Schleifringläufers 2 eine Spannung induziert, die in Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses des Transformators 3 dem ersten Eingang des Sägezahnspannungsformers 4 zugeführt wird. Gleichzeitig wird dem zweiten Eingang des Sägezahnspannungsformers 4 das Ausgangssignal des Drehzahlgebers 5 zugeführt. Die beiden zugeführten Spannungen verursachen am Ausgang des Sägezahnspannungsformers 4 eine Sägezahnspannung.
Nachfolgend wird die Funktion des Sägezahnspannungsformers 4 anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert:
Die der Spannung des Schleifringläufers 2 proportionale Ausgangsspannung des Transformators 3 gelangt über den ersten Widerstand 11 nach der Begrenzung durch die antiparal lel geschalteten Dioden 12 und 13 an die Basis des Transistors 14. Der Transistor 14 dient als Schalter, der in leitendem Zustand den Kondensator 17 shuntet und die Formierung der Sägezahnspannung unterbricht. Bei gesperrtem Transistor 14 wird der Kondensator 17 bis auf die Amplitude A (Fig. 3) aufgeladen.
Die Steuerung des Transistors 14 durch die vom Schleifringläufer 2 über den Transformator 3 abgenommene Wechselspannung gewährleistet, dass die Sägezahnspannung in Phase mit der Spannung des Schleifringläufers 2 liegt und die Dauer derselben eine halbe Periode der Spannung des Schleifringläufers 2 beträgt. Die Aufladung des Kondensators 17 erfolgt durch die von der Drehzahl des Schleifringläufers 2 abhängige Spannung über den zweiten Widerstand 16.
Die auf diese Weise formierte Sägezahnspannung wird zusammen mit der Spannung des Drehzahlstellers 6 und der der Spannung des Schleifringläufers 2 proportionalen Spannung der Vergleichsschaltung 7 zugeführt, die am Ausgang ein dem Steuerimpulsformer 8 zugeführtes Signal erzeugt, dessen Impulse der Dauer der Differenz der eintreffenden Spannungen proportional ist.
Beim Anlegen der Spannung an die Ständerwicklung des Asynchronmotors list die genannte Differenz gleich Null, da der Drehzahlsteller 6 zu diesem Zeitpunkt noch nicht hochgesteuert ist, so dass die Vergleichsschaltung 7 auch noch kein Signal an den Steuerimpulsformer 8 liefert. Da auch der Steuerimpulsformer 8 noch keine Steuerimpulse an den Thyristorstromregler 9 liefert, bleiben dessen Thyristoren geöffnet mit der Folge, dass der Schleifringläufer 2 stromlos ist und demnach auch kein Drehmoment entstehen kann.
Wird nun der Drehzahlsteller 6 langsam hochgesteuert, dann ändert sich die durch ihn vorgegebene Sollspannung, so dass die Differenz der Signale an den Eingängen der Vergleichsschaltung 7 zunimmt. Die Folge davon ist ein zunehmendes Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 7, welche den Steuerimpulsformer 8 veranlasst, den Thyristorstromregler 9 hochzusteuern. Der Thyristorstromregler 9 arbeitet als Dreiphasenthyristorregler mit Änderung des Thyristorsteuerwinkels auf einer mit der Schlupffrequenz des Schleifringläufers 2 synchronen Frequenz.
Durch die Regelung des Thyristorzündwinkels wird ein stufenloser Anstieg des Stromes im Schleifringläufer 2 und damit des ausgeübten Drehmomentes ermöglicht. Das Drehmoment wird nun solange hochgesteuert, bis das Losbrechmoment erreicht ist und der Motor anläuft. Der anschliessende Hochlauf des Schleifringläufers 2 erfolgt nun entsprechend dem vom Drehzahlsteller 6 vorgegebenen Tempo.
Da die vom Sägezahnspannungsformer 4 gelieferte Sägezahnspannung in Phase mit der Spannung des Schleifringläufers 2 liegt, die Dauer der Sägezahnspannung einer halben Periode der Spannung des Schleifringläufers 2 entspricht und ihre Amplitude A sowohl bei stillstehendem als auch bei laufendem Schleifringläufer 2 konstant ist, wie dies aus dem Vergleich der Figuren 3 und 4 hervorgeht, wird eine stufenlose Regelung des Drehmomentes von Null an bis zum Anlaufen und bei laufendem Motor eine stufenlose Regelung der Drehzahl im gesamten Drehzahlbereich des Motors ermöglicht.
Durch die stufenlose Regelung des Drehmomentes von Null angefangen bei noch stillstehendem Motor ergibt sich ein äusserst schonender und sanfter Anlauf der jeweils angetriebenen Maschine. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren eine Regelung der Drehzahl durch Beeinflussung des Drehmomentes. Eine solche Steuereinrichtung ermöglicht damit eine wesentliche Steigerung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer der mit einer solchen Steuereinrichtung versehenen Ausrüstung.
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PATENT CLAIMS
1. A method for controlling an asynchronous slip ring rotor motor (1) by regulating its torque and / or its speed, one on a thyristor current regulator (9) in the circuit of the slip ring rotor (2) with a comparison of a predetermined target voltage with one of the Actual voltage (U) of the slip ring rotor (2) acting on the voltage resulting from the voltage, characterized in that the voltage proportional to the actual voltage (U) is compared to the actual voltage (U) with a comparison of the actual voltage (U) in phase with the actual voltage (U) sawtooth voltage with half a period the duration corresponding to the actual voltage (U) and a constant amplitude (A).
2. Device for performing the method according to claim 1, with a transformer (3), the primary winding with the slip ring rotor (2) of the asynchronous motor (1) and the secondary winding with the first input of a comparison circuit (7), the second input of which is connected an engine speed controller (6) and the output of which is connected to the input of a control pulse shaper (8), the output of which is connected to the thyristor current controller (9), which is terminated with a series resistor (10) and is connected to the circuit of the slip ring rotor (2), characterized in that a sawtooth voltage shaper (4) has two inputs, of which the first input is connected to the secondary winding of the transformer (3) and of which the second input is connected to the output of a speed sensor (5) which is connected to the slip ring rotor (2) is coupled
to form a voltage proportional to the speed of the slip ring rotor (2) and that the output of the sawtooth voltage shaper (4) is connected to a third input of the comparison circuit (7).
3. Device according to claim 2, characterized in that the sawtooth voltage shaper (4) has a transistor (14), the base-emitter path of which is bridged by anti-parallel diodes (12, 13), that the first input of the sawtooth voltage shaper (4) is connected via a first resistor 1) to the base of the transistor (14), the collector of which is connected via a second resistor (16) and a converter (15) to the second input of the sawtooth voltage shaper (4) and that for the emitter-collector Route of the transistor (14) a capacitor (17) is connected in parallel.
4. Device according to claim 2, characterized in that the speed sensor (5) is designed to form a voltage proportional to the speed of the slip ring rotor (2) as a transformer.
5. Device according to claim 2, characterized in that the speed sensor (5) is designed to form a voltage proportional to the speed of the slip ring rotor (2) as a direct current generator.
6. Device according to claim 2, characterized in that the speed sensor (5) is designed to form a voltage proportional to the speed of the slip ring rotor (2) as a photoelectric sensor.
7. Device according to claims 3 and 4, characterized in that a rectifier is used as the converter (15).
8. Device according to claims 3 and 5, characterized in that serves as a converter (15) a DC power converter with an inverse output.
9. Device according to claims 3 and 6, characterized in that a DC amplifier serves as the converter (15).
The invention relates to a method for controlling an asynchronous slip ring motor according to the preamble of claim 1 and to a device for performing the method.
The subject of the invention can be used, for example, to regulate the speed and start-up speed, taking into account the torque of drives equipped with asynchronous slip ring motors for belt conveyors, drawing benches, cranes and drilling winches.
A method for controlling asynchronous slip ring motors is known, which consists in regulating the speed of the asynchronous slip ring motor by controlling the current of the slip ring rotor with the aid of a thyristor current regulator connected to the slip ring rotor circuit, the thyristor control pulses being formed using a sawtooth voltage, which in turn is formed with Is formed using the slip ring rotor current.
Also known is a device for carrying out the control method mentioned, which contains three series resistors, each of which is connected to one of the rotor phases, while the other connections are combined to a common point. Two anti-parallel connected thyristors are connected in parallel to each series resistor, which may form a thyristor current controller. This known device also contains a sawtooth voltage shaper, the input of which is connected to the secondary windings of slip-ring rotor current transformers and the output of which is connected to the input of a control pulse shaper for the thyristor current regulator (see works by the Mining Institute of the Academy of Sciences of the Kazakh SSR, volume 46, 1970, Pp. 80-91).
However, this known method and the associated device do not allow the torque of the asynchronous motor to be regulated continuously from zero to. The current of the slip ring rotor and the torque developed by the asynchronous motor are interrelated, i.e. if the slip ring rotor current is zero the torque is also zero and if the slip ring rotor current is not zero the torque is also not zero.
To ensure the functionality of this known device, it is necessary that a current occurs immediately in the slip ring rotor when the voltage is applied to the stator of the asynchronous motor, since otherwise the sawtooth voltage is absent, without which it is not possible to regulate the speed.
Another method for controlling an asynchronous slip ring motor is also known, in which the torque and / or the rotational speed of the slip ring rotor is controlled by acting on a thyristor current controller in the rotor circuit with a signal which is obtained by comparing a predetermined target voltage with an actual voltage of the slip ring rotor gives proportional tension.
Also known is a device for carrying out this method, which has a transformer, the primary winding of which is connected to the slip ring rotor and the secondary winding of which is connected to one of the inputs of a comparison circuit, the other input of which is connected to an engine speed controller, while the output of the comparison circuit is connected to the input a control pulse shaper is connected, the output of which is connected to a thyristor current controller which is terminated with a series resistor with a selector switch and is connected to the slip ring rotor. In this known device there is also a torque limiter which is intended for limiting the torque when the series resistor parts are short-circuited with the selector switch.
To ensure the functionality of this known device are parallel to the thyristor current controller at each phase of the slip ring rotor
Resistors switched (FR-PS 2 130 935, H 02 p 1/00, 1971).
However, this known method and the associated device do not allow a smooth start-up and a stepless regulation of the speed of the asynchronous motor.
A smooth start cannot be achieved because the resistors connected to each rotor phase of the asynchronous motor, similar to the device mentioned above, cause the slip ring rotor current to flow immediately after the voltage is applied to the motor stand.
When the series resistor parts are short-circuited with the selector switch, considerable current surges occur in the slip ring rotor, so that the torque limiter mentioned is necessary.
The invention has for its object to provide a method for controlling an asynchronous slip ring motor and a device for performing the method, which enables a smooth start and a stepless speed control of the asynchronous motor and thus increases the reliability of such a device.
The object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing parts of claims 1 and 2.
With the invention, the torque can be increased continuously up to the value required for starting the engine when the engine is still stationary. After the motor has started, the torque can be used to influence the speed of the motor, so that the motor's run-up can be adapted to the particular requirements of the driven machine. Such an adjustment can increase the reliability and lifespan of all equipment.
An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
1 is a block diagram for controlling an asynchronous slip ring motor,
2 shows a circuit arrangement of a sawtooth voltage shaper,
Fig. 3 is a graphical representation of the voltage of the slip ring rotor and the sawtooth voltage as a function of time with the slip ring rotor stationary and
Fig. 4 is a graphical representation corresponding to Fig. 3, but with rotating slip ring rotor, the speed of which is 50% of the synchronous speed of the asynchronous motor.
The device shown in the block diagram of FIG. 1 for controlling an asynchronous motor 1 with slip ring rotor 2 has a transformer 3, the primary winding of which is connected to the slip ring rotor 2 and the secondary winding of which is connected to the first input of a sawtooth voltage former 4. A speed sensor 5 connected to the slip ring rotor 2 is connected to the second input of the sawtooth voltage shaper 4, through which a signal is fed to the sawtooth voltage shaper 4 which is proportional to the size after the motor slip. If, depending on the version, the speed sensor 5 delivers a signal proportional to the engine speed, then such a signal must be inverted. A signal dependent on the engine speed is thereby fed to the sawtooth voltage shaper 4.
The speed sensor 5 can be designed as a transformer that is electrically coupled to the slip ring rotor 2, as a direct current generator that is mechanically coupled to the slip ring rotor 2, and as a photoelectric sensor that is optically coupled to the slip ring rotor 2.
The secondary winding of the transformer 3 is also connected to a first input of a comparison circuit 7.
A speed controller 6 is connected to a second input of the comparison circuit 7 and is intended for specifying the intensity and the type of startup of the asynchronous motor 1. The speed controller 6 can be designed according to any known circuit, either as an independent unit that works according to a stored program or as a controller, for example as a Selsyn, which delivers a signal depending on the position of a control button, not shown.
A third input of the comparison circuit 7 is connected to the output of the sawtooth voltage shaper 4. The comparison circuit 7 supplies at its output a signal which is in phase with the sawtooth voltage as a function of the voltage received by the speed controller 6, the voltage proportional to the voltage of the slip ring rotor 2 and the sawtooth voltage of the sawtooth voltage shaper 4.
The input of a control pulse shaper 8, the output of which is connected to the input of a thyristor current regulator 9, is connected to the output of the comparison circuit 7.
The control pulse shaper 8 serves to form the control pulses for the thyristor current controller 9 and can be designed according to any known circuit.
The thyristor current regulator 9, which is terminated with a series resistor 10, is connected to the circuit of the slip ring rotor 2 and has thyristors assigned to the phases of the slip ring rotor 2, which can be connected both in a bridge circuit and in anti-parallel. A switching device (not shown) for shunting a part or the entire series resistor 10 is used to adapt the torque output by the asynchronous motor to the loading torque. This switching device can be designed with one or more thyristors as well as in the form of a selector switch.
FIG. 2 shows the basic electrical circuit of the sawtooth voltage shaper 4 shown in the block diagram of FIG. 1. The voltage shaper 4 has a first resistor 11, which is the first input of the voltage shaper 4 intended for connection to the secondary winding of the transformer 3 (FIG. 1) with two antiparallel connected diodes 12, 13 and the base of a transistor 14 connects. The diodes 12 and 13 are connected in parallel to the base-emitter path of the transistor 14. The first resistor 11 serves to limit the current through the diodes 12 and 13, which in turn serve to limit the control voltage for the transistor 14, which operates as a switch.
The second input of the voltage shaper 4 intended for connection to the speed sensor 5 (FIG. 1) is connected to a converter 15, the output of which is connected to the collector of the transistor 14 via a second resistor 16. The second resistor 16 is used to determine the charging current and the charging time constant of a capacitor 17 which is connected in parallel to the collector-emitter path of the transistor 14. The converter 15 is used to form the charging voltage for the capacitor 17.
The capacitor 17 is the element of the circuit on which a sawtooth voltage is formed, which represents the output voltage of the voltage shaper 4 (Fig. I).
The type of converter 15 shown in FIG. 2 depends on the type of speed sensor 5 shown in FIG. 1. If the speed sensor 5 is a transformer coupled to the slip ring rotor 2, a rectifier is used as the converter 15. If the speed sensor 5 is designed as a direct current generator or as a photoelectric sensor, then a direct current amplifier serves as a converter 15. If a direct current generator serves as a speed sensor 5, the direct current amplifier serving as a converter 15 must have an inverse output so that the voltage corresponding to the speed of the asynchronous motor corresponds to this Slip of the slip ring rotor is proportional.
3 shows the voltage U supplied by the transformer 3 (FIG. 1), which is proportional to the voltage of the slip ring rotor 2, as a function of the time t when the slip ring rotor 2 is at a standstill. 3 also shows the output voltage of the sawtooth voltage former 4, which corresponds to the voltage across the capacitor 17 shown in FIG. 2, with its amplitude A also graphically as a function of the time t when the slip ring rotor 2 is at a standstill. It can be seen from FIG. 3. that the sawtooth voltage coincides with the second half-wave of the sinusoidal voltage U.
3 relates to a standstill of the slip ring rotor 2, the graphic representation according to FIG. 4 relates to a rotational speed of the slip ring rotor 2, which is 50% of the synchronous speed of the asynchronous motor 1.
The mode of operation of the device shown in FIG. 1 is described below.
When the stator winding of the still asynchronous motor 1 is connected to the supplying mains voltage. a voltage is induced in the winding of the slip ring rotor 2, which voltage is fed to the first input of the sawtooth voltage shaper 4 as a function of the transformation ratio of the transformer 3. At the same time, the output signal of the speed sensor 5 is fed to the second input of the sawtooth voltage shaper 4. The two voltages supplied cause a sawtooth voltage at the output of the sawtooth voltage shaper 4.
The function of the sawtooth voltage shaper 4 is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 and 2:
The output voltage of the transformer 3, which is proportional to the voltage of the slip ring rotor 2, reaches the base of the transistor 14 via the first resistor 11 after being limited by the diodes 12 and 13 switched antiparally. The transistor 14 serves as a switch which, in the conductive state, the capacitor 17 shunts and interrupts the formation of the sawtooth voltage. When transistor 14 is blocked, capacitor 17 is charged up to amplitude A (FIG. 3).
The control of the transistor 14 by means of the alternating voltage drawn from the slip ring rotor 2 via the transformer 3 ensures that the sawtooth voltage is in phase with the voltage of the slip ring rotor 2 and the duration thereof is half a period of the voltage of the slip ring rotor 2. The capacitor 17 is charged by the voltage, which is dependent on the speed of the slip ring rotor 2, via the second resistor 16.
The sawtooth voltage thus formed is fed together with the voltage of the speed controller 6 and the voltage proportional to the voltage of the slip ring rotor 2 to the comparison circuit 7, which generates at the output a signal supplied to the control pulse shaper 8, the pulses of which are proportional to the duration of the difference in the incoming voltages .
When the voltage is applied to the stator winding of the asynchronous motor, the difference mentioned is zero, since the speed controller 6 has not yet been ramped up at this point in time, so that the comparison circuit 7 also does not yet supply any signal to the control pulse shaper 8. Since the control pulse shaper 8 also does not yet supply any control pulses to the thyristor current controller 9, its thyristors remain open, with the result that the slip ring rotor 2 is de-energized and therefore no torque can arise.
If the speed controller 6 is now slowly ramped up, then the target voltage predetermined by it changes, so that the difference in the signals at the inputs of the comparison circuit 7 increases. The consequence of this is an increasing output signal of the comparison circuit 7, which causes the control pulse shaper 8 to drive the thyristor current controller 9 up. The thyristor current controller 9 works as a three-phase thyristor controller with a change in the thyristor control angle to a frequency synchronous with the slip frequency of the slip ring rotor 2.
By regulating the thyristor ignition angle, a stepless increase in the current in slip ring rotor 2 and thus in the torque applied is made possible. The torque is now increased until the breakaway torque is reached and the motor starts. The subsequent run-up of the slip ring rotor 2 now takes place in accordance with the speed specified by the speed controller 6.
Since the sawtooth voltage supplied by the sawtooth voltage former 4 is in phase with the voltage of the slip ring rotor 2, the duration of the sawtooth voltage corresponds to half a period of the voltage of the slip ring rotor 2 and its amplitude A is constant both when the slip ring rotor 2 is at a standstill and when it is running, as can be seen from Comparison of Figures 3 and 4 shows a stepless regulation of the torque from zero to start and a stepless regulation of the speed in the entire speed range of the motor is possible with the engine running.
The stepless regulation of the torque from zero with the motor still stationary results in an extremely gentle and gentle start-up of the driven machine. In addition, the method according to the invention enables the speed to be regulated by influencing the torque. Such a control device thus enables a substantial increase in the reliability and the service life of the equipment provided with such a control device.