CH648967A5 - Verfahren und vorrichtung zum wiederanlaufen eines eine verminderte drehzahl aufweisenden induktionsmotors. - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum wiederanlaufen eines eine verminderte drehzahl aufweisenden induktionsmotors. Download PDF

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CH648967A5
CH648967A5 CH6170/79A CH617079A CH648967A5 CH 648967 A5 CH648967 A5 CH 648967A5 CH 6170/79 A CH6170/79 A CH 6170/79A CH 617079 A CH617079 A CH 617079A CH 648967 A5 CH648967 A5 CH 648967A5
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induction motor
inv
detector
speed
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CH6170/79A
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Takao Kawabata
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wiederanlaufen eines eine verminderte Drehzahl aufweisenden Induktionsmotors sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Steuerverfahren bzw. -Vorrichtungen zur Drehzahlveränderung bei Induktionsmotoren sind allgemein bekannt. Ebenfalls ist die Drehzahländerung mittels veränderlicher Frequenz bekannt. Zum Beispiel muss der Induktionsmotor, dessen Drehzahl sich vermindert hat, wieder mittels einer Frequenz hochgefahren werden. Dies ist in folgenden Fällen notwendig:
a) Bei Ausfall des normalen Stromversorgungsnetzes übernimmt die Frequenzquelle, die ein Inverter sein kann, die Versorgung des Induktionsmotors, so dass er, dessen Drehzahl sich vielleicht schon verringert hat, wieder auf ursprüngliche Betriebsweise fahren wird.
b) Wenn zum Beispiel der Induktionsmotor vom normalen Stromversorgungsnetz, das je nach Kontinent 50 oder 60 Hz haben kann, auf eine andere Frequenz, zum Beispiel 30 Hz, geschaltet werden soll. Der Inverter übernimmt dann die Stromversorgung des Induktionsmotors, der natürlich vom normalen Stromversorgungsnetz vorher abgeschaltet wurde. Die Drehzahl des Induktionsmotors wird entsprechend vermindert.
Folgende Probleme tauchen jedoch auf, wenn der Inverter die Stromversorgung des Induktionsmotors bei verringerter Drehzahl übernimmt:
1. Die Drehzahl des Induktionsmotors muss sehr genau festgestellt bzw. detektiert werden, damit er mit dem Inverter verbunden werden kann. Daher wird gerne ein Tachometer-Generator für die Drehzahlanzeige verwendet. Ein solcher Generator ist jedoch unwirtschaftlich und im allgemeinen unzuverlässig.
2. Selbst unter der Annahme, dass ein Tachogenerator oder ein Impulsgenerator verwendet wird, der Impulse erzeugt, die proportional der Drehzahl des Induktionsmotors sind, fliesst bei einem grossen Induktionsmotor ein hoher Anlaufstrom wegen dem geringen Schlupf so lange, bis die Betriebsfrequenz des Inverters genau auf die Drehzahl des Induktionsmotors eingestellt ist. Andererseits wurde für das Hochlaufen kleiner Induktionsmotoren mit hohem Widerstand nach Ausfall der normalen Stromversorgung der Inverter mit seiner ursprünglichen Frequenz benutzt, so dass ein weicher Spannungsanstieg und somit die Drehzahl des Induktionsmotors auf den ursprünglichen Wert ermöglicht wurde. Bei grossen Induktionsmotoren mit geringem Widerstand muss jedoch die Inverterfrequenz genau und präzise auf die Drehzahl des Motors abgestimmt werden.
3. Sogar bei einem Versuch, die Anlauffrequenz des Inverters gleich der Drehzahl des Induktionsmotors so genau wie möglich anzupassen, wie es im Abschnitt 2 angetönt wurde, ergeben sich Fehler, die im Bereich von ±0,1 bis ± 0,3% liegen. Bei einem negativen Schlupffehler bedeutet das Starten des Inverters eine sogenannte Betriebsrückkopplung. Dies führte bekanntlich zur Notwendigkeit, eine Gleichspannungsquelle für den Inverter sowie einen doppelten Konverter bzw. Umwandler für den Rückkopplungsbetrieb zu verwenden. Wenn die Gleichspannungsquelle keine Rückkopplungsmittel enthält, so ergibt sich bei der Rückkoppjungsleistung ein Überspannungszustand bei der Gleichspannung. Daher ist es allgemein bekannt, Induktionsmotoren mit einem positiven Schlupf wieder anlaufen zu lassen.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die genannten Nachteile der vorbekannten Verfahren und Einrichtungen zu beseitigen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist gemäss kennzeichnendem Teil des Anspruches 1 definiert.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist gemäss kennzeichnendem Teil des Anspruches 2 definiert.
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Vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 3, 4 und 5 definiert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die Schaltung der Vorrichtung zum Wiederanlaufen des Induktionsmotors;
Fig. 2 die Schaltung der Impulsformerstufe aus der Fig. 1 ;
Fig. 3a, 3b, 3c, 3d Wellenzüge, die an verschiedenen Schaltungspunkten der in Fig. 2 dargestellten Impulsformerstufe auftreten;
Fig. 4 eine graphische Darstellung von Wellenzügen, die zum Verständnis der Schaltung der Fig. 1 dienen;
Fig. 5A einen Stromkreis des Phasen-Differenz-Detektors aus der Fig. 1 ;
Fig. 5B, 5C graphische Darstellungen von Wellenzügen, die zum Verständnis des Stromkreises der Fig. 5A dienen.
In der Fig. 1 ist der Induktionsmotor IM mit einem Stromversorgungsnetz PS über den Schalter 88H verbunden. Es sei angenommen, dass die Frequenz des Stromversorgungsnetzes 50 Hz beträgt. Der Induktionsmotor ist ferner über den Schalter 88L mit dem Inverter INV verbunden. Der Inverter kann bei eingeschaltetem Schalter 88 L die Versorgung des Induktionsmotors im Frequenzbereich von zum Beispiel 0 bis 40 Hz übernehmen.
Der Induktionsmotor soll in der Zeichnung mit drei Leitern versehen sein und ein nicht dargestelltes Gebläse antreiben. Die Luftmenge des Gebläses soll bis zu 80% der Nennmenge mittels der Frequenzsteuerung bis zu 40 Hz durch den Inverter gesteuert werden. Dies erfolgt durch Öffnen des Schalters 88H und durch Schliessen des Schalters 88L. Eine grössere Luftmenge wird jedoch durch ein Ventil gesteuert, das mit dem Gebläse zusammenarbeitet. Der Schalter 88L ist dann geöffnet. Der Schalter 88H ist geschlossen, so dass der Induktionsmotor IM über das Stromversorgungsnetz mit 50 Hz betrieben wird.
Die Leistung des Gebläses entspricht ungefähr der dritten Potenz der Drehzahl des Induktionsmotors. Daher kann der Inverter die Drehzahl steuern mit kleinerer Leistung. Bei seiner maximalen Frequenz von 40 Hz hat der Inverter eine Leistung von (40/50)3 = 0,512 mal oder ungefähr 51% der bei 50 Hz verlangten Leistung. Der Inverter ist also bei geringer Leistungsabgabe wirtschaftlich, da die erforderliche elektrische Leistung stark reduziert werden kann, wenn man es mit der Ventilsteuerung vergleicht.
Der Induktionsmotor wird im Bereich einer grossen Luftmenge von dem Stromversorgungsnetz PS versorgt. Wenn eine geringere Luftmenge verlangt wird, so wird der Schalter 88H geöffnet und trennt das Stromversorgungsnetz PS vom Induktionsmotor. Die Drehzahl des Induktionsmotors verringert sich, bis sie nicht höher als 40 Hz ist (Betriebsbereich des Inverters INV). In diesem Augenblick schliesst der Schalter 88L und verbindet den Inverter mit dem Induktionsmotor. Ferner wird der Induktionsmotor mit einer Impulsformerstufe SH verbunden. Hierdurch wird die Restspannung oder die Rest-EMK bzw. die Frequenz des Induktionsmotors festgestellt bzw. erfasst. Die Impulsformerstufe arbeitet als Frequenzdetektor und ist im einzelnen in der Fig. 2 gezeichnet.
Gemäss Fig. 2 werden die drei Spannungen U, V, W, die in den drei Leitern des Induktionsmotors IM induziert wurden, an die Primärwicklung der drei Transformatoren PT1, PT2 und PT3 gelegt. Sie induzieren in den Sekundärwicklungen dieser drei Transformatoren Spannungen. Eine dieser Spannungen ei ist beim ersten Transformator PT1 der Fig. 2 eingezeichnet. Die Rest-EMK des Induktionsmotors wird innerhalb von zwei Sekunden nach Öffnen des Schalters 88H gedämpft. Sie vermindert sich proportional zur Drehzahl so lange, bis sie in der Grössenordnung von 0,1% ihres Anfangswertes gesunken ist. Dies bedeutet eine Drehzahlverringerung, die nicht höher als 10 Hz der Rest-EMK ist. Es sei angenommen, dass die Sekundärwicklung des Transformators PT1 eine Spannung ei von 100 V hat. Diese Spannung existiert bei Vollbetrieb des Induktionsmotors.
Die Sekundärwicklung des Transformators PT1 ist über den Widerstand R1 mit den beiden Zenerdioden ZD1 und ZD2 verbunden. Die Amplitude der Sekundärspannung ei, die sich bei Vollastbetrieb des Induktionsmotors IM einstellt, wird durch die Zenerdioden ZD1, ZD2 begrenzt. Die verringerte Spannung ei gelangt über den Widerstand R2 auf den nachfolgenden Verstärker A. Dies bedeutet, dass das Eingangssignal für den Verstärker A verkleinert ist. Der Verstärker A soll einen sehr hohen Verstärkungsgrad besitzen. Er erzeugt nur positive Spannungen an seinem Ausgang. Die an den verschiedenen Schaltungspunkten der Fig. 2 erscheinenden Wellenziüge sind in der Fig. 3 gezeichnet. Der Wellenzug der Fig. 3a zeigt den Verlauf der Sekundärspannung ei an der Sekundärwicklung des ersten Transformators PT1. Die Drehzahl des Induktionsmotors IM verringert sich. Die Amplitude dieser Sekundärspannung ist sehr klein. Wie bereits im Zusammenhang mit der Fig. 2 gesagt, gelangt diese Sekundärspannung ei über die Widerstände R1 und R2 auf den Verstärker A. Die Amplitude dieser Sekundärspannung wird nicht begrenzt durch die Zenerdioden ZD1 und ZD2. Im Verstärker A wird die Spannung ei auf die andere Spannung e2 mit dem Wellenzug der Fig. 3b verstärkt. Die Breite des rechteckigen Impulses entspricht der Breite der positiven Halbwelle der Spannung e>.
Die rechteckförmigen Impulse der Spannung e2 gelangen auf den ersten monostabilen Multivibrator MS 1 und auf den zweiten monostabilen Multivibrator MS2. Im letzteren Fall werden sie in der Inverterstufe B polaritätsmässig invertiert. Die Ausgangssignale der beiden monostabilen Multivibrato-ren gelangen über die Dioden Dl und D2 und werden zur Spannung eeL) des Leiters U vereinigt. Die Impulse dieser Spannung sind in Fig. 3c dargestellt.
Aus dem bisher Gesagten ist ersichtlich, dass der Impulsgenerator PG aus den Bauteilen Rl, R2, ZD1, ZD2, A, B, MSI, MS2, Dl und D2 besteht, der die sinusförmige Spannung ei in die Impulse e3U ändert. Jeder der rechteckförmigen Impulse beginnt beim Nulldurchgang der sinusförmigen Spannung ei. Dies bedeutet, dass für einen Zyklus der sinusförmigen Spannung zwei Impulse vorgesehen sind.
Jeder der in Fig. 2 dargestellten Transformatoren PT2 oder PT3 ist mit einem Pulsgenerator der genannten Art verbunden. Die Spannungen des Leiters V und des Leiters W des Induktionsmotors IM entwickeln sich am Ausgang der Impulsformerstufe der Fig. 2 in gleicher Weise wie bereits beschrieben. Da es sich um einen Drehstrom handelt, ist die Phasenverschiebung zwischen den einzelnen Leiterspannungen bei 60 bzw. 120°. Die am Ausgangspunkt der Impulsformerstufe 2 erzeugte Spannung e3 der drei Leiter enthält für jeden Zyklus der Eingangsspannung sechs rechteckförmige Impulse. Dies ist in Fig. 3d gezeigt. Diese Impulse sind gegeneinander um 60° phasenverschoben und weisen eine Repetitionsfrequenz auf, die der Drehzahl des Induktionsmotors IM entspricht.
Gemäss Fig. 1 ist die Impulsformerstufe SH mit dem nachgeordneten Frequenz-Spannungs-Umwandler F/V verbunden. Das Ausgangssignal fmp bzw. die Impulse e3 der Impulsformerstufe werden im Umformer F/V in ein Analogsignal fma verwendelt. Dies Analogsignal gelangt auf den Stromkreis COM, der ein Diskriminator und eine Steuerschaltung ist. Ein Referenz-Stromkreis REF gibt das Referenzsignal fR an den Stromkreis COM. Der Sägezahngenerator RG erhält das analoge Signal fma über den Schalter Kl, der aus den beiden Kontakten a und b besteht. Der Kontakt a
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hängt am Ausgang des Refernez-Stromkreises REF.
Der Sägezahngenerator RG enthält den Eingangswiderstand R1 und den Verstärker AI, der mit einem nachgeordneten Verstärker A2 über den Widerstand R2 verbunden ist. Der Widerstand R2 liegt parallel zu einem anderen Widerstand R3 und zu einem anderen Schalter K.2. Der Schalter ist in der Fig. 1 geschlossen. Der Verstärker A2 enthält einen Rückkopplungspfad, der von seinem Ausgang über den Kondensator C1 zu seinem Eingang führt. Ferner führt der Rückkopplungspfad zum Eingang des Eingangsverstärkers AI über den Widerstand R4.
Der Ausgang des Verstärkers A2 ist über den Summierer SP mit dem Oszillator OSC, der eine veränderliche Frequenz hat, verbunden. Dieser ist über den Ringzähler RC mit dem Inverter INV verbunden. Der Ringzähler RC arbeitet als ein Sechsstufenzähler, da der Inverter einen Drehstrom für den Induktionsmotor IM liefern muss.
Der Sägezahngenerator RG erzeugt bekanntlich ansteigende und abfallende Signale mit verschiedenem Steigungsbzw. Neigungswinkel. Bei geschlossenem Schalter K2 ist der kleine Widerstand R3 parallel mit dem anderen Widerstand R2 verbunden. Diese Parallelschaltung gibt eine kleine Zeitkonstante mit dem Kondensator Cl. Bei geöffnetem Schalter K2 bringen der Widerstand R2 und der Kondensator Cl eine grosse Zeitkonstante zustande. Die sogenannte «Sägezahnfunktion» des Generators kann durch die verschiedenen Zeitkonstanten geändert werden.
Das Bezugssignal fR, das der Bezugsstromkreis REF auf den Stromkreis COM (Diskriminator und Befehlsschaltung) sowie bei Stellung des Schalters Kl auf Kontakt a zum Generator RG gibt, gilt als Befehlsfrequenz, mit der der Inverter INV getrieben wird. Bei plötzlicher Änderung des Signals fR versorgt der Rampengenerator RG den Oszillator OSC, der eine veränderliche Frequenz abgeben kann, in der Weise,
dass eine Rampenfunktion mit sich sanft ändernder Amplitude, die durch die entsprechende Zeitkonstante bestimmt ist, entsteht.
Wenn der Schalter Kl mit dem Kontakt b verbunden ist, gelangt das analoge Signal fma aus dem Frequenz-Span-nungs-Umwandler F/V in den Generator RG und in den Stromkreis COM. Das Ausgangssignal des Generators RG wechselt, so dass der Drehzahlverminderung des Induktionsmotors IM gefolgt wird. Zur Verminderung der Verzögerung, bis das Nachfolgen wirklich stattfindet, kann der Schalter K2 im Sägezahngenertor geschlossen werden. Infolge der niedrigeren Zeitkonstante folgt der Generator RG der Drehzahlverminderung des Induktionsmotors mit einer wesentlich kleineren Zeitverzögerung. Der Oszillator OSC erzeugt eine entsprechende Wiederholungsfrequenz der Impulse. Dies Nachfolgen kann mit einer sehr grossen Genauigkeit bewirkt werden. In diesem Fall wird der Stromkreis COM verwendet, so dass ein Zeitpunkt erfasst werden kann, zu dem das analoge Signal fma gleich dem Bezugssignal fR ist. Der Start des Inverters INV erfolgt dann zu diesem Zeitpunkt. Der Oszillator OSC kann jedoch nur der Drehzahlverminderung des Induktionsmotors mit einem Genauigkeitsfehler von ca. 1% folgen.
Zur Vermeidung dieses Fehlers benutzt die Erfindung einen Stromkreis zur Synchronisation. In der Fig. 1 ist eine phasenstarre Schleife PLL zwischen den Ausgängen der Impulsformerstufe SH und des Generators RG eingefügt. Sie enthält den variablen Frequenz-Oszillator OSC und den Verstärker A3. Der Ausgang des Verstärkers ist mit dem Summierer SP verbunden, auf dem auch der Rampengenerator RG arbeitet. Der Verstärker A3 enthält einen Rückkopplungspfad mit dem Kondensator C2 sowie einen Widerstand R5 und einen Schalter K3. Der Eingang des Verstärkers A3 ist über den geschlossenen Schalter K4 und über den Widerstand R6
mit dem Phasendifferenz-Detektor PD verbunden. Dieser Detektor enthält aus dem Oszillator OSC die rechteckigen Impulse sowie aus der Impulsformerstufe SH die Impulse fmp.
Der Ringzähler RC, der sechs Stufen enthält, und die Impulsformerstufe SH erzeugen für jeden Zyklus der Spannung am Induktionsmotor IM sechs Impulse. Wenn die Drehzahl des Induktionsmotors mit der Frequenz des Inverters INV synchronisiert ist, so sind die Impulse aus der Impulsformerstufe SH gleich der Wiederholungsfrequenz der Impulse fi des Oszillators OSC. Zur Gewährleistung dieser Synchronisation empfängt der Phasendifferenz-Detektor PD die beiden Impulse fi und fmp. Der Detektor PD erzeugt ein Signal, das der Phasendifferenz proportional ist. Der Verstärker A3 passt die Frequenz und die Phase des Oszillators so an, dass das Signal aus dem Phasendifferenz-Detektor PD gleich Null ist.
Der Phasendifferenz-Detektor PD kann in verschiedener Art und Weise verifiziert werden. In der Fig. 5a ist ein Aus-führungsbeispiel des Detektors dargestellt. Eine Flip-Flop-Schaltung FF enthält den Setzeingang S und den Rücksetzeingang R sowie den Ausgang. Der Setzeingang S erhält die Impulse fmp der Impulsformerstufe SH, die die Drehzahl des Induktionsmotors IM repräsentieren. Der Rücksetzeingang R erhält die Impulse fi des Oszillators OSC, die auch auf den Ringzähler RC gelangen. Die Flip-Flop-Schaltung der Fig. 5a erzeugt rechteckförmige Ausgangsimpulse eF, deren Breite gleich der Phasendifferenz zwischen jedem Impuls fmp und dem Impuls fi ist. Die Fig. 5b zeigt die Impulsformen fmp, fi und F. Jeder der Impulse eF startet mit jedem der Impulse fmp und endet mit dem Impuls fi. Die Impulse eF gelangen über ein Filter zum Widerstand R5. Das Filter entfernt von den Impulsen eF die Welligkeit. Es besteht aus einem Widerstand RIO, einem an Masse angeschlossenen Kondensator CIO, einem Widerstand RI 1 und einem Widerstand R6. Eine negative Spannungsquelle EB ist über Widerstand R12 am Verbindungspunkt der Widerstände R6 und RI 1 angeschlossen. Der Verbindungspunkt ist ferner über Widerstand R13 an Masse angeschlossen. Nach Durchgang der Impulse durch die Filterschaltung ergibt sich ein Gleichspannungssignal eo, das keine Welligkeit mehr aufweist.
Es sei nun angenommen, dass der Ausgangsimpuls eF der Flip-Flop-Schaltung FF der Fig. 5a eine Amplitude von 10 V hat. Ferner soll die Phasendifferenz zwischen den Impulsen fmp und fi 180° betragen. Der Impuls eF hat dann ein Tastverhältnis von 50%. Daher haben diese Impulse einen Mittelwert von 5 V. Der Filterkreis soll eine Dämpfung von 50% der Gleichspannungskomponente haben. Die Phasendifferenz soll auf 180° gehalten werden. Das Signal eo sei 2,5 V. Da dies Signal sich linear ändert, und zwar proportional zur Phasendifferenz, hat es die Form einer periodischen Funktion einschliesslich der Diskontinuität der Phasendifferenz von null oder 360 Grad. Dies ist in der Fig. 5c gezeigt. Auf der Ordinate dieser Figur ist der Spannungswert des Signals eo aufgetragen. Die Phasendifferenz ist in elektrischen Graden auf der Abszisse eingetragen. Man erkennt die Diskontinuität des Gesamtsignals. Unter diesen Bedingungen kann eine Steuerung bzw. die phasenstarre Schleife PLL nicht richtig funktionieren. Zur Vermeidung dieses Nachteils sind Mittel zur Synchronisation bei einer Phasendifferenz von 180° vorgesehen. Die negative Spannungsquelle EB gibt ein Signal mit einer Spannung von — 2,5 V (gleich der Hälfte des maximalen Wertes des Signales eo) auf den Verbindungspunkt der Widerstände RI 1 und R6 (Fig. 5a). Die Vorspannung von — 2,5 V, die dem Signal eo gemäss Fig. 5c zugefügt wird, bewirkt, dass das Signal eo eine Spannung von null V bei der Phasendifferenz von 180° hat. Nun kann die phasenstarre Schleife PLL so arbeiten, dass das Signal eo null V hat. Der Oszillator OSC
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ist frequenzmässig mit der Impulsformerstufe SH synchronisiert. Die Phasendifferenz von 180° bleibt zwischen den Impulsen fmp und fi.
Die Wirkungsweise der Anordnung der Fig. 1 wird nun anhand der Fig. 4 näher beschrieben. Zuerst wird der Schalter 88H zum Zeitpunkt to geöffnet. Der Induktionsmotor IM verringert seine Drehzahl, da das Stromversorgungsnetz PS abgeschaltet ist. Es sei nun angenommen, dass zu diesem Zeitpunkt to bzw. etwas später der Schalter K3 beim Verstärker A3 geöffnet bleibt. Der Schalter Kl bewegt seinen Arm auf den Kontakt b. Der Schalter K2 im Rampengenerator RG bleibt geschlossen. Der Oszillator OSC folgt den Impulsen fmp aus der Impulsformerstufe SH (Fig. 4a) und vermindert seine Frequenz. Zum Zeitpunkt ti bestimmt der Stromkreis COM, dass das analoge Signal fma aus dem Frequenz-Span-nungs-Umwandler F/V (Fig. 1) gleich dem Bezugssignal fR aus dem Referenzstromkreis REF ist. Dies ist in Fig. 4a gezeigt. Zum späteren Zeitpunkt h wird der Schalter 88L geschlossen, was in Fig. 4b gezeigt ist. Jetzt beginnt der sanfte Start des Inverters INV. Der Inverter gelangt in den synchronisierten Zustand und wird durch den phasenstarren Stromkreis PLL in diesem Zustand gehalten. Ungefähr 0,3 Sekunden liegen zwischen den Zeitpunkten ti und t4 (Fig. 4a). Der Induktionsmotor IM vermindert noch immer seine Drehzahl.
Zum Zeitpunkt t4 ist der sanfte Start des Inverters beendet. Die phasenstarre Schleife PLL wird abgeschaltet, wie dies in Fig. 4d gezeigt ist. Das Eingangssignal zum Rampengenerator RG wird vom Referenzstromkreis REF übernommen. Der Schalter K4 zwischen dem Phasendifferenz-Detektor PD und dem Verstärker A3 wird geöffnet. Der Schalter K3 beim Verstärker A3 bleibt geschlossen. Am Verstärker A3 vermindert sich das Ausgangssignal langsam entsprechend der Zeitkonstante des Kondensators C2 und des Widerstandes R5. Der Schalter K2 im Sägezahngenerator RG wird geöffnet, so dass die Ansteuerung des Generators nach der Umschal-tung des Schalters Kl auf den Kontakt a verlangsamt wird. Der Inverter INV wird nun langsam von seiner Frequenz, die mit dem Signal fma synchronisiert ist, auf die Befehlsfrequenz fR des Referenzstromkreises REF geschoben.
Die beschriebene Schaltfolge erfolgt in der Zeit vom Zeitpunkt to bis zum Zeitpunkt t4 und wird vom Stromkreis COM (Diskriminator und Befehlsschaltung) gesteuert. Der Stromkreis COM bestimmt, dass das analoge Signal fma gleich dem Bezugssignal fR zur Zeit ti wird und erzeugt Befehlssignale Si, S2 und S3 (Fig. 1). Das Befehlssignal Si gelangt auf den Schalter 88L und schliesst ihn zur Zeit t2. Das Befehlssignal S2 gelangt zum Inverter INV, der zum Zeitpunkt t3 startet. Das Befehlssignal S3 gelangt zu den Schaltern Kl, K2, K3 und K4 zum Zeitpunkt t4, so dass die Schalter K4 und Kl geöffnet und geschlossen sowie der Schalter K3 geöffnet ist. Dies ergibt sich durch Bewegung des Arms des Schalters Kl auf den Kontakt a, der die Verbindung mit dem Bezugsstromkreis REF herstellt.
Die vorliegende Erfindung hat folgende charakteristische Merkmale:
a) Die Drehzahl des Induktionsmotors kann ohne Tacho-meter-Generator erfasst werden.
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b) Der Induktionsmotor wird wieder gestartet, während die Inverterfrequenz mit der Motordrehzahl synchron ist. Hierdurch wird ein hoher Stromfluss durch die Motorwicklungen vermieden, was für grosse Induktionsmotoren mit geringem Innenwiderstand sehr bedeutsam ist.
c) Der Motor kann nicht mit einem negativen Schlupf gestartet werden. Daher ist die regenerative Betriebsweise nicht möglich. Die vorliegende Erfindung ist daher in gleicher Weise auch auf elektrische Quellen ohne regenerative Mittel anwendbar.
d) Da der Induktionsmotor während der Abnahme seiner Drehzahl immer synchronisiert ist, kann er zu jedem beliebigen Zeitpunkt und bei jeder gewünschten Drehzahl wieder gestartet werden.
e) Ein Nachteil ergibt sich aus der Verminderung der Motordrehzahl, die zwischen 0,1 und 0,5 Sekunden auftaucht. Der Start erfolgt mit dem Unterschied, dass die Motordrehzahl auf ihren gewünschten Wert verringert und bei Vervollständigung der Spannungserzeugung vom Inverter her beendet wird.
0 Nicht nur in Systemen bzw. Anlagen findet die Erfindung Verwendung, die den Motorenbetrieb vom Stromversorgungsnetz auf Inverter umschalten, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist, sondern sie findet auch Anwendung auf Inverter für allgemeine Zwecke. Zum Beispiel besteht in vielen Fällen die Notwendigkeit von sogenannten Gegenmassnahmen, die bei Netzausfall zu ergreifen sind. Nach Behebung des Netzausfalls muss der Motor wieder in seine ursprüngliche Betriebsweise gebracht werden. Dies ist ein grösseres Anwendungsgebiet des Ausführungsbeispiels der Fig. 1. Nach Behebung des Netzausfalles wird die Synchronisation durch die phasenstarre Schleife PLL durchgeführt, wobei die Schalter Kl bis K4 in ihren gezeichneten Stellungen verbleiben. Nach der Synchronisation, die durch das Ausgangssignal des Phasendifferenz-Detektors PD bestätigt wird, erfolgt der Start des Inverters INV. Die Schalter Kl bis K4 werden in die andere Stellung geschaltet. Der Induktionsmotor IM kann nun wieder in seinen ursprünglichen Betrieb beschleunigt werden.
Es kann festgestellt werden, dass die vorliegende Erfindung Überströme bzw. Überspannungen vermeidet, die nach dem Wiederstart des Induktionsmotors zu irgendeiner Zeit auftreten könnten. Dies liegt darin, dass die Frequenz des Oszillators immer mit der Motordrehzahl während der Drehzahlverminderung synchronisiert ist, was durch Erfassen der Rest-EMK und durch Synchronisieren der Frequenz des Oszillators mit derjenigen der Rest-EMK bewerkstelligt wird. Dies erfolgt zu der Zeit, in der der variable Frequenzoszillator die elektrische Leistung auf den Induktionsmotor gibt.
Wenn auch die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erklärt wurde, so liegen im Sinn der Erfindung auch verschiedene Modifikationen und Änderungen im Bereich des Erfindungsgedankens. Zum Beispiel ist ohne weiteres möglich, die Erfindung anzuwenden für eine Quelle mit irgendeiner gewünschten veränderbaren Frequenz, die anders ist als der beschriebene Inverter. Hierbei wird an einen Cyclo-Umformer gedacht.
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3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

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    PATENTANSPRÜCHE
    1. Verfahren zum Wiederanlaufen eines eine verminderte Drehzahl aufweisenden Induktionsmotors, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    - Feststellen restlicher elektromotorischer Kraft des Induktionsmotors;
    - Synchronisieren der veränderlichen Frequenz-Quelle (INV) mit der Frequenz der Rest-EMK und Anschliessen des elektrischen Energieflusses von der Frequenz-Quelle (INV) an den Induktionsmotor (IM), solange die Frequenz der Quelle (INV) mit der Drehzahl des Induktionsmotors (IM) übereinstimmt und durch
    - Frequenzwechsel der Frequenz-Quelle auf einen vorbestimmten Wert, so dass der Induktionsmotor einen vorbestimmten Arbeitszustand einnimmt.
  2. 2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
    - eine Quelle (INV) mit veränderlicher Frequenz, die den Induktionsmotor (IM) mit Energie versorgt;
    - einen Frequenzdetektor (SH) zum Feststellen der Rest-EMK des mit verminderter Drehzahl laufenden Induktionsmotors ;
    - einen Steuerstromkreis (PLL) zum Synchronisieren der Frequenz eines Oszillators (OSC) mit einem Frequenzsignal aus dem Frequenzdetektor (SH) ;
    - einen Steuerkreis zum Starten der Zuführung von Strom zum Induktionsmotor durch die Frequenz-Quelle (INV), während die Frequenz der Quelle (INV) mit der Drehzahl des Induktionsmotors (IM) synchronisiert wird, wobei die
    - Frequenz der Frequenz-Quelle (INV) auf einen vorbestimmten Wert nach dem Beginn der Stromversorgung geändert wird, so dass der Induktionsmotor auf einen vorbestimmten Wert beschleunigt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, für den Fall, dass es sich um einen Dreiphasen-Induktionsmotor handelt, der Frequenzdetektor (SH oder PG) die Rest-EMK in jedem Leiter ermittelt, dass er zwei Impulse (ez, e3u, e3v, e3w) für jede Phase in jedem Zyklus erzeugt, dass er diese Impulse der drei Phasen zu einem Impuls-Signal (e3) kombiniert, das sechs Impulse in jedem Zyklus enthält, wobei der Steuerstromkreis die Frequenz der Frequenz-Quelle (INV) mit dem Impulssignal (e3) des Frequenzdetektors (SH oder PG) synchronisiert,
  4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzdetektor (SH) ein Impulssignal (fmp) erzeugt, das von der Rest-EMK des Induktionsmotors (IM) abhängig ist, dass der Steuerstromkreis in einer phasenstarren Schleife (PLL) mit einem Phasen-Differenz-Detektor (PD) und einem Verstärker (A3) angeordnet ist, dass der Phasen-Differenz-Detektor (PD) das Impulssignal (fmp) des Frequenzdetektors (SH) mit den Impulsen (fi) des Fre-quenz-Oszillators (OSC) vergleicht und ein Signal erzeugt, das der Phasendifferenz proportional ist, und dass der Verstärker (A3) die Frequenz und Phase des Frequenz-Oszillators regelt und den Oszillator (OSC) mit dem Impulssignal aus dem Frequenzdetetkor (SH) synchronisiert.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkreis einen Sägezahn-Generator (RG) enthält, der den Bezugspunkt (SP) des Oszillators (OSC) ändert,
    wobei während des Synchronismus zwischen der Frequenz des Oszillators (OSC) und verminderter Drehzahl des Induktionsmotors (SH) der Sägezahn-Generator (RG) ein analoges Signal erzeugt, das dem Ausgang des Frequenzdetektors (SH) mit einer kurzen Zeitkonstanten entspricht, dass der Säge-zahn-Generator, nachdem die Stromversorgung des Induktionsmotors (SH) aus der Frequenzquelle (INV) gestartet worden ist, mit einer grossen Zeitkonstante arbeitet und ein Referenzsignal aus einer Referenzschaltung (REF) erzeugt, das der gewünschten Drehzahl des Induktionsmotors entspricht.
CH6170/79A 1978-06-30 1979-07-02 Verfahren und vorrichtung zum wiederanlaufen eines eine verminderte drehzahl aufweisenden induktionsmotors. CH648967A5 (de)

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