DE1240580B

DE1240580B - Anordnung zum Betrieb eines wechselrichter-gespeisten Asynchronmotors mit konstantem Drehmoment und konstanter Schlupffrequenz bei beliebiger Drehzahl

Info

Publication number: DE1240580B
Application number: DEL41665A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Guenter Lott; Dr-Ing Otto Mohr
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-04-05
Filing date: 1962-04-05
Publication date: 1967-05-18
Also published as: CH409075A; SE304322B

Description

Anordnung zum Betrieb eines wechselrichtergespeisten Asynchronmotors mit konstantem Drehmoment und konstanter Schlupffrequenz bei beliebiger Drehzahl Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Betrieb eines von einem im Schaltbetrieb arbeitenden Wechselrichter gespeisten Mehrphasen-Asynchronmotors mit konstantem Drehmoment und konstanter Schlupffrequenz bei beliebiger Drehzahl. Zum Beispiel bei einem Fahrzeugmotor ist es häufig erwünscht, daß der Motor ein vorgeschriebenes konstantes Drehmoment abgibt und die Drehzahl sich entsprechend einstellt. Bei gegebener Frequenz und Größe der Motorspannung kann jedoch das gleiche Drehmoment bei zwei verschiedenen Drehzahlen abgegeben werden, wobei die eine unterhalb und die andere oberhalb der zum Kippmoment gehörenden Drehzahl liegt. Mit Rücksicht auf die Verluste ist jedoch ein Arbeiten des Motors auf dem Teil der Kennlinie zwischen Kippdrehzahl und synchroner Drehzahl erwünscht. Außerdem hat bei gegebener Frequenz auch die Größe der speisenden Spannung einen Einfluß auf den Schlupf, der bei dem vorgeschriebenen Drehmoment herrscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die bei Speisung eines Mehrphasen-Asynchronmotors über einen frequenzvariablen Wechselrichter die Abgabe eines konstanten Drehmoments bei konstanter Schlupffrequenz unabhängig von der gerade herrschenden Drehzahl erzwingt. Außerdem soll die Ausnutzung des Motoreisens, d. h. der Sättigungsgrad des Eisens, unabhängig von der eingestellten Drehzahl und Speisefrequenz konstant sein.
Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen ein Asynchronmotor über einen frequenzvariablen Umformer aus einer Spannungsquelle konstanter Frequenz gespeist wird und zur Erzielung eines konstanten Schlupfes der Asynchronmotor mit einem Differentialgetriebe gekuppelt ist, das mit der Schlupffrequenz gedreht wird. Die bekannten Anordnungen dienen jedoch nicht dazu, den Asynchronmotor gleichzeitig mit einem konstanten Drehmoment zu betreiben. Vielmehr wird die an der Ausgangswelle des Differentialgetriebes auftretende Drehzahl allein dazu verwendet, die Frequenz der Ausgangsspannung des Umformers zu bestimmen. Dies geschieht in der Weise, daß die Ausgangswelle des Differentialgetriebes einen mechanischen Verteiler antreibt, der die Zündzeitpunkte für die einzelnen Stromrichterelemente (Röhren) festlegt.
Weiterhin ist eine Einrichtung bekannt, bei der ein Asynchronmotor, der von einem in Frequenz und Amplitude steuerbaren Wechselrichter gespeist wird, mit einer Drehstromtachometermaschine gekuppelt ist. Die Ausgangsspannung der Drehstromtachometermaschine wird einem rotierenden Frequenzumformer zugeführt, dessen Ausgangsgröße den Wechselrichter steuert. Die Einrichtung dient zur Steuerung der Drehzahl des Motors. Aus diesem Grund wird der Frequenzumformer von einem Hilfsmotor angetrieben, dessen Drehzahl sich fortlaufend entsprechend der Abweichung der tatsächlichen Drehzahl von der gewünschten verändert. Die Anordnung arbeitet weder mit konstantem Schlupf noch mit konstantem Drehmoment. Es könnte zwar erwogen werden, diese bekannte Anordnung im Sinne der vorliegenden Aufgabe dadurch nutzbar zu machen, daß der Frequenzumformer mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Die Anordnung hätte dann aber zumindest den Nachteil, daß ein aufwendiger und, z. B. wegen der Abnahme der Steuerspannungen über Schleifringe, relativ störanfälliger rotierender Frequenzumformer erforderlich wäre. Ferner würden die durch den Frequenzumformer in den Regelkreis eingeführten Induktivitäten die Schnelligkeit und Stabilität der Regelung herabsetzen.
Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird daher nach der Erfindung eine Anordnung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mit dem Motor ein Differentialgetriebe, dem zusätzlich eine der konstanten Schlupffrequenz proportionale Drehzahl zugeführt wird, und mit dem Differentialgetriebe eine Drehstromtachometermaschine gekuppelt ist, deren Spannung als Sollwert für die Frequenz und Größe der Motorklemmenspannung dient, indem die Augenblickswerte der Spannung der Drehstromtachometermaschine mit den Augenblickswerten der Motorklemmenspannung verglichen werden und die sich dabei ergebenden Differenzwerte das Breitenverhältnis der abwechselnd aufeinanderfolgenden positiven und negativen Rechteckhalbwellen der Ausgangsspannung des mit sehr hoher Schaltfrequenz arbeitenden mehrphasigen Wechselrichters steuern, der über Siebmittel an die Motorwicklungen angeschlossen ist. Bei der Verwendung von Siebmitteln zwischen Wechselrichter und Motorklemmen handelt es sich um eine an sich bekannte Maßnahme.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Jeder Ständerwicklungsstrang des Asynchronmotors 2 wird von einem der einphasigen Wechselrichter la bis 1c gespeist. Die Wechselrichter beziehen ihre Energie aus einer Gleichspannungsquelle 3. Über ein Differentialgetriebe 4 ist eine Drehstromtachometermaschine 5 mit dem Motor gekuppelt. Die drei Ausgangsklemmen der Tachometermaschine sind über je einen Widerstand 6a bis 6c mit einem Sternpunkt verbunden. Dem Differentialgetriebe 4 wird eine der konstanten Schlupffrequenz fs des Motors proportionale gewünschte Schlupfdrehzahl zusätzlich zugeführt, so daß die Drehzahl der Tachometermaschine 5 gleich der Summe der Motordrehzahl und der Schlupfdrehzahl ist. Die an den Widerständen 6 a bis 6 c abgegriffene Wechselspannung dient als Sollwert für die Ausgangsspannung der Wechselrichter 1 a bis 1 c. Die Augenblickswerte dieser Wechselspannung werden in Vergleichsgliedern 7 a bis 7 c mit den Augenblickswerten der am Motor liegenden Spannung verglichen. Die Messung dieser Spannung geschieht an den symbolisch angedeuteten Stellen 8 a bis 8 c.
Die Wechselrichter 1 a bis 1 c sind in einer bereits vorgeschlagenen Art aufgebaut. Das wesentliche dieser Wechselrichter besteht darin, daß sie als Schaltwechselrichter ausgeführt sind, die mit einer Frequenz arbeiten, die sehr groß ist gegenüber der für die Speisung des Motors erforderlichen Frequenz. Das Breitenverhältnis der abwechselnd aufeinanderfolgenden positiven und negativen Rechteckhalbwelle dieser hochfrequenten Wechselrichterausgangsspannung ist steuerbar. Dadurch überlagert sich der hochfrequenten Wechselspannung eine von Null verschiedene niederfrequente Mittelspannung.
In F i g. 2 und 3 sind diese Verhältnisse dargestellt. F i g. 2 zeigt die hochfrequente Ausgangswechselspannung des Wechselrichters. Die positive und negative Rechteckhalbwelle sind in diesem Beispiel gleich breit, d. h., das Breitenverhältnis hat den Wert Eins. Die niederfrequente Mittelwertspan- nung UM ist Null. In F i g. 3 ist die Ausgangsspannung U" für verschiedene Werte von dargestellt. Man erkennt, daß sich bei einem Breitenverhältnis - eine von Null verschiedene Mittelwertspannung Um ergibt. In bekannter Weise zwischen die Wechselrichter 1 a bis 1 c und den Motor 2 geschaltete Siebmittel halten die hochfrequente Spannung vom Motor fern, so daß als Speisespannung nur die Mittelwertspannung UM auf den Motor wirkt.
Dadurch, daß die Ausgangsspannung der Tachometermaschine 5 drehzahlproportional ist, ist das Verhältnis von Größe zu Frequenz dieser Tachomaschinenspannung konstant. Das bedeutet, daß auch für die den Motor speisende Spannung dieses Verhältnis konstant ist und damit auch die im Ständereisen herrschende Induktion. Die Ausnutzung des Ständereisens ist also von der Drehzahl unabhängig und kann gegebenenfalls mittels eines Verstellers 9 auf den günstigsten Wert eingestellt werden.

Claims

Patentanspruch: Anordnung zum Betrieb eines von einem im Schaltbetrieb arbeitenden Wechselrichter gespeisten Mehrphasen-Asynchronmotors mit konstantem Drehmoment und konstanter Schlupffrequenz bei beliebiger Drehzahl, dadurch ge- kennzeichnet, daß mit dem Motor (2) ein Differentialgetriebe (4), dem zusätzlich eine der konstanten Schlupffrequenz (fs) proportionale Drehzahl zugeführt wird, und mit dem Differentialgetriebe (4) eine Drehstromtachometermaschine (5) gekuppelt ist, deren Spannung als Sollwert für die Frequenz und Größe der Motorklemmenspannung dient, indem die Augenblickswerte der Spannung der Drehstromtachometermaschine (5) mit den Augenblickswerten der Motorklemmenspannung verglichen werden und die sich dabei ergebenden Differenzwerte das Breitenverhältnis der abwechselnd aufeinanderfolgenden positiven und negativen Rechteckhalbwellen der Ausgangsspannung des mit sehr hoher Schaltfrequenz arbeitenden mehrphasigen Wechselrichters (1 a, 1 b, 1 c) steuern, der über Siebmittel an die Motorwicklungen angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 080; österreichische Patentschrift Nr. 164 725; britische Patentschrift Nr. 418 297; BBC-Nachrichten, 1953, S. 103 bis 106; ElektrotechnischeZeitschrift, 1949, S.513 und 514.