DE1513401C3

DE1513401C3 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines an einem Wechselstromnetz angeschlossenen Elektromotors

Info

Publication number: DE1513401C3
Application number: DE1513401A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl.-Ing. 2000 Hamburg Lemmrich
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1965-09-04
Filing date: 1965-09-04
Publication date: 1975-09-25
Also published as: DE1513401A1; CH462290A; AT271644B; SE333015B; BE686391A; DE1513401B2; US3443184A; JPS4494B1; NL6612164A; GB1102316A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines an einem Wechselstromnetz über steuerbare Gleichrichter angeschlossenen Elektromotors, dessen Läufer den Rotor einer als Frequenzwandler arbeitenden, als Schleifringläufer ausgebildeten Induktionsmaschine in Drehfeldrichtung antreibt, deren erste Wicklung aus einem Steuerfrequenzgeber mit einem Strom variabler Frequenz gespeist ist und deren zweite Wicklung mit einem Steuergerät zur Bildung von entsprechend dem Stromflußwinkel zeitlich verschobenen Zündsignalen für die steuerbaren Gleichrichter verbunden ist sowie auf eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung der genannten Art sind aus der deutschen Patentschrift 654 341 bekannt. Sie dienen dort nicht nur zur Steuerung und Regelung der Drehzahl jedes Elektromotors, sondern auch zur Aufrechterhaltung des relativen Gleichlaufs zwischen den Motoren. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß auf diese Weise geregelte Motoren zu unerwünschten Drehzahlpendelungen neigen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß solche Drehzahlpendelungen unterdrückt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß entweder dadurch, daß von Drehzahlpendelungen ein Signal zur Frequenzmodulation der Spannung des Steuerfrequenzgebers abgeleitet wird oder daß von Drehzahlpendelungen ein Signal zur Phasenmodulation der Spannung des Steuerfrequenzgebers oder der dem Steuergerät zugeführten Spannung des Frequenzwandlers abgeleitet wird.

Dabei kann als Modulationssignal die Spannung einer mit dem ■ Motor gekuppelten Tachometermaschine dienen, oder es können Mittel zur Bildung einer zeitlichen Folge von rechteckförmigen Stromflußwinkelsignalen mit konstanter Amplitude und dem jeweiligen Stromflußwinkel entsprechender Breite vorgesehen sein, wobei diese Signalfolge einem Tiefpaß zugeführt wird, dessen Ausgangssignal als Modulationssignal verwendet wird.

Mit diesen angegebenen Maßnahmen wird der Vorteil erreicht, daß Drehzahlpendelungen vermieden werden.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Steuerung einer Universalmaschine, wobei eine Pendelungsdämpfung mittels der Frequenzmodulation des Steuerfrequenzsignals erfolgt,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Steuerung einer Induktionsmaschine (Kurzschluß- oder Schleifringläufer), wobei eine Pendelungsdämpfung mittels der Frequenzmodulation des Steuerfrequenzsignals erfolgt,

Fig. 3 und 4 eine Prinzipzeichnung der selbsttätigen Einregulierung der Stromzeitfläche nach einem Lastsprung,

Fig. 5 die Gewinnung des Pendelsignals aus dem Stromflußwinkelsignal,

Fig. 6 ein Blockschaltbild entsprechend Fig. 1 zur Steuerung einer Universalmaschine, wobei die Pendelungsdämpfung durch Phasenmodulation des Ist-Frequenzsignals erfolgt, und

F i g. 7 das Blockschaltbild nach F i g. 2 mit der Abwandlung, daß die Pendelungsdämpfung durch Phasenmodulation des Ist-Frequenzsignals vorgenommen ist.

In dem in F i g. 1 dargestellten Stromkreis 1 eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Universalmotors 2 sind in Antiparallelschaltung Gleichrichterelemente 3, beispielsweise Thyristoren, eingeschaltet. Die Gleichrichterelemente 3 dienen dabei als Schalter, da ihre Zündelektroden 4 durch Zündsignale aus einem vorzugsweise elektronisch arbeitenden Steuer-

gerät 5 zum Frequenzvergleich und zum Erzeugen der Erhöhung des Bremsmomentes entgegengewirkt

der Zündsignale einschaltbar sind. Der vom Ein- wird.

schaltaugenblick bis zum Stromnulldurchgang durch Die analoge Betrachtung ist bei einer in Fig. 4 die Schaltelemente 3 und den Motor 2 fließende dargestellten Lastverringerung änstellbar. Das nach Strom erzeugt dann das Motorantriebsmoment. Der 5 einer Lastverringerung zum Zeitpunkt y zu große An-Läufer des Motors 2 ist über eine Welle 6 mit dem triebsmoment beschleunigt den Motor, so daß die Läufer einer zusätzlichen Induktionsmaschine 7 ge- Meßfrequenz f_isl 18 kleiner wird. (Der Deutlichkeit kuppelt. Diese zusätzliche Induktionsmaschine? kann halber ist auch hier der ungestörte Verlauf der Meßentweder ein spezieller Tachogenerator oder eine frequenz 19 mit eingezeichnet.) Zwischen Netzandere kleine Maschine geringer Leistungsaufnahme 10 frequenz f_N und f_isl tritt eine solche Phasenverschiesein. Der Ständer der Induktionsmaschine 7 wird aus bung auf, daß die angeschnittene Stromhalbwellen 20 einem Frequenzgenerator 8 mit einem Strom einer und damit das neue Antriebsmoment kleiner werden. Steuerfrequenz f_Si _t gespeist. Da · die Induktions- Der Stromflußwinkel α muß sich also immer so maschine 7 von dem zu steuernden Motor 2 in Dreh- einstellen, daß bei einer durch die Steuerfrequenz f_St feldrichtung angetrieben wird, wirkt die Induktions- _l5 eingestellten Drehzahl /J₁ das elektrische Antriebsmaschine 7 als Frequenzwandler, in dem die Steuer- moment gleich dem Bremsmoment ist. Eine etwaige frequenz f_si , in eine der Netzfrequenz f_N gleiche, zu Differenz zwischen Antriebs- und Bremsmoment beihr aber phasenverschobene Frequenz schleunigt oder bremst den Motor so lange, bis sich t _ t __ t _ j ein neuer Stromflußwinkel eingestellt hat und dieses ' ^l """'■'' ^v ao Differenzmoment dann verschwunden ist. Ein fre-

umgewandelt wird. (In der vorstehenden Gleichung quenzanalog gesteuerter Motor reagiert mithin auf bedeutet f_imech die entsprechend der Polzahl umge- eine Laständerung nicht mit einer bleibenden Drehrechnete Drehzahl der Maschine.) zahländerung, sondern mit einer — als Folge der In Fig. 2 ist eine der Schaltungsvorrichtung nach Stromflußwinkeländerung auch an der Motorwelle F i g. 1 entsprechende Vorrichtung dargestellt, in der 25 auftretenden — einmaligen Drehwinkeländerung, der zu steuernde Motor 2 durch einen Drehfeld- Frequenzanalog gesteuerte Motoren neigen, ähnmotor 9 ersetzt ist. In jede zum Motor 9 geführte lieh wie Synchronmotoren, zum Pendeln. Diese Pen-Phase 10 sind in Antiparallelschaltung wieder Gleich- delungen sind sehr störend und müssen unterdrückt nchterelemente 3, beispielsweise Thyristoren, einge- werden. Das gelingt, indem die Steuerfrequenz phaschaltet, deren Zündelektroden 4 ebenfalls durch _3O senrichtig mit dem Pendelsignal frequenz- oder pha-Zündsignale aus dem Steuergerät 5 einschaltbar sind. senmoduliert wird. Der Stromflußwinkel « wird bei-Der Übersichtlichkeit wegen sind die Verbindun- spielsweise dadurch verkleinert, daß sich die Drehgen a, b, c, d, e, g zwischen den Zündelektroden 4 zahl erhöht, oder aber er wird vergrößert, wenn sich und den Anschlüssen an das Steuergerät 5 aufge- die Drehzahl verringern will. Das zur Modulation ^trennt- 35 nötige Pendelsignal kann an sich aus einem zusätz-Angenommen, der Strommittelwert der jeweils liehen Tachogenerator, der vom Motor angetrieben beim Nulldurchgang von f_ist gezündeten angeschnit- wird, gewonnen werden. Einfacher ist es aber, dieses tenen Stromhalbwellen 14 (Fig. 3, 4) reiche aus, um Pendelsignal direkt aus dem Steuergerät 5 zum Fredem bremsenden mechanischen Moment ein äquiva- quenzvergleich und zum Erzeugen der Zündsignak lentes elektrisches Moment bei der betrachteten Dreh- 40 zu gewinnen (Fig. 5), da es in dem (hier z. B. in zahl λ, zu erzeugen. Nach einem Lastsprung — in Rechteckform) sowieso vorliegenden Stromflußwinkel-Fi g. 3 eine Lasterhöhung, die zum Zeitpunkt χ ein- signal 21 enthalten ist. Der Deutlichkeit halber wurtritt — wird der Motor im ersten Augenblick lang- den in F i g. 5 über einige Perioden die angeschnittesamer laufen, da das aus den vorhergehenden ange- nen Stromhalbwellen22 und die Meßfrequenz 25 über schnittenen Stromhalbwellen erzeugte Antriebs- 45 den hier rechteckigen Stromflußwinkelsignalen 21 aufmoment kleiner als das neue Bremsmoment ist. Da- gezeichnet.

her vergrößert sich die Meßfrequenz 15 Aus diesen Rechtecksignalen mit konstanter Am- f ₌ f — f plitudenhöhe U_n kann mittels eines einfachen RC- ^{lsl Sl{} ^W" Tiefpasses 23 das Pendelsignal An = F{t) 24 gewonderart, daß — ehe ein Phasensprung zwischen Netz- ₅₀ nen und dem frequenzmodulierbaren Steuerfrequenzfrequenz f_N und /_/s, auftritt — der Stromflußwinkel generator8 (Fig. 1, 2) oder einem elektrisch steuergroßer wird. (Stromhalbwelle 17; der Deutlichkeit baren Phasenschieber 26 (Fig. 6, 7) (hier z. B. ein in halber wurde der ungestörte Verlauf der Meßfrequenz die Ist-Frequenzleitung zwischen Induktionsmaschine 7 16 mit eingezeichnet.) _und frequenzvergleichendem Steuergerät 5 eingebau-Die Vergrößerung des Stromflußwinkels α bedeutet ₅₅ ter monostabiler Kippschalter mit steuerbarer Eigeneine Erhöhung des Antriebsmomentes — womit also zeit) zugeführt werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines an einem Wechselstromnetz über steuerbare Gleichrichter angeschlossenen Elektromotors, dessen Läufer den Rotor einer als Frequenzwandler arbeitenden, als Schleifringläufer ausgebildeten Induktionsmaschine in Drehfeldrichtung antreibt, deren erste Wicklung aus to einem Steuerfrequenzgeber mit einem Strom variabler Frequenz gespeist ist und deren zweite Wicklung mit einem Steuergerät zur Bildung von entsprechend dem Stromflußwinkel zeitlich verschobenen Zündsignalen für die steuerbaren Gleichrichter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß von Drehzahlpendelungen ein Signal zur Frequenzmodulation der Spannung des Steuerfrequenzgebers abgeleitet wird.

2. Verfahren zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines an einem Wechselstromnetz über steuerbare Gleichrichter angeschlossenen Elektromotors, dessen Läufer den Rotor einer als Frequenzwandler arbeitenden, als Schleifringläufer ausgebildeten Induktionsmaschine in Drehfeldrichtung antreibt, deren erste Wicklung aus einem Steuerfrequenzgeber mit einem Strom variabler Frequenz gespeist ist und deren zweite Wicklung mit einem Steuergerät zur Bildung von entsprechend dem Strornflußwinkel zeitlich verschobenen Zündsignale für die steuerbaren Gleichrichter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß von Drehzahlpendelungen ein Signal zur Phasenmodulation der Spannung des Steuerfrequenzgebers oder der dem Steuergerät zugeführten Spannung des Frequenzwandlers abgeleitet wird.

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Modulationssignal die Spannung einer mit dem Motor gekuppelten Tachometermaschine dient.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Bildung einer zeitliehen Folge von rechteckförmigen Stromflußwinkelsignalen mit konstanter Amplitude und dem jeweiligen Stromflußwinkel entsprechender Breite vorgesehen sind und daß diese Signalfolge einem Tiefpaß (23) zugeführt ist, dessen Ausgangssignal als Modulationssignal verwendet ist.