DE1513517C2 - Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl einer Drehstrommaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl einer Drehstrommaschine, die über einen Stromrichter mit einer mindestens einen von der Zwischenkreisspannung aufladbaren Kommutierungskondensator enthaltenden Zwangskommutierungseinrichtung und mit Freilaufventilen, einen Gleichstromzwischenkreis variabler Spannung, der eine Kapazität enthält, und über einen Gleichrichter an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Ein derartiges Verfahren ist gemäß der DT-Zeitschrift, VDE-Fachberichte, 1964, 23. Band, S. 233, bekannt.

In einer derartigen Anordnung können mehrere Drehstrommaschinen über einen selbstgeführten Stromrichter mit gesteuerten Hauptventilen in Drehstrombrückenschaltung, denen eine Einrichtung zur Zwangskommutierung der Ventilströme zugeordnet ist, an eine Gleichspannungsquelle mit veränderbarer Spannung angeschlossen sein. Den Hauptstromventilen des Stromrichters sind ungesteuerte Freilaufventile gegenparallel geschaltet. Der speisende Gleichstromkreis enthält eine Glättungskapazität. Der Stromrichter liefert Spannungen mit veränderbarer Größe, veränderbarer Frequenz und umgekehrbarer Phasenfolge. Im allgemeinen wird mit der Spannung im Gleichstromzwischenkreis die Größe der Maschinenspannung eingestellt. Die Taktfrequenz des Stromrichters bestimmt die Frequenz der Maschinenspannung, und die Reihenfolge der Stromführung der Hauptventile bestimmt die Drehrichtung. Zur Einstellung der Gleichspannung kann ein Gleichrichter mit steuerbarer Ausgangsspannung oder auch ein ungesteuerter Gleichrichter mit einem nachgeschalteten elektronischen Gleichstromsteller vorgesehen sein.

Ist der Gleichstromkreis über einen Gleichrichter an ein Wechsel- oder Drehstromnetz angeschlossen, so erfolgt nach einem vorübergehenden Einbruch, insbesondere einem Ausfall der speisenden Netzspannung von nur wenigen Millisekunden, bei Wiederkehr der speisenden Spannung ein Kommutierungskurzschluß des selbstgeführten Stromrichters, d. h., die Spannung

ίο am Kommutierungskondensator ist nicht ausreichend, um das entsprechende Hauptventil zu löschen, und die Anordnung fällt außer Betrieb. Dies ist aber in gewissen Anwendungsfällen mit durchlaufendem Betrieb, insbesondere bei der Speisung einer größeren Anzahl von Motoren über einen Umrichter, nicht tragbar.

Bekannt ist, bei Notstromversorgungsanlagen mit statischen Umrichtern im Gleichstromzwischenkreis eine Batterie mit fester Spannung anzuordnen, die bei Netzausfall vorübergehend oder auch für einen längeren Zeitraum die Zwischenkreisspannung aufrechterhält (DT-Zeitschrift, BBC-Nachrichten, 46. Jahrgang, 1964, S. 661). Von dieser Maßnahme kann aber bei einer Anordnung mit veränderlicher Zwischenkreisspannung kein Gebrauch gemacht werden.

Die US-PS 31 05 180 behandelt eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl einer Drehstrommaschine, die über einen steuerbaren Stromrichter mit Haupttransistoren in Brückenschaltung und Freilaufdioden, einen Gleichstromzwischenkreis variabler Spannung mit einer Kapazität und über einen steuerbaren Gleichrichter an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Bei dieser bekannten Anordnung ist weiterhin eine Steuereinrichtung mit einer Sättigungsdrossel vorgesehen, die so aufgebaut ist, daß die Ausgangsfrequenz des Stromrichters in Abhängigkeit der Spannung an den Wechselspannungsausgangsklemmen des Stromrichters, die bei Vernachlässigung der Spannungsabfälle an den Haupttransistoren der Spannung im Gleichstromzwischenkreis entspricht, geführt ist. Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung des Stromrichters sind also starr miteinander gekoppelt. Sie können proportional miteinander geführt werden, so daß der magnetische Fluß der Drehstrommaschine konstant ist. Bei einer Verminderung der speisenden Wechselspannung wird sich die Spannung im Gleichstromzwischenkreis und an den Ausgangsklemmen des Stromrichters und damit zwangsläufig auch die Ausgangsfrequenz des Stromrichters verringern. Kommutierungsschwierigkeiten sind dabei wegen der Verwendung von Transistoren und der somit fehlenden Einrichtung zur Zwangskommutierung nicht zu erwarten. Eine Anregung zur Stellung und Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe kann von der US-PS 31 05 180 somit nicht ausgehen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für eine aus einem Umrichter mit variabler Zwischenkreisspannung gespeisten Drehstrommaschine anzugeben, durch das ein Ausfall der Anlage bei kurzzeitigen Netzspannungsschwankungen oder Netzspannungsausfall verhindert wird.

Hierbei wird ausgegangen von der Erkenntnis, daß die erforderliche Energie zur Deckung der Verluste des Stromrichters und der angeschlossenen Drehstrommaschinen durch die kinetische Energie der rotierenden Massen im Verbraucherkreis selbst gedeckt werden kann.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer sprunghaften Verminderung der speisenden Wechselspannung die

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Frequenz des Stromrichters derart vermindert wird, daß die Drehstrommaschine generatorisch arbeitet und die Kapazität auf eine jeweils der verminderten Frequenz mindestens annähernd entsprechende Gleichspannung auflädt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die Spannungszeitfläche der angeschlossenen Maschine und damit der Fluß wenigstens annähernd konstant und ihr Kippmoment erhalten bleibt. Nach Wiederkehr der Spannung geht die Maschine sofort wieder in den normalen Betrieb über. Die Größe der Frequenzänderung in der Zeiteinheit richtet sich nach dem Leistungsfaktor und der in den Schwungmassen gespeicherten kinetischen Energie.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in welcher ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und eine idealisierte Regelkennlinie einer Maschine schematisch veranschaulicht sind.

Nach der Fig. 1 sind mehrere Drehstromasynchronmotoren 2, die beispielsweise Abzugsmaschinen in einem Textilbetrieb sein können und von denen zur Vereinfachung nur ein einzelner Motor in der Zeichnung dargestellt ist, über einen selbstgeführten Stromrichter 4, einen Gleichstromzwischenkreis 6 und einen Gleichrichter 9 an ein Drehstromnetz angeschlossen. Die angeschlossenen Maschinen 2 haben ein verhältnismäßig großes Schwungmoment, das durch ein Schwungrad 3 angedeutet ist. Zur Steuerung der Ausgangsspannung des Gleichrichters 9 ist ein Spannungssteuergerät 10 vorgesehen, dem an einer Klemme 18 ein Sollwert für den Fluß der angeschlossenen Maschinen 2 vorgegeben ist. Es sei angenommen, daß der Fluß der Maschinen auf dem vorgegebenen Wert konstant gehalten werden soll. Dann bleibt auch das Kippmoment der Maschinen 2 konstant.

Zur Erfassung des Flußistwertes können im Luftspalt der Maschine angeordnete Hallsonden oder auch eine Integrationsschaltung zur Flußnachbildung vorgesehen sein. Letztere kann eine an die Eingangsklemmen der angeschlossenen Maschinen 2 angeschlossene Drossel 14 mit einem nachgeschalteten Wandler 15 zur Potentialtrennung und einen Gleichrichter 16 enthalten, dessen Bürde 17 zweckmäßig als Potentiometer ausgebildet ist. An der Bürde 17 kann dann eine der Spannungszeitfläche der angeschlossenen Verbraucher proportionale Spannung abgenommen werden, die als Flußistwert dem Spannungssteuergerät 10 zugeführt wird. Das Spannungssteuergerät 10 steuert die Ausgangsspannung des Gleichrichters 9 derart, daß der Fluß in der angeschlossenen Maschine konstant bleibt.

Im Gleichstromzwischenkreis ist eine Kapazität 7 und eine Glättungsdrossel 8 angeordnet. Zur Steuerung der Frequenz des selbstgeführten Stromrichters 4 ist ein Frequenzsteuergerät 5 vorgesehen, dem über eine Klemme 20 ein Frequenzsollwert vorgegeben wird. Zur Steuerung der Frequenzabsenkung im Falle eines Spannungseinbruchs wird nach der Erfindung ein Steuergerät 19 vorgesehen, dessen Ausgangssignal zusätzlich dem Eingang des Frequenzsteuergeräts 5 vorgegeben ist.

In F i g. 2 ist als idealisierte Regelkennlinie, d. h. bei vernachlässigten ohmschen Ständerwiderständen, die Spannung U der Maschine 2 in Abhängigkeit von der Frequenz /in einem Diagramm dargestellt. Unterschreitet im Falle eines plötzlichen Spannungseinbruchs, insbesondere eines Ausfalls, des speisenden Drehstromnetzes die Spannung einen im Steuergerät 19 einstellbaren Mindestwert, so wird die Ausgangsfrequenz des Stromrichters 4 durch das Steuergerät 19 derart vermindert, daß die dann übersynchron laufenden Maschinen den Kondensator 7 auf eine der jeweiligen Frequenz entsprechende Spannung geladen halten. Infolgedessen werden die Verluste der angeschlossenen Maschinen 2 sowie des Stromrichters 4 aus der Schwungmasse 3 der angeschlossenen Maschinen 2 gedeckt. Im Normalbetrieb soll die Frequenz für die Nennspannung U_n der angeschlossenen Maschinen 2 beispielsweise etwa 200 Hz betragen. Bei vorübergehender Absenkung der Netzspannung bzw. bei Netzausfall bis zu etwa 3 Sekunden, insbesondere während etwa 1 Sekunde, wird die Maschinenfrequenz so heruntergesteuert, daß der annähernd lineare Zusammenhang zwischen Spannung und Frequenz an den Maschinenklemmen erhalten bleibt. Hat der Netzausfall beispielsweise während einer Sekunde eine Spannungsabsenkung in den Maschinenklemmen bis auf den Betrag U\ zur Folge, so wird entsprechend auch die Frequenz bis auf den Wert /i oder wenigstens annähernd dem nach der Kennlinie entsprechenden Wert nachgeführt. Bei Wiederkehr der speisenden Spannung werden Frequenz und Spannung entsprechend ihren Sollwerten wieder erhöht. Ein kurzzeitiger Frequenzeinbruch bei Netzausfall von 10 bis höchstens 20% ist in vielen Anwendungsfällen, beispielsweise in der Textilindustrie, zulässig, da es nur darauf ankommt, daß die Motoren auf jeden Fall weiterlaufen.

Nach dem Ausführungsbeispiel ist eine Regelung der Maschine 2 auf konstanten Fluß vorgesehen. Die Zuordnung von Spannung und Frequenz kann aber beispielsweise auch über einen sogenannten Funktionsgeber vorgegeben sein. Die für die Flußregelung erforderlichen Geräte können dann entfallen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung zur Steuerung der Drehzahl einer Drehstrommaschine, die über einen Stromrichter mit einer mindestens einen von der Zwischenkreisspannung aufladbaren Kommutierungskondensator enthaltenden Zwangskommutierungseinrichtung und mit Freilaufventilen, einen Gleichstromzwischenkreis variabler Spannung, der eine Kapazität enthält, und über einen Gleichrichter an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer sprunghaften Verminderung der speisenden Wechselspannung die Frequenz des Stromrichters derart vermindert wird, daß die Drehstrommaschine generatorisch arbeitet und die Kapazität auf eine jeweils der verminderten Frequenz mindestens annähernd entsprechende Gleichspannung auflädt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzverminderung so gewählt wird, daß der Fluß der Maschine wenigstens annähernd konstant bleibt.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 mit einem gesteuerten Gleichrichter und über ein Frequenzsteuergerät geführter Frequenz des Stromrichters, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät (19) vorgesehen ist, dem ein von der Eingangswechselspannung abhängiges Steuersignal vorgegeben ist und dessen Ausgangssignal zusätzlich dem Eingang des Frequenzsteuergerätes (5) zugeführt ist.