DE1538268A1

DE1538268A1 - N-phasigen Asynchronmotor enthaltendes Antriebssystem

Info

Publication number: DE1538268A1
Application number: DE19661538268
Authority: DE
Inventors: Hans Hedstroem; Krabbe Dr Ulrik
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1965-02-08
Filing date: 1966-01-29
Publication date: 1969-06-19
Also published as: GB1129492A; NO122084B; BE675942A; SE313871B

Description

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PArENTANWALT

Allmänna Svenska Elektriska Aktlebolaget. V ä s t e r a s /Schweden

N-phasigen Asynchronmotor enthaltendes Antriebssystem

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Asynchronmotors mittels eines an der Primärwicklung angeschlossenen, gesteuerten Stromrichters. Die Erfindung ist besonders geeignet für Kranmotoren, sie kann auch anderweitig angewendet werden, ist aber im folgenden in Anwendung auf Hebegeräte beschrieben.

Es ist bekannt, die Drehzahl eines Asynchronmotors mit Halbleitern zu regeln, die zwischen dem speisenden Netz und den Primärklemmen des Motors eingeschaltet sind. Durch Phasenwinkeleteuerung der Halbleiter mit Hilfe eines Phasenwinkelsteuergeräts kann man dann die Primärspannung des Motors reduzieren und dadurch sein Moment beelnflußen. Es ist weiter bekannt, die Differenz zwischen einer Bezugsgröße und einem die Drehzahl des Motors darstellenden Signal das Steuergerät beelnflußen zu lassen, wobei man eine auto-r matische Drehzahlregelung in dem Sinne erreichen kann, daß das Antriebemoment des Motors der Motorbelastung angepaßt und die Variation der Drehzahl hauptsächlich von der Charakteristik des Steuergeräts bestimmt wird.

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Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß der Motor kein negatives Moment abgeben kann, d.h. daß die Drehzahl des Motors nioht aufrechterhalten werden kann, wenn die Motorbelastung antreibend wirkt, die Anordnung kann deshalb nioht in ihrer einfachen Form für Kräne benutzt werden, weil die Last beim Senken antreibend wirkt und der Motor kein bremsendes Moment unterhalb der Synohrondrehzahl liefern kann.

Es ist auch bekannt, Gegenstrombremsung bei asynchronen Motoren zu benutzent Die Gegenstrombremsung wird normalerweise durch Umkehrung der Blasenfolge der Primärwicklung des Motors erreicht, sobald ein bremsendes Moment gewünscht wird, und die Größe des bremsenden Moments wird normalerweise durch Einschalten eines geeigneten Widerstandes In die Sekundärwicklung des Motors geregelt·

Der Nachteil der bisher bekannten Eegelsysteme mit Gegenstrombremsung ist vor allem die komplizierte Bedienung des Motors. Bei jedem Senkkommando muß bei einem Kran auch ein Kommando für Gegenstrombremsung gegeben werden, wenn eine Last am Kranhaken hängt. Andernfalls würde der Motor durchgehen, wenn die mechanische Bremse losgelassen wird. Wenn dagegen keine Last am Kranhaken hängt, muß der Motor auf Antrieb gestellt werden, und hängt eine kleine Last am Haken, dann muß anschließend ein Kommando für Antreiben für Gegenstrombremsung gegeben werden.

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Bin Grund dafür, daß die Bedienung dt« bekennten Motors eo kompliziert wird, ist in erster Idni· auch dit Tateach·, daß die einleitend erwähnte Tachometereteuerung eine kontinuierliche Regelung nur in eines Seil des Arbeitsgebiets des Irans ergibt*

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind die genannten Machteile vermieden und mit geringen Hehrkosten eine kontinuierliche Dreheahlregelung in einer solchen Weise erreicht, daß sowohl die Antriebs- al« auch Bremefunktionen zu einem einheitlichen» geschlossenen Regeleyβtee gehören. Die beiden funktionen werden ait ein und demselben statischen Stromrichter ausgeführt und ron demselben WinkeleteuergerMt gesteuert. Der gleiohmäBige Antrieb ohne Ruokbewegungen, der bei Kränen eine sehr wichtige Eigenschaft ist, da man ein Schaukeln der last vermelden will, wird u.a. dadurch erreicht, daß die Funktionen der fhasenumkehrkontaktoren mit der Wink«lsteuerung der Stromrichter koordiniert sind*

Die Erfindung geht ron einem Antriebssystem aus, das einen n-phasigen Asynchronmotor enthält, der mit seiner Statorwicklung an einem speisenden Hets über ein gesteuertes fhasenumkehrgerät und einen mit diesem reihengeeohe.lt·ten, n-phasigen, nicht freciuenisumformenden, gesteuerten Stromrichter angeschlossen ist, der eine Gruppe von antiparallelgeschalteten gesteuerten Halbleiterventilen in jeder Phase enthält, welches Antriebssystem weiter einen Geber hat, der die Motordrehzahl in der Pore einer Ausgangsgröße ausdrückt, und weiter ein am genannten Stromrichter mit seiner Aus-

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gangeeeite angeschlossenes Winkelsteuergerät. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugsgröße mit der genannten Ausgangsgröße verglichen und so eine Differenzgröße ermittelt wird, und daß der numerische Wert der genannten Differenz der Eingangsseite des Winkelsteuergeräte zugeführt wird, während ein von dem Toreeichen der genannten Differenz abhängiges aktives Organ das genannte Phasenumkehrgerät derart steuert, daß ein Ändern der Vorzeichen eine Umkehrung der Phasenfolge ergibt.

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben, in der Pig* 1 in schematischer Form ein Antriebssystem nach der Erfindung zeigt und Fig. 2 Momentkurven für das Antriebssystem und den dazu gehörenden Asynchronmotor.

In Pig* 1 sind drei gesteuerte Halbleiter 1,2, 3 gezeigt und drei Dioden 4, 5>6, die an eine dreiphasige Spannung 7 geschaltet sind. Sie gesteuerten Halbleiter werden mit einem in bekannter Weise aufgebauten Winkelsteuergerät, das auch vom Netz 7 gespeist wird, winkelgesteuert. Der Steuerwinkel ist vom Steuerstrom des Steuergeräts abhängig, der den Klemmen 26 und 27 des Winkelsteuergeräts derart zugeführt wird, daß - wenn es keinen Steuerstrom hat - wenig oder gar kein Strom durch den Halbleiter gelassen wird. Erhöhter Steuerstrom reduziert den Steuerwinkel der Halbleiter 1, 2, 3, wobei erhöhte Primärepannung des Motors und dadurch auch ein höheres Moment erhalten wird.

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Weiter ist die Primärwicklung 8 des Motors und seine Sekundärwicklung 9 gezeigt, die an einem äußeren Widerstand 25 angeschlossen ist* Die Schaltanordnung für die umkehrung der Phasenfolge besteht auβ zwei Kontaktoren 16, 17 mit Kontaktorspulen 18, 19· Der Signalgeber besteht aus einem Gleichstromtachometer 10 in Eeihe mit einem Widerstand 23· Die Bezugsgröße 1st eine über den Schienen 11, 12 wirkende Gleichspannung, wobei ein Widerstand 22 in die Schiene 12 eingeschaltet 1st. Die Differenz zwischen dem Drehzahlsignal und der Bezugsgröße wird somit ein Strom, der die Spule 13 eines polarisierten Heiais passiert und dem Gleichrichtergerät 24 isugeftihrt wird. H» 15 sind Kontakte auf den polarisierten Relais. Der Belastungswiderstand 25 kann alt einem Schaltung sgerät 21 kurzgeschlossen werden. 40 ist ein Betätigungskontakt.

In Pig. 2, die die gegenseitige Abhängigkeit zwischen Drehzahl und Moment zeigt, 1st 27 die Achse für die Drehzahl und 26 die Achse für das Moment. 37 gibt die Größe des Normal-Momente des Motors an. 28 gibt die synchrone Drehzahl und 34 die synchrone Drehzahl bei Umkehrung an. 30 1st die Momentkurve feel voller Spannung und 31 bei voller Spannung und Umkehrung. In beiden Fällen ist der Widerstand 25 in den Sekundärkreis des Motors eingeschaltet und nicht kurzgeschlossen. 38 ist die Momentkurve des Motors bei voller Spannung, wobei der Widerstand 25 von den Kontakten 21 kurzgeschlossen ist. 29 bezeichnet die Drehzahl, bei der das Drehzahlsignal und die Bezugsgröße gleich groß sind* 32 ist die Momentdrehzahlkurve, die mit der Anordnung erhalten wird» wenn der Motor antreibend wirkt, und 33 die Moment-Drehemhlkurv·, die erhalten wird, wenn der Motor bremsend wirkt·

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Xm folgenden ist für einen Kranmotor die Wirkungsweise der Anordnung auegehend vom Stillstand des Motor« beschrieben. Am Kranhaken soll eine Last hängen und der Motor durch Schließen des Kontakte 40 ein Kommando zum Senken erhalten· Die gewünschte Senkgesohwindigkeit soll bereits durch entsprechende Wahl der Bezugsspannung und/oder der Widerstandewerte der Widerstände 22» 23 eingestellt «ein.

Da der Taohometergenerator 10 keine Spannung gibt, treibt die Bezugespannung einen Strom durch die Spule 13» wobei die Klemme 15 mit dem beweglichen Heiaiskontakt verbunden wird und die Kontaktorspule 19 Strom bekommt, so daß die Kontaktoren 17 geschlossen werden* Dieser Strom wird auch dem Steuergerät 20 zugeführt, so daß dieses eine Zündung der Halbleiter 1, 2» 3 bewirkt, d.h. der Motor bekommt ein voll antreibendes Moment, wenn man voraussetzt, daß die Kontakte des Schaltgeräts 21 offen sind. Das Moment des Motors in Verein mit der Kranlast beschleunigt dann den Motor. Wenn die Drehzahl so hoch geworden ist, daß sie dem Punkt 35 entspricht , wird die Tachometerspannung zu hoch und folglich der vom Steuergerät 20 zu den Klemmen 26, 27 gelieferte Steuerstrom so weit reduziert, daß die Halbleiter zu sperren beginnen und die Motcrspannung reduziert wird. Die Momentkurve des Motors folgt dann der Kurve 32. Wenn man voraussetzt, daß die Motorspannung proportional dem Strom des Steuergeräts ist, wird die Kurve 32 eine Parabel, weil das Moment des Asynchronmotors proportional dem Quadrat der Spannung Ist, aber die Form der Kurve 32 kann im übri-

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gen in verschiedenen W_eisen durch die Gestaltung des Steuergeräts beeinflußt werden. Wenn 4ie Drehzahl den Funkt 29 erreicht hat, ist die Motorspannung Hull. Sine weitere Zunahme der Drehzahl, die von der last herrührt, bringt die Differenz zwischen Tachometerspannung und Bezugsspannung dazu, ihr Torzeichen zu ändern, so daß das polarisierte Relais eine Umschaltung ausführt, wobei einer der Kontaktoren 16 und 17 ein- und der andere ausgeschaltet wird. Gleichzeitig beginnt nun das Steuergerät wieder die Spannung des Motors zu erhöhen, wobei ein bremsendes Moment des Motors entsteht. Die Moment-Drehzahlkurve der Anordnung folgt nun der Kurve 33» und die Drehzahl steigt, bis ein Gleichgewicht zwleohen dem antreibenden Moment der Last und dem bremsenden Moment des Motors entsteht, was bei einer Drehzahl eintritt, die nur wenig von der gewünschten Drehzahl abweicht. Der Hegelkreis kann leicht mit einer so großen Verstärkung dimensioniert werden, daß die genannte Abweichung sehr gering wird.

Wenn man z.B. nach einer gewissen Senkstrecke eine verminderte Geschwindigkeit einzustellen wünscht, wird dies durch eine entsprechende Änderung der Bezugsgröße erreicht.

In ähnlicher Weise kann man beim Heben einen plötzlichen Befehl für verminderte Geschwindigkeit geben und dann automatisch das notwendige Bremsen mit nachfolgender, erwünschter Hebegesohwinddigkelt erhalten. Die gewünschte Umlaufrichtung des Motors wird in bekannter Weise, d.h. durch Vertauschen der Zuleitungen der Kontaktorspulen 18 und 19 untereinander, eingestellt. Es ist dabei

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notwendig, ein gleichzeitiges Wechseln der Tachometerklemmen auszuführen. Die hierfür erforderlichen Schaltanordnungen, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind, können vorteilhaft mit den übrigen Betätigungeorganen zusammengebaut sein.

Aus der Beschreibung geht hervor, daß man bei Betätigung ganz einfach eine erwünschte Geschwindigkeit verlangt, und daß diese Geschwindigkeit mit einer gewiesen, hauptsächlich vom Steuergerät * abhängigen Toleranz, erreicht wird, unabhängig davon, ob die last bremsend oder antreibend ist.

Sine Anordnung nach der Erfindung weist die folgenden Vorteile auf. Die Betätigung wird einfach. Dieselbe Halbleiterausrüstung wird für Regelung des Antriebe und der Bremsung gebraucht, wobei die Ausrüstung billig und einfach ist. Bis Umsteuerung von Antrieb auf Bremsen erfolgt bei niedrigem oder fehlendem Strom, wobei der Versohleiss der Kontakte der Kontaktoren gering wird. Elektrisches Bremsen wird bei Befehl von hoher zu niedriger Drehzahl erreicht, ' wobei der Versohleise der mechanischen Bremse, die Immer auf Kränen vorhanden ist, reduziert wird* Diese Vorteile sind dadurch erreicht, daß das für die Stromrichter vorgesehene Steuergerät in Abhängigkeit von dem numerischen Wert der Differenz zwischen dem Drehzahlsignal und einer Bozugsgröße gesteuert wird, während die Kontaktoren die Phasenfolge in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Differenz zwischen dem Drehzahlsignal und der Bezugsgröße umkehren.

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Verschiedene Einzelheiten können im Rahmen der Erfindung in verschiedenen Weisen ausgeführt werden* So kann z.B. das polarisierte Relais durch eine Transistorkippschaltung oder andere statische Elemente ersetzt werden, und die Bezugsgröße kann in bekannter Weise aus passiven Bezugeelementen, z.B, Zenerelektroden aufgebaut werden. Der Tachometergenerator kann duroh beliebige Anordnungen ersetzt werden, die die Drehzahl des Motors reproduzieren.

Pur den Motor gilt, daß ein normaler kurzgeschlossener Motor bei Gegenstrombremsung einen niedrigen Leistungsfaktor haben wird« weshalb man, wenn es sich um sehr kleine Leistungen handelt, vorzugsweise entweder Doppelnutmotoren oder Schleifringmotoren mit äußerem Sekundärwiderstand verwendet. Da dieser Widerstand die Drehzahl dea Motors bei STennmoment reduziert, kann der Kontaktor 21 für Kurzschluß dea Widerstandes verwendet werden, wenn die höchste Drehzahl gewünscht wird. Seine Einschaltung kann dann alt Vorteil unter Einwirkung der Tachometerepannung oder des Priaäratromes des Motors selbsttätig stattfinden.

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Claims

Patentanspruch t

Antriebssystem mit einem n-phasigen Asynchronmotor, der mit seiner Statorwioklung über ein gesteuertes Phasenumkehrgträt und einen mit diesem reihengeschalteten, n-phaslgen nicht frequenzuraformencJen, gesteuerten Stromrichter an einem speisenden Hetz angeschlossen ist, der eine Gruppe von antiparallelgeechalteten gesteuerten Halbleiterventilen la jeder Phase enthält, welches Antriebssystem weiter einen Geber hat, der die Motordrehzahl in der Form eine? Ausgangegröße ausdrückt, und ein am gegenannten Stromrichter mit seiner Ausgangaseite angeschlosseneβ Winkeleteuergerät, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugegröße mit der genannten Ausgangsgröße verglichen und so eine Differenzgröfle ermittelt wird, und daß der numerische Wert der genannten Differenz der Eingangsseite des Winkelsteuergeräte zugeführt wird, während ein von dem Vorzeichen der genannten Differenz abhängiges aktives Organ das genannte Fhasenumkehrgerät derart steuert, daß ein Xndern der Vorzeichen eine Umkehrung dtr Phasenfolge mit sich bringt₀

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