DE1563267A1 - Verfahren zur Regelung einer asynchronen Kaefiglaeufermaschine - Google Patents

Description

Li.centi a Pag FrankJ-lix·;/Main, Theodor-Stevn-Kui 1

Lehßiuim/hd Lu

Verfahren KiU* Hegelung einer asynchronen £)if j£lKuferinaechin·

Die Erfindung besieht »ich auf ein Verfahren zur Regelung; einer über «inan lulsvrech^elrichter gospoiaten asynchron*η Käfigiaufermaechine mit vom Pulewacheeirichter voneinander unabhängig vorgegebener S tönderfrefjuenz und StänderSpannung.

Die atfirmi «ehe Entwicklung auf dem Gebiet der Halbleiter- und dor Steuerungstechnik hat neue Möglichkeiten für regelbare Drehfltroiuantriobe is⁰³chaffen. Die Thyri«toron jait ihron b·- •ond«ron βtektriachen Eigenechaften ermöglichen auf dem Uel >iet der Brehetroitimotorarttriebe neue Umrichter- Ufid Wecheeli'ichterachcltungen, wodurch *« B, auch der Weg zwn kö«iBlutator« ■Lotion Motor frei wii'd» Di.s Im Vergleich an ge«teuert#r; Ga.aeutladungegdfäßen kdrxerta lröiv/«i*d«Ä# Ltü.n der Thj,ι iatßrur, hftoen rcur Entwicklung dnt Puiii^chnik ,«ι dom S Si^r ■*."-'. r *τ% ο-biet {;«ϊ führt, waba ι. Thy ι-1 ·*·<■»■ -j.n al.·· n-.-t aohör Sch/t... . f - \ .; ,isfn.-s arbeitende p»f ioclJ sch« ;>cb :. i<»i* v«i ■■■.·-■ 4 ^c; at weviio.r,, ..'■..· -..^!':h ii;;at orBt-V-OiBSt-U¹A* x.·.' Vi^sj« i 6/i<;.hr -^«ί

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Die Drehzahl von Käfigläufermotor·!! läßt «leb bekanntlich nur dadurch in' einem weiten Bereich wirtschaftlieh Hadern, daß dl« Frequenz der Speisespannung der jeweils gewünschten Drehzahl angepaßt wird. Dabei muß die Spannung» abgesehen von einen konstanten Grundbetrag für die Deckung der ohaschen Spannungeabfälle, im Ständer etwa proportional zur Frequenz verändert werden. Eb besteht ein Zusammenhang zwischen Spannung und Frequenz in der Weise, daß im Frequenzbereich unterhalb der Nennfrequens der Motorspannungsbedärf etwa proportional alt der Frequenz steigt. Der magnetische Fluß im Luftspalt dar Maschine kann in diesen Bereich voll aufrechterhalten werden, Da der Wechselrichter die bei weiterer Steigung der Ständerfrequenz für die Aufrechterhaltung des magnetischen Flusses erforderliche Motorspannung nicht au liefern vermag, sinkt dieser mit steigender Drehzahl.

Ausgehend von diesen Grundüberlegungen sind nun verschiedene Verfahren entwickelt worden, einen Drehstromkäfigläufermotor zu betreiben. Dabei muß berücksichtigt werden, daß die Maschine dann optimal arbeitet, wenn stets der Nennfluß aufrechterhalten bleibt. So ist es bekannt, Stromregelungon bei vorgegebener Schlupffrequens durchzuführen. Nechteiligerweiae ist dann jedoch ein Geber auf der Wolle des Kurzschlußläufers vorzusehen, Uta die Drehzahl der Maschine zu erfassen. Dies gilt insbesondere für in chemischen Betrieben vorgesehene Maschinen aufgrund ihrer dann nicht mehr möglichen vollkommenen Kapselung.

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Qteht Man von «iKsm W«oh»elr±chi'*r ?λ»λ. H^

frequenx und Au«jc&n£s«|;%nimng ^ri*l!«:^;i-.,■·:" ·ν"ί·.3^·ί v».*r^.l«r werden können, so A si; «β auers ^-ar? 1* »< vr. r· .3.·« ^i;** t. *

^i ·>.*ώ^ ar4 £·-.■::.-Λ*- --.-.'.^ *·,.'■> t·¹.· «in«· Zeitpunktragier» füi Ui# i-p&n;..·^·'-^ ^r^re^, ■-·.« ν ■-·'

der ver«chl»deri-!»n Mot art'* β ψ^ϊ-Μ,^π. &,i >; . ■· _;r ■.;. ;^r ■-·..· . ., . ··" \.l\ _v Igkdlt cwlech«fi dsr Klei»iv«^a;:i;raun.$ ii^r ι»λ *,;..·.;. ■■.>■■/ ar ;! .-,■ ^- ι " ■■. ;u,^λ ■, .-'.■. rein FIuS geS'tlNm itste »ia# Ziel, ct.ν.β Η/ϊ* ,;"ϊ;-,·- «!'.:. π^. :>'V."*;y *" lu.f-■u betreiben, kf«a *.lso siwcbi sin* i*d -.^i ?. cu. ■.■•.λ λ.»** ,»; a. λ jbi, .·*ι η - nung de« 'ti·ch·β .-U" · t·'h*;<!■*"* *nrl"aa»ti/": a* R*».-i %■ ί.ιϋΐιχ '·, ■-. ^;'.;Λ*,«α s-.irj>a unterlagerten Reg^lfer« j *< if fur di*« W«uhc«lr.irnt«r«paxmung *'ichi ■ua Ziele führen.

So haben in der Tat die bisher beechtis-^nen Verfahren dor Vorgabe der Notorfrequenz und der Motorepannang keine befriedigenden Ergebniene bei verschiedenen Betriebezuetänden dee Xnftglttufernotore geseigt. Stellte man die Spannung des Wechselrichter· für eine 'genugende Momentenabgabe de« Motor» bei belastung ein, dann nähme der Motor im LitsrlöWf «in»·» ^u jroüen Strom auf und neigte bei d$n verechieden«η B*triebs«uetand*n zu starken Pendel unfein

Eine BeseitigiiiXig dieser Nachteile int d.i.β Α*.*ίχ»*ϊ·« ΰ«:· Ιΐ:·Γίη-dung.

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Di· Erfindung betrifft «in Verfahren sur Regelung einer über •inen Pulswechselrichter gespeisten «synchronen KXfiglHufer-BMieohine mit voe Pulewechselriehter voneinander unabhängig vorgegebener S tänder frequents und StMnderapannung. Ein« Erfindung wird darin gesehen, dall di· Spannungsvorgabe durch einen unterlagerten Regelkreis sur Erfassung des Fluß·· derart bei Laständerungen korrigiert wird« daß diese konstant bleibt.

Anhand einer Zeichnung sei ein scheincttisches Ausftihrungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Zur Durchführung des Verfahrens wird von einer Steuerung des Pulswechselrichtera ausgegangen, bei der sowohl die Motorfrequenz als auch die um etwa eine Größenordnung höhere Pulsfrequenz und die relative Pulebreite ale voneinander in einem proportionalen Verhältnis stehend vorgegeben sind. Dabei ist die Tendenz derart, daß mit steigender Motorfrequens auch die Pulsfrequenz und die relative Pulebreite steigen und etwa in dem Dereich des Nennpunktes der Maschine ihr Maximum haben. Unter relativer Pulabreite Τ_ρ sei das Verhältnis der Binschaltzeit zur Qesamtdauor der Pulsfrequenz verstanden. Beim vorgenannten Zustand ist dann die relative Pulsbreite gleich 1.

In der Figur 1 der Zeichnung erkennt man einen aus seinen Gleichstromnetz gespeisten selbstgeftihrten Pulswechselrichter 1. ^Er speiet als Verbraucher eine Asynchronmaschine 2. Dor

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Lm βθ/lOO

Sollwert ^υ _βο11 ^für die Steuerung 3 des Puiswechsetrichter* wird über einen Sollwertintegrator k vorgegeben« Sein Ausgang dient einerseits zur Vorgabe der Motorfrequenz f^ über einen an eich bekannten Spannungafrequenzumsetzer 5 und zum anderen als Vorgabewert zur Erstellung der Pulsfrequenz und der davon abhängigen relativen Pulsbreite« Zur Erzeugung der Vorgabewerte der Steuerung 3 für die Wechselrichterauegangsspannung wird ein Generator 8 benutzt, dessen Ausgangsspannung U im Summierungspunkt 11 über die Leitung 7 mit der Aus« gangsspannung U * des Sollwertintegrators 4 verglichen und einer Kippstufe 9 zugeführt wird. Die Rückführung des negierten Auegangssignals der Kippstufe 0 zum Generator 8 dient zur Schwingungserzeugung des letzteren, da dieser nur im Zusammenhang mit der Kippstufe 9 Schwingungseigenschaften aufweist. Ein größerer Sollwert U ,, vergrößert also zum einen die Motorfrequenz f_M und gleichzeitig die Pulsfrequenz f bei Zu« nähme der relativen Pulsbreite·

Zu der vorstehend beschriebenen_t an sich bekannten Regelung wird nun nach der Erfindung eine unterlagerte Regelung Überlagert, die zur Sicherstellung des optimalen Betriebes der Maschine mit Nemfluß führt. Ihre Einzelheiten seien in der Fig.2 dargestellt. An die verkettete Motorspannung werden drei Drosseln 12a, 12b und 12c, deren ohmscher Wicklungswiderstand sche-

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βθ/lQO

matisch in elektrisch nachgeachalteten Widerstanden ltd, 18·, 12f angedeutet ist, angeschlossen. Der Blindstrom dieser Oroaseln dient als Maß für den Magnetieierungsstroa und damit den Istfluß der Maschine. Die Messung de« Magnetisierungsatromea •rfolgt nach seiner Gleichrichtung la Sternpunkt.potential ait einea Hall-Wandler 13* Die damit erzielte Hall-Spannung wird in einem Differenzverstärker Ik verstärkt; Letzterer ist mit einem frequenzabhängigen, parallel angeordneten RC-Glied 15 ao beschaltet, daß er ein PI-Regelverhalten erhält. Der Ausgang dea Differenzverstärker 0. . wird als Korrekturgröße im Rahmen einer unterlagerten Regelung der Gesamtregelung zugeführt·

In die Darstellung der Fig. 1 ist zur Verdeutlichung der unter· lagerten Regelung unter Verwendung der Anordnung der Fig. 2 eine Ergänzung aufgenommen. Man erkennt, daß der Ausgang des Differenzverstärkers ^_1et eis Korrekturgröße dem Summlerungspunkt 11 sugeführt wird. Bei zu kleinem Fluß der Maachine und damit zu kleinem ihn abbildungsgleich darstellenden Wert ^_ie* wird die Ausgangsspannung des Wechselrichters vergrößert bzw. bei zu großem ύ. _t verkleinert.

Mit dem vorgenannten erweiterten Verfahren sur Regelung einer Asynchronmaschine lassen sich Penfelungen für alle Betriebesuatände in einem großen Frequenzbereich einer Maachine verhindern· Lediglich bei sehr kleinen Frequenzen, etwa zwischen 0 und 10 Hz, kann die der FluOAbbildung gleich deratellende

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·? Anordnung der Fig· 2 und daait Ihr Ausgangswert ^_i8* nicht !•itgrüße dar untarlagert·η Rag«lung dienen, da in diasau Frequensbereloh dar Scheinwiderstand das Slum latot» und daa Motor« nicht glaich «Ind. Dar induktive Vidaratand dar Drosseln 12a bia 12c 1st dann vernaohlttssigbar und dar Strom wird allein durch «la ohmseheη Widerstünde 12d bla 12f bestiaat. 1· ergibt sieh dann eine reine verhKltnlsglelche Abbildung dar Motor« spannung« Ua mn verhindern, daft in diesea Frequenzbareich der Motor alt su großes Stroe gespeist wird, iat weiterhin, wie aua der Fig. 1 ersichtlich, eine Strombegrenzung vorgesehen* Der AusgangsstroM das Wechselrichters abgegriffen über Stromwandler i6a, l6b, I6c wird nach einer Sternpunktgleichrichtung ie Gleichrlchter 17 einer Kippstufe l8 sugefUhrt, deren Ausgangssignal BueassBsn alt dea Ausgang der Kippstufe 9 über ein UHD-CLlied 19 als VorgabegrdAe für die Spannungssteuerung des Wechselrichters t dient. Dieser letstbesohriebene Regelkreis schaltet die Staue· rung 3 und daait den Wechselrichter 1 sofort dann aus, wenn der von der asynchronen KäfiglKuferaaachine 2 aufgenommene Strom ■u groß 1st· Diese Maxiaalstroabegrensung, die unbedingt erforderlich ist bela Anfahren des Motors, erfüllt jedoch auch bei dea Betrieb innerhalb des üblichen Frequenzbereiches eine eicherungsfunktlon.

Man kann das vorstehend beschriebene Verfahren sur Regelung einer asynchronen KäflglKuferaaschine dahingehend abändern, daß aufgrund anderer Dinensionlerung des DifferensverstKrkers Ik

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die Spannung de· Wechselrichters lediglich Über die unterlager- ■ te Puleregelung erfolgt ι Ba erübrigt aich dann die Verbindungale itung 7, Ea ist dabei dann von einem Grundwert für die unterlagerte Flußregelung aUBUgehon, bei den der volle PIuA der Maschine im Leerlauf einer bestimmten Auegangespannung dea Wechselrichters zugeordnet ist. Sinkt der Fluß jetzt mit zunehmender Last, so ist Über die un\erlagerte Flußregelung in entsprechendem Maße der Vorgabewert für die Steuerung 3 des Wechselrichters derart zu vergrößern, daß sich die Ausgangsspannung des PuIawechselrichtera 1 um den Betrag erhöht, der zur Wiederherstellung des vollen ΓIuDeβ erforderlich ist. Gerade jedoch bei einem derartigen Verfahren ist beim Anfahren und bei kleinen Drehzahlen des Käfigläufermotors die maximale Strombegrenzung unbedingt erforderlich.

β Seiten Beschreibung

k Patentansprüche

1 Blatt Zeichnung mit 2 Figuren

(J 0 9 0 ι b / Ü 8 1 8

Claims (2)

-1- Licentia Patetit-VerwftUuiap-Cüh Frankfurt/Main, Theodor-St*?*-, - S, Belegexemplar! Darf nicht geändert wurden I Lehmann/hd Le; 8o/iOO Patentanspruch

1. Verfahren zur Regelung einer über ©Ine λ Pu Is we cn* <s trichter gespeisten asynchronen Käf iglnuierinaeehine mit von« Pulewechselrichter voneinander unabhängig vorgegebener Standerfrequenz und Ständerspannung, dadurch gakennzeiehnet, daß die Spannungevorgabe durch einen unterlagerten Regelkreis zur Erfassung des Fluüee derart bei Laständerungen korrigiert wird, daß dieser konstant bleibt.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die Flußmessung der Maschine über drei an die Standerspannungezuführungen angeschlossene Drosselspulen erfolgt« deren dem Magnetislerungsetrom der Maschine abbildungsgleiche Blindströme als Maß für den Fluß in die Steuerung eingeführt werden.

3« Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der drei Drosselspulen nach einer Sternpunktgleichrichtung einem Hall-Wandler zugeführt und potentialfrei gemessen wird, wobei die sich ergebende Hall-Spannung durch einen Differenzverstärker verstärkt, zu dem frequenzabhängige RC-Glioder der Größe parallel geschaltet sind, daß er ein PI-Regelverhalten hat,

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k. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi Mittel vorgesehen sind, die in an eich bekannter Veiee den Augenblickswert de« Stroaes des Pulswechselrichters messen und den Pulswechaelrichter dann unterbrechen, wenn der Strom einen Grenswert überschreitet.

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