DE1763076A1

DE1763076A1 - Verfahren zur Speisung von Asynchronmotoren,insbesondere fuer Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen

Info

Publication number: DE1763076A1
Application number: DE19681763076
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl-Ing Kluge; Wolfgang Dipl-Ing Knuth; Norbert Sellin
Original assignee: INST SCHIENENFAHRZEUGE
Current assignee: INST SCHIENENFAHRZEUGE
Priority date: 1968-04-01
Filing date: 1968-04-01
Publication date: 1971-09-23

Description

Verfahren zur Speisung von Asynchronmotoren, insbesondere für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Speisung von Asynchronmotoren, insbesondere für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen.
Es ist bekannt, die Lüfter und Verdichter von Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen mit Gleichstrommotoren anzutreiben. Nachteilig ist hierbei der relativ hohe Aufwand an Kosten und Wartung für die Gleichstrommotoren sowie die Gefahr der Entstehung von Bränden bei Drahtbrüchen durch Gleichstromlichtbogen. Um die Nachteile des Gleichstroms auszuschalten, wurde durch rotierende Umformer, Gleichstrommotor-Drehstromgenerator, Drehstrom für den Antrieb der Klimaanlagen erzeugt, wobei jedoch der Wirkungsgrad klein und die Masse sowie das Volumen dieser Umformer groß sind.
Weiterhin ist es bekannt, die Wechselstrommotoren für den Antrieb der Klimaanlagen über Wechselrichter zu betreiben, wobei diese'Wechselrichter aus einer betriebsmäßig sich ändernden Eingangsgleichspannung die Frequenz unabhängig von der Eingangsspannung konstant halten. Beim Betreiben der Motoren von Klimaanlagen mit konstanter Ausgangsfrequenz dieser Wechselrichter steigt der Strom mit sinkender Ausgangsspannung stark an bzw. ein Hochlauf der Motoren kann in ungünstigsten Fällen bei zu kleiner Motorspannung gar nicht erfolgen, da bei konstanter Frequenz das Anlaufmoment des Motors mehr als proportional mit der Motorspannung absinkt. Andere bekannte Wechselrichter erzeügen-aus einer betriebsmäßig sich ändernden Eingangsgleichspannung eine konstante Ausgangsfrequenz und -spannung, deren Nachteil darin liegty daß bei' sich verändernden Eingangsspannungen die gesamte Ausgangsleistung gesteuert bzw, geregelt werden muß, wozu komp 1izierte Steuer- und Regelgeräte notwendig sind, die die Anlage erheblich verteuern. Außerdem steigt bei sinkender Eingangsspannung und einer Steuerung bzw. Regelung auf konstante Ausgangsspannung und Ausgangsfrequenz der vom Wechselrichter aufgenommene Strom ans wodurch z. B. bei einem Akkumulator als Gleichstromquelle die verfügbare Kapazität der Zellen sinkt und infolge des vergrößerten inneren Spannungsabfalls die Betriebsdauer der Anlage ungünstig beeinflußt wird. Bei weiteren Wechselrichtern wird aus einer ebenfalls sich betriebsmäßig ändernden Eingangsgleichspannung eine sich ändernde Ausgangsfrequenz und -spännung erzeugt, wobei zwischen Ausgangsfrequenz und -spannung ein willkürlicher durch die Dimensionierung der Bauelemente bestimmter Zusammenhang existiert. Hierbei erfolgt keine Messung der Eingangsgleichspannung oder der Ausgangswechselspannung und keine Beeinflussung der Frequenz in Abhängigkeit von der Meßgröße bzw. einer Differenz zwischen Meßgröße und einem vorgegebenen Sollwert. Es erfolgt auch keine Dimensionierung des Steuergerätes so) daß mit Änderung seiner Versorgungsspannung, gebildet aus Eingangsgleichspannung oder Ausgangswechselspannung, eine gewünschte .Änderung der Ausgangsfrequenz möglich ist.
Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines wirtschaftlichen Verfahrens zur Speisung von Asynchronmotorent insbesondere für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen mit einem relativ geringen Aufwand an Kosten der elektrotechnischen Einrichtungen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrundes mittels eines Verfahrens eine Steuerung bzw. Regelung der Speisung von Asynchronmotoreng insbesondere für -Klimaanlagen In-Schienenfahrzeugen, vorzunehmen, wobei die Asynchronmotoren durch Änderung der Ausgangsfrequenz eines Wechselrichters in Abhängigkeit von dessen Eingangs- oder Ausgangsspannung betrieben werdeng der Wechselrichter aus einer urgesteuerten bzw. ungeregelten betriebsmäßig sich ändernden Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt und der Betrieb spannungsempfindlicher Geräte nicht beeinflußt wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß beim -Betrieb der Asynchronmotoren die betriebsmäßig sich ändernde Eingangsspannung oder die Ausgangsspannung des Wechselrichters für die Steuerung bzw. Regelung der Ausgangsfrequenz so verwendet wird, daß bei einer relativ kleinen Spannungsänderung -eine spannungsproportionale Frequenzänderung oder bei einer relativ großen Spannungsänderung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches eine spannungsproportionale Frequenzänderung erfolgt und daß beim Überschreiten dieses vorgegebenen Spannungsbereiches die Ausgangsfrequenz konstant gehalten wird. Beim Zuschalten von weiteren Asynchronmotoren zu den bereits laufenden wird während des Hochlaufs die Ausgangsfrequenz so abgesenkt, daß eine Erhöhung der Anlauf- sowie Kippmomente dieser Asynchronmotoren eintritt' die Stromaufnahme der bereits laufenden Asynchronmotoren kurzzeitig verringert und der Ausgangsstrom des Wechselrichters möglichst klein gehalten wird bzw. einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Es liegt im Sinne der Erfindung, daß während dieser Vorgänge spannungsempfindliche Geräte über besondere Spannungskonstanthalter betrieben werden.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß durch die Berücksichtigung der einzelnen Betriebsstufen der Asynchronmotoren während des Betriebes der Klimaanlagen durch eine entsprechende Frequenzänderung eine wirtschaftliche Energieausnutzung erzielt wird. Die Verwendung eines durch den Achs= generator aufgeladenen Akkumulators sowie eines Wechselrichters' für den durch das erfindungsgemäße Verfahren die Kommutierungselemente relativ klein dimensioniert werden können und die Steuerung bzw. Regelung der Asynchronmotoren durch Änderung der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters in Abhängigkeit von dessen Eingangs- oder Ausgangsspannung mittels bekannter elektroteohnischer Geräte ermöglicht einen relativ geringen Aufwand an Kosten für die Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeisp ielg welches in der Zeichnung näher dargestellt ist, erläutert werden.
Eine Stromversorgungsarilage für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen besteht aus einer Gleichspannungsquelle.1,9 einem Wechselrichter 29 welcher nicht dargestellte steuerbare Ventile enthält# die durch Impulse aus einem Steuergerät 3 so gezündet werden, daß die gewünschte Ausgangsfrequenz der Spannung des Wechselriohters 2 erzielt wird, einem Asynchronmotor 4 für einen Lüfter 5, einem Asynchronmo.tor 6 für einen Verdichter 7 und einem Spannungskonstanthalter B. für einen spannungsempfindlichen Verbraucher z. B. eine Glühlampe 9. Beim Anlaufen des Asynchronmotors 4 für den Lüfter 5 einer Klimaanlage in Schienenfahrzeugen wird dieser kurzzeitig einen hohen Anlaufstrom aufnehmen, wodurch in dem vorgeschalteten Weohselriohter 2 und der Gleiohspannungsquelle 1 höhere Spannungsabfälle auftreten, die eine geringere Spannung am Asynohronmotor 4--als im Normalbetrieb bedingen. Durch eine spannungsproportionale Verringerung der Frequenz wird das Anlaufmoment des Asynchronmotors 4 konstant gehalten. Während des Hochlaufs bzw. nach erfolgtem Hochlauf dieses Asynchronmotors 4 wird die Frequenz so erhöht, daß der Motorstrom möglichst klein wird bzw. einen, vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Hierbei kanng um die vom Asynchronmotor 4 abgegebene Leistung zu erhöheng die Frequenz der Ausgangsspannung auf den Wert vor dem Anlauf des Asynchronmotors 4 erhöht wer-"den. Die zulässige Frequenzerhöhung kann zeitabhängig» stromabhängig bzw. spannungsabhängig erfolgen. Bei einer Eingangsspannung bzw. Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 unter beispielsweise 90 % bzw, beispielsweise über 120 9b des Nennwertes wird die Frequenz konstant gehaltene während innerhalb der genannten Spannung von 90 bis 120 % des Nennwertes eine etwa spannungsproportionale Frequenzänderung erfolgt. Dadurch wird eine zu starke Erniedrigung der Leistung der Klimaanlage bzw, eine unzulässige Drehzahlerhöhung der Asynchronmotoren 4;6 vermieden. Beim Zuschalten des Asynohronmotors 6 für den Verdichter 7 der Klimaanlage wird ebenfalls ein hoher Anlaufstrom fließen und ein Absinken der Ausgangsspannung eintreten. Es erfolgt eine Verringerung der Frequenz, wodurch die Leistungsaufnahme des zuerst angelaufenen Asynohronmotors 4 sinkt und unter günstigen Umständen eine Wirkstromabgabe an den Asynchronmotor 6 für den Verdichter 7 erfolgt. Während dieser Übergangsvorgänge wird die Frequenz wieder so veränderte daß der vom Wechselrichter 2 abgegebene Strom möglichst klein wird oder einen vorgegebenen Wert nicht überschreitetg wodurch auch die K ommutierungselemente für den Strom im Wechselrichter 2 relativ klein dimensioniert Nach er-, folgten Hochlauf wird dann die Frequenz auf einen für die Anlage günstigen Wert verändert,. z. B. durch einen zur Eingangs- oder Ausgangsspannung des Wechselrichters 2 proportionalen Betrag, um die magnetische Induktion in den Asyn-.chronmotoren 4;6 konstant zu halten.
Während dieser Vorgänge wird ein spannungsabhängiger Verbraucher, z: B. eine Glühlampe 9 über einen Spannungskonstanthalter@8 betrieben. Die Leistung dieses Verbrauchers ist gering, so daß der Aufwand für diese Steuer- und Regelgeräte relativ klein ist.

Claims

Patentanap rüche: 1. Verfahren zur Speisung von Asynohronmotoren, insbesondere für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen, wobei die Asynchronmotoren durch Änderung der Ausgangsfrequenz eines Wechselrichters in Abhängigkeit von dessen Eingangs- oder Ausgangsspannung betrieben werden, und der Wechselrichter aus einer ungesteuerten bzw. ungeregelten betriebsmäßig sich ändernden Gleichspannung eine Wechselspannung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb von Asynahronmotoren (4) die betriebsmäßig sich ändernde Eingangsspannung oder die Ausgangsspannung eines Wechselrichters (2) für die Steuerung bzw. Regelung der Ausgangsfrequenz so verwendet-wird, daß bei einer relativ kleinen Spannungsänderung eine spannungsproportionale Frequenzänderung oder bei einer relativ großen Spannungsänderung innerhalb eines vorgegebenen Bereiches eine spannungsproportionale Frequenzänderung erfolgt und daß beim Überschreiten dieses vorgegebenen Spannungsbereiches die Ausgangsfrequenz konstant gehalten wird.
2. Verfahren zur Speisung von Asynchronmotoren, insbesondere für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Zuschalten von weiteren Asynchronmotoren (6) zu den bereits laufenden während des Hochlaufs die Ausgangsfrequenz so abgesenkt wird, daß eine Erhöhung der Anlauf- sowie Kippmomente dieser Asynchronmotoren (6) eintritt, die Stromaufnahme der bereits laufenden Asynchronmotoren (4) kurzzeitig verringert und der Ausgangsstrom des Wechselrichters (2) möglichst klein gehalten wird bzw, einen vorgegebenen Wert nicht über-schreitet. -3. Verfahren zur Speisung von Aaynchronmotoren, insbesondere für Klimaanlagen in Schienenfahrzeugen nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß spannungsempfindliche Verbraucher, $. B. Glühlampen (9) über besondere Spannu"skonstanthalter (8) betrieben werden.