DE1763293C3

DE1763293C3 - Arrangement for speed control or regulation of a three-phase asynchronous motor

Info

Publication number: DE1763293C3
Application number: DE1763293A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Laber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-04-30
Filing date: 1968-04-30
Publication date: 1975-05-22
Also published as: DE1763293B2; DE1763293A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Drehstrom-Asynchronmotors mit Schleifringläufer, dessen Ständerwicklung über einen Hauptschalter an ein iDrehstromnetz angeschlossen ist und dessen Schlupfenergie über einen Gleichrichter und einen Gleichetrom-Zwischenkreis einem steuerbaren Stromrichter jtugeführt ist, dessen Steuereinrichtung von einer Synchronisierspannung beaufschlagt und dessen Wechselspannungsausgang an die Verbindungsleitung zwischen dem Hauptschalter und der Ständerwicklung angeschlossen ist.The invention relates to an arrangement for controlling or regulating the speed of a three-phase asynchronous motor with slip ring rotor, the stator winding of which is connected to a three-phase network via a main switch and its slip energy A controllable converter via a rectifier and a DC link jtu, the control device of which is guided by a synchronizing voltage applied and its AC voltage output to the connecting line between is connected to the main switch and the stator winding.

Eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung oder -regelung eines Drehstrom-Asynchronmotors und auch zum Selbsttätigen Anlassen mittels vorzugsweise veränderbarer Widerstände im Schleifringkreis ist aus der deutschen Patentschrift I 148 634 bekannt. Die Ständerwicklung speist über einen Gleichrichter, über einen Cleichstrom-Zwischenkreis und über einen steuerbaren Stromrichter die Schlupfenergie in das Drehstromnetz «in. Ein solcher elektromotorischer Antrieb wird vorzugsweise verwendet für Verbraucher, deren Leistungsaufnahme quadratisch oder sogar kubisch mit der Drehzahl zunimmt, wie beispielsweise Lüfter, Kreiselpumpen und Kompressoren. Bei einem solchen Antrieb ©raucht der Drehstrom-Asynchronmotor im allgemeinen nur auf eine Drehzahl herabgesteuert zu werden, Welche die Hälfte seiner Nenndrehzahl nicht wesentlich Unterschreitet. Da die Ventile des rückspeisenden Stromrichters im allgemeinen nur wenig oder praktisch Itaum überlastbar sind, muß im Störungsfall der Antrieb Sofort vom speisenden Drehstromnetz getrennt werben. Die bekannte Anordnung enthält zu diesem Zweck Heben dem Hauptschalter in der Ständerzuleitung auch finen Schalter in der Ausgangsleitung des Stromrich- |ers, die den Stromrichter mit dem Drehstromnetz verbindet. Erst durch Betätigung beider Schalter kann der Antrieb ganz vom Drehstromnetz getrennt werden, wobei durch eine Steuereinrichtung sichergestellt sein muß, daß immer der Hauptschalter in der Ständerzuleitung vor dem Schalter in der Ausgangsleitung des Stromrichters ausgeschaltet wird.An arrangement for speed control or regulation of a three-phase asynchronous motor and also for Automatic starting by means of preferably variable resistances in the slip ring circuit is from the German Patent specification I 148 634 known. The stator winding feeds via a rectifier, via a DC intermediate circuit and the slip energy into the three-phase network via a controllable converter "in. Such an electromotive drive is preferably used for consumers whose power consumption quadratic or even cubic increases with speed, such as fans, centrifugal pumps and compressors. With such a drive © the three-phase asynchronous motor generally smokes only to be scaled down to a speed, which half of its rated speed is not significant Falls below. Since the valves of the regenerative converter are generally only slightly or practically If it is not possible to overload them, the drive must in the event of a fault Advertise immediately separated from the feeding three-phase network. The known arrangement also includes lifting the main switch in the stator lead for this purpose fine switch in the output line of the converter | ers that connects the converter to the three-phase network. The drive can only be completely disconnected from the three-phase network by actuating both switches. a control device must ensure that the main switch is always in the stator lead before the switch in the output line of the converter is switched off.

Bei einer weiteren Anordnung zur Drehzahlsieue-In a further arrangement for speed detection

293 ₂ 293 ₂

rung oder -regelung eines Drehstrom-Asynchronmotors, wie sie eingangs bereits genannt wurde, ist der Schalter in der Ausgangsleitung des Stromrichters eingespart (Elektroanzeiger, Essen, Nr. 6, 1966, S. 30). Dazu ist der Wechselspannungsausgang des Sn omnchters über einen Transformator direkt an die Verbindungsleitung zwischen dem Hauptschalter und der Ständerwicklung angeschlossen. Die Steuereinrichtung des Stromrichters ist von einer Synchronisierspanr.ung beaufschlagt, die am speisenden Drehstromnetz abgegriffen isttion or control of a three-phase asynchronous motor, as it was already mentioned, is the Switch in the output line of the converter saved (Elektroanzeiger, Essen, No. 6, 1966, p. 30). For this purpose, the AC voltage output of the Sn omnchters via a transformer directly to the connection line between the main switch and the Stator winding connected. The control device of the converter is from a synchronizing voltage applied, which is tapped on the feeding three-phase network

Wird bei dieser Anordnung der Hauptschalter geöffnet, so stellt sich an den Ständerklemmen eine Spannung ein, die Drehzahlfrequenz besitzt Auf Grund der Frequenzabweichung zwischen drehzahlfrequenter Spannung und netzfrequenter Synchronisierspannung stellt sich zwangläufig eine falsche Lage der Zündimpulse bei der Steuerung des Stromrichters ein. Die Folge ist ein ständiger Wechsel in der Betriebsart des Stromrichters zwischen Wechselrichter- und Gleichrichterbetrieb. Bei Gleichrichterbetrieb des Stromrichters addieren sich die vom Stromrichter und vom Gleichrichter abgegebenen Spannungen und treiben einen hohen Strom.If the main switch is opened with this arrangement, This creates a voltage at the stator terminals that has the speed frequency due to the Frequency deviation between speed-frequency voltage and line-frequency synchronization voltage Inevitably, the ignition pulse is in the wrong position when controlling the converter. The consequence is a constant change in the converter operating mode between inverter and rectifier operation. When the converter is in rectifier operation, those from the converter and the Rectifiers emit voltages and drive a high current.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen unzulässig hohen Strom im Gleichstrom-Zwischenkreis zwischen Gleichrichter und Stromrichter nach dem Abschalten des Hauptschalters zu verhindern.The object of the invention is to prevent an impermissibly high current in the direct current intermediate circuit between the rectifier and to prevent converters after the main switch has been switched off.

Diese A'ifgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung des Stromrichters von der Spannung an den Ständerklemmen des Drehstrom-Asynchronmotors synchronisiert ist.This task is achieved according to the invention by that the control device of the converter depends on the voltage at the stator terminals of the three-phase asynchronous motor is synchronized.

Nach dem Ausschalten des Hauptschalters in der Wechselspannungszuleitung des Drehstrom-Asynchronmotors wird in seiner Ständerwicklung vom Läufer eine Spannung mit Drehzahlfrequenz erzeugt. Diese Spannung wird der Steuereinrichtung des Stromrichters als Synchronisierspannung zugeführt, so daß die erforderliche Lage der Zündimpulse für die Ventile des Stromrichters eingehalten wird. Dadurch wird eine Stromüberhöhung im Gleichstrom-Zwischenkreis zwischen Gleichrichter und Stromrichter vermieden. Vor dem Ausschalten des Hauptschalters wird die Steuereinrichtung in der bekannten Weise von der Spannung des Drehstromnetzes synchronisiert. Der Stromrichter arbeitet somit stets als Wechselrichter.After switching off the main switch in the AC voltage supply line of the three-phase asynchronous motor a voltage with speed frequency is generated in its stator winding by the rotor. These Voltage is fed to the control device of the converter as a synchronization voltage, so that the required position of the ignition pulses for the valves of the converter is maintained. This creates a Excessive current in the DC link between rectifier and converter avoided. before when the main switch is switched off, the control device is in the known manner of the voltage of the three-phase network is synchronized. The converter therefore always works as an inverter.

Die Steuereinrichtung, der die Spannung an den Ständerklemmen als Synchronisierspannung zugeführt ist, ist üblicherweise für Netzfrequenz ausgelegt. Bei niederen Drehzahlen kann sich der Frequenzgang der Steuereinrichtung störend bemerkbar machen. Für diesen Fall ist es zweckmäßig, wenn der Steuereinrichtung ein Frequenz-Spannungs-Umsetzer zugeordnet ist. Mit Hilfe eines solchen Frequenz-Spannungs-Umsetzers ist die Aufrechterhaltung der richtigen Lage der Zündimpulse auch noch bei stark von der Netzfrequenz abweichender Frequenz der Synchronisierspannung gewährleistet. The control device to which the voltage at the stator terminals is fed as a synchronization voltage is usually designed for line frequency. At low speeds, the frequency response of the Make control device noticeable disturbing. In this case it is useful if the control device a frequency-to-voltage converter is assigned. With the help of such a frequency-voltage converter the maintenance of the correct position of the ignition pulses even if they differ significantly from the mains frequency Frequency of the synchronization voltage guaranteed.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer untersynchronen Stromrichterkaskade nach der !Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which an embodiment of a subsynchronous converter cascade is illustrated schematically according to the invention.

Ein Drehstrom-Asynchronmotor 2 mit Schleifringläufer ist über einen Haupt- oder Leistungsschalter 3 an ein Drehstromnetz angeschlossen. Die Läuferwicklung des Asynchronmotors 2 ist über nicht dargestellte Schleifringe mit einem Gleichrichter 5 verbunden, dessen Gleichstromausg£.ng über einen Gleichstrom-Zwi-A three-phase asynchronous motor 2 with a slip ring rotor is on via a main or power switch 3 connected to a three-phase network. The rotor winding of the asynchronous motor 2 is not shown Slip rings connected to a rectifier 5, whose direct current output via a direct current intermediate

scbenkreis mit dem Eingang eines steuerbaren Stromrichters 6 verbunden ist Der Stromrichter 6 soll vorzugsweise als Wechselrichter arbeiten und die Schlupfenergie des Asynchronmotors 2 an das den Asynchronmotor 2 speisende Drehstromnetz zurückJiefern. Der Wechselspannungsausgang des Stromrichters 6 ist dazu in die Verbindungsleitung zwischen dem Hauptschalter 3 und den Ständerklemmen des Asynchronmotors 2 angeschlossen. Den gesteuerten Ventilen des Stromrichters 6, die vorzugsweise Thyristoren oder ähnlich wirkende Halbleiterventile sein können, ist eine Steuereinrichtung 8 zugeordnet. Die ZündimpuUe der gesteuerten Ventile sind auf die Frequenz der Spannung an den Ständerklemmen und damit auf die Spannung am Wechselspannungsausgang des Stromrichter! 6 synchronisiert Zu diesem Zweck ist der Steuereinrichtung S über einen Spannungswandler 10 ein Eingangssignal vorgegeben, dessen Frequenz von der Spannung an den Klemmen der Ständerwicklung des Asynchronmotors 2 bestimmt wird. Bei eingeschaltetem Hauptschalter 3 erfolgt die Synchronisation durch die Spannung des Drehstromnetzes. Sobald der Hauptschalter 3 ausgeschaltet wird, erhält die Steuereinrichtung 8 ein Eingangssignal, dessen Frequenz von derjenigen Spannung bestimmt ist, die vom Läufer des Asynchronmotors 2 in der Ständerwicklung induziert wird. Dementsprechend ändert sich unmittelbar nach Abschalten des Hauptschalters 3 die Impulslage der Ventile des Stromrichters 6 derart, daß sie wieder der geänderten Frequenz am Ausgang des Stromrichters 6 entspricht.scbenkreis with the input of a controllable converter 6 is connected The converter 6 should preferably work as an inverter and the slip energy of the asynchronous motor 2 to the three-phase network feeding the asynchronous motor 2. Of the For this purpose, the AC voltage output of the converter 6 is in the connecting line between the main switch 3 and the stator terminals of asynchronous motor 2. The controlled valves of the converter 6, which can preferably be thyristors or similarly acting semiconductor valves, is a control device 8 assigned. The ignition impulses of the controlled valves are based on the frequency of the voltage on the Stand terminals and thus the voltage at the AC output of the converter! 6 synchronized For this purpose, the control device S is an input signal via a voltage converter 10 whose frequency depends on the voltage at the terminals of the stator winding of the asynchronous motor 2 is determined. When the main switch 3 is switched on, the voltage is used for synchronization of the three-phase network. As soon as the main switch 3 is switched off, the control device 8 receives an input signal, the frequency of which is determined by the voltage generated by the rotor of the asynchronous motor 2 is induced in the stator winding. Accordingly, changes immediately after switching off the Main switch 3, the pulse position of the valves of the converter 6 such that they return to the changed frequency at the output of the converter 6 corresponds.

Falls die Drehzahlfrequenz erheblich von der Netzfrequenz abweicht, so muß auch die Frequenz der Steuerimpulse für die Ventile des Stromrichters 6 sprunghaft vermindert werden. Dabei kann sich der Frequenzgang der Steuereinrichtung 8, die üblicherweise für Netzfrequenz ausgelegt ist, störend bemerkbar machen. Die Impulslage für die Ventile des Stromrichters 6 kann deshalb zweckmäßigerweise durch geeignete Mittel in der Steuereinrichtung 8 entsprechend zusätzlich beeinflußt werden. Zu diesem Zweck kann ein Zusatzgerät 9 vorgesehen sein, das ein Signal entsprechend der Frequenzabweichung auf einen zweiten Eingang der Steuereinrichtung 8 gibt. Das Zusatzgerät 9 kann vorzugsweise ein Frequenz-Spannungswandler sein, der ein Signal wenigstens annähernd proportional der Frequenzabweichung abgibt, sobald seine Eingangsspannung von einer vorgegebenen Frequenz von beispielsweise 50 Hz abweicht. Bei einer Steuereinrichtung 8, deren Ausgangsimpulse im Schnittpunkt einer Steuerspannung mit einer Sägezahnspannung gebildet werden, deren Steigung von der Eingangsfrequenz abhängig ist, kann vorteiihafterweise durch das Ausgangssignal des Zusatzgerätes 9 die Steigung des Sägezahns entsprechend geändert werden. Die Steuerelemente des Zusatzgeräts 9 können auch in der Steuereinrichtung 8 enthalten sein.If the speed frequency deviates significantly from the mains frequency, the frequency of the Control pulses for the valves of the converter 6 are suddenly reduced. The Frequency response of the control device 8, which is usually designed for mains frequency, is noticeable in a disturbing manner do. The pulse position for the valves of the converter 6 can therefore expediently by means of suitable Means in the control device 8 are also influenced accordingly. To this end, a Additional device 9 may be provided, which sends a signal corresponding to the frequency deviation to a second input the control device 8 gives. The additional device 9 can preferably be a frequency-voltage converter be that emits a signal at least approximately proportional to the frequency deviation as soon as its input voltage deviates from a predetermined frequency of, for example, 50 Hz. With a control device 8, the output pulses of which are formed at the intersection of a control voltage with a sawtooth voltage whose slope depends on the input frequency can advantageously be controlled by the output signal of the additional device 9, the slope of the sawtooth can be changed accordingly. The controls of the additional device 9 can also be contained in the control device 8.

Die Schleifringleitungen können einen Umschalter 13 enthalten, der in einer Schalltstellung die Schleifringe des Asynchronmotors 2 mit dem Eingang des Gleichrichters 5 und in der anderen Schaltstellung die Schleifringe mit einer vorzugsweise veränderbaren Widerstandsanordnung 14 verbindetThe slip ring lines can contain a changeover switch 13 which, in a sound position, controls the slip rings of the asynchronous motor 2 with the input of the rectifier 5 and in the other switching position the slip rings connects to a preferably variable resistor arrangement 14

Falls diese Widerstandsanordnung 14 für die volle Schlupfleistung des Asynchronmotors 2 bemessen ist, kann die Anordnung dadurch weiter ausgestaltet werden, daß in der Ausgangsleitung des Stromrichters 6 ein zusätzlicher Schalter 12 angeordnet wird, der auch ein Lasttrennschalter oder unter Umständen ein Trennschalter sein kann. Im Fall einer Störung im Stromrichter 6 oder im Gleichrichter 5 kann die Schlupfleistung der Widerstandsanordnung 14 zugeführt und der zusätzliche Schaller 12 in der Ausgangsleitung des Stromrichters 6 geöffnet werden. Mit einer derartigen Anordnung kann somit der Antrieb während einer Reparatur des Gleich- oder Wechselrichters 5 bzw. 6 bis zur Beseitigung der Störungsursache in Betrieb gehalten werden. Da auch im Störungsfall nur der Hauptschalter 3 von der Steuereinrichtung betätigt wird, sind zusätzliche Verriegelungen zur Einhaltung einer vorbestimmten Reihenfolge in der Ausschaltung der Schalter 3 und 12 nicht erforderlich.If this resistor arrangement 14 is dimensioned for the full slip power of the asynchronous motor 2, the arrangement can be further developed in that in the output line of the converter 6 a additional switch 12 is arranged, which is also a switch disconnector or, under certain circumstances, a disconnector can be. In the event of a fault in the converter 6 or in the rectifier 5, the slip power the resistor arrangement 14 and the additional Schaller 12 in the output line of the converter 6 can be opened. With such an arrangement, the drive can thus be used during a repair of the rectifier or inverter 5 or 6 can be kept in operation until the cause of the fault has been eliminated. Since only the main switch 3 is actuated by the control device in the event of a fault, additional Interlocks to maintain a predetermined sequence in switching off the switches 3 and 12 not required.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 3 claims:

1. Arrangement for speed control or regulation of a three-phase asynchronous motor with Slip ring rotor, the stator winding over a main switch is connected to a three-phase network and its slip energy via a Rectifier and a direct current intermediate circuit is fed to a controllable converter, whose Control device acted upon by a synchronization voltage and its AC voltage output connected to the connection line between the main switch and the stator winding is, characterized in that the control device (8) of the converter (6) of the The voltage at the stator terminals of the three-phase asynchronous motor (2) is synchronized.

2. Arrangement according to claim 1, characterized gekennfceichnet, that the control device (8) is assigned a frequency-voltage converter (9).