DE1900347A1 - Anordnung zur frequenzanalogen Drehlzahlregelung einer wechselrichtergespeisten Induktionsmaschine - Google Patents

Anordnung zur frequenzanalogen Drehlzahlregelung einer wechselrichtergespeisten Induktionsmaschine

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DE1900347A1
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Description

Dr. Ιίίί-1-.eri P.ch
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Anmelder: Philips Paisnivcrwc'.iung GmbH.
Akte No. IHT)- 1306 1900347
Anmeldung vom: 3. Januar 1969
Philips PatentTerwaltung GmI)H, 2 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7
"Anordnung zur frequenzanalogen Drehzahlregelung einer wechselrichtergespeisten Induktionsmaschine"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur frequenzanalogen Regelung der Drehzahl einer wechselrichtergespeisten Induktionsmaschine.
Es ist bekannt, mittels Schaltungsvorrichtungen die Drehzahl wechselrichtergespeister Induktionsmaschinen zu regeln. Eine bekannte Ausführungsform, vgl. "Elektrotechnik und Maschinenbau", 82, Heft 6/1966, Seiten 37o-374, benutzt ein mechanisches Differentialgetriebe, dessen eine Antriebswelle mit der Achse der geregelten Maschine verbunden ist und dessen andere Antriebswelle von einem kleinen Uhrensynehronmotor angetrieben wird, dessen Drehzahl - wegen der Speisung durch einen frequenzvariablen elektronischen Oszillator - einstellbar ist. Die Abtriebswelle des Differentialgetriebes, die die Differenzdrehzahl der beiden Antriebswellen aufweist, ist mit einem Potentiometer verbunden, dessen drehwinkelproportiona-Ie Mittelabgriffsspannung über einen spannungssteuerbaren Oszillator eine drehwinkelproportionale Frequenz des Wechselrichters bewirkt. Erfolgt eine Belastung der Induktionsmaschine, so bleibt die Welle dieses Motors gegenüber der den Sollwert vorgebenden Welle des Uhrensynchronmotors etwas in der
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Phase zurück, so daß die nun größere Mittelabgriffsspannung des Potentiometers eine höhere Weehselrichterfrequenz zur Folge hat, die. über den dadurch größer gewordenen Schlupf den Mehrbedarf an Drehmoment deckt. Die Istdrehzahl bleibt im einsreschwungenen Zustand exakt gleich der Solldrehzahl.
Diese Ausführungsform besitzt jedoch schwerwiegende Nachteile. Der Drehzahlstellbereich ist wegen des verwendeten Uhrenynchronmotors nur maximal 1:4 variierbar. Die Induktionsmaschine kann deshalb auch nicht automatisch durch geführten Frequenzanlauf aus dem Stillstand hochgefahren werden, sondern muß durch manuelle Schaltvorgänge auf die Solldrehzahl gebracht werden, bevor der Regelmechanismus einsetzen kann.
Der Sollwertsynchronmotor kann nendeln und moduliert dann den Sollwert, so daß dieser schwankt.
Eine Schlupfbegrenzung ist unmöglich, was bei größeren Sollwert- oder LastSprüngen zur Funktionsunfähigkeit führt.
Außerdem ist die Rückführung rein integral. Die Regelung ist nur aufgrund der Febenschlußcharakteristik der Induktionsmaschine im Bereich s < s, ( s - Schlupf / s, - Kippschlupf) stabil. Die Übergangsvorgänge bei Last- und Sollwertsprüngen sind ausgesprochen schlecht.
Die Spannungssteuerung erfolgt proportional zur Wechselrich-" ter-Frequenz, was bedeutet, daß bei niedrigen Viechselrichterfrequenzen der HauptfluB der Maschine und damit das maximal abgebbare Drehmoment sehr stark abnimmt.
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Eine andere bekanntgewordene Ausführungsform benutzt zur Istdrehzahlmessung eine Grleichstromtachomaschine. Der Sollwert wird als Gleichspannung vorgegeben; vgl. Dissertation TH Darmstadt, 1°65, H. Zürneck: "Ein drehzahlgeregelter, spannungsgesteuerter Stromrichter-Asynchronmotor".
Die Differenz zwischen Sollwert- und Istwertspannung wird einem Drehzahlregler zugeführt, dessen Ausgangsgröße einstellbar begrenzt werden kann. Die Drehzahlreglerausgangsgröße dient als Sollwert für e^non untergeordneten Drehrahlregelkreis, der aus einem kleinen Gleichstrommotor und einer zweiten Tachomaschine besteht, die di° Istwert-Information für diesen unterlagerten Regelkreis liefert. Die k Ie1Vr ^ Gleichstrommaschine treibt den Rotn^ eines "Drehfeldgebers" (Synchro, Resolver) an, dessen Wicklung mit einem konstanten Strom erregt wird. Der Stator des Drehfeld/rebers ist mechanisch mit der vom Wechselrichter gespeisten Induktionsmaschine verbunden. Die Frequenz der Spannung der Statorspule des Drehfeldgebers ist dadurch gleich der Summe der mechanischen !Frequenz des durch der Hilfsregelkreis bewerten Drehfeldgeberrotors und de>r mechanischen Frequenz des Drehfeldgeberstators und wird über Schleifringe abgenommen und als Steuerfrequenz f'ir den Wechselrichter benutzt. Die Ausgangsgröße des Drehzahlreglers im Hsuptregelkreis ist daher im eirigeschwun/renen Zustand propr^ticn?! der Läuferfr^quenz der Induktionsmaschine.
Ein konstanter Hauptfluß der Induktionsmaschine wird annähernd erreicht, indem A\e vorliegender Informationen über läuferfrequenz und mechanische Winkelgeschwindigkeit sowie ein konstanter maschiner.abhängiger Term einem Funktiansgeber zugeführt werden, der die Wechselrichterspannung steuert-,
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Der größte Nachteil dieser Ausführung ist der unterlagerte kleine Hilfsregelkreis für die Läuferfrequenzvorgabe, dessen mechanische Zeitkonstante die Drehmomentenstellung der Induktionsmaschine verlangsamt. Dadurch wird die Stabilitätsreserve verringert und der Ausregelvorgang fest auf die zehnfache Zeit verlängert, bezogen auf eine diese Zeitkonstante nicht enthaltende Vorrichtung. Es ist außerdem ungünstig, zwei kleine Hilfsmaschinen an die Motorwelle ankuppeln zu müssen (Taohomaschine des Hauptregelkreises und Drehfeldgeber).
Ungünstig ist auch die Verwendung eines Gleichspannungstachometers, da selbst bei den besten und teuersten Ausführungen Störspannungen überlagert sind, die ca. 1$o des Gleichspsnnungswertee der Ausgangsspannung ausmachen. Dadurch ist das Auflösungsvermögen beeinträchtigt, weshalb extrem genaue Regelungen eine zusätzliche Siebung verlangen, die auf Kosten der Meßgeschwindigkeit und der Stabilitätsreserve geht.
Andere' bekannte Ausführungsformen benutzen.ebenfalls die Gleichspannungstachomaschine zur Istwertmeesung mit den genannten Nachteilen. Die gesamte Signalverarbeitung ist aber elektronisch.
Eine dieser Ausführungsformen (Zeitschrift "ETZ-A", 82, Heft 5/1968, Seiten I08-112) vergleicht beispielsweise die Tachometerspannung mit der den Sollwert bildenden Gleichspannung und führt die Differenz beider Spannungen einem Drehzahlregler zu. Die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers wird danach mit einer Spannung verglichen, die durch Differenzbildung der Tachometer spannung und einer der Wechselrichterfrequenz
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proportionalen Spannung gewonnen wird und daher proportional der elektrischen Läuferfrequenz ist. Die Differena dieser beiden Spannungen wird einem Läuferfrequenzregler zugeführt, dessen Ausgangsspannung über einen spannungssteuerbaren elektronischen Generator die dazu proportionale Wechselrichterfrequenz erzeugt.
Außerdem wird die der Läuferfrequenz proportionale Spannung 1SUr Erzielung eines konstanten Hauptflusses der Induktions- maschine benutzt. Sie wird dazu einem Punktionsgeber zugeführt, dessen Ausgangsgröße der Sollwert für einen unterlagerten 1tromrβgelkreis ist, in wäßhem Stromsollwert und Stromistwert miteinander verglichen werden. Die ermittelte Abweichung wird einem Stromregler zugeführt, dessen Ausgangsgröße als Spannungssollwert in einem weiteren unterlagerten Spannungsregelkreis fungiert, in welchem der Vergleich mit dem Spannungsistwert des V/echselrichters erfolgt. Diese Differenz steuert über einen Spannungsregler die Wechselrichterausgangsspannung derart, daß immer ein konstanter Maschinenhauptfluß erhalten bleibt.
In jedem der vier Unterregelkreise besteht die Möglichkeit, eine Begrenzung der dortigen Regelgröße durchzuführen. Daa ist ein Vorteil dieser Anordnung. Ein Nachteil ist aber, neben der schon erwähnten Istwertmessung mittels Gleichspannungstacho, der große Aufwand.
In jüngster Zeit sind andere Verfahren zur Istdrehzahlmessung in Regelkreisen bekannt geworden, die die Nachteile der Gleichstromtachomaschinenmessung nicht aufweisen.
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Dort wird an der Welle der geregelten Maschine eine Apparatur angebracht, die eine elektrische Nadelimpulsfolge konstanter Amplitude liefert, deren Freouenz in einem gesetzmäßigen Zusammenhang zur Winkelgeschwindigkeit der Motor^
achse steht.
Beispielsweise kann dieser Geber eine Schlitzscheibe mit äquidistanter Schlitzteilung und einem optischen System, bestehend aus Lampe und Photozelle sein, von dem jeweils bei Vorbeibev/egung eines Schlitzes zwischen Lampe und Photozelle ein Impuls abgegeben wird.
Bei Regelungen mit solchen Istdrehzahlmeßeinrichtungen ist
tot Einsetzen des Regelungsmechanismus immer eine Synchronisierung nötig, d.h. es muß Frequenzgleichheit der erwähnten Istnadelimpuisfolge mit einer Sollnadelimpulsfolge erreicht werden. Im "Synchronismus" nur kommt der eigentliche Regelungsmechanismus zur Wirkung. Die Phasendifferenz der beiden Impulsfolgen stellt das Drehmoment der Maschine derart, daß bei. Lasterhöhung durch die dann größer werdende Phasendifferenz ein erhöhtes Motordrehmoment geliefert wird. Auf solche Weise wird durch Proportionalregelung in bezug auf die Phasendifferenz eine integrale Regelung (idealer Integrator) bezüglich der Drehzahl erreicht. Die mögliche Dynamik der
Messung hängt dann nur -von der Frequenz des Meßgebers ab. Es ist beispielsweise ein Folgeantrieb mit einem Gleichstrommotor sehr kleinen Trägheitsmomentes bei diesem Meßprinzip bekanntgeworden (I.E.E. International Convention Record Part 6/ 1966, Seiten. 229-249), der eine Bandbreite von 1 kHz besitzt. Solche Regeldynamik ist vergleichsweise mit G-leichspannungstachomaschinen unerreichbar.
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Ejne bekanntgewordene Schaltungsanordnung (vgl. Control Engenieering·, Juni 1963, Seite 92-9^) zur Regelung der Drehzahl unter Benutzung dieses Meß- und Vergleichsprinzips für wechselrichtergespeiste Induktionsmaschinen, ist durch folgende Anordnung gegeben:
Die wechselrichtergespeiste Induktionsmaschine trägt auf ihrer Achse eine Schutzscheibe mit optischer Abtastung, deren Ausganp-simpulse über eine Pulsformerstufe in die bewußte Nadelimpulsfolge umgewandelt und der einen Hälfte einer bistabilen Kippschaltung zugeführt werden. Die andere Hälfte dieser bistabilen Kippschaltung wird durch die Sollnadelimpulsfolge angesteuert, so daß sie i*r Synchronismus immer abwechselnd hin- und hergekippt wird. Die mittlere Spannung eines Ausganges der Kippstufe is+ dann proportional der Phasendifferenz zwischen Soll- und Istimpulsfolge, wird über einen Tiefpaß herausgef i l + ert und einem thv! ,^unction-Frequerzgenerator zugeführt, dessen Frequenz dann auch etwa proportional dem Phasenunterschied ist.
Der Uni^unction-Frequenzgenerator steuert den Wechselrichter in seiner Frequenz.
Bei Belastung der geregelten Maschine bleibt die Istiinpulsfolge etwas gegenüber der Solli'".pulsfolge in der Phase zurück, so daß über die größer werdende /-usgengs spannung der bistabilen Kippstufe die Wechselrichterfrequens sich erhöht und über den dadurch größer werdenden Schlupf ein größeres Drehmoment geliefert wird, w°lches den: erhöhten Last-nor.ent die Waage hält.
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Diese Ausführung besitzt aber eine ganze Reihe schwerwiegender Mangel. So ist der Sollwert nicht kontinuierlich einstellbar , sondern kann nur. eine "bestimmte Anzahl diskreter Werte annehmen. Auch besitzt die Anordnung keine Einrichtung zur automatischen Herbeiführung des Synchronismus. Die Verwendung einer Schlitzscheibe führt zu einer drehzahlproportionalen Istfrequenz. Dadurch nimmt zu kleineren Drehzahlen hin die Informationsdichte der Messung laufend ab und man engt auf diese Weise den Drehzahlstellbereich ein. ferner ist die Verwendung eines Tiefpasses zur Gewinnung der phasenwinkelproportionalen Steuerspannung für den Wechselrichterstellgenerator (Unijunction-G-enerator) ungünstig, da man unnötige Zeitkonstanten in den Regelkreis einbringt und so die Stabilitätsreserve verringert und die Regelgeschwindigkeit verlangsamt. Weiterhin existiert auch im linearen Teil der Motorcharakteristik (s < s,) kein linearer Zusammenhang zwischen den Schlupf einerseits und dem Phasenwinkel zwischen Sollfrequenz und Istfrequenz andererseits, so daß bei Änderung des Sollwertes alle Regelparameter sich ändern (nicht einfach optimierbar). Zudem sind die Regelparameter zur Anpassung an andere Streckenverhältnisse nicht einstellbar. Auch ist die Rückführung rein integral. Die Regelung ist also nur aufgrund der Febensehlußcharakteristik der Induktionsmaschine im Bereich (s < s^) stabil. Die Übergangsvorgänge sind daher sehr schlecht. Schließlich ist keine Schlupfbegrenzung möglich, so daß bei starken Last- oder Sollwertstößen infolge Überschreitung des .Kippschlupfes die Regelung aus dem Synchronismus fällt und außerdem unzulässig hohe Motorströme · auftreten können. Ein generatorischer Betrieb der Induktionsmaschine ist unmöglich.
Alle genannten Nachteile bekannter Anordnungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß an die Motorwelle der Induktionsmaschine eine zweite Hilfsinduktionsmaschine mit ihrem
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Rotor angekuppelt ist, welche mit einem Statordrehfeld konstanter Frequenz gespeist wird und deren elektrische Rotorfrequenz ein Maß für die Drehzahl der Welle ist, welche zusammen mit einer variablen Sollfrequenz von einem Generator über Pulsformerstufen einem schnellen Phasendifferenz-Spannungs-Wandler und einer Synchronisiereinrichtung zugeführt werden, deren gemeinsame Ausgangsgröße über einen Verstärker, zusammen mit dem Wechselanteil der Ausgangsgröße eines schnellen Istfrequenz-Spannungs-Wandlers über einen Verstärker und der Ausgangsgröße eines Differenzbildners über einen Verstärker einem Begrenzer zugeführt werden, dessen Ausgangsgröße zusammen mit der Ausgangsgröße des schnellen Frequenz-Spannungs-Wandlers einen Stellgenerator steuert, welcher die Wechselrichterfrequenz bestimmt, und daß die Wechselrichterspannung bzw. der -strom zur Erzielung eines konstanten Maschinenhauptflusses gesteuert bzw. geregelt wird.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes wird die Erfindung näher beschrieben.
Eine Induktionsmaschine 1 .ist über ein Wendeschütz 2 an einen Wechselrichter 3angeschlossen. Dieser kann ein an sich bekannter, selbstgeführter Brücken- oder Unterschwingungswechselrichter sein, der durch einen Stellfrequenzgenerator 4 in der Frequenz und durch eine Spannungs- oder Stromvorgabeeinrichtung 5 in der Spannung oder im Strom gestellt wird. Diese Spannungs- bzw. Stromvorgabeeinrichtung ist dabei in bekannter Weise entweder ein Funktionsgeber mit Eingangsgrößen, die der Läuferfrequenz und der Drehzahl proportional sind, oder aber ein Funktionsgeber mit einer läuferfrequenzproportionalen Eingangsgröße in Verbindung mit einer Stromregelung.Sie
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hat in bekannter Weise die Aufgabe, einen konstanten Maschinenhauptfluß unter allen Betriebsbedingungen zu gewährleisten. Über eine Welle 6 ist der Rotor einer kleinen rotorseitig mit Schleifringen oder mit einem Drehtransformator ausgerüsteten Induktionsmaschine 7 (Resolver, Synchro) angeschlossen, deren Stator von einem Drehfeldgeber 8 konstanter Frequenz f-p (z.B. einem elektronischen Sinus-Cosinus-Generator) über einen Wendeschalter 9 erregt wird und in an sich bekannter Weise dazu benutzt wird, eine Summenfrequenz fy . = f~ + η (n = Drehzahl der Welle 6 in Umdr./sec) zu erzeugen. Die Informationsdichte der Messung nähert sich daher für sehr kleine Drehzahlen nicht dem Wert UuIl, sondern einem durch die frei wählbare Frequenz f^ gegebenen Wert.
Die sinusförmige, an den Schleifringen der Induktionsmaschine 7 abnehmbare Spannung mit der Frequenz f, . = f~ + η wird einer Pulsformerstufe 1o zugeführt, die in den Zeitpunkten der Nulldurchgänge sehr kurze Impulse konstanter Breite und Amplitude liefert.
Ein elektronischer, einstellbarer Frequenzgenerator 11 mit einem Frequenzstellbereich f^ < fgoll < f^ + .Ti08x (nmgx = Maximaldrehzahl der Welle 6 in Umdr./sec) liefert die Sollfrequenz fO0-ITj die in einer Pulsformerstufe 12 in eine Impulsfolge solcher Impulsform umgesetzt wird, wie sie am Ausgang der Pulsformerstufe 1o erscheint.
Ein Block 13 stellt einen schnellen Phasendifferenz-Spannungs-Wandler dar, der im Falle des "Synchronismus" eine in den Grenzen -2π < Δα <+2" (Λα = Phasendifferenz zwischen Soll- und ■ Istfrequenz) Λα proportionale Ausgangsspannung liefert.
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Ein Phasendifferenz-Spannungs-Wandler 13 ist, um Zeitverzögerungen zu vermeiden, mit einer Meßeinrichtung ausgestattet, die von Istfrequenzimpuls zu Istfrequenzimpuls die Phasenlage dieses Impulses zum zu/rehoriiren Sollfrequenzimpuls feststellt und ihn in eine proportionale Spannung überführt, welche unmittelbar nach Beendigung der Messung in einen Analog-Speicher (Haltekreis) übernommen und dort bis zum Eintreffen dee folgenden Meßwertes gehalten und am Ausgang zur Verfügung gestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im Bereich O < Λα < +2"^ jeweils vom Sollfrequenr.impuls eine Sägezahnspannung mit einer positiven sollfrequenzproportionalen Steigung gestartet und durch den Istfrequenzimpuls getriggert, wobei der zum Zeitpunkt des Eintreffens des Istfrequenzimpulses vorliegende momentane Wert der Sägezahnspannung sehr schnell (einige ^s) in einen Haltekreis übernommen wird und anschließend eine Rücksetzung des Sägezahns auf Null erfolgt.
Im Bereich -?TT < hn < O müßte entsprechend der Start des Sägesahns mit sollfrequenzproportionaler negativer Steigung vom Istfrequenzimpuls und die Messung und Rücksetzung vom Sollfrequenzimpuls getriggert werden.
Die Ausgangsspannung des Phasendifferenz-Spannungs-Wandlers 1? ist positiv, wenn die Sollfrequenzimpulse in der Phase voreilen, und ist negativ, wenn die Istfrequenzimpulse in der Phase voreilen. Ein Block 14 stellt eine Synchronisiereinrichtung dar, die die Regelung immer automatisch in den Synchronismus zwingt (z.B. beim Anlauf), indem im Falle f~ ,, > f-j- . derart in den Phasenwinkel-Spannungs-Wandler eingegriffen wird, daß dieser eine maximale positive Gleichspannung und im Falle f„ ,, < fy + eine maximale negative Gleichspannung abgibt.
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Ein Block 15» wie auch Blöcke 16 und 17, symbolisieren Verstärker, deren Verstärkungsfaktor einstellbar ist und deren Ausgangsspannungen einstellbar begrenzt werden können.
Ein Block 18 symbolisiert einen schnellen Frequenz-Spannungs-Wandler, der in bekannter Weise so ausgeführt ist, daß eine elektronisch erzeugte Spannung mit der Zeitabhängigkeit
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jeweils durch den Istfrequenzimpuls um die Zeit Tfflin verzögert gestartSt wird.
Der Momentanwert dieser durch den Ablauf u = A/T ^ + t gegebenen Spannung im Moment des Eintreffens des folgenden Istfrequenzimpulses wird sehr schnell in einen Analog-Speicher (Haltekreis) übernommen und bis zum Eintreffen des folgenden auf. diese Weise gewonnenen Meßwertes am Ausgang zur Verfügung gestellt.
Der Vorgang wiederholt sich von Istfrequenzimpuls zu Istfrequenzimpuls, da, um die Zeit T . verzögert, nach jedem Istfrequenzimpuls der Spannungsablauf u = A/T . + t in der bereits beschriebenen Weise neu gestartet wird. Im Analogspeicher befindet sich daher immer eine Spannung, die der Istfrequenz während des Zeitraumes zwischen den beiden letzten Impulsen proportional ist.
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Dabei wird dieses an sich bekannte Prinzip so benutzt, daß z.B. durch Gleichspannungsüberlagerung für den Fall fjs^ < fj) die Ausgangsspannung des Frequenz-Spannungs-Wandlers 18 Null Volt beträgt und für fy , = f,, + η drehzahlproportional ist. Ein Block 19 symbolisiert eine Einrichtung, die den Weehselspannungsanteil der Frequenz-Spannungs-Wandler-Ausgangsspannung vom Gleichanteil trennt und am Ausgang nur den Wechselanteil abgibt (z.B. könnte das ein Hochpaß sein).
Ein Block 2o symbolisiert einen Differenzbildner, der die Spannungssprünge bei Eintreffen eines Istfrequenzimpulses am Ausgang des Frequenz-Spannungs-Wandlers 18 mißt, sie über eine Periode hält und an seinem Ausgang in Form einer proportionalen Spannung abgibt. Mit 21 und 22 sind Summationsstellen symbolisiert.
Ein Block 23 stellt einen einstellbaren Begrenzer dar, dessen Aufgabe die Schlupfbegrenzung ist, wie noch näher ausgeführt wird. Der Stellfrequenzgenerator 4 ist ein an sich bekannter elektronischer Generator, dessen Frequenz proportional der Eingangsspannung ist und dessen Übertragungsfaktor so gewählt wird, daß bei Anlegen nur der Spannung des Frequenz-Spannungs Wandlers 18 (d.h. Ausgangsspannung des Begrenzers 23 gleich Full) an seinen Eingang - wegen der Drehzahlproportionalität der Ausgangsspannung von 18 - die Induktionsmaschine mit einem Drehfeld gespeist wird, dessen Frequenz gleich der mechanischen Frequenz der Welle 6 ist.
Dadurch wird zwingend erreicht, daß die ebenfalls über die Summationsstelle 22 dem Eingang des Stellfrequenzgenerators zugeführte Ausgangsspannung des Begrenzers 23 dem Schlupf der Induktionsmaschine proportional ist und demzufolge auch die Begrenzung der Ausgangsgröße des Begrenzers 23 eine Schlupfbegrenzung bedeutet.
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Bei Stillstand der Maschine 1 gibt die Hilfsmaschine 7 an ihren Rotorschleifringen eine sinusförmige Spannung der Frequenz fD ab. Sofern der Sollwertgenerator 11 eine höhere Frequenz, z.B. fg ,, = f-p + η., abgibt, stellt die Synchronisierungseinrichtung 14. diesen Nicht synchronismus fest und erzwingt über den schon beschriebenen Eingriff in den Phasendifferenz-Spannungs-Wandler 13 am Ausgang des Verstärkers 15 eine so große positive Spannung, daß ein fest eingestellter maximaler positiver Schlupf (einstellbar durch den Begrenzer 23) die Maschine derart beschleunigt, daß die Differenz 'fgo-,-^ - f-j. . laufend kleiner wird. Bei Erreichen des Synchronismus f = f .wird der Phasendifferenz-Spannungswandler 13 wirksam und liefert eine phasendifferenzproportionale Spannung, die im eingeschwungenen Zustand dem zur Deckung des Lastmomentes benötigten Schlupf proportional ist, da die von den Blöcken 19 und 16, sowie 2o und 17 gelieferten Anteile nur reine Wechselspannungen sind und deshalb nur in der Übergangsphase zur Verbesserung der Dynamik wirksam werden.
Dabei ist angenommen, daß die Maschine motorisch arbeitet. Bei einer sprungförmigen Verstellung des Sollfrequenzgenerators zu noch höheren Frequenzen (höherer Sollwert) wiederholt sich der eben als Anfahrmechanismus geschilderte Vorgang.
Wird dagegen eine sprungförmige Verstellung der Sollfrequenz derart vorgenommen, daß der neu eingestellte Sollwert eine kleinere Drehzahl verlangt, so zwingt die Synchronisierein- ' richtung dem Phasendifferenz-Spannungs-Wandler 13 eine maximale negative Ausgangsspannung auf, die einen maximalen, einstellbaren negativen Schlupf in der Induktionsmaschine her- . vorruft und die Maschine dadurch verzögert (generatorisch
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bremst), bis wieder der Synchronismus erreicht ist. Sollte dann die Maschine immer noch durch ein mechanisches Moment anstatt belastet, angetrieben werden, so stellt sich mit einer bleibenden negativen Phasendifferenz auch ein negativer Schlupf statisch ein und die Induktionsmaschine arbeitet generatorisch. Dazu ist selbstverständlich notwendig, daß der Wechselrichter 3 in der Lage ist, Energie ins Netz zurückzuliefem. Mit der Anordnung ist also generatorischer und motorischer Betrieb möglich. Aufgrund der Meßeinrichtung mit der Induktionsmaschine 7 ist auch die Drehzahl Null exakt einstellbar.
Soll die Drehrichtung der Induktionsmaschine 1 verändert werden, wird das Wendeschütz 2 geschaltet. Dadurch kehrt sich die Drehrichtung des Drehfeldes und auch die Drehrichtung der Maschine um. Um weiter eine Summenfrequenz f,. = fjj + η zu erhalten, mu3 auch mittels des Wendeschalters 9 die Drehrichtung des Drehfeldes der Induktionsmaschine 7 umgekehrt werden.
Durch die E:netellmöglichkeit der Verstärkung des Verstärkers 15 wird die Winkelnachgiebigkeit der Mapchine vorgegeben.
Die Einstellnöglichkeiten der Verstärkungsfaktoren der Verstärker 16 und 17 gestatten, einen für jede Maschine und [jedes Trägheitsmoment optimalen Übergangsvorgang bei Lastsprüngen oder Sollwertsprüngen zu erzielen.
Patentansprüche:
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Claims (7)

Patentansprüche:
1. ' Anordnung zur frequenzanalogen Regelung der Drehzahl einer wechselrichtergespeisten Induktionsmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß an die Motorwelle (6) der Induktionsmaschine (1) eine zweite Hilfsinduktionsmaschine (7) mit ihren Rotor angekuppelt ist, welche mit einem Statprdrehfeld konstanter Frequenz gespeist wird und deren elektrische Rotorfrequenz ein Maß für die Drehzahl der Welle (6) ist, welche zusammen mit einer variablen Sollfrequenz von einem Generator (11) über Pulsforraerstufen (io, 12) einem schnellen Phasendifferenz-Spannungs-Wandler (13) und einer Synchronisiereinrichtung (14-) zugeführt werden, deren gemeinsame Ausgangsgröße über einen Verstärker (15)> zusammen mit dem Wechselanteil der Ausgangsgröße eines schnellen Istfrequenz-Spannungs-Wandlers(18) über einen Verstärker (16) und der Ausgangsgröße eines Differenzbildners (2o) über einen Verstärker (17) einem Begrenzer (23) zugeführt werden, dessen Ausgangsgröße zusammen mit der Ausgangsgröße des schnellen Frequenz-Spannungs-Wandlers (18) einen Stellgenerator (4) steuert, welcher die Wechselrichterfrequenz bestimmt, und daß die Weehselriehterspannung bzw. der -strom zur Erzielung eines konstanten Maschinenhauptflusses gesteuert bzw. geregelt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Frequenz-Spannungs-Wandlers (18) durch Gleichspannungsüberlagerung der Drehzahl der Welle (6) proportional ist.
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3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellgenerator (4) so ausgelegt ist, daß seine
Ausgangsfrequenz proportional der Summe "beider Eingangsgrößen ist, und daß bei Nurvorhandensein der Ausgangsgröße des Frequenz-Spannungs-Wandlers (18) die Induktionsmaschine (1) mit einem zur Welle (6) synchron umlaufenden Drehfeld gespeist wird.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsgröße des Begrenzers (23) einstellbar begrenzt wird.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkungsfaktoren der Verstärker (15, 16, 17) veränderbar sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine im Synchronismus bei Phasennacheilung der Istfrequenz positive Ausgangsgröße des Phasendifferenz-Spannungs-Wandlers (13) und eine im Synchronismus bei Phasenvoreilung der Istfrequenz negative Ausgangsgröße des Phasendifferenz-Spannungs-Wandlers (13) motorischen und generatorisehen Betrieb ermöglicht.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Wendeschütze (2, 9) zur Drehrichtungsumkehr vorgesehen sind.
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