DE1950525A1 - Verfahren zur Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors und Einrichtung zu dessen Ausfuehrung - Google Patents

Description

• VERFAHREN ZUR DREHZAHLREGELUNG EINES WECHSELSTROMMOTORS

  UND EINRICHTUNG ZU DESSEN AUSFMUNG Die vorliegende Erf indung bezieht sich auf das Gebiet der Drehzahlregelung elektrischer Maschinen, genauer auf Verfahren zur Drehzahlregelung eines Wechselstrommotors und Einrichtungen zu deren Ausführung unter Verwendung von

  F reguenz umf ormern.

  y @t@scI@ f A

  Gegenwärtig sind,erfahren zur Drehzahlregelung eines

  Wechselstrommotors und Einrichtungen zu deren Ausführung bekannt. Die wirtschaftlichsten nach den energetischen Kennwerten und die vollkommensten nach der Regelgüte sind folgende Verfahren: Drehzahlregelung des Wechselstrommotors mit Hilfe der Frequenzsteuerung, bei der der Motor, beispielsweise der Asynchronmotor,.-.-imdem er mit kurzgeschlossener Wicklung arbeitet, seine Speisung seitens des Ständers (Läufers) von dem Frequenzumformer erhält und die Drehzahlregelung des Biotors durch Veränderung von Amplitude und Frequenz der Spannung am Ausgang des erwähnten Frequenzumformers.erfolgt (siehe beispielsweise das Buch von A.A. Bulgakow, PFrequenzsteuerung von Asynchronantrieben1 UdSSR, 1966); die Regelung der Motordrehzahl durch die doppelte Motorspeisung seitens des Ständers und Läufers, d.h. die Wicklung des Ständers (Läufers) wird an das Speisenetz, die Wicklung des Läufers (Ständers) aber an den Frequenzumformer angeschlossen. In diesem Falle erfolgt die Regelung der Motordrehzahl,auch durch Veränderung von Amplitude und Frequenz am Ausgang des Frequenzumformers (siehe beispielsweise das Buch von L. Richter "Elektrische Maschinen", UdSSR, Band 5, 1961). In den erwähnten Verfahren werden als h`requenzumformer maschinelle Umformer, Umformer mit Gasentladungsventilen oder Umformer mit Halbleiterventilen verwendet,

  an deren Ausgang Leistung und Umfang der Frequenz sowie

  die Leistung des Anpassungstransformators, durch den dem

  Läufer Speisung zugeführt wird, dem Regelbereich (Kegeltie--

  fe) der Motordrehzahl proportional sind.

  So ist beispielsweise bei vollständiger (100%--iger)

  Regelung der Motordrehzahl ein ünformer-mit einem Frequenz-

  umfang am Ausgang im Bereich von bis 50 Hz erforderlich,

  dessen übertragungeleitung wie die des Anpassungstrans-

  f ormators der Motorleistung nabbe2v q ü° # cj ' t's %

  .Trotz der Wirksamkeit und #'eiV'7.angem betriebener

  Entwicklung der erwähnten Verfahren haben sie heutzutage

  keine breitere praktische Verwendung gefunden, haupt-

  sächlich aus dem Grunde,'daß preiswerte und moderne Fre-

  quenzumtormer fehlen.. Für -die Prequenzuaformer ist bekannt-

  lich die Gewährleistung der ainusoidalen Sp anauagslorm am

  Ausgang des Umformern in den gmsan lrequenzumfang (von

  0 bis 50 Um) das komplizierteste Problan, was bei der voll-

  ständr."gen (100%-igen) Regelung der äotordrehzah- notwendig

  ist.

  Der Erfindung ist die Aufgabe zugrundegel egt , ein Ver-

  fahren zur Drehzshlregelunglines Wechselstrommotors und eine

  Einrichtung zu dessen Au@tlihrung anzugeben, die die Regelung

  der Motordrehzahl 3.z Bereioh von Null bis :u der Nenndrehzahl

  und höher (bis zu der 1,5 lachen Drshtahl) bei minimaler Grüßt

  des Frequenzwafangs am Ausgang des Umformern und minimaler. Leistung des Frequenzumformers und Anpassungstransformators gewährleisten.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst; daß in dem vorgeschlagenen Regelverfahren der Wechselstrommotordrehzahl mit Hilfe eines Frequenzumformers, der in den Wicklungsstromkreis des Läufers (Ständers) eingeschaltet ist, erfindungsgemäß zuerst die Wicklung des Ständers (Läufers) kurz-geschlossen wird, dann die Frequenz des Umformers von Null bis auf die Frequenzhälfte den Speisenetzes geändert wird, wodurch die Motordrehzahl von Null bis auf die Hälfte der Synchrongeschwindigkeit geregelt wird, wonach die Wicklung des Ständers (Läufers) geöffnet, die Phasenfolge am Ausgang des Frequenzumformers geändert, der Ständer (Läufer) in das Speisenetz eingeschaltet und durch Veränderung der Frequenz des Umformers im gleichen Bereich die Motordrehzahl . bis zu der 1,5fachen Größe seiner drehzahl geregelt wird.
• In der vorgeschlagenen Einrichtung zur Ausführung des erwähnten Verfahrens, die einen frequenzumformer mit einem Steuerungssystem, einen Drehzahlregler, zu dessen Eingang das Signal vom Programmgeber der Notordrehzahlregelung zugeführt wird, einen Umkehrschalter zur Umschal-.tung den Ständers (Läufers) des Motors aus der kurzgeschlossen Zage auf das Speisenetz und umgekehrt enthält, besitzt erfindungsgemäß der Drehzahlregler zwei Kanäle, die abwechselnd an den-Eingang des Steuerungssystems des Frequenzeinen umformers angeschlossen werden</der eine<von denen Wechselfrequenzgenerator darstellt, der das elektrische Signal vom Ausgang des Programmgebers in eine Wechselspannung mit einer Frequenz umformt, die dem Programmgebersignal@ zur Regelung der Motordrehzahl von 11u11 bis auf die Hälfte der Synchrondrehzahl proportional ist, während der andere Kanal aus Analogieblöcken ausgeführt ist, die das Signal vom Ausgang des erwähnten Programmgebers in eine Spannung mit einer Frequenz umformen, die der Frequenz der EMK des Läufers gleich ist, wodurch die Regelmöglichkeit der Motordrehzahl im Bereich von der Hälfte bis auf die 1,5fache Größe der Synchrondrehzahl gewährleistet wird.
• Das vorgeschlagene Verfahren zur Drehzahlregelung des Wechselstrommotors und die Einrichtung zu dessen Ausführung besitzen gegenüber dem auf diesem Gebiet erreichten oben beschriebenen 3ta.ii c( Wer re-,@ei 4 folgende Vorteile: der Frequenzumfeng am Ausgang des Umformers wird um ein 2faches reduziert; die Leistung des Frequenzumformers und des Anpassungstransformators wird gegenüber dem Regelverfahren der Motordrehzahl mit Hilfe der Frequenzsteuerung um ein 3faches und gegenüber dem Regelverfahren der Motordrehzahl mit Hilfe der dbppelten Motor- speisung um ein 2fachen-,vermindert.
• In dem vorgeschlagenen Regelverfahren der Motordrehzahl beträgt die Leistung des Anpassungstransformators die Hälfte der installierten Motorleistung und ein Drittel, der maximalen Leistung auf der_..ltotö3nelle. Nachstehend wird die Erfindung anhand einer ausführ- lichen Beschreibung des Verfahrens und eher bevorzugteit Variante der Binricbtung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert, die ein elektrisches Einleiterschaltbild der Einrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
• Als Beispiel wird hier das Regelverfahren der Drehzahle;'ne$ Asynchron-Schleifringmotors betrachtet, das in folgendem besteht. Mit Hilfe eines Umkehrschalters 1 wird die Wicklung vom Ständer. des Motors 2 kurzgeschlossen, und seinem Läufer wird von einem Frequenzumformer 3, der mit einem Steuerungssystem 4 versehen ist, . Spannung mit einer Wechselfrequenz zugeführt. Die Frequenz am Ausgang des Umformers 3 wird mit Hilfe eines Drehzahlreglers 5 über einen Kanal 6 geregelt, der einen Wechselfrequenzgenerator darstellt, de10--das am Eingang des Ilegbrs 5 von einem programmgeber 7 der Notordrehzahlregelung ankommende elektri- sche Signal in eine Spannung mit einer Frequenz umformt, die dem Pegel des Programmgebereignals proportional ist. Indem man die Frequenz am Ausgang -des Umformers 3 im Bereich von 0 bis ändert, wo to die Frequenz des Speise- netzes ist, kann mm die Drehzahl des kurzgeschlossenen Motors 2 im Bereich von 0 bis regeln, wo W o die Synchrondrehzahl des Motors ist. Erreicht der Motor eine Drehzahl, die der Hälfte der Synchrondrehzahl, d.h. gleich ist, wird die Ständer= Wicklung des Motors 2 mit Hilfe des Umkehrschalters 1 geö:Cfnet und auf das Speisenetz umgeschaltet.
• Ein anderer Kanal 61 des Drehzahlreglern 5 ist aus Analogieblöcken ausgeführt, die das elektrische Signal vom Ausgang des Programmgebers 7 in die Spannung mit einer Frequens umformen, die der Frequenz der =ig des Läufers gleich ist. Indem man über den Kanal 61 die Frequenz am Ausgang den Umformers 3 in Bereich von bis 0 ändert und dann die Genfolge des Umformers 3 wechselt und , die

  Frequenz von 0 bis aufs neue ändert, kann man die Motor-

  drehzahl im Bereich von

  bi®

  regeln:

  Die Umschaltung der ämäle 6 und 61 wird mit Hilfe

  eines Umschalters 8 gleichzeitig mit der Umschaltung des Ständeratz@omlaceiees den Motors vorgenommen. Die in der Zeichnung dargestellte funktionale Beziehung zwischen dem Umschalter 8 und dem Umkehrschalter 1 ist zur automatischen (gleichzeitigen) Umschaltung des Stromkreises in dem Drehzahlregler 5 und der Kontakte des Umkehrschalters 1 bestimmt. Während der Pause in der Umschaltung der Ständerwicklung des Motors 2, wenn die Ständerwicklurie geöffnet, aber noch nicht an das Speisenetz angeschlossen ist, ist zur Beibehaltung der Drehrichtung -des Motorg.die Veränderungder Phasenfolge der den. Läufer -speisenden Spannung notwendig. Diese Veränderung der Phasenfolge in der vorgeschlagenen Einrichtung wird nur mit Hilfe des Umschalters 8, d.h. ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Schaltapparaturen in dem Läuferkreis gewährleistet. Im Augenblick der Einschaltung der Ständerwicklung auf das Speisenetz müssen die Frequenz der EMK des Läufers, die durch die Ständerströme induziert ist, und die Spannungsfrequenz am Ausgang des Umformers 3 zur Verhinderung des Kurzschlusses indem Lau-. ferkrets synchronisiert werden. Dies wird mit Hilfe einer Win kelmeBmaschine 9 erreicht, die die tatsächliche Drehzahl.
• des Läufers des Motors 2 ununterbrochen überwacht. Das Signal des Winkelmeasers 9 von der tatsächlichen Läuferdrehzahl gelangt in der Funktion 1 + S , wo S die Läuferdrehzahl. ist, in den Kanal 61 des Drehzahlreglers 5, der das erforderliche Regelgesetz der Spannungsfrequenz für die Läuferdrehzahl (S) formiert. Die Verminderung der Leistung des Frequenzumformers 3 in dem vorgeschlagenen Verfahren kann man beispielsweise für den Fall mit dem gleichbleibenden Moment auf der Motorwelle zeigen. Nimmt man als gemeinsame Nennleistung des Antriebes (Leistung voä Motor und Frequenzumformer) an, so muß die Leistung P1 des Motorständers nur 2/3 der AnLriebsleittung betragen, d.h. während die Übertragungsleistung P2 des Preqüenzumformers 3 und des Anpassungstransformators (Leistungstransformators) 10 1/3 der Antriebsleistung betragen mus, d.h. Der Anpassungstransformator 10 dient zur Anpassung der Spannung des Speisenetzes an die Spannung, die den Wicklungen des Läufers (Ständers) zugeführt wird. Auf diese Weise gestatten es die beschriebenen Verfah-

  ren und Einrichtung,,tiefe und stoßfreie Regelung der

  Wechselstrommotordrehzahl bei beträchtlicher Verminderung der Leistung und des Änderungsbereichs der Frequenz am Ausgang des Umformers auszuführen.

Claims (2)

1. PATfANSPRÜCHE DVerfahren zur Drehzahlregelungelees Wechselstrommotors ( mit Hilfe eines Frequenzumformers, der in den Wicklungskreis des Läufers (Ständers) des Motors eingeschaltet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wick- lung des Ständers (Läufers) kurzgeßzhl-ossen wird, die Fre- quenz des Umformers von Null auf die Hälfte der Frequenz des@Speisenetzss geändert wird, wodurch die Motordrehzahl von Null bis auf die Hälfte der Synchrondrehzahl geregelt wird, wonach die Wicklung des Ständers (Läufers) geöffnet, die Phasenfolge am Ausgang des Umformers verändert, der Ständer (Läufer) in das Speisenetz eingeschaltet und durch Veränderung der Frequenz des Umformers in demselben Bereich die Motordrehzahl im Bereich bis zu der 1,5 fachen Größe der Synchrondrehzahl des Motors geregelt wird.
2. 2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die einen Frequenzumformer mit einem Steuerungssystem, einen Drehzahlregler, zu dessen Eingang das Signal von einem Programmgeber der Motordrehzahlregelung zugeführt wird, einen Umkehrschalter, der die Wicklung des Ständers (Läufers) des Motors aus der Kurzgeschlossenen Zage auf das Speisenetz und umgekehrt umschaltet, enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Drehzahlregler (5) zwei Kanäle (6; und 61) besitzt, die. abwechselnd an den Eingang des Steuerungssystems (4) des Frequenzumformers (3) angeschlossen werden von denen der eine (Kanal 6) einen Wechselfrequenzgenerator darstellt, der das elektrische Signal vom Ausgang des Programmgebers (7) in Wechselspannung mit einer Frequenz umformt, die dem Pegel des Programmgebersignals proportional ist, wodurch die Regelung der Drehzahl des Motors (2) von Null bis auf die.Hälfte der Synchrondrehzahl gewährleistet wird, während der andere Kanal (61) 1 aus Analogieblöcken ausgeführt -ist, die das Signal vom Aus- gang dbs erwähnten Programmgebers (7) in Spannung mit einer Frequen4umiormen, die der Frequenz der DAK des Läufers gleich: ist, wodurch die Regelmöglichkeit der Drehzahl des Motors (2) im Bereich von der Hälfte bis zu der 1,5fachen Größe der Synchrondrehzahl gewährleistet wird.