DE2150117C3 - Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Mehrphasen-Asynchron-Schleif ringlauf ermotors - Google Patents

Description

einem gemeinsamen einem für jede Rotorspaqnüngvsynch

Punkt verbunden sind, mit mit der isiertto Zündimpulsgerät,"

Gleichrichter einer Richtung steuerbar sind, mit io Sägezahnspannung, deren Steigung umgekehrt propor-

ioßal zur Rotorgeschwindigkeit et Die Zündung der Steuerbarep Gleichrichter erfolgt während jeder Perio-

·&§£ de? Ro^iphasenspannung dann, wenn die genannte Sägezahnspannung einen festen Schwellwert erreicht

Dieser Schwellwert ist konstant und wird durch die spurchbruchspaniiung eines Transistors festgelegt Darstus ergibt sich 4er Machteil, daß für eine bestimmte Abweichung der ^geschwindigkeit von der Sollgeschwindigkeit die Zündverzögerungszeit d. h. diejenige Zeit die innerhalb einer Rotorspannungsperiode bis zum Zünden der steuerbaren Gleichrichter verstreicht, konstant ist. Folglich wird der am steuerbaren Gleichrichter bzw. Tyristor erscheinende mittlere Widerstand, der vom Verhältnis der Einschaltdaucr des Tyristors Periodendauer der Rotorspannung abhängt, als

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in dem eine Sägezahnspannung erzei«gt Ist, deren Anstiegszeit proportional dem ijus einem Soä-Istgeschwindigkeitsvergleich gewonnenen Ftehlersignal ist und die einem Schwellwertglied zugeführt ist, das jedesmal dann einen Zündimpuls für den zugehörigen steuerbaren Halbleiter abgibt wenn die Sägezahnspannung einen bestimmten Schwellwert erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe dieses Schwellwertes proportional mit der Periode der Rotorphasenspannung veränderbar ist

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Regelung der Geschwindigkeit eines an ein Wechselstromnetz angeschlossenen Mehrphasen- \synchron-Schleifringläufermotors, dessen Rotorphasen jeweils über in Reihe mit Widerständen liegende, antiparallel geschaltete Halbleitergleichrichter, von denen mindestens die Gleichrichter einer Richtung steuerbar sind, mit einem gemeinsamen Punkt verbunden si.id mit einem für jede Rotorphase vorgesehenen, mit der Rotorspannung synchronisierten Zündimpulsgerät, in dem eine Sägezahnspannung erzeugt ist deren Anstiegszeit proportional dem aus einem Soll-Istgeschwindigkeitsvergleich gewonnenen Fehlersignal ist und die einem Schwellwertglied zugeführt ist das jedesmal dann einen Zündimpuls for den zugehörigen steuerbaren Halbleiter abgibt, wenn die Sägezahnspannung einen bestimmten Schwellwert erreicht

Anordnungen dieser Art werden beispielsweise zum Antrieb von Hebeeinrichtungen verwendet bei denen die Antriebsgeschwindigkeit in weiten Grenzen veränderbar sein muß. Insbesondere ist bei Hebeeinrichtungen erforderlich, daß die Antriebsgeschwindigkeit im Bereich sehr geringer Geschwindigkeiten fein einstellbar ist damit die von der Hebeeinrichtung beförderte Last behutsam aus ihrer Ruhelage oder aber genau und vorsichtig in die gewünschte Endstellung gebracht werden kann.

Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, das Drehmoment und die Geschwindigkeit eines Asynchron-Schleifringläuferrnotors durch einstellbare Widerstände in den Rotorphasen zu verändern. Die Einstellung kann dabei in Stufen durch Zu- oder Abschalten einzelner Widerstandsteile erfolgen oder aber durch kontinuierlich einstellbare Stellwiderstände mit Gleit- oder Flüssigkeitskontakten. Dabei ist einerseits bei schrittweiser Einstellung der Widerstände eine Feinregelung, wie sie bei Hebeeinrichtungen gefordert ist nicht möglich, während andererseits die kontinuierliche Einsteilung von Stellwiderständen verhältnismäßig langsam vor sich geht und daher ebenfalls nicht zur

Funktion der Rotorspannung, d.h. als Funktion des Schlupfes der Asynchronmaschine verändert. Daraus ergibt sich, daß die Anspruchzeit der Steuerung und ihre Wirksamkeit von der Sollgeschwindigkeit abhän gen und daß dadurch die Steuerung insbesondere bei sehr geringen Geschwindigkeiten, d.h. langen Rotorspannungsperioden, ungenau arbeitet Zur Verwendung als Antrieb einer Hebeeinrichtung ist also diese bekannte Anordnung nicht geeignet

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgemäß darin, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die insbesondere bei sehr geringen Geschwindigkeiten eine besonders genaue Einstellbare» ermöglicht

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor.

daß die Größe dieses Schwellwertes proportional mit der Periode der Rotorphasenspannung veränderbar ist.

Dadurch wird auf einfache Weise erreicht, daß die Zündverzögerung der steuerbaren Gleichrichter für

einen vorgegebenen Soll-Istgeschwindigkeitsunterschied gleich einem konstanten Bruchteil der Rotorspannungsperiode wird, d. h. daß in jeder Periode der gleiche Zündverzögerungswinkel eingehalten wird. Der am Tyristor erscheinende Widerstand hängt somit nur vom Soll-Ist-Geschwindigkeitsunterschied ab und die Steuerung ist in allen Geschwindigkeitsbereichen, insbesondere bei sehr geringen Geschwindigkeiten wirksam und genau. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der »Feinregelung« der Geschwindigkeit läßt sich ohne weiteres in der üblichen Weise durch Zuschalten oder Kurzschließen von Widerständen in den einzelnen Rotorphasen ergänzen, so daß eine »Grobeinstellung« bzw. eine Einstellung des gewünschten Drehzahlbereiches möglich ist ohne die guten Steüerungseigenschaf- ten der Anordnung bei geringen Geschwindigkeiten zu beeinträchtigen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Aus-Führungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig.f ein allgemeines Blockschaltbild der Anordnung,

F i g. 2 ein vereinfachtes Schaltbild des Zündgenerators.

j_k F i g. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Zündgenerators,

Fig,4 eine bevorzugte Ausfühiungsform der Einrichtung zur Erzeugung der Syncbrcmisationssignale lind -impulse mit der sechsfachen frequenz der Rotorfrequenz und

. Fig.5 eine graphische Darstellung der Impujsformen, die zu der sechsfachen Wiederholfrejqueaz führen. GeroäßderFig.l weist der dreiphasige AssaiehronotoreinenStator 1 undemen SchleifringRto2f Drittels der Roiorperiode auf tritt

Die Einrichtung im Block 28 enthält noch eine Zusatzeinrichtung, deren Funktäoa durch diejenige im BJack 32 vervollständigt wird, der dem Block 28 nach-■5 geschähet ist Die Sekundärwicklung Sz, welcne im Stern geschaltet ist, speist über drei Gleichrichter 83.84 tmd 85 drei Widerstände 87, 88 und 98, wobei die Widerstände selbst mit einer Rückführung zum neutralen Punkt 85 über ihr zweites Ende derart im Stern

motoreinenStator 1 undemen Schleifring-Rotor2auf, ro geschaltet sind, daß eine Spannung Van ihrem Ende

wobei die Speisung des Stators durch das Mein über die einen Impuls 90 liefert der sich über t80⁹ der Rotorpe-

Anscblüsse 3, 4 und 5 erfolgt Die Anschlüsse des Ro- riode erstreckt Wie oben erzeugen drei Impulsformer

tors sind mit den Bezugszeichen 6, 7 und 8 versehen. 91,92 und 93 daraus Rechtecksignale, welche bei 96,95

Sie sind einerseits mit einer elektronischen Einrichtung und 97 differenziert werden, um ein Signal 98 mit ab-

(Block 28) verbunden, die nachfolgend beschrieben 15-wechselnd positiven und negativen Spitzen in jeder Pe-

wird und andererseits mit einem Dreiphasen-Wider- riode zu liefern.

stand, dessen Zweige mit den Bezugszeichen 9,10 und Das auf der die drei Differenzierstufen vereinigen-

|<1 bezeichnet sind- In herkömmlicher ^Veise weisen die den Leitung 99 auftretende Signal ist die Summe der

Widerstandszweige, die nicht im einzelnen beschrieben Impulse des Typs 98, welche den drei Phasen entspre-

werden. Zwischenabgriffe auf, die in mehreren Steuer- ao chen, wobei dieses Signal abwechselnd positive und ne-

stufen 1, H und Ul über die mechanischen Kontakte 12. gative Impulse aufweist welche gegeneinander um 60°,

13 und 14 auf einen neutralen Punkt kurzgeschlossen bezogen auf die Periode der Rotorspannung, versetzt

werden können. Die Widerstandsausgangsanschlüsse sind

6', T und 8¹ sind mit einem mit dem Bezugsjeichen 41 Nach Gleichrichtung in der Schaltung 101 erhält man

bezeichneten Kurzschlußglied und jeweils mit drei 25 eine Impulsfolge, beispielsweise negative Impulse, wel-

elektronischen Unterbrechern 16,17 und 18 verbunden. ehe einen regelmäßigen Abstand aufweisen und die

Die letzteren umfassen bei diesem Ausführungsbeispiel sechsfache Frequenz der Rotorfrequenz besitzen.

jeweils einen gesteuerten Gleichrichter 20, 22 und 24 mit jeweils einer antiparallel geschalteten Sfcamrück-Die Tabelle der F i g. 5 stellt einerseits die Synchronisationsimpulse dar, welche von den Elementen 74, 75

führdiode 19, 21 und 23. Es ließen sich auch andere 30 und 76 ausgesandt werden, und auf den Leitungen 29,

elektronische Schalter verwenden, beispielsweise zwei antiparallelgeschaltete Tyristoren je Phase oder stattdessen Triacs oder ähnliches. Im vorliegenden Fall besitzt jeder Tyristor 20. 22, 24 eine Zündelektrode, welche durch das Signal eines Zündgenerators :!5, 26 oder 27 betätigt wird. Jeder Zündgenerator wird durch eine Stromversorgung 43 mit Energie versorgt, von dem aus die Leitungen UO, Ul und 112 zu den Generatoren führen. Diese letzteren erhalten Betätigungs signale, deren Erzeugung nachfolgend beschrieben wird.

Der eine elektronische Einrichtung enthaltende Block 28, der mit den Anschlüssen 6, 7 und 8 gemäß F i g. 4 verbunden ist, enthält in der. obengenannten Zweigen einen Transformator P, der zwei Sekundär-30 und 31 erscheinen, wobei diese Impulse bei 77 A 77 B und 77C dargestellt sind. Die Tabelle veranschaulicht andererseits die aufeinanderfolgenden Impulsumformungen, wie sie von dem im Stern geschalteten Hilfsgleichrichter gebildet werden.

Bei 94A 94ß und 94C sind die Impulse dargestellt, welche durch die Elemente 91,92 und 93 geformt werden. Bei 99Λ ist die Impulsfolge dargestellt, welche durch Differenzierung der Impulse 94Λ, 94B und 94C erhalten wird und bei 100Λ die Impulsfolge, welche nach Gleichrichtung durch das Element 101 auftritt, nämlich der Wiederholimpuls bf.

Das durch die Einrichtung im Block 32 in eine analoge Spannung Z umgeformte Signal 6/ wird dem Block

wicklungen Si und S2 aufweist. Die Sekundärwicklung 45 35 zugeführt, welcher eine Geschwindigkeitsmessung

Si speist eine Grätz-Brücke, die durch die Dioden 63, 64,65.66.67 und 68 gebildet ist, wobei die drei Anoden der Dioden 63, 64 und 65 mit einer gemeinsamen Leitung 69 verbunden sind, die zu drei Widerstünden 70,71 durchführt indem die Rotorfrequenz von einer Konstanten abgezogen wird und indem eine zu diesem Ergebnis proportionale Spannung erzeugt wird. Diese letztere wird dem Geschwindigkeitsregler 40 zuge-

und 72 führt, die jeweils mit ihrem zweiten Ende mit so führt, der ein Fehlersignal 42 liefert indem die Diffe-

den Kathoden der drei Dioden 66,67 urd 68 verbunden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die an den Anschlüssen eines Widerstandes wie 70 iibgegriffene Spannung U durch die Kurve 73 dargestellt, die sich als renz zwischen der Spannung am Ausgang des Blocks 35 und der von einem handbetätigten Potentiometer 140 vorgegebenen Regelspannung gebildet wird. Der Ausgang 42 bildet das zweite Signal, das jeweils

Überschneidung von zwei Sinusrnlbwellun darstellt, 55 den Zündgeneratoren zugeführt wird.

und sich über zwei Drittel der Rotorperiode erstreckt, nämlich über 240°, da die an den Anschlüssen 70, 71 und 72 abgegriffenen Signale ein Dreiphasemystem bilden. Die in herkömmlicher Technik ausgeführten jewei-Unter weiterer Bezugnahme auf die F i g. 1 ist auszuführen, daß das durch den Block 32 gelieferte Signal Z überdies einem Block 33 zugeführt wird, der die Messung der Rotorspannungsperiode durch Inversion mit-

ligen Impulsformer 74, 75 und 76 bilden erste Signale, 60 tels eines nichtlinearen Systems durchführt und somit

und zwar drei Signale in Rechteckform 77, von denen jedes zwei Drittel der Periode der Rotorspannung überstreicht und durcb die Verbindung 29,30 und 31 als erstes Signal jeweils auf einen der Eingänge der Zündeine der Periodendauer der Rotorspannung proportionale Spannung liefert.

Diese sogenannte Schwellenspannung wird über die Leitung 34 dem Zündgenerator zugeführt und bildet

generatoren geführt ist. In jedem dieser Generatoren 65 das dritte Signal, welches zu seinem Betrieb erforder

bildet ein nicht beschriebener Signalinverter das Korn- lieh ist. Die Beschreibung der Anordnung gemäß

plement der Signale 77, und zwar derart, daß eine F i g. 1 sei durch Erwähnung der Einrichtungen in den

Spannung geliefert wird, die nur während des letzten Blöcken 36, 39 und 41 vervollständigt. Die von 35 aus-

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gesandte analoge Spannung wird vom Block 36 aufgenommen und mit zwei Grenzwerten 37 und 38 verglichen, welche die-Schlupfgrenzen darstellen, welche während def'Regelung sehr langsamer Geschwindigkeiten vorgeschrieben werden. Im Falle der Überschreitung des Spielraumes zwischen zwei positiven und negativen Schlupfwerten löst der Vergleicher einen Generator 39 aus", welcher beispielsweise einen Blockieroszillator enthalten kann. Dieser letztere wirkt auf einen gesteuerten Gleichrichter ein, welcher einen Schalter 41 schließt der seinerseits über seine Kontakte die Anschlüsse 6', T und 8' kurzschließt Dadurch wird die Wirkung der Regler 16,17 und 18 aufgehoben, so daß der Motor der Geschwindigkeits-Drehmomenten-Charakteristik unterworfen ist welche durch die Anordnung der Widerstände bestimmt ist wobei angenommen ist, daß die Anordnung der Kurzschlußeinrichtung I, Il und Hl durch nicht dargestellte Einrichtungen bereits geöffnet ist.

Die Zündspannungsgeneratoren 25.26 und 27 umfassen gemäß F i g. 2 jeweils einen Konstantstrom-Generator 46, dessen Stromstärke derjenigen Spannungsabweichung proportional ist die an die Klemme 44 angelegt ist, wobei diese Spannung diejenige ist welche als zweites Signal vom Block 40 über die Leitung 42 (s. F i g. 1) geführt ist Der Generator 46 ist mit einem Pol 47a eines Kondensators 47 verbunden, dessen anderer Pol 476 an Masse liegt Parallel zu diesem Kondensator liegt ein Transistor 48, der invers betrieben wird, damit seine Sättigungsspannung Vce klein ist Die Basis 486 dieses Transistors ist über den Anschluß 49 angesteuert an dem die aus dem ersten Signal oder dem Synchronisationssignal, das vom Block 28 kommt, gebildete Spannung anliegt.

Die Ladung des Kondensators, welche auf Bruchteile der Perioden begrenzt ist welche durch das Synchronisationssignal gestattet sind, ist eine linear ansteigende Spannung, die als Rampenspannung bezeichnet wird. Sie wird über die Leitung 51 einem Glied 50 zugeführt das ein Differential-Operationsverstärker sein kann.

Dieser letztere empfängt über einen zweiten Eingang bei 52 die Schwelienspannung, welche an der Klemme 53 anliegt Diese Spannung ist diejenige, welche oben als drittes Signal bezeichnet wurde, das vom Block 33

(s. F i g. 1) herkommt. Der Ausgang des Verstärkers 50 ist mit einem Oszillator mit erhöhter Frequenz 54 verbunden, dessen bei 55 in geeigneter Weise verstärkte Signale über einen Transformator 56 zur Zündelektrode eines elektronischen Schalters 16.17 öder 18geführt

ίο werden. Ein nichtdargestelltes Diodensystem gestattet nur den Zugang von positiven Impulsen zu einer Thyristor-Steuerelektrode, und eine Diode mit Reihenwiderstand, welche auf der Sekundärwicklung des Transformators 56 angeordnet ist verhindert dabei die Sättigung.

Die F i g. 3 zeigt die Arbeitsweise der Zündgeneratoren. Bei Un, Uta und ΙΛι sind die angelegten Synchronisationsspannungen dargestellt welche den Sperrorganen, also den Transistoren 48 zugeführt sind. In den

*) Generatoren sind die linear ansteigenden Spannungen, welche an den Kondensatoren erscheinen, durch die drei Geraden 59,60 und 61 dargestellt von denen jede eine Überlappung von einem Drittel der Rotorperiode mit der vorhergehenden aufweist und ebenso mit der folgenden. Die Steigung der Geraden 59, 60 und 61 ist eine Funktion der Spannungsabweichung, welche dem Generator 46 zugeführt wird. Die Schwellspannung ist durch die Ordinate OW dargestellt und bestimmt einen Betriebspunkt Ni, Afc und Ni auf den Spannungsanstiegen 59.60 und 61. welcher einer Zündverzögerung bzw. einem Zündverzögerungswinkel αι. <X2 und 00 der drei elektronischen Schalter für eine bestimmte Periode entspricht, α kann 240° erreichen, so daß dann, wenn der Anstieg der Spannung 59,60 und 61 ausgehend von

einer Maximalregelung abnimmt die Blockierung der Schalter nach und nach erreicht wird.

Somit bildet der Generator mit variabler Steigung und einer Rampendauer, welche der Periode proportio nal ist gemäß der obigen Beschreibung den zentraler Teil des erfindungsgemäßen Systems.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Pat^ntänspmch;

   Anordnung zur Regelung 4er Oeschaendlgkeit eines äs «in Wechselstromnetz angeschlossenen Mehrphasen-i^synchrpn-Schlei&ingläufennotors, 4essea Rotorpbasen jeweils ober in Reihe mit «Widerständen liegende, anriparallel geschaltete Halbleitergleichrichter, «on denen mindestens die Aus diesem CJroode werden nach dem Stand der Technik aufwendige Anordnungen der «ängangs genannten Art verwendet, de zut Gnäbisegelung eine Veränderung dt* ^jdsrslände joden Rotorphasen vorgehen und zw Feinregelung sich der mit den Widerständen in Reihe geschalteten steuerbaren Halbleiter- ©ieichrichter bedienen. Eine Anordnung dieser Art ist beispielsweise in der US-PS 33 75 433 beschrieben. Dabei erfolgt die Steuerung der Gleichrichter durch eine