DE2203487A1 - Drehzahlregler fuer Induktionsmotoren - Google Patents

Drehzahlregler fuer Induktionsmotoren

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DE2203487A1 DE19722203487 DE2203487A DE2203487A1 DE 2203487 A1 DE2203487 A1 DE 2203487A1 DE 19722203487 DE19722203487 DE 19722203487 DE 2203487 A DE2203487 A DE 2203487A DE 2203487 A1 DE2203487 A1 DE 2203487A1
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Description

Drehzahlregler für Induktionsmotoren.
Die Erfindung beschäftigt sich mit Einrichtungen zur Drehzahlregelung von Induktionsmotoren, wobei es insbesondere, jedoch nicht ausschließlich darum geht, Kurzschluß Läufermotoren in der Welse zu regeln, daß die jeweils ausgewählte Drehzahl. LnnerhaLb eines weiten Eiere lohe s bei veränderlicher MotorbeLastung konstant gehalten werden kann.
Es Ist bekannt, daß zwecks einwandfreier Regelung von Induktlom motoren e Lne Rückkopplung der· veränderlichen Regelgrößen, d.h. der "Drehzahl, oder· des £.JohLupfes, durchgeführt werden muß. Man
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BAD ORK3INAL
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kennt auch die Schlupfregelung in einem System mit offenen Schleifen durch Rückkopplung der Speisespannung des Motors, wobei die Kennzeichen des Motors wie Drehmoment/Schlupf als Modell verwendet werden, um eine konstante Schlupffrequenz aufrecht zu erhalten. Eine direkte Rückkopplung von Drehzahl oder Schlupf in ein geschlossenes Schleifensystem ergibt eine gute Drehmomentenregelung über weite Drehzahlbereiche, doch sind Drehzahlmesser, welche für Drehzählmessungen in derartigen direkten Rückkopplungssystemen erforderlich sind, kostspielig, und ein System, welches einen derartigen Drehzahlmesser verwendet, kann für Motore mit geringer Leistung niemals wirtschaftlich sein. Eine indirekte Rückkopplung von Drehzahl oder Schlupf unter Ausnutzung der Speisespannung des Motors in einem offenen Schleifensystem schaltet die Kosten für einen Drehzahlmesser aus und ergibt ein einfaches und wirtschaftliches Steueroder Regelsystem, welches für alle Motorabmessungen geeignet ist, wobei es aufierdem verwendet werden kann, um mehrere Motoren gleichzeitig zu regeln. Eine derartige Drehzahlregelung mit einem derartigen System mit offener Schleife und Rückkopplung der Spannung ist Jedoch bei niedrigen Motordrehzahlen schlecht, da mit abnehmender Motordrehzahl der Anteil der konstanten Schlupffrequenz an der Motordrehzahl zunimmt.
Die Erfindung will nunmehr den Drehzah!bereich ausdehnen, über welchen eine gute Drehmomentrege lung erzieLbar 1st, und zwar mittels eines offenen ijchLeifensystems durch Beibehaltung des Schlupfes als konstanter Bruchteil der Motordrehzahl. Del hohen Motordrehzahlen, die nahe der MaximaLdrehzahl -liegen, ist bei zur Erreichung eines konstanten lastfreien Motorflusses ein-
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gestellter veränderlicher Spannung und veränderlicher Frequenz der Ankererregung die Schlupffrequenz gering und bleibt bei abnehmender veränderlicher Frequenz für eine Nennbelastung praktisch ein konstanter Wert. Infolgedessen nimmt der Teilschlupf, d.h. das Verhältnis der Schlupffrequenz zur Rotorfrequenz mit abnehmender variabler Frequenz zu, was zu einem proportionalen Anstieg der Differenz zwischen den Drehzahlen bei unbelastetem Motor und bei Nennlast führt.
Es wurde festgestellt, daß die Drehmomentregelung dadurch verbessert werden kann, daß der Unterschied zwischen den Drehzahlen bei unbelastetem Motor und bei Nennlast bei allen unter dem Maximalwert liegenden Drehzahlen reduziert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Drehzahlregler für Ihduktionsmotoren, bei welchem die Stromversorgung des Motors geregelt wird, und welcher einen elektrischen Schaltkreis mit Schleifenverbindungen aufweist, durch welche von der Stromversorgung.des Motors abgeleitete Signale an einen Verstärker rückkoppelbar sind, werden erfindungsgemäß durch die Schleifenverbindungen Parametern der einzuspeisenden Stromversorgung proportionale Signale abgeleitet und rückgekoppelt, wobei diese Schleifenverbindungen derart ausgebildet sind, daß oberhalb einer vorgegebenen MJtüestdrehzahl des Motors das Verhältnis zwischen der Drehzahl bei unbelastetem Motor und bei Nenndrehzahl im wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten wird. Bei den Parametern kann es sich um Frequenz mit Spannung und Strom oder um Frequenz mit Impedanz handeln.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Spannungsund Strom-Rückkopplungs-Signale in der Weise verwendet, daß die Spannungs-Rückkopplung bei der Regelung des Motordrehmoments bei hohen Motordrehzahlen und die Strom-Rückkopplung bei der Regelung des Drehmoments bei niedrigen Motordrehzahlen vorherrscht.
Bei dieser Ausführung ist die Stromversorgung ein Inverter oder Umformer, dessen Frequenz durch das Regelsystem entsprechend einem Signal verändert wird, welches der gewünschten Motordrehzahl proportional ist, und dessen Ausgangsspannung verändert wird, um das Drehmoment entsprechend den Rückkopplungsschleifen von Speisespannung bezw. Speisestrom zu regeln. Der Schaltkreis der Einrichtung ist derart ausgebildet, daß der Gewinn an der Spannungs-Rückkopplungs-Schleife mit der Frequenz zunimmt. Dies bedeutet, daß die Spannungsregelung bei niedrigen Frequenzen im wesentlichen stromgeregelt und bei höheren Frequenzen spannungsgeregelt erfolgt.
Vorstehend genannte und weitere Besonderheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigen:
Figur 1 den schematischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Drehzahlreglers;
Figur 2 einen vereinfachten Schaltplan eines transistorisierten Inverters oder Umformers;
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~ 5 —
Figur 3A - 3D in ihrer Gesamtheit den Schaltplan eines kompletten Reglers, des Umformers und der Stromversorgungen;
Figur 4 eine Grafik zur Darstellung der Drehmoment/Schlupfkurven für konstante Spannungs- und Stromversorgung eines Induktionsmotors; und
Figur 5 eine schematische Darstellung des Zusammenbaues der Schaltungen aus Figur JA bis 3D.
Wie Figur 1 zeigt, ist der Eingang zum Regelsystem ein Drehzahlanforderungssignal l, bei welchem es sich um eine Spannung handelt, die von einem Potentiometer oder einer außenliegenden Gleichstromquelle abgeleitet wird, wobei dieses Signal 1 die Frequenz eines Oszillators 2 regelt, welcher einen Dreistufenringzähler 3 antreibt. Der Ringzähler 3 hat sechs Ausgänge, deren jeder für l80° Impulse entweder "Ein" oder "Aus" bedeuten kann, wobei die Impulse eines jeden Ausganges um 60° gegenüber dem vorhergehenden Ausgang abgestuft sind. Die sechs Ausgänge führen zu einem Wellenform-Generator 4, welcher Ausgangspaare zusammen öffnet, um sechs Impulswellenzüge an seinen Ausgängen aufzubauen, und zwar 120°-Einschaltimpulse und 6o°-Abschaltimpulse, wobei jeder Wellenzug um 60 vom vorangehenden abgestuft ist. Die Impulsfolgen werden für den Antrieb eines Drehst romin verters oder Umformers 5 verwendet, welcher einen Kurzschlußläufermotor 6 speist.
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Die Regelung der Motorspannung vom Umformer 5 wird dadurch erreicht, daß die 120°-Einschaltimpulse von drei Wellenzügen moduliert werden. Zur Modulation der Wellenzüge werden drei Mischgatter 7 verwendet« Der Modulationseingang an den Gattern 7 wird von einem Regelverstärker 8 abgeleitet, welcher mit einem Impulsbreitenmodulierten Hochfrequenzosziilator 9 in Reihe liegt, wobei der Verstärker 8 die Trennschritte (mark space ratio) des Oszillators 9 regelt.
Der Verstärker 2 hat drei Eingänge, von denen zwei die Motorspannung bezwe der Motorstrom sind, die jeweils durch einen Teiler 10 bezw. Ii geleitet werden, um aus ihnen Niederspannungssignale zu erzeugen, welche für den Steuerkreis geeignet sind, scdaß eine Spannungs- und Stromrückkopplung bei offener Schleife erreicht wird. Die Anschlußstelle der kombinierten Schleifen wird durch den dritten Eingang des Verstärkers 8 eingestellt, bei welchem es sich um ein von dem Drehzahlanforderungssignal 1 abgeleitetes Signal handelt, welches in einer Einrichtung 12 entsprechend der Formel ID«f(K x) abgewandelt wird, wobei Ιβ den Anforderungsstrom, χ die Frequenz (Motordrshzahl) und K eine Konstante bedeuten. Dies gewährleistet, daß der Gewinn der Stromrückkopplungsschleife mit zunehmender Frequenz abnimmt.
Der Inverter oder Umformer 5 (Fig. 2) besitzt sechs Leistungstransistoren Tl bis To, welche eine Brückenschaltung bilden. Diese Transistoren werden durch die Umformer-Antriebswellenzuge eingeschaltet, wobei die modulierten Wellenzüge den Basen der Transistoren Tl, T2 und TJ zugeführt werden. Infolge der
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6θ -Abstufung zwischen den Wellenzügen wird an den drei Ausgängen A, B und C des Umformers eine Dreiphasen-Wechselstromversorgung erzeugt. Wenn der Transistor Tl eingeschaltet wird, ist der Transistor T5 bereits eingeschaltet, jedoch zur Hälfte der l80°-Einschaltperiode des Transistors Tl abgeschaltet, wenn der Transistor To beginnt. In gleicher Weise schalten die Transistoren 16 und T1J- während der Periode des Transistors 2, sowie die Transistoren T4 und T5 während der Periode des Transistors T3 ab bezw. ein. Parallel mit den Transistoren Tl bis Τ6 sind Dioden Dl bis D6 vorgesehen, um die an jedem Transistor während seiner Abschaltperioden entwickelten Ruckschalt-EMK1S weiterzugeben.
Wie Figur J> zeigt, wird das Anf orderungs-Spannungssignal l vom Potentiometer R53 erzeugt und die Transistoren T25 und T26 bilden den spannungsgeregelten Oszillator 2, dessen Ausgang den Ringzähler 3 antreibt, der aus Flipflops FLl, FL2 und FL3 besteht. Gatter G5, Gö und G7 bilden den Wellenzuggenerator 4, bei welchem drei Ausgänge durch Mischgatter G8, G9 und GlO moduliert werden. Der Differentialverstärker A2 arbeitet als Regelverstärker 8 und die Transistoren T30 und T]51 bilden einen Multivibrator, d.h. den Impulsbreiten-modulierten Hoehfrequenzoszillator 9.
Der Widerstand Rl, die Diode D7 und die Drossel Ll bilden einen Schaltkreis, um vorübergehend die Basis-Emitterverbindung des Transistors Tl unter umgekehrte Vorspannung zu setzen, wodurch gewährleistet wird, daß der Transistor schnell und einwandfrei abgeschaltet wird. Dieser Schaltkreis wird infolge
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eines Anzapfstromes wirksam, welcher durch den Widerstand Rl und die Drossel Ll fließt, während der Transistor Tl angetrieben wird, wobei dieser Strom dazu neigt, den Stromfluß durch die Drossel Ll fortzusetzen, nachdem der Antrieb des Transistors T7 abgeschaltet ist, wodurch der Basisstrom vom Transistor 1 in umgekehrter Richtung abgezogen wird. Dieser umgekehrte Basisstrom entnimmt der Basis-Emitterverbindung des Transistors Träger und verbessert dadurch die Abschaltung des Transistors.
Gleiche Schaltungen, welche aus den Widerständen R2, R3, r4, R5 und Ro, den Dioden D8, D9, DlO, DIl und D12 sowie den Drosseln L2, L?* L4, L5 und l6 bestehen, schalten vorübergehend die Vorspannung der Transistoren T2, T3* T4, T5 und Τ6 um.
Der Thyristor ThI ist eine Schutzvorrichtung, um bei Fehlern die Sicherung P2 durchzuschmelaen und dadurch den Leistungsumformer 5 zu schützen. Der Schaltkreis mit den Transistoren T20 und T21 dient als Absorber für jegliche positive Rückkopplung oder Mitkopplung durch den Umformer 5 in die Gleichst romver sorgung ♦
Die Kurven in Figur 4, bei welcher das Motordrehmoment auf der Y-Aehse und der prozentuale Sehlupf auf der X-Achse angegeben sind, und zwar für konstante Motorspannung V und für konstanten Motorstrom C, zeigen den durch Stromrückkopplung bei niedrigen Motordrehzahlen erzielbaren geringen prozentualen Schlupf.
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Claims (1)

  1. Andreiewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaterplatz 3
    ~ 9 *· rittntiniprUoli« t
    I. Drehzahlregler für Indukfcigeeeotoren, bestehend *ue »ine« elektrischen Schaltkreis ml« 3chleifenv*rbindun«en# duroh welche von der fltroMversorguag d·« Motors Abgeleitet· Signale ft* einen Verstärker rUckkoppelbar sind* d * d u r β h g e -kennselchnet, dal durch 3Ie Seiilelfenverblnduneen (10* 11) p»f««»tem <ler elniuepeleenden StroKversoftiwc pro» portionfcle 31gn»le ableitbar und rüekkoppelb»r »lnd und die»·
    der»rt »umgebildet «lud» diii obertialb
    einer vorgegebenen Winde et areh»«hl de· Hot or« dft« »wieohen der Drehiatol bei unbeUetete* Motor (6) «od bei drehsibl 1« »»eeentlieÄen auf «Im» konstanten ifert haltbar ist.
    2. Orahaahlretler antik Anspruch X9 dadureh daft dl· aohlelfenverfelndvMcesi au« einer «in der 3p«l»espaniuii« de· Hoter· pro^ertlcc*!«· 3ρ»«ηιηβ··1«»*1 abl«lteneeii md röckkoppeladen AXMXCtoani (10) «nd einer «in der eleg*«pei«ten StroMctXrte» proportiaeale· Strowalc&ttl ableitenden und rüekkoppeladen Aiwrdn«f (IX) be«teh«n und derart ausgebildet «Ina, daft da· Motordrehwaewnt dureh den kombinierten Xfftkt atm SpannuRce«i4{nal· «ml de« Straaslgnal· regelbar 1st, wobei der Effekt des Spanms*aslCB*U m%t anstellender itotordrehaahl vnA der Kffekt des 3tre**lc»ale «it abnenaewter Metordrehsahl
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    ORIGINAL INSPECTED
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    5. Drehzahlregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis außerdem alternierende Signale erzeugende Einrichtungen (2, J5) aufweist., wobei alle Signale gleiche und einer gewünschten Motordrehzahl proportionale Frequenz haben, ferner Einrichtungen zur Verstärkung des Gewinns der Spannungs-Rückkopplungsschleife bei Frequenzzunähme und Einrichtungen zur "Verminderung des Gewinns der Strorn-Rückkopplungsschleife bei FrequenzEunahme.
    4. Drehzahlregler* nach -Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die alternierenden elektrischen Signale eine gerade Zahl von Impuls-Wellenzügen bilden und der Schaltkreis außerdem eine auf die Spannungs- und Stromsignale ansprechende und die Impulsspannung modulierende Einrichtung (9) aufweist.
    5. Drehzahlregler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die alternierenden Signale sechs Impuls-Wellenzüge bilden, deren jeder 120°-Einsehalt- und 60°-Absehaltimpulse umfaßt, wobei die Impulse der Wellenzüge um 60° gegenüber dem vorangehenden Wellenzug versetzt sind und durch die Modulationseinrichtung die Einschaltimpulse von drei Wellenzügen modulierbar sind«
    6. Stromversorgung für einen Induktionsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Regler gemäß Anspruch 5 sowie einen aus sechs eine Brückenschaltung bildenden Transistoren (Tl, T2, T2, T4, T5, t6) bestehenden Inverter aufweist, ferner eine die Basis eines jeden Transistors an die Signalerzeuger derart anschließende Einrichtung, daß jeder Transistor durch einen der
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    Wellenzüge einschaltbar und damit die dem Motor vom Inverter zuzuführende Speisespannung durch die Modulationseinrichtung zwecks Regelung des Motordrehmomentes steuerbar ist.
    7. Stromversorgung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu Jedem Transistor eine erste Diode (Dl.bezw. D2 bezw. DJ bezw. d4 bezw. D5 bezw. D6) parallel geschaltet ist und dadurch im Motor erzeugte EMK's rückführbar sind.
    8. Stromversorgung gemäß Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß zu Jedem Transistor (Tl; T2; T3; T4; T5; T6) außerdem ein Widerstand (Rl; R2; RJ; R4; R5; Ro), eine zweite Diode (Dl; D2; DJ; D4; D5; d6) und eine Drossel (Ll; L2; LJ; lA; L5; Iß) vorgesehen und derart geschaltet sind, daß die Basis-Emltter-Verbindung eines jeden Transistors vorübergehend umgekehrt vorspannbar ist.
    Patentanwalt,
    209852/05AO
DE19722203487 1971-01-27 1972-01-26 Schaltungsanordnung zur drehzahlsteuerung eines drehstrommotors Withdrawn DE2203487B2 (de)

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