DE2208853A1

DE2208853A1 - Drehzahlregelung für einen Induktionsmotor

Info

Publication number: DE2208853A1
Application number: DE19722208853
Authority: DE
Inventors: Burnette Paul; Konrad Charles Edward; Roanoke Va. Chausse (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-03-05
Filing date: 1972-02-25
Publication date: 1972-09-14
Also published as: JPS4729818A; IT947996B; DE2208853C3; ZA72624B; CH536575A; DE2208853B2; US3671831A; GB1372595A; NL7202459A; JPS5325926B1; AU461149B2; AU3882772A; FR2131386A5

Description

Drehzahlregelung ft'5r einen Induktionsmotor

Der Induktionsmotor mit Käfigläufer übertrifft zahlenmäßig alle heute eingesetzten Elektromotoren. Der Hauptgrund für diese Popularität ist die Einfachheit, Unempfindlichkeit und Zuverlässigkeit, die dieser Motortyp von Natur aus aufweist. Da der Induktionsmotor jedoch im Grunde eine Maschine mit konstanter Drehzahl ist, wenn er am Netz konstanter Frequenz betrieben wird, findet er für Applikationen mit variabler Dreh zahl keine Anwendung, und in großen, reversierenden Antrieben, wie sie z.B. in Stahlwalzwerken erforderlich sind, wird er praktisch nicht eingesetzt. Applikationen dieser Art haben die Verwendung von Gleichstrommotoren mit Kommutatoren oder Synchronmaschinen mit Schleifringen erforderlich gemacht. Kommutatoren, Schleifringe, Stangenstromabnehmer oder andere flexible Mittel zur Leistung von elektrischer Energie sIek! jedoch z.B, der Abnutzung und Lich^bogenöIIäimg iintQi^y-y^fQn und erfordern infüigeuesse»-· eij;; n>&^:,^^.gi iä&O&ktioiü uuC. üa^ämi

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Das Wachstum der Siliziumtechnologie hat die Kosten von Leistungshalbleitern kontinuierlich gesenkt und hat nun den Punkt erreicht, wo Inverter und Zyklankonverter eine wirtschaftliche Einrichtung zur Umwandlung der festen Frequenz eines mehrphasigen Leistungsverteilersystems in eine variable Frequenz zur Anwendung mit Induktionsmotoren darstellen. Die Kosten der Kombinierung von Motor und Konverter sind mit denjenigen für das Gleichstromsystem konkurrenzfähig geworden und diese Kombinierung bietet die Vorteile der stabilen Gestaltung des Käfigläufermotors, der keine Schleifringe oder Kommutatoren erfordert. Ein wichtigt Bindeglied in einem Antriebssystem dieser Art ist ein Regler, der für eine maximale Leistungsfähigkeit des gesamten Antriebs ohne Einbuße von betrieblicher Zuverlässigkeit sorgt.

In diesem Zusammenhang ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eineEinrichtung zur Begrenzung der Frequenzänderungsgeschwindigkeit des Wechselstromes zu schaffen, um die maximale Änderungsgeschwindigkeit des Drehmomentes in dem Motor zu begrenzen.

Ferner sollen Mittel geschaffen werden, um eine Amplitude der an den Motor angelegten Wechselspannung als eine Funktion eines Integrator-Ausgangssignales auf einem vorbestimmten Wert zu halten, um in dem Motor einen Fluß in konstanter Höhe zu erzeugen.

Weiterhin beinhaltet die Erfindung eine Vorrichtung, um die Differenz in der Drehzahl zwischen dem rotierenden Magnetfeld des Motors und der Drehzahl des Rotors auf einen vorbestimmten absoluten Wert zu begrenzen.

Schließlich sollen Mittel TUr eine Übererregung des Motors für kurze Zeitintervalle geschaffen werden, wodurch Drehzahländerungen des Motor? rrit ei^pe^ maximalen zulässigen Geschwindigkeit heroeigeführt werden Kormer.

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Diese Aufgaben werden bei einem Regler, der die maximale
Leistungsfähigkeit eineslAntriebsystems ohne Einbüßung der
Betriebszuverlässigkeit erbringt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel zur zuverlässigen Drehzahlregelung eines Induktionsmotors geschaffen werden, der von einer mehrphasigen
Wechselstromquelle gespeist wird.

Erfindungsgemäß wird ein Eingangssignal, das der gewünschten
Drehzahl des Motors proportional ist, zu einem Rückkopplungssignal algebraisch hinzuaddiert, das die tatsächliche Drehzahl des Motors darstellt.

Die dabei entstehende algebraische Summe wird einer Integratorschaltung zugeführt, die ein Spannungsausgangssignal erzeugt, das dem Zeitintegral der algebraischen Summe der zwei anderen Signale proportional ist.

Die dieses Spannungssignal erhaltende Schaltung erzeugt ein
Signal mit periodischer We Ilen--form, dessen Frequenz proportional zur Aisgangsgröße der Integratorschaltung ist, die, wenn sie der zugehörigen Verstärkungsschaltung zugeführt wird, einen mehrphasigen Wechselstrom mit variabler Frequenz erzeugt, der zur Einspeisung in einen mehrnhasigen Induktionsmotor geeignet ist.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine typische Drehmoment-Drehzahlkurve eines Induktionsmtors.

Fig. 2 zeigt Drehmoment-Drehzahlkurven eines Induktionsmotors bei verschiedenen Frequenzen.

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Pig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Drehzahlreglers für einen Induktionsmotor.

Fig. 4 zeigt die Bauteile, die in der Schlupfbegrenzungsschaltung 99 gem. Fig. 3 verwendet sind.

Fig. 5 zeigt eine Schaltung eines alternativen Verfahrens zur Erzeugung eines Wechselstromes mit variabler Frequenz zur Drehzahlregelung eines mehrphasigen Induktionsmotor.

In Fig. 1 sind die grundlegenden Drehzahl-Drehmoment-Charakteristiken eines typischen mehrphasigen Induktionsmotors graphisch dargestellt.Der Induktionsmotor wird voneiner mehrphasigen Leistungsquelle gespeist, die eine konstante Spannung und eine konstante Frequenz besitzt. Die Drehzahlwerte sind auf der Ordinate oder der vertikalen Achse 11 aufgetragen, während die Drehmomentwerte durch Werte auf der Abszisse oder horizontalen Achse 13 des Kurvenbildes dargestellt sind. Die Abszisse 13 und die Ordinate 11 schneiden sich in einem Punkt 15, der sowohl für die Drehzahl als auch für das Drehmoment des Motors den Nullpunkt darstellt. Drehzahlwerte oberhalb der Abszisse sollen positive Drehzahlen oder solche im Uhrzeigersinn (CW) darstellen. Die Drehzahlwerte unterhalb der Abszisse sind als negative Drehzahlen oder solche im Gegenuhrzeigersinn (CCW) zu betrachten. Auf ähnliche Weise sollen Drehmomentwerte auf der rechten Seite der Ordinate 11 positive oder solche im Uhrzeigersinn (CW) und Drehmomeitwerte auf der linken Seite der Ordinate negative oder solche im Gegenuhrzeigersinn (CCW) darstellen.

Mit dieser Festlegung wird auf andere signifikante Koordinatenpunkte des Kurvenbildes hingewiesen. Es sei zunächst angenommen, daß die Motordrehzahl null ist. Sollte dem Motor plötzlich bei der Drehzahl null Leistung zugeführt werden, so würde ein Drehmoment ^TsMn stand ^^1- 11 ^ entwickelt werden, das durch den

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Punkt 17 auf der Abszisse 13 dargestellt ist. Wenn sich der Motor beschleunigt, vergrößert sich der V/ert des durch den Motor entwickelten Drehmomentes gemäß Werten, die durch die Kurve 19 dargestellt sind, bis an einem Punkt 21 auf der Kurve 19 ein maximaler Wert erreicht wird, der als Kippmoment (T ) gezeichnet wird. Die Drehzahl des Motors an diesem Punkt wird Kippdrehzahl (N ) genannt.

Wenn der Motor ohne Last läuft, wird sich seine Drehzahl bis zu einem Punkt nahe der synchronen Drehzahl (N ) erhöhen.

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Während des Anstieges der Drehzahl wird sich jedoch das Drehmoment verkleinern. Es ist jedoch ein minimaler Drehmomentwert erforderlich, um die restliche Luftreibung und Motorreibung zu überwinden.

Es werden nun die Wirkung eines an den Motor angelegten Lastmomentes und die verschiedenen offensichtlichen Begrenzungen berücksichtigt, die auferlegt werden müssen. Wenn erstens die Last ein Drehmoment erfordert, das größer ist als der Wert des AnIaufmomentes (^stillstand ^{an Punkt 1}^ auf der Kurve) beginnt der Motor nie zu rotieren. Wenn zweitens das Lastmoment kleiner ist als das Anlaufmoment (To..,, .__nd) erfolgt eine Motorbeschleunigung gemäß den durch die Kurve 19 dargestellten Werten. Die Motordrehzahl stabilisiert sich dann an einem Punkt oberhalb der Kippdrehzahl (N ), wo das entwickelte Drehmoment des Motors gleich dem Lastmoment ist. Dieser Punkt liegt irgendwo zwischen der synchronen Drehzahl (N ) und der Kippdrehzahl (N_po).

Es wird nun der Zustand betrachtet, in dem der Motor eine Last mit einer Drehzahl irgendwo ?Ailschen der synchronen Drehzahl (N_g ) und der Kippdrehzahl (N ) antreibt. Wenn das Lastmoment nun vergrößert wird, sinkt die Drehzahl des Motors ab und erreicht Werte, die durch die Kurve 19 dargestellt sind. Mit steigendem Lastmoment fällt die Drehzahl des Motors weiter bis zu einem Wert ab, wo das Lastmoment grater ist als das Kipp-

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moment (am Punkt 21 auf der Kurve). An diesem Punkt bricht das System zusammen, und der Motor bleibt stehen. Die Last bewirkt dann, daß sich der Motor in umgekehrter Richtung dreht und die Drehzahl vergrößert sich in negativer oder Gegenuhrzeigerrichtung, obwohl das durch den Motor entwickelte Drehmoment positiv oder im Uhrzeigersinn ist. Dies ist durch die Kurve 19 im vierten Quadranten des Kurvenbildes dargestellt. Die vorstehende Beschreibung gilt für Bedingungen, wo der Motor die Last in der positiven oder Uhrzeigerrichtung antreibt.

Der zweite Quadrant zeigt einen generatorischen Bremszustand eines Motors. Unter dieser Bedingungen ist das Drehmoment des Motors in negativer oder Gegenuhrzeigerrichtung und die Drehzahl ist positiv. Mit anderen Worten sind das Lastmoment und das Motormoment gleich gerichtet. Das Kurvenbild zeigt, daß, wenn das Lastmoment größer sein sollte als das Kippmoment des Motors, das System außer Kontrolle gerät, da der Motor nicht genügend Drehmoment entwickeln kann, um wieder eine Kontrolle über seine Drehzahl zu erlangen. Die Drehzahl-Drehmomentwerte des Motors unter diesen generatorischen Bremsbedingungen sind in dem Kurvenbild durch die Kurve 23 dargestellt.

Der Korrekturvorgang eines Induktionsmotors muß deshalb darin bestehen, den Motor innerhalb der Drehzahlgrenzen, die durch die synchrone Drehzahl (N _n) und die Kippdrehzahl (N ) bestimmt sind, und der Drehmomentgrenzen zu halten, die von einem Drehmoment nahe null bis zum Kippmoment (T ) reichen. Diese Grenzen sind in Fig. 1 durch ein Kästchen 25 dargestellt.

Es sei bemerkt, daß die synchrone Drehzahl eines gegebenen Induktionsmotors eine direkte Punktion der zugeführten Frequenz des den Motor speisenden Wechselstromes ist.

Um das Verhalten eines Induktionsmotors unter dem Einfluß einer Eingangsleistung mit variabler Frequenz vollständig zu beschreiben, müssen noch zwei wichtige Kriterien festgelegt werden,

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Erstens muß sich die angelegte Spannung direkt mit der Frequenz der Leistungsquelle ändern, um einen konstanten Magnetfluß in dem Motor aufrechtzuerhalten. Zweitens basiert die Beziehung von Drehmoment und Drehzahl auf der Differenz in der Drehzahl zwischen dem Anker des Motors und dem rotierenden Magnetfeld, das in dem Stator des Motors erzeugt wird.

In Fig. 2 sind verschiedene Drehzahl-Drehmomentkurven eines Induktionsmotors dargestellt, wobei Jede Kurve die Betriebszustände bei einer unterschiedlichen Frequenz zeigt.Wie in Fig. sind die Drehzahlwerte des Motors auf der Ordinate 11 dargestellt, während die in dem Motor entwickelten Drehmomentwerte auf der Abszisse 13 aufgetragen sind. In ähnlicher Weise sind an dem Schnittpunkt 15 der Abszisse 13 und der Ordinate 11 die Werte sowohl des Drehmoments als auch der Drehzahl null. Die Polarität des Motormomentes und der Drehzahl des Motors ist identisch mit denjenigen, wie sie in Fig. 1 bezüglich der Abszisse 13 und der Ordinate 11 beschrieben sind. Somit sind im ersten Ouadranten sowohl das Drehmoment als auch die Drehzahl des Motors positiv oder im Uhrzeigersinn gerichtet. Im zweiten Quadranten ist die Drehzahl positiv, während das Motormoment negativ ist. Der dritte Quadrant stellt eine negative Richtung oder Gegenuhrzeigerrichtung sowohl für das Motormoment als auch für die Motordrehzahl dar, und im vierten Quadranten ist das Motormoment positiv, während die Drehzahl negativ ist.

Da die Polarität der Drehzahl (d.h. die Drehrichtung) eine Funktion der Polarität des Drehfeldes des Motors ist, und d£se wiederum eine Funktion der Phasenfolge des dem Motor zugeführten mehrphasigen Wechselstromes ist, wird die die synchrone Drehzahl des Motors bestimmende Frequenz der den Motor srceisenden Wechselstromquelle zur B?läuterung in positiven und negativen Werten ausgedrückt .

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Somit speist beispielsweise in Fig. 2 eine Wechselstromquelle einen Induktionsmotor bei - 30 Hz, wodurch angezeigt ist, daß die synchrone Motordrehzahl negativ oder im Gegenuhrzeigersinn ist und darch die Frequenz von 30 Hz bestimmt wird. Der Motor treibt deshalb eine Last in der Gegenuhrzeigerrichtung an, wie es durch die Kurve 30 angegeben ist. Es sei nun angenommen, daß die Last sehr klein ist, so daß das durch den Motor entwickelte Drehmoment sehr klein bzw. nahe bei null liegt. Wenn nun der Motor beispielsweise zunächst abgebremst und dann auf eine Drehzahl beschleunigt wird, die gleich der + 70 Hz entsprechenden synchronen Drehzahl in der entgegengesetzten Richtung ist, muß der Motor zunächst ein positives Drehmoment entwickeln, damit er eine Bremskraft liefert, um seine Trägheit und den Stillstand au überwinden.

Zur Erläuterung sei angenommen, daß die Umkehrung der dem Motor zugeführten Leistung augenblicklich erfolgt. Die Trägheit des Systems verhindert eine augenblickliche Änderung der Drehzahl; somit wandert der Arbeitspunkt augenblicklich zum Punkt 32 der + 70 Hz-Kurve 31 bei der konstanten Drehzahl. Das Drehmoment wandert augenblicklich von einem negativen Wert am Punkt 3^ zu einem positiven Wert am'Punkt 32 auf der Kurve. Das durch den Motor an diesem Punkt entwickelte Drehmoment ist sehr klein. Die Drehzahl ist noch negativ, bis die Kurve 31 die Abszisse schneidet. An diesem Punkt ist die Drehzahl null, d.h. der Motor steht still. Von dort an verläuft die Drehzahl des Motors in der Uhrzeigerrichtung wie das in dem Motor entwickelte Drehmoment.

Während einer augenblicklichen Reversierung, wie sie oben beschrieben wurde, ist der in dem Motor entwickelte Strom sehr groß. Möglicherweise kann er das vier- bis sechsfache des Motornennstromes betragen. Dieser hohe Strom könnte den Motor möglicherweise beschädigen. Somit müssen in der Motorregelung Mittel vorgesehen sein, .um einen derartigen Zustand zu beherrschen. Per zur Regelung der Drehzahl und der Drehrichtung des Motors ver-

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wendete Regler muß eine Einrichtung umfassen, um die Motordrehzahl und die Frequenz der Wechselstromquelle (synchrone Motordrehzahl) zusammen "nachzuführen". Somit ist es in dem Beispiel, wo die Freauenz und die daraus resultierende synchrone Motordrehzahl von -30 hz auf + 70 Hz geändert wird, erforderlich, daß die Änderungsgeschwindigkeit der synchronen Motordrehzahl auf einem Wert gehalten wird, der die Differenz zwischen der synchronen Drehzahl und der tatsächlichen Drehzahl des Motors in irgendeinem bestimmten Augenblick während der Drehzahländerung begrenzt. Somit muß, wie in Fig. 1, der Betrieb des Motors so erfolgen, daß die Drehzahl-Drehmomentwerte des Motors während einer Drehzahländerung innerhalb eines dem Kästchen 25 äquivalenten Kästchens bleibe, das hinsichtlich der Drehzahl in vertikaler Richtung oben durch die synchrone Drehzahl N und unten durch die Kippdrehzahl N und in horizontaler Richtung auf der linken Seite durch po

das Nullmoment und auf der rechten Seite durch das Kippmoment T begrenzt ist. Während der oben beschriebenen Drehzahländerung und Richtungsänderung des Motors kann jedes Drehzahl-Drehmomentkästchen so betrachtet werden, daß es von -30 Hz bis + 70 Hz mit einer Geschwindigkeit vertikal rutscht, die die in dem Motor entwickelten Drehzahlen und Drehmomente auf Werten hält, die zu allen Zeiten innerhalb der Grenzen dieses Kästchens liegen. Wenn auf ähnliche Vfeise der Motor beispielsweise eine Last mit einer Drehzahl antreibt, die der synchronen Drehzahl von + 70 Hz entspricht und auf eine Drehzahl abgebremst wird, die der synchronen Drehzahl von + 50 Hz entspricht, muß die Geschwindigkeit der Frequenzänderung, die die Abgrenzung bewirkt, so sein, daß die durch den Motor entwickelten Drehzahl-Drehmoment innerhalb der durch das Kästchen gegebenen Grenzen gehalten wird, wobei sich das Kästchen zur kleineren Frequenz bewegen soll. Der die Fotordrehzahl regelnde Regler muß deshalb eine Vorrichtung aufweisen, durch die die Frequenzänderung der Ouelle auf eine Geschwindigkeit begrenzt int, bei der der Motor das maximal mögliche Drehmoment T entwickeln kann, ohne daß die durch das Kästchen dargestellten Grenzen überschritten werden.

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Das maximale Drehmoment eines Motors ist eine Funktion seiner Auslegung und ist ein vorbestimmter spezifizierter Wert, der auf dem Magnetfluß im Pbtor basiert. Der Magnetfluß ist eine direkte Funktion der bei einer vorbestimmten Frequenz an den Motor angelegten Spannung. Wenn somit ein Induktionsmotor für einen Betrieb an einer Quelle von 60 Hz bei 40 V ausgelegt ist, ist die Größe des Kippmoments dadurch klar definiert. Daraus folgt, daß, wenn eine Möglichkeit zur Veränderung der bei irgendeiner Frequenz an den Motor angelegten'Spannung besteht, das Kippmoment von sehr kleinen Werten auf einen Wert eingestellt werden kann, der im folgenden als magnetische Sättigung des Motors bezeichnet wird. Die Sättigung des Motors wird erreicht, wenn die Größe und Frequenz der an den Motor angelegten Spannung auf einer Höhe liegen, für die der ftitor aufgelegt ist. Die Zyklonkonverterregelung oder der Regler für eine variable Frequenz, wie er hier beschrieben wird, sorgt für die Möglichkeit der Übererregung des Motors. Dies bedeutet, daß der Regler die Fähigkeit besitzt, den Flußpunkt des Motors auf einen Wert zu drücken, der größer ist als derjenige, für den der Motor ursprünglich ausgelegt war. Da die magnetische Sättigung eines Induktionsmotors kein "scharf ausgeprägter Wert" ist, sondern über einem vorbestimmten Bereich etwas flexibel ist, ist eine angemessene Vergrößerung des Motorflusses möglich. Dieses Konzept beinhaltet, daß von einem Induktionsmotor auf transienter Basis durch übererregung des Motors für kurze Zeiträume größere Spitzenmomentwerte erhalten werden können. Diese Charakteristik und desgleichen das Konzept des gleitenden oder wandernden Kästchens bei der Veränderung der Frequenz von einem Wert auf einen anderen ist in den Regler aufgenommen worden.

In Fig. 3 1st ein als Potentiometer 41 dargestellter Bezugsdrehzahlgeber zwischen eine positive Sammelschiene 43 und eine negative Sammelschiene 45 geschaltet. Das Potentiometer ¹Il hat die Fähgkeit, an einen Ohm¹sehen Widerstand 47 ein Spannungssignal anzulegen, dessen Polarität entweder positiv oder negativ ist und das einen Wert annehmen kann, der nahe dem Wert der positiven oder negativen Sammelschiene 43 bzw. 45 Begt. Der Ohm'sche

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Widerstand 47 ist mit dem Eingang eines Integrators 49 verbunden, der einen Ohm^fsehen Widerstand 52, einen Kondensator 53, einen Verstärker 55 und eine Summierstelle 51 aufweist. In der Theorie erzeugt ein Integrator ein Ausgangssignal, das das Zeitintegral seines Eingangs ist. In der Praxis jedoch wird das Ausgangssignal durch die Verluste und Veränderungen beeinflußt, die aus Herstellungstoleranzen seiner Konstruktionskomponenten resultieren. Somit gleicht infolge der Streuung bzw. Ableitung im Kondensator 53 das Ausgangssignal des Integrators 49 im kleineren Maße dem Ausgangssignal eines TiefpaßVerstärkers mit großer Verstärkung. Diese Art eines Verstärkers ist dem Integrator 49 ähnlich, außer daß er ferner einen Widerstand aufweist, der dem Kondensator 53 parallel geschaltet ist, wodurch die Empfindlichkeit bei höheren Frequenzen etwa gleich der Empfindlichkeit eines Integrators ist. Im tieferen Frequenzbereich ist die Empfindlichkeit jedoch viel kleiner. Es ist deshalb möglich, den Integrator 49 durch einen Tiefpaßverstärker mit großer Verstärkung zu ersetzen und somit das Ausgangssignal im unteren Frequenzbereich in bezug auf das Ausgangssignal des Integrators zu modifizieren.

Zur Erläuterung wird zwar das Wort "Integrator" verwendet. Es sollen hiermit jedoch alle Verstärker des oben beschriebenen Typs eingeschlossen sein, die Ausgangssignale im Verhältnis zu ihren Eingangssignalen erzeugen, die auf diese für einen Zeitraum einwirken.

Das dem Integrator 49 zugeführte Dreh zah Ib e.zugs signal ist ein Spannungssignal, dessen Polarität die gewünschte Drehrichtung des Motors und dessen Spannungsgr^ße die Betriebsdrehzahl bestimmt, bei der der Motor laufen soll. Dieses Drehzahl-Bezugssignal wird mit einem Spannungsausgangssignal (ein Drehzahl-Rückkopplungssignal) eines Tachometers 57 verglichen, das mit einer Welle eines Antriebsmotors 59 mechanisch gekoppelt ist. Wenn eine Differenz besteht zwischen den Spannunpswerten der zwei Signale, von denen

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das eine die gewünschte Drehzahl und das andere die tatsächliche Betriebsdrehzahl darstellt, entsteht ein Spannungssignal, das dem Integrator ^9 zugeführt wird. Der Integrator k9 liefert ein Ausgangssignal, das die Änderung in entweder der positiven oder der negativen Richtung fortsetzt, was von der Polarität des Spannungssignals abhängt, das aus der Kombinierung des Bezugssignals und dem Rückkopplungssignal vom Tachometer 57 entsteht.

Die Ausgangsgröße des Integrators wird einer Zwischenschaltung des Reglers zugeführt, in der das Ausgangssignal des Integrators modifiziert wird, um die Motoreingangsleistung zu bilden. In dem dargestellten Beispiel enthält die Zwischenschaltung einen Analog-/ Pulsfolgekreis 61, dessen Betrieb in der Patentanmeldung P 20 6¹I 685.9 näher beschrieben ist. Dieser Kreis erzeugt, kurz gesagt, eine Impulsserie, deren Folge dem seinem Eingang zugeführten Spannungswert proportional ist. Die aus diesem Kreis 61 resultierende· Impulsserie wird einem Sinuswellen-Vergleichskreis 63 zugeführt, der in der deutschen Patentanmeldung P 20 1|5 971.6 näher beschrieben ist. Der Sinuswellen-Vergleichskreis 63 erzeugt ein mehrphasiges Wechselstrom-Ausgangssignal, das einem Zyklonkonverter 65 zugeführt wird. Die Impulsfolge der Impulsserle des Analog-/Impulsfolgekreises 6l bestimmt letztlich die Frequenz der Wechselstromausgangsgröße, die dann die synchrone Drehzahl eines Motors 59 bestimmt.

Mit dem Zyklonkonverter 65 1st eine Stromquelle 60 verbunden, um dem Motor 59 Strom im Verhältnis zur Amplitude des AusgangsSignaIs von dem Sinuswellen-Vergleichskreis 63 zu liefern. Neben der Erzeugung einer Pulsfolge, die der Eingangs spannung proportional ist, liefert der Analog-/Impulsfolgekreis 61 ein Polaritätssignal, das, wenn es dem Sinuswellen-Vergleichskreis 63 zugeführt wird, die Phasenbeziehung oder Phasenfolge der dem Motor 59 durch den Zyklonkonverter 65 zugeführten Leistung bestimmt. Infolgedessen bewirkt eine Polaritätsänderung in der Ausgangsspannung des Integrators ^9 eine Änderung in der Phasenfolge-Ausgangsgröße des

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Sinuswellen-Vergleichskreises 63 und des Zyklonkonverters 65, wodurch eine Reversierung der Rotation des Motors 59 entsteht. Die Größe der Ausgangsspannung des Integrators 49 bestimmt die Frequenz der Ausgangsgröße des Analog-/Impulsfolgekreises 6l, des Sinuswellen-Vergleichskreises 63 und des Zyklonkonverters 65. Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Geschwindigkeit der Änderung in der Drehzahl des Motors 59 von der Geschwindigkeit abhängig ist, mit der sich das Ausgangssignal des Integrators HQ ändert, das selbstverständlich von dessen Eingangsspannung abhängig ist. Wie bereits beschrieben wurde, ist es wesentlich, daß die Änderunprsgeschwindigkeit der Frequenz und infolgedessen die Knderungsgeschwindigkeit der synchronen Motordrehzahl begrenzt ist, um sicherzustellen, daß die Motordrehzahl größer ist als die Kippdrehzahl (N gem. Fig. 1) des Motors. Um die maximale Änderungsgeschwindigkeit der Frequenz der Quelle und infolgedessen der synchronen Motordrehzahl zu begrenzen, ist eine Geschwindigkeitsfeststellungsschaltung (rate clamps circuit) 67 vorgesehen.

Wie bereits vorstehend angegeben wurde, wird die Integrationsgeschwindigkeit im Integrator h9 durch die Differenz des Drehzahl-Bezugssignals vom Potentiometer Hl und dem Ausgangssignal des Tachometers 57 bestimmt, die beide der Summierstelle 51 zugeführt werden. Die Geschwindigkeitszwangsschaltung 67 weist einen Ohm¹sehen Widerstand 69 auf, der mit der Anode einer Diode 71 und der Kathode einer Diode 73 verbunden ist. Die Kathode der Diode 71 ist mit der Anode der Diode 73 und dem Tachometer 57 verbunden. Die Dioden sind somit in einer Weise verbunden, die normalerweise als Antiparallelschaltung bezeichnet wird, wo die eine Piode Strom in der einen Richtung leitet, während die andere Diode sperrt und umgekehrt. Die derzeitige Siliziumdiode hat einen Durch!aftspannunr>sabfall von etwa 0,7 Volt. Somit besteht die aJ]gemeine Aufgabe der antiparallel geschalteten Dioden 71 und 73 in Verbindung mit dem Ohm'sehen Widerstand 69 und dem Tachometer 57 darin, ein maximaler? Eingangs signal von 0,7 Volt

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für den Integrator 49 aufrecht zu erhalten. Sollte die Differenz in der Spannung zwischen dem Drehzahl-Bezugssignal von dem Potentiometer 41 und dem Drehzahl-Rückkopplungssignal von dem Tachometer 57 an der Verbindungsstelle der Widerstände 47 und 52 eine Spannung erzeugen, die 0,7 Volt entweder in der positiven oder negativen Polarität überschreitet, hält die Geschwindigkeits-Zwangsschaltung 67 die Eingangsgröße des Integrators auf maximal 0,7 Volt. Somit ist die Eingangsgröße in den Integrator 49 auf 0,7 Volt festgesetzt, wodurch ein zusätzlicher Strom durch die Dioden 71 oder 73 fließt, der der erhöhten Spannung proportional ist. Diese erhöhte Spannung gestattet, daß die Differenz zwischen der Spannung des Eingangssignals und der 0,7 Volt-Begrenzung entweder über der Reihenschaltung aus dem Widerstand 69 und dem Tachometer 57 oder der Reihenschaltung aus dem Widerstand 47 und dem Drehzahl-Bezugspotentiometer 41 auftritt. Wenn somit dem Integrator 49 eine feste Einspeisung von 0_r7 Volt zugeführt wird, entsteht ein fester Strom, der dem Kondensator 53 zugeführt wird, wodurch sich dieser Kondensator mit einer festen Geschwindigkeit auflädt. Bei einer festen Ladegeschwindigkeit des Kondensators 53 erzeugt der Integrator eine Ausgangsspannung, die sich mit einer vorbestimmten konstanten Geschwindigkeit ändert. Die 0,7 Volt, die durch die Geschwindigkeitszwangsschaltung zugeführt werden, 1st deshalb ein maximales Eingangssignal in den Integrator 49, und die einen kleinen Wert aufweisenden Signale (Signale von weniger als 0,7 Volt) von dem Drehzahl-Bezugspotentiometer 41, die der Summierstelle 51 zugeführt werden, werden durch die Geschwindigkelts-Zwangsschaltung nicht beeinflußt. In diesem Falle bewirkt die einen kleinen Wert darstellende Differenz, die aus der Kombinierung der Tachometer-Ausgangsgröße und des Drehzahl-Bezugssignales resultiert, daß sich die Ausgangsgröße des Integrators mit einer Geschwindigkeit bewegt, die der bestehenden Differenz zwischen den zwei Eingangssignalen folgt. Wenn dem Integrator 49 jedoch eine sehr große Differenz, d. h. wenn dem Integrator 49, eine große augenblickliche Änderung in der Aur-

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gangsgröße des Drehzahl-Bezugspotentiometers 4l zugeführt wird, begrenzt die 0,7 VoIt-Ausgangsgröße der Geschwindigkeitszwangsschaltung die Änderung in der Ausgangsgröße des Integrators auf einen vorbestimmten Wert. Dies führt zu einer Begrenzung der Geschwindigkeitsänderung in der Frequenz und selbstverständlich der Geschwindigkeitsänderung im Motordrehmoment. Die Höhe dieser Begrenzung wird durch die Größe des Widerstandes 52 bestimmt, der mit dem Integrator 4° in Reihe liegt.

Da ein Motor eine induktive Vorrichtung ist, beinhaltet das Erfordernis der Aufrechterhaltung einer konstanten Flußdichte, daß die Höhe der Spannung, die dem Motor pro Schwingung und Sekunde zugeführt wird, auf einem konstanten Viert gehalten wird. Wenn ein Motor beispielsweise bei einer Spannung von 440 Volt und einer Frequenz von 60 Schwingungen pro Sekunde (60 Hz) arbeitet, um eine gewünschte magnetische Flußdichte zu erhalten, dann muß, wenn die Frequenz auf 30 Schwingungen pro Sekunde geändert wird, der Motor bei 220 Volt betrieben werden, damit die Flußdichte auf einer konstanten Höhe gehalten wird. In dem dargestellten AusführungsbeiSOiel gemäß der Fig. 3 ist eine die Spannung/ Schwingung/Sekunde (Spannung /Freauenz) konstant haltende Schaltung Pl vorgesehen, um eine konstante Beziehung in der Frequenz des dem Motor zugeführten Wechselstromes und der Amplitude der zugehörigen Spannung aufrechtzuerhalten. Die für eine konstante Spannung/Schwingung/Sekunde sorgende Schaltung 8l erhält ein Eingangssignal von dem Integrator 49 und erzeugt daraufhin ein Spannungssignal, das, wenn es dem Sinusweilen-Vergleichskreis zugeführt wird, bewirkt, daß dieser Sinuswellen-Vergleichskreis die Amplitude seines Ausgangssignales dementsprechend einstellt. Da das Ausgangs signal des Integrators 49 auch die Frequenz des Ausgangssignales des Sinuswellen-Vergleichskreises 43 indirekt bestimmt, wird deutlich, daß die Frequenz und die Amplitude des Sinuswellen-Vergleichskreises gleichzeitig eingestellt werden. Die für eine konstante Spannung/Schwingung/Sekunde sorgende

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Schaltung 8l enthält einen Operationsverstärker 83, einen Rückkopplungswiderstand 85, der Ober die Ausgangs- und Eingangsanschlüsse des Verstärkers 83 geschaltet ist, und einen Reihenwiderstand 87, der zwischen den Ausgang des Integrators ^9 und eine Summierstelle 89 geschaltet ist, die ihrerseits den Eingang zum Verstärker 83 bildet. Die Funktionen eines Operationsverstärkers sind für den Fachmann allgemein bekannt und in dem Amplifier Handbook (Seiten 19 -3 bis IQ -38), McGraw-Hill Book Company von Richard H. Shea (Hauptherausgeber), Library of Congress Card No. 64-66296, vollständig beschrieben. Kurz gesagt ist ein Operationsverstärker ein Verstärker mit großer Verstärkung; d. h. das Verhältnis von Ausgangs- zur Eingangsgröße ist sehr groß. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Verstärkereingangsgröße durch das Verhältnis der Werte des Rückkopplungswiderstandes 85 und des Eingangswiderstandes 87 bestimmt. Die Funktion dieser zwei Widerstände besteht darin, daß die Eingangsspannung in den Verstärker 83 einen Wert annimmt, der gegen Null geht. Die Ausgangsgröße des Verstärkers ist die Umkehrung der Polarität der Eingangsgröße.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 83 ist mit dem Sinuswellen-Vergleichskreis 63 verbunden, so daß, wenn sich die Ausgangsspannung des Integrators *J9 ändert, sich die Ausgangsgröße des Operationsverstärkers 83 umgekehrt ändert und den Sinuswellen-Vergleichskreis veranlaßt, eine dazu entsprechende Spannungsänderung zu erzeugen. Das Ergebnis ist eine Modifikation der Ausgangsgröße des Sinuswellen-Vergleichskreises, wodurch eine konstante Spannung/Frequenz durch den Zyklonkonverter-65 erhalten wird.

Fig. 2 zeigt ohne Bezug auf die verwendete Frequenz, daß die Differenz zwischen der synchronen Drehzahl eines bestimmten Motors und der Kippdrehzahl dieses Motors immer eine konstante Anzahl von Umdrehungen pro Minute ist, die durch den Abstand zwischen

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N und N angegeben ist. Wenn das Lastmoment vergrößert wird, sinkt die tatsächliche Drehzahl des Motors. Eine weitere Erhöhung des Lastmomentes senkt die Motordrehzahl eventuell auf einen Punkt, wo das Lastmoment größer als das Kippmoment/1st, wodurch der Motor stehenbleibt. Innerhalb der zulässigen Grenzen, d. h. zwischen der synchronen Drehzahl N und der Kippdrehzahl (N ), kann die Last geändert werden. Die Differenz zwischen der synchronen Drehzahl und der tatsächlichen Drehzahl des Motors wird als Schlupf bezeichnet. Diese Festlegung unterscheidet sich von der üblichen Definition, wo der Schlupf als die Differenz zwischen der synchronen Drehzahl und der tatsächlichen Drehzahl dividiert durch die synchrone Drehzahl definiert wird, so daß er einen normierenden Paktor darstellt. Somit kann bei Kenntnis der synchronen Drehzahl des Motors und der tatsächlichen Drehzahl des Motors (Rückkopplungssignal vom Tachometer 57) der Schlupf berechnet werden. Die Berechnung führt zu einem Schlupfwert, der eine Anzeige für die Differenz zwischen der Drehzahl, bei der der Motor arbeitet, und seiner synchronen Drehzahl ist. Der Wert des Schlupfes wird in dem Regler benutzt, um zu verhindern, daß der Motorschlupf einen Viert überschreitet, der dem Schlupfmoment entspricht .

Es sei nun wieder auf Fig. 3 verwiesen, die eine Maximalschlupfschaltung 91 zeigt. Diese enthält einen Verstärker 93, der ein Eingangssignal vom Ausgang des Integrators ^9 über einen Widerstand 95 und ein zweites Eingangssignal von dem Tachometer 57 über einen Widerstand 97 erhält. Die Punktion des Verstärkers und der KLngangswiderstände besteht darin, die Eingangssignale über die V/iderstände 97 und 95 voneinander zu subtrahieren. Der Ausgang des Verstärkers 93 ist mit einer Schlupfbegrenzungsschaltung 99 verbunden, deren Ausgangsgröße über einen Widerstand der Summlerstelle 51 zugeführt wird. Die internen Verbindungen der nchlupfbegrenzungsschaltunf 99 sind in Fig. ^Jl gezeigt und werden nnäter beschrieben.

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- IH -

Wie bereits vorstehend ausgeführt wurde, bestimmt die Ausgangsgröße des Integrators 49 die Frequenz. Somit kann die Frequenz einfach auf die synchrone Motordrehzahl bezogen werden, so daß, sobald dem Motor einmal ein Frequenzwert zugeführt ist, auch ein Wert der synchronen Motordrehzahl existiert. Das Tachometer 57 liefert ein Signal, das der tatsächlichen Motordrehzahl proportional ist. Diese zwei Werte werden durch die Widerstünde 95 und 97 bemessen oder eingestellt, um sie zu ähnlichen Einheiten zu machen, und dann werden sie im Verstärker 93 subtrahiert. Der Verstärker ist so angeordnet, daß das eine über den Widerstand 97 zugeführte Eingangssignal invertier, t wird, während das andere, über den Widerstand 95 zugeführte Eingangssignal im normalen Zustand bleibt. Die dabei entstehende Ausgangsgröße aus dem Verstärker 93 ist ein Spannungssignal, das der Differenz zwischen der synchronen Motordrehzahl von dem Integrator H9 und der tatsächlichen Motordrehzahl von dem Tachometer 57 proportional ist. Dieses Ausgangssignal von dem Verstärker 93 wird der Schlupfbegrenzungsschaltung 99 zugeführt. Wenn das Spannungssignal von dem Verstärker 93 während einer Drehzahländerung einen Wert erreicht, der gleich der Kippdrehzahljdes Motors ist, muß die Eingangsgröße in dem Integrator *J9 auf einem Nullwert gehalten werden, um zu verhindern, daß sich die Frequenz der dem Motor 59 zugeführten Zyklonkonverter-Ausgangsgrtfße weiter verändert, und zwar so lange, bis der Motor in seinen Betriebsbereich (siehe Kästchen 25 in Fig. 1) zurückgekehrt ist. Sollte mit anderen Worten der Schlupf einen Wert erreichen, der bewirken würde, daß die tatsächliche Drehzahl des Motors gleich seiner Kippdrehzahl ist, dann erzeugt die Schlupfbegrenzungsschaltung unter dem Einfluß der Ausgangsgröße aus dem Verstärker 93 ein Signal, das verhindert, daß der

so
Integrator seine Ausgangsgröße schnell ändert, wie es die Ge-2 WcL ΠΑ S

s chwindigkeitsBcnaltung 67 erlaubt. Die Maximalschlupfschaltung 91 ist deshalb so lange nicht wirksam, wie der Motor nicht ein größeres Drehmoment als das Kippmoment entwickeln muß. An diesem Punkt setzt dann die Wirkung der Schlupfbegrenzunpisschaltung ein und verkleinert die Geschwindigkeit, mJt der die Frequenz des dem

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Motor zugeführten Wechselstrorif^verändert werden kann.

Es ist eine Schaltung· 121 mit der Bezeichnung "Spannung/Schwingung/Sek.-Kompensation" vorgesehen, um die dem Motor 59 zugeführte Spannung genügend zu vergrößern, um den Spannungsabfall über dem Rotorwirkwiderstand und der Rotorreaktanz zu kompensieren und zu überwinden, wenn die an den Motor angelegte Last vergrößert wird. Es sei bemerkt, daß sich auch der Schlupf vergrößert, wenn die Last erhöht wird. Deshalb kann der Schlupf dazu verwendet werden, die Größe der an den Motor angelegten Spannung zu verändern, um den zusätzlichen Schlupf zu kompensieren. Es ist auch möglich, leicht zu überkompensieren, wodurch eine Verstärkung in der Ausgangsgröße des Motors erzielt wird. Diese "Verstärkung kann über der gewöhnlichen Ausgangsgröße des Motorsliegen, für die er ausgelegt ist. Es ist unter gewissen Umständen möglich, den Motor für eine kurze Dauer um 50 % überzuerregen, um einen Hochleistungsantrieb zu erzielen und eine Motorreversierunf? oder Geschwindigkeitsänderungen in der kleinstmöglichen Zeit zu erlauben. Dies ist das allgemeine Prinzip un_.d die Punktion der Spannung/Schwingung/Sek.-Kompensationsschaltung 121, die nicht nur für eine Kompensation sorgt, wenn die Last ansteigt, sondern auch eine Überkompensation liefert, so daß der Motor am Kippmomentpunkt übererregt ist. Die Spannung/Schwingung/ Sek.-Kompensationsschaltung 121 enthält einen Invertierungsverstärker 123, einen Rückkooplungswiderstand 125, der zwischen den Ausgang und den Eingang des Verstärkers geschaltet ist, und einen Reiheneingangswiderstand 127, der mit dem Eingang des Verstärkers 123 verbunden ist, um das Ausgangssignal von dem Verstärker 93 der Maximalschlupfschaltung 91 aufzunehmen. Das von dem Verstärker 93 entwickelte Signal stellt den Schlupf dar (d.h. hier die Dif-r f'erenz zwischen der synchronen Drehzahl des Motors und seiner tatsächlichen Drehzahl).

Wenn das von dem Verstärker 93 entwickelte Signal eine positive

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Polarität aufweist, wird es auch durch eine Diode 129 hindurch und über einen Widerstand I3I zur Summierstelle 89 geleitet. Die Eingangsgröße der Sinuswellen-Vergleichsschaltung 63 wird dadurch proportional eingestellt. Es sei bemerkt, daß das von dem Verstärker 93 entwickelte Signal positiv ist, wenn die synchrone Motordrehzahl größer als die tatsächliche Drehzahl ist. Es besteht auch die Möglichkeit, daß die synchrone Drehzahl kleiner als die Motordrehzahl sein könnte. Ein derartiger Zustand besteht, wenn die Last den Motor antreibt, wie es beispielsweise bei einem Kran der Fall ist, wenn eine schwere Last abgesenkt wird. Wenn die synchrone Drehzahl kleiner ist als die Motordrehzahl, erzeugt der Verstärker 93 ein negatives Ausgangssignal, das über den Widerstand 127 zum Invertierungsverstärker 123 geleitet wird. Dieser Invertierungsverstärker erzeugt ein positives Signal, das über die Diode 132 und den Widerstand zur Summierstelle 89 geleitet wird. Somit ist das der Summierstelle 89 zugeführte Signal, das die Differenz zwischen der synchronen Drehzahl und der tatsächlichen Drehzahl des Motors darstellt, immer positiv ohne Berücksichtigung der Beziehung zwischen der synchronen Drehzahl und der tatsächlichen Drehzahl des Motors. Das positive Signal erhöht die Eingangsgröße in die Sinus· wellen-Vergleichsschaltung 63, wodurch bewirkt wird, daß der Zyklonkonverter 65 die Erregung des Motors 59 vergrößert.

Fig. 4 zeigt die inneren Komponenten der Schlupfbegrenzungsschaltung 99 gemäß Fig. 3. Vier Widerstände 171 bis 174 sind in Reihe geschaltet und haben an der Verbindungsstelle der Widerstände 173 und I74 einen Mittelanschluß 175. Der Knotenpunkt zwischen den Widerständen 171 und 173 ist mit der Kathode einer Diode I77 verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Knotenpunkt der Widerstände 172 und 174 mit der Anode einer Diode I79 verbunden. Die Kathode der Diode 179 ist mit der Anode der Diode 177 "verbunden und bildet den Ausgangsanschluß 181 der Schlupfbegrenzungsschaltung.

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Eine positive Sammelschiene 165 führt dem Widerstand 173 und der Kathode der Diode 177 über den Widerstand 171 Spannung zu. Eine negative Sammelschiene 167 legt über den Widerstand 172 eine Spannung an die Anode der Diode 179 und den Widerstand 174. Die Widerstände 173 und 174 sind miteinander verbunden und ihr Knotenpunkt 175 bildet einen Eingangsanschluß in die Schlupfbegrenzungsschaltung.

Die Widerstände 171 und 172 besitzen Impedanzwerte, die bezüglich der Impedanz der Widerstände 173 und 174 groß sind. Die Zusammenschaltung der Widerstände I7I bis 174 und der positlsren und negativen Sammelschienen 165 und I67 erzeugt einen konstanten Strom durch die Widerstände 173 und 17*1. Wenn der Schlupfbegrenzungsschaltung kein Eingangssignal zugeführt ist, liegt der Punkt auf Null-Potential und es wird kein Ausgangssignal erzeugt, da der positive Strom durch die Diode 177 und der negative Strom durch die Diode 179 gesperrt ist. An der Verbindungsstelle 182 zwischen den Widerständen I7I und 173 besteht ein positives Potential mit einem kleinen Wert von beispielsweise 1 Volt. Auf ähnliche Weise existiert an dem Verbindungspunkt I83 zwischen den Widerständen 172 undjl74 ein negatives Potential von ebenfalls 1 Volt.

Es sei nun angenommen, daß dem Punkt 175 ein positives Eingangssignal von weniger als 1 Volt zugeführt wird. Dieses Signal kann keinen Strom durch den Widerstand 173 erzeugen, da das positive Potential an dem Punkt l82 1 Volt beträgt. Deshalb ist dem Signalstrom durch den Widerstand 17*1 ein negatives Potential von I¹VoIt entgegengerichtet, das am Punkt I83 besteht. Durch die Diode 179 fließt kein Strom, da das Potential am Punkt I83 in bezug auf den Punkt 182 negativ ist, wodurch die Diode 179 in Verrichtung vorgespannt ist.

V/enn nun beispielsweise das Eingangs signal positiv ist und eine Orfiße von mehr als 1 Volt aufweist, wird der Punkt I83 positiv

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in bezug auf den Ausgangsanschluß am Punkt lßl und es fließt ein Strom durch die Diode 179. Infolgedessen erzeugt die Schaltung ein Ausgangssignal.

Wenn in ähnlicher Weise das Eingangssignal negativ ist und mehr als 1 Volt beträgt, wird der Punkt 181 negativ und es fließt ein Strom von dem Ausgangsanschluß 181 durch die Diode 177. Infolgedessen erzeugt die Schaltung ein Ausgangssignal. Die Eingangsspannung muß größer sein als der Spannungsabfall, der durch die Impedanz der Widerstände 173 und 17^ erzeugt wird, der in der vorstehenden Betriebsspezifikation willkürlich mit 1 Volt gewählt worden war, bevor ein Ausgangssignal erzeugt wird. Die Schlupfbegrenzungsschaltung ist so ausgelegt, daß sie keine Ausgangsspannung liefert, wenn der Motorschlupf innerhalb vorbestimmter Grenzen liegt, d.h. zwischen der synchronen Drehzahl und der Kippdrehzahl des Motors. Mit anderen Worten hat die Schaltung keinen Einfluß auf die Ausgangsfreauenz der Regelung, solange der Schlupf innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen bleibt.

In Fig. 3 1st die Zwischenschaltung 62 des Reglers so gezeigt, daß sie die Analog-/Impulsfolgeschaltung 61, die Sinuswellen-Vergleichsschaltung 63 und den Zyklonkonverter 65 umfaßt, um eine mehrphasige Wechselstromeinspeis.-'ung mit variabler Frequenz für den Motor 59 zu erzeugen. Der Spannungswert des somit erzeugten Wechselstromes und seine Frequenz werden konstant durch das System geregelt, das die Geschwindigkeitszwangsschaltung 67, die Maximalschlupfschaltung 91, die für eine konstante Spannung/ Schwingung/Sekunde sorgende Schaltung 81 und die Spannung/Schwingung/Sek.-Kompensationsschaltung 121 umfaßt. Die gezeigte Schaltungsanordnung liefert eine Einrichtung zur Regelung der Drehzahl eines mehrphasigen Induktionsmotors über einem Bereich von 1000 : 1 oder mehr. Unter Bedingungen mit geringeren Anforderungen gibt es viele verfügbare Zwischenschaltungen, die die

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Zwischenschaltung 62 gem. Pig. 3 ersetzen können. Eine der häufiger verwendeten Schaltungen ist beispielsweise die Oszillator- und Verstärkerschaltung 201, die in Fig. 5 gezeigt ist.

Fig. 5 zeigt, ohne daß sie auf eine derartige Anordnung zu begrenzen ist, eine Zweiphasen-Schaltung 201, die einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, der über einen Eingang 205 ein Spannungssignal vom Integrator 49 gem. Fig. 3 erhält. Der Oszillator erzeugt eine Vergleichswellenform von wechselnder Polarität, deren Frequenz der Größe der Eingangsspannung proportional ist. Die Ausgangswelle wird einem Leistungsverstärker 207 und einem Phasenschieber 209 zugeführt. In der Zweiphasenschaltung erzeugt der Phasenschieber 209 eine Verschiebung von 90° in bezug auf seine Eingangsfrequenz und führt diese Ausgangswelle einem zweiten Verstärker 211 zu. Die zwei Verstärker verstärken die Ausgangsgröße des spannungsgeregelten Oszillators 203 auf einen Leistungswert, der von dem Motor 213 gefordert wird. Der Motor ist ein Induktionsmotor ähnlich wie der in Fig. 3 gezeigte Motor 59 j bei dem die synchrone Drehzahl direkt proportional zu der an seine Eingangsklemmen angelegten Frequenz ist, so daß die Frequenz der durch den spannungsgeregelten Oszillator 203 erzeugten Ausgangswelle die synchrone Drehzahl des Motors bestimmt. Da die Hequenz der Ausgangswelle des spannungsgeregelten Oszillators 202 eine Funktion seiner Eingangsspannung ist, wird die synchrone Drehzahl des Motor^-s durch den Wert der Spannung am Eingang 205 des spannungsgeregelten Oszillators 203 geregelt.

In ähnlicher Weise wie bei der Zwischenschaltung 62 gem. Fig. 3 muß die im Motor durch die Zwischenschaltung 201 gem. Fig. 5 zugeführte Spannung als eine Funktion der Frequenz geregelt werden. Diese Funktion wird durch die für eine konstante Spannung/ Schwingung/Sekunde sorgende Schaltung 8l erfüllt, die in Fig. 3 gezeigt ist. Das durch diese Schaltung erzeugte Ausgangssignal wird dsn Verstärkern 207 und 211 zugeführt, wodurch die Verstärkung oder das Verhältnis von Ausgangs- zu Eingangs spannung mit den Frequenzänderunren eingestellt wird.

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Alle anderen Punktionen, wie z.B. diejenigen, die von der Maximalschlupfschaltung 91 und die Spannung/Schwingung/Sek.-Kompensationsschaltung 121 ausgeübt werden, deren Ausgangssignale der SummierstelIe ^9 der für eine konstante Spannung/ Schwingung/Sekunde sorgenden Schaltung 8l zugeführt werden, stellen die Verstärkung der Verstärker 207 und 211 ein. Eine Stromquelle 213 in Fig. 5, die der Stromquelle 60 in Fig. 5 ähnlich ist, liefert die Leistung-für die Verstärker 207 und 211, wodurch diese Verstärker für einen Wechselstrom sorgen, der dem Motor 213 in dem Maße zugeführt wird, das mit der Auslegung des Motors übereinstimmt.

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Claims

Patentansprüche

/Ty Drehzahlregelungsanordnung für einen Induktionsmotor, gekennzeichnet durch Mittel (41) zur Erzeugung eines Bezugssignals, das der gewünschten Motordrehzahl proportional ist, Mittel (57) zur Erzeugung eines Rückkopplungssignales, das der tatsächlichen Motordrehzahl proportional ist, auf das Bezugssignal und das Rückkopplungssignal ansprechende Mittel (49) zur Erzeugung eines zeitintegrierten Ausgangssignals, das der algebraischen Summe der Bezugs- und Rückkopplungssignale proportional ist, Mittel (61) zur Entwicklung eines Regelsignals, dessen Frequenz sich mit der GrSße des zeitintegrierten Ausgangssignales ändert, Mittel (91) zur Messung der Größe des Motorschlupfes und zur Erzeugung eines Begrenzungssignals, wenn der Schlupf einen vorbestimmten Wert erreicht hat, auf das Regelsignal ansprechende Mittel (62) zur Erzeugung einer periodischen Welle mit einer Frequenz, die der Frequenz des Regelsignals proportional ist und Mittel (65) zur Zuführung dieser periodischen Welle zum Motor (59) für eine Regelung seiner Drehzahl.

2. Drehzahlregelungsanordnung nach Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet , daß ferner Mittel (99) zur Geschwindigkeitsbegrenzung der Frequenzänderung des Regelsignales auf das Begrenzungssignal hin vorgesehen sind, so daß der Motorschlupf auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist.

3. Drehzahlregelungsanordnung naeh Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel (91) zur Messung des Motorschlupfes und zur Erzeugung des Begrenzungssignales Mittel zur Erzeugung eines Differenzsignales, das der Dif·» ferenz zwischen dem integrierten Ausgangssignal und dem

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Rückkopplungssignal proportional ist, Mittel zur Erzeugung eines dem maximalen zulässigen Motorschlupf proportionalen Signals und Mittel umfaßt zum Vergleich des Differenzsignales und des maximal zulässigen Schlupfsignales zur Erzeugung des Begrenzungssignals, wenn das Differenzsignal das maximale zulässige Schlupfsignal überschreitet.

¹I. Drehzahiregelungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ferner Mittel zur Reversierung der Richtung der Motorrotation als eine Funktion der Polarität des integrierten Ausgangssignales vorgesehen sind.

5. Drehzahlregelungsanordnung nanh Anspruch 1 ,dadurch gekennzeichnet , daß Mittel zur Einstellung der Amplitude der periodischen Welle als eine Funktion der Größe des aeitintegrierten Ausgangssignales vorgesehen sind.

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