DE2239897A1

DE2239897A1 - Einrichtung zur drehzahlregelung eines asynchronmotors

Info

Publication number: DE2239897A1
Application number: DE2239897A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl Ing Dr Boenig; Hermann Dipl Ing Waldmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-14
Filing date: 1972-08-14
Publication date: 1974-02-28
Also published as: CH557616A; FR2196547A1; CA1031818A; GB1424117A; US3934184A; DE2239897C2; JPS4959213A; FR2196547B1

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den 1¹^S. 1972 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str.

Unser Zeichen: VPA 72/3192 Hak/Or

Einrichtung zur Drehzahlregelung eines Asynchronmotors

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehzahlregelung eines Asynchronmotors, insbesondere eines asynchronen Drehstromlinearmotors, mit einem vermaschten Regelkreis. Bei einer gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 806 769 bekannten Drehzahlregeleinrichtung' für eine Asynchronmaschine wird als Hilfsregelgröße des vermaschten Regelkreises das Drehmoment der Maschine verwendet., wobei dieses mittels eines relativ komplizierten Istwertrechners unter Nachbildung der in der Maschine auftretenden Flüssen ermittelt wird. Zwar ist hier der für eine optimale Regelung erforderliche lineare Zusammenhang zwischen der Haupt- und Hilfsregelgröße gegeben, die Verwendung des Istwertrechners bedingt jedoch einen nicht unerheblichen Aufwand.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei Einrichtungen der eingangsgenannten Art auf einfachere Weise das Moment bzw. die Zugkraft in lineare Abhängigkeit von der Ausgangsgröße des überlagerten Drehzahlreglers abhängig zu machen. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen dem Drehzahlregler unterlagerten Wirkleistungsregler, der einem Stellglied für die Motorspannung oder dem Motorstrom zugeordnet ist. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß bei konstanter Primärfrequenz und in der Regel vernachlässigbarem Schlupf die von der Asynchronmaschine aufgenommene Leistung praktisch direkt dem Drehmoment, bzw. für den Fall eines asynchronen Drehstromlinearmotors der Zugkraft proportional ist und deshalb mit guter Näherung zur unterlagerten Momenten- bzw. Zugkraftregelung herangezogen werden kann..

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Da bei der Erfüllung des vom Drehzahlregler vorgegebenen Wirkleistungsbefehls der Motorstrom an sich unbeachtet bliebe, ist es zweckmäßig', zur Verhinderung einer thermischen Überlastung der Waschine gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine dem Stellglied vorgeordnete Minimalwertschaltung vorzusehen, welche eingangsseitig mit dem Ausgang des Wirkleistungsreglers und dem Ausgang eines Strombegrenzungsreglers verbunden ist.

Für den Antrieb drehzahlgeregelter Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge, wie sie zur Personen- und Güterbeförderung verwendet werden und in zunehmendem Maße das Einsatzgebiet asynchroner Drehstromlinearmotoren darstellen, erweist es sich als zweckmäßig, für eine Ruckbegrenzung zu sorgen, "was gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch geschehen kann, das für den Sollwert des Leistungsreglers eine gleitende Sollwertvorgabe vorgesehen ist. Zur Verhinderung von Pendelungen der Istgeschwindigkeit beim Ausregeln einer Regelabweichung besteht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Drehzahlregeleinri'chtung darin, daß der Drehzahlregelverstärker über eine Minimalwertschaltung den Eingang eines den Sollwert für den Leistungsregler liefernden Hochlaufreglers beaufschlagt, kapazitiv-ohmisch mit dem Ausgangssignal des Hochlaufreglers gegengekoppelt ist und daß die Minimalwertschaltung eingangsseitig noch mit dem Ausgang eines Begrenzungsreglers verbunden ist, dessen Istwert das Ausgangssignal des Leistungsreglers ist.

Für manche Anwendungsfälle kann es sich als erforderlich erweisen, einen unmittelbaren Zugriff auf das von dem Motor zu liefernde Drehmoment bzw. die Zugkraft zu haben und auch hier zweckmäßigerweise die der Schonung des Antriebs bzw. des zu befördernden Gutes dienende Ruckbegrenzung beizube-

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halten. Dies erfolgt nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch, daß der Sollwerteingang des Leistungs- . reglers auf den Ausgang eines weiteren Hochlaufreglers umschaltbar und der Eingang dieses Hochlaufreglers von einer einstellbaren Gleichspannung beaufschlagt ist.

Um einen rucklosen Übergang von der Geschwindigkeitsregelung auf die Momentenregelung zu gewährleisten, erweist es sich weiterhin als zweckmäßig, einen Abgleichregler vorzusehen, dem eingangsseitig die Ausgangssignale der beiden Hochlaufregler subtraktiv zugeführt sind und dessen Ausgang umschaltbar ist auf den Eingang des nicht im Eingriff befindlichen Hochlaufreglers.

Die Erfindung sei nachstehend anhand eines Blockschaltbildes näher veranschaulicht. Ein asynchroner Drehstromlinearmotor 1 wird aus einem Drehstromnetz 2'über einen Drehstromsteller 3 gespeist. Der Steuersatz 4- des Drehstromstellers wird über eine Minimalwertschaltung 5 vom Ausgang eines Wirkleistungsreglers 6 beaufschlagt. Der Istwert TT des Wirkleistungsreglers 6 besteht in dem Ausgangssignal eines Wirkleistungsmeßgerätes 7, welches aus den ihm eingangsseitig zugeführten, an entsprechenden Wandlern 8 und 9 abgenommenen, dem Motorstrom i bzw. der Motorspannung u proportionalen Größen eine der aufgenommenen Wirkleistung des Linearmotors entsprechenden Wert bildet. Die am Stromwandler 8 abgegriffene, dem Maschinenstrom proportionale Größe.dient nach ihrer Gleichrichtung in einem Gleichrichter 10 als Istwert eines Strombegrenzungsreglers 11, dessen Sollwert in einer konstanten dem zulässigen Maximalstrom der Maschine entsprechenden Spannung I* ist. Der Ausgang des Strombegrenzungsreglers 11 ist dem zweite^ Eingang der Minimalwertschaltung zugeführt. Eine derartige, in an sich bekannter Weise aus Dioden aufgebaute Minimalwertschaltung

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sorgt dafür, daß von zwei Eingangssignalen jeweils nur das betragsmäßig kleinere Eingangssignal an ihrem Ausgang zur Wirkung kommt. Überschreitet also der Maschinenstrom die durch den Sollwert des Strombegrenzungsreglers 11 festgelegte Größe, dann wird das Ausgangssignal dieses Strombegrenzungsreglers laufend kleiner und reduziert dadurch das Ausgangssignal der Minimalwertschaltung solange, bis der Maschinenstrom gleich oder kleiner als der zulässige Maximalstromwert I* ist. Der Sollwert N* des Wirkleistungsreglers 6 wird in der dargestellten Stellung des Umschalters 12 vom Ausgang eines Hochlaufreglers 13 geliefert. Hochlaufregler dienen zur gleitenden Sollwertvorgabe und sind beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift 1 126 487 bekannt. Bei ihnen sucht das Ausgangssignal stets den Wert des Eingangssignals zu erreichen, jedoch mit einer bestimmten, vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit, welche den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden kann. Der Eingang des Hochlaufreglers 13 wird über eine zweite Minimalwertschaltung 14 vom Ausgangssignal eines Drehzahlregelverstärkers 15 beaufschlagt, dem eingangsseitig die Differenz zwischen einem vorgegebenen Geschwindigkeitssollwert v* und einer von einem Geschwindigkeitsgeber 16 gelieferten , der Istgeschwindigkät des Linearmotors 1 proportionalen Größe ν beaufschlagt ist. Der Ausgang des Hochlaufreglers ist über die Reihenschaltung eines Widerstandes 17 und eines Kondensators 18 auf den Eingang des Drehzahlregelverstärkers 15 gegengekoppelt. Die Drehzahlregelung erhält dadurch IP-Verhalten.

Zum Verhindern eines Überschwingens der Istgeschwindigkeit über den vorgegebenen Sollwert v*, ist ein Stellgrößenbegrenzungsregler 19 vorgesehen, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der Minimalwertschaltung 14 verbunden ist und - analog zu der bereits beechriebenen Wirkungsweise

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der Minimalwertschaltung 5 - die am Ausgang der Minimalwertschaltung 14 wirksam.e Spannung solange heruntersetzt, bis die Ausgangsspannung des Leistungsreglers 6 gleich oder unterhalb der dem Begrenzungsregler 19 als Sollwert vorgegebenen konstanten Spannung U^ ist. Der im Stellgrößenbegrenzungsregelkreis wirksame Hochlaufregler 13 sorgt im Verein mit einem gegebenenfalls beim Regler 19 vorgesehenen Integralanteil dafür, daß die durch die Sollwertspannung υ,, vorgenommene Begrenzung weich einsetzt und die Ausgangsspannung des Leistungsreglers kurzzeitig auch größer werden kann als es diesem Begrenzungswert entspricht.

Für viele Anwendungsfälle, beispielsweise beim Rangierbetrieb von Lokomotiven oder z.B. bei Achswicklerantrieben besteht der Wunsch nach einer unmittelbaren Vorgabe der Zugkraft. Hierzu kann der mit 12 bezeichnete Umschalter in seine andere, nicht dargestellte Stellung gebracht werden, wobei der Istwerteingang des Stellgrößenbegrenzungsreglers 19 abgetrennt und der Sollwerteingang des Wirkleistungsreglers 6 vom Ausgang des Hochlaufreglers 13 auf den Ausgang des Hochlaufreglers 20 umgeschaltet wird. Der Hochlaufregler 20 wird dabei eingangsseitig von einer mittels eines Potentiometers 21 einstellbaren Gleichspannung beaufschlagt, welche nunmehr den Sollwert des Wirkleistungsreglers 6 bildet und somit die Zugkraft des Linearmotors 1 vorgibt. Pur den Fall, daß statt eines Linearmotors eine rotierende Asynchronmaschine verwendet würde, könnte man bei dieser Variante das Drehmoment derselben unmittelbar vorgeben.

Es ist weiterhin ein Abgleichregler 22 vorgesehen, dem die Aufgabe zukommt, das Ausgangssignal des gerade nicht im Eingriff befindlichen Hochlaufreglers 13 bzw. 20 dem Ausgangssignal des im Eingriff befindlichen Hochlaufreglers anzugleichen. Hierzu werden dem Eingang des Abgleichreglers

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die Ausgangssignale der beiden Hochlaufregler 13 und 20 subtraktiv zugeführt, woraufhin der Abgleichregler seine Ausgangsgröße und damit die Eingangsgröße des gerade nicht im Eingriff befindlichen Hochlaufreglers solange verändert, bis eine Übereinstimmung zwischen seinen beiden Eingangsgrößen herbeigeführt ist. Dadurch kann zu beliebigen Zeiten eine Umschaltung von der Momentenregelung auf die Geschwindigkeitsregelung und umgekehrt vorgenommen werden, ohne daß der Antrieb einen Ruck erfährt.

6 Patentansprüche

1 Figur

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Claims

- 7 Patentansprüche

1J Einrichtung zur Drehzahlregelung eines mit konstanter Frequenz gespeisten Asynchronmotors, insbesondere eines asynchronen DrehBtromlinearmotors,mit einem vermaschten Regelkreis, gekennzeichnet durch einen dem Drehzahlregler unterlagerten Wirkleistungsregler (6) der einem Stellglied

für (3) für die Motorspannung oder/den Motorstrom zugeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dem Steilglied (3) vorgeordnete Minimalwertschaltung (5), welche eingangsseitig mit dem Ausgang des Wirkleistungsreglers (6) und dem Ausgang eines Strombegrenzungsreglers (11) verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Sollwert des Leistungsreglers (6) eine gleitende Sollwertvorgabe vorgesehen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregelverstärker (15) über eine Minimalwertschaltung (14) den Eingang eines den Sollwert für den Leistungsregler (6) liefernden Hochlaufreglers (13) beaufschlagt, kapazitiv-ohmisch mit dem Ausgangssignal des Hochlaufreglers gegengekoppelt ist und daß die Minimalwertschaltung eingangsseitig noch mit dem Ausgang.eines Begrenzungsreglers (19) verbunden ist, dessen Istwert das Ausgangssignal des Leistungsreglers (6) ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwerteingang des Leistungsreglers (6) auf den Ausgang eines weiteren Hochlaufreglers (20) umschaltbar und der Eingang dieses Hochlaufreglers von einer einstellbaren Gleichspannung beaufschlagt ist.

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6. Einrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5» gekennzeichnet durch einen Abgleichregler (22), dem eingangsseitig die Ausgangssignale der beiden Hochlaufregler (13, 20)
subtraktiv zugeführt sind und dessen Ausgang umschaltbar ist auf den Eingang des nicht im Eingriff befindlichen Hochlaufregiere.

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