DE2329582A1

DE2329582A1 - Stabilisierungsmittel fuer einen wechselstrom-motorantrieb

Info

Publication number: DE2329582A1
Application number: DE2329582A
Authority: DE
Inventors: William Knight Boice
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-13
Filing date: 1973-06-09
Publication date: 1974-01-03
Also published as: ES414800A1; AU5571173A; AU474285B2; JPS4962918A; JPS539367B2; GB1413704A; IT992599B; US3764872A

Description

Or. Horst Schüler

Patentanwalt
6 Frankfurt/Main 1

Niddastr. 52

8. Juni 1973 Vo/cs.

2388-21-SV-4O2

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y., U.S.A.

Stabilisierungsmittel für einen Wechselstrom-Motorantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstrom-Antriebssysteme einstellbarer Drehzahl und insbesondere auf die Ausnutzung der realen oder gleichphasigen Komponente des Motorstromes für die Stabilisierung des Antriebssystems.

Es ist bekannt, daß Wechselstrommotoren, wie beispielsweise Induktionsmotoren, Synchronmotoren und Reluktanz-Synchronmotoren, häufig instabil sind, wenn sie bei einer bestimmten Frequenz oder einem Frequenzbereich mit einer bestimmten Lastträgheit betrieben werden. Diese Tendenz von Wechselstrom-Motoren, um eine stationäre Drehzahl zu schwingen bzw. zu pendeln, ist am stärksten betont, wenn die Motoren bei relativ niedrigen Frequenzen arbeiten. In einem Fall wurde gefunden, daß ein Reluktanz-Synchronmotor, der bei einer Frequenz von 68 Hz und einer synchronen Drehzahl von

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1360 U/min im wesentlichen st2bil ist, Drehzahlpendelungen von nicht weniger als 65 U/min bei einer Pendelfrequenz (hunting frequency) von etwa 5 Hz zeigt, wenn er bei einer Frequenz von 7,5 Hz und einer synchronen Drehzahl von 150 U/min betrieben wird. In anderen Antriebssystemen ist häufig eine Instabilität unter leichten Lastbedingungen in einem Frequenzbereich von 10 - 20 Hz beobachtet worden.

In der Vergangenheit sind Wechselstrom-Motoren in großem Umfang in Antriebssystemen mit konstanter Drehzahl verwendet worden, in denen der Motor mit einer elektrischen Wechselstrom-Leistung bei einer festen Frequenz gespeist wird, wobei der Motor für einen stabilen Betrieb bei dieser festen Frequenz ausgelegt ist. Aus verschiedenen Gründen gewinnen jedoch Antriebssysteme veränderlicher Drehzahl unter Verwendung von Wechselstrommotoren Bedeutung, die mit einer Leistung einstellbarer Frequenz und Spannung aus einer geeigneten Leistungswandler-Einrichtung gespeist werden, wie beispielsweise einem Inverter oder Zyklo-Konverter. In einem Wechselstrom-Motorantriebssystem einstellbarer Drehzahl sollte der Motor in der Lage sein, über einem extrem breiten Frequenzbereich und über einem weiten Lastbereich zu arbeiten. Bisher sind jedoch Schwierigkeiten dahingehend aufgetreten, daß die gewünschten Bereiche der Drehzahl- und Lastbedingurigen häufig Betriebsbedingungen einschließen, in denen der Wechselstrommotor grundsätzlich instabil ist. Es ist deshalb höchst erstrebenswert, daß Mittel geschaffen werden, die einen stabilen Betrieb der Wechselstrom-Motorantriebe über breiten Drehzahl- und Lastbereichen sicherstellen. Insbesondere ist es wünschenswert, daß wirksame Stabilisierungsmittel für Wechselstrom-Antriebssysteme variabler Frequenz geschaffen werden, die Impulsbreiten-modulierte Inverter des Typs verwenden, der in der deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 beschrieben ist. Die vorliegende Erfindung wird zwar in Verbindung mit einem Antriebssystem der in der vorgenannten Offenlegungsschrift beschriebenen Art soweit beschrieben, wie es

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für ein vollständiges und umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig ist, ein darüberhinausgehendes Verständnis derartiger Inverterschaltungen kann jedoch aus der vorgenannten Offenlegungsschrift erhalten werden.

Es ist demzufolge eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Mittel zur Stabilisierung des Betriebes von Wechselstrommotoren zu schaffen, die in Wechselstrom-Motorantriebssystemen einstellbarer Drehzahl verwendet werden.

Ferner sollen verbesserte Mittel geschaffen werden, die einen stabilen Betrieb von Wechselstrom-Motorantrieben über einem breiten Bereich von Drehzahl- und Lastbedingungen zulassen.

Weiterhin sollen verbesserte Mittel zur Stabilisierung von Inverter-Antriebssystemen des Typs geschaffen werden, die in der deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 beschrieben sind.

Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Stabilisierung für Wechselstrom-Antriebssysteme einstellbarer Drehzahl in einer relativ einfachen und ökonomischen Weise zu schaffen, die keine größeren Modifikationen in der Leistungswandlereinrichtung und ihrer Steuervorrichtung erfordert.

Erfindungsgemäß wird, kurz gesagt, eine Stabilisierungseinrichtung zum Dämpfen der Motordrehzahlpendelungen um eine stationäre Motordrehzahl geschaffen für ein Wechselstrom-Motorantriebssystem mit einstellbarer Drehzahl, das eine Leistungswandlereinrichtung zur Umwandlung einer elektrischen Gleichstromleistung in eine Wechselleistung einstellbarer Frequenz und Spannung, einen Wechselstrommotor, der mit der Leistungswandlereinrichtung zur Aufnahme elektrischer Leistung von dieser gekoppelt ist, und eine Steuereinrichtung mit einer Frequenz- und Spannungsregelung zur Regelung der Frequenz und Spannung der dem Motor augeführten

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Wechselleistung aufweist. Die Stabilisierungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält Mittel zur Erzeugung eines gleichphasigen Signales, das proportional ist zum Ausgangsstrom der Leistungswandlereinrichtung, der mit der Ausgangsspannung gleichphasig ist, und ferner eine Rückkopplungsanordnung, die auf das gleichphasige Signal anspricht, um ein Stabilisierungssignal zu erzeugen, das dem gleichphasigen Signal proportional und in bezug auf dieses phasenverschoben ist. Die Rückkopplungsanordnung ist wahlweise mit der Frequenzsteuerung oder der Spannungssteuerung gekoppelt, um diesen das Stabilisierungssignal als ein Eingangssignal zuzuführen. Wenn die Rückkopplungsanordnung mit der Spannungssteuerung gekoppelt ist, hat sie eine derartige Verstärkung, daß eine Vergrößerung im gleichphasigen Signal zu einer Vergrößerung in der Ausgangsspannung des Leistungswandlers führt. Wenn die Rückkopplungsanordnung mit der Frequenzsteuerung gekoppelt ist, hat sie eine derartige Verstärkung, daß eine Vergrößerung im gleichphasigen Signal eine Verkleinerung der Ausgangsgrundfrequenz der Leistungswandlereinrichtung zur Folge hat. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Rückkopplungsanordnung durch kapazitive und widerstandsbehaftete Elemente gebildet, die zwischen der das gleichphasige Eingangssignal erzeugenden Anordnung und der Frequenz- oder Spannungsregelung in Reihe geschaltet sind. Durch ein weiteres Merkmal der Erfindung wird die stabilisierende Rückkopplungsanordnung in ihrem Betrieb gedämpft, wenn der Motor bei einer im wesentlichen stationären Drehzahl arbeitet, und die stabilisierende Rückkopplungsanordnung wird betätigt in Verbindung mit IR-Kompensationsmitteln, die während eines Motorbetriebes bei einer im wesentlichen konstan ten Drehzahl auf das gleichphasige Signal ansprechen.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

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Fig. 1 ist ein Blockbild von einem Wechselstrom-Antriebssystem mit der erfindungsgemässen Stabilisierungsanordnung.

Fig. 2 ist eine genauere Darstellung von einem Abschnitt des Wechselstrom-Antriebssystems gemäss Fig. 1, in der die Stabilisierungsanordnung mit der Spannungsregelungseinrichtung verbunden gezeigt ist.

Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 2, in der die Stabilisierungsanordnung als mit der Frequenzregelungseinrichtung verbunden gezeigt ist.

In Fig. 1 ist ein Wechselstrom-Motoräntriebssystem des in der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 beschriebenen Typs in Blockbildform dargestellt. Genauer gesagt enthält das dargestellte Antriebssystem einen dreiphasigen Wechselstrom-Reluktanz-Synchronmotor 10, der mit einer elektrischen Leistung variabler Frequenz und Spannung aus einer Leistungswandlereinrichtung 12 über Phasenleiter A, B und C gespeist wird. Die Leistungswandlereinrichtung 12 umfasst eine Inverterschaltung des Impulsbreiten-modulierten Typs zur Umformung einer Gleichstromleistung aus einer Gleichstromquelle 14 in eine mehrphasige Wechselleistung variabler Frequenz und Spannung. Wie in der vorgenannten Offenlegungsschrift beschrieben ist, enthält die Inverterschaltung der Leistungswandlereinrichtung 12 torgesteuerte Gleichrichtervorrichtungen, wie beispielsweise steuerbare Siliciumgleichrichter oder Gasthyratrons, die in einer vorbestimmten Folge und für Zeitperioden leitend sind, die durch Zündimpulse bestimmt werden, welche den steuerbaren Gleichrichtern aus einer Steuereinrichtung 16 zugeführt werden. Ein umfassendes Verständnis der Grundprinzipien der Wirkungsweise der·Inverterschaltung und ihrer Steuereinrichtung 16 kann aus der vorgenannten Offenlegungsschrift erhalten werden.

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Wechselstrom-Antriebssystem erzeugt die Steuereinrichtung 16 Zündimpulse in der vorgeschriebenen Sequenz bei einer Geschwindigkeit, die durch die Größe und Polarität verschiedener Eingangssignale bestimmt wird, zu denen ein Referenzsignal von einer Quelle 20, das eine gewünschte Motordrehzahl angibt, und erfindungsgemäß ein Stabilisierungssignal gehören, das durch Stabilisierungsmittel 22 erzeugt wird, wenn die Drehzahl des Motors 10 um die Drehzahl schwingt bzw. pendelt, die durch das Referenzsignal gefordert wird. In der Praxis wird die Steuereinrichtung 16 auch mit einem oder mehreren Rückkopplungs-Signalen gespeist, wie beispielsweise einem IR-Kompensationssignal, das von einer IR-Kompensationsschaltung 26 zugeführt wird. Die Grundfunktion der Steuereinrichtung 16 besteht darin, auf das Referenzsignal aus der Quelle 20 hin das Stabilisierungssignal, das gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, und die anderen Eingangssignale, Zündsignale zu erzeugen, um sie bei Grund- und Zerhackergeschwxndigkeiten an die steuerbaren Gleichrichter des Pulsbreiten-modulierten Inverters 12 abzugeben, um die Frequenz und Spannung der Ausgangsleistung aus dem Inverter 12 so zu steuern bzw. zu regeln, daß der Motor 10 bei der stationären Drehzahl arbeitet, die durch das Referenzsignal gefordert wird.

Bevor auf die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung eingegangen wird, wird die Steuereinrichtung 16 anhand der schematischen Darstellungen in den Figuren 2 und 3 näher betrachtet. Die Steuereinrichtung 16 spricht auf das Befehlssignal 20, das Stabilisierungssignal auf der Stabilisierungsanordnung 22 und die anderen Signale an, um die Grundfrequenz der dem Motor 10 zugeführten Wechselleistung, die im Zeitverhältnis gesteuerte Umschaltoder Zerhackerfrequenz und das Verhältnis der "Ein-" und "Aus-" Zeiten für die im Zeitverhältnis gesteuerte Regelung der Höhe der Ausgangsspannung zu bestimmen. Die Ausgangsfrequenz und die Zerhackerfrequenz (chopping frequency) des Inverters werden durch

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einen Frequenzgenerator 30 ermittelt. Eine Zeitverhältnissteuerungs-Regelschaltung 32 bestimmt die Höhe der Ausgangsspannung der Inverterschaltung, indem sie die relativen "Ein-" und "Aus-" Zeiten der Laststrom führenden steuerbaren Gleichrichter bestimmt. Eine Zündsteuerschaltung 34 spricht sowohl auf den Frequenzgenerator 30 als auch auf die Zeitverhältnis-Regelschaltung 32 an, um die steuerbaren Siliciumgleichrichter der Inverterschaltung 12 gemäß den Ausgangsgrößen des Frequenzgenerators 30 und der Regelschaltung 32 zu zünden.

Das Befehlssignal kann aus ,jeder Quelle 20 erhalten werden, die zur Angabe einer gewünschten Drehzahl für den Motor 10 zweckmäßig ist. Sie ist mit einem Befehlsverstärker 36 über Leiter und 40 gekoppelt, die zum Frequenzgenerator 30 bzw. der Zeitverhältnissteuerungs-Regelschaltung 32 führen. Die Ausgangsgröße des Befehlsverstärkers 36 kann nicht nur durch das Befehlssignal sondern auch durch verschiedene andere Signale beeinflußt werden.

Die allgemeine Wirkungsweise der Steuereinrichtung 16 und ihrer Komponenten 30, 32, 34 und 36 wird im folgenden beschrieben, soweit es für ein klares und umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Falls aus irgendeinem Grund eine genauere Beschreibung der Komponenten und ihrer "Wirkungsweisen gewünscht wird, so wird auf die bereits genannte deutsche Offenlegungsschrift P 21 51 589 verwiesen.

In Wechselstrom-Antriebssystemen mit einstellbarer Drehzahl des in Fig. 1 dargestellten allgemeinen Typs werden Motordrehzahlpendelungen um die Drehzahl, die von dem Befehlssignal aus der Referenzquelle 20 gefordert werden, auf einfache Weise erkennbar aus einer Anzahl elektrischer Parameter des Systems. Beispielsweise wird die Pendelfrequenz (hunting frequency) deutlich aus

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Spannungs- und Stromänderungen in der Gleichstromverkettung zwischen der Gleichstromquelle 14 und der Leistungswandlereinrichtung 12. Für den Fachmann hat sich bereits die Möglichkeit gezeigt, eine gewisse Größe abzutasten, die sich in Abhängigkeit von Änderungen in der Motordrehzahl ändert, und diese Größe in einer Rückkopplungsschaltung als ein Stabilisierungssignal zu verwenden. Die vorliegende Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, daß die reale oder gleichphasige Komponente des dem Motor zugeführten Wechselstromes ein besonders empfindlicher Indikator der MotorInstabilität ist, und sie schafft Mittel, um die reale Komponente abzutasten und auszunutzen zur Einstellung der Ausgangsleistung der Leistungswandlereinrichtung, so daß eine sichere Dämpfung erreicht wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet die vorliegende Erfindung einen Detektor 46 für gleichphasigen Strom zur Erzeugung eines gleichphasigen Ausgangssignales, das dem Ausgangsstrom aus der Leistungswandlereinrichtung 12 über die Phasenleiter A, B und C zum Motor 10 proportional ist, welcher mit der Ausgangsspannung gleichphasig ist. Für ein umfassenderes Verständnis von einem Ausführungsbeispiel des gleichphasigen Stromdetektors 46 für das in Fig. 1 dargestellte mehrphasige Antriebssystem wird auf die deutsche Offenlegungsschrift P 22 25 609 verwiesen. Wie dort ausführlicher erläutert ist, wird der Stromdetektor 46 auf einem Leiter 47 von der Steuereinrichtung 16 mit Signalen, die gleichphasig mit den Motorphasenspannungen sind, und aus Stromwandlern 48, 50 und 52 mit Signalen gespeist, die den tatsächlichen Phasenströmen proportional und mit diesen gleichphasig sind. Der Stromdetektor 46 spricht auf diese Eingangssignale an, um auf dem Leiter 54 ein zusammengesetztes Ausgangssignal zu erzeugen, das der Summe der gleichphasigen Stromkomponenten proportional ist. Es ist für Wechselstrom-Antriebssysteme höchst wünschenswert, die gleichphasigen Stromkomponeriten abzutasten, da die

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gleichphasigen Komponenten die eine Polarität während des Motorbetriebes und die entgegengesetzte Polarität während des Generatorbetriebes aufweisen. In einem dreiphasigen System, wie es hier dargestellt ist, ist das gleichphasige Signal auf dem Leiter 54 im wesentlichen ein Konstantwert-Gleichstromsignal, wenn der Motor 10 mit einer konstanten Drehzahl ohne Pendelung arbeitet, wobei das Signal einen relativ kleinen Welligkeitsgehalt bei einer Frequenz aufweist, die mehrere Male größer ist als die Ausgangsgrundfrequenz des Inverters 12. Auf Wunsch kann eine geeignete Filterschaltung vorgesehen sein, um die Welligkeit höherer Frequenzen zu glätten. Im Falle eines einphasigen Antriebssystems wird der Welligkeitsgehalt wesentlich stärker sein und eine geeignete Filtereinrichtung wird höchst erstrebenswert sein, um die Welligkeit zu glätten, so daß das gleichphasige Signal einen im wesentlichen festen Gleichstromwert aufweisen wird, wenn der Motor 10 bei einer konstanten Drehzahl stabil arbeitet. Auch wenn der Stromdetektor 46 eine Filtereinrichtung zum Glätten des WeI-ligkeitsgehaltes bei Frequenzen, die gleich oder größer als die Grundfrequenz der dem Motor 10 zugeführten elektrischen Leistung ist, aufweisen kann, so sollte die Filtereinrichtung so ausgewählt sein, daß die Schwingungen in dem gleichphasigen Signal, das bei kleineren Frequenzen als der Grundfrequenz auftritt, nicht gesperrt werden.

Das gleichphasige Signal, das durch den Stromdetektor 46 erzeugt und von dort auf den Leiter 54 gegeben wird, variiert mit Änderungen der Drehzahl des Motors 10. Der Stromdetektor 46 weist dabei eine derartige Ansprechgeschwindigkeit auf, daß Drehzahlpendelungen des Motors um die durch das Befehlssignal geforderte Drehzahl abgetastet und durch entsprechende Schwingungen in dem gleichphasigen Signal angezeigt werden. Diese Pendelschwingungen treten bei Frequenzen auf, die wesentlich kleiner als die Grundfrequenz sind, und sie werden somit duich irgendeine Filtereinrichtung hindurchgelassen, die zu dem Stromdetektor 46 gehört.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das gleichphasige Signal auf dem Leiter 54 der Stabilisierungsanordnung 22 über einen Leiter 56 zugeführt, wobei die rückkoppelnde Stabilisierungsanordnung 22 auf das gleichphasige Signal hin wirksam wird, um ein Stabilisierungssignal in Abhängigkeit von Schwingungen in dem gleichphasigen Signal zu erzeugen, das aus entsprechenden Drehzahlpendelungen des Motors resultiert. Genauer gesagt ist die Stabilisierungsanordnung 22 eine Rückkopplungsschaltung, die auf die Schwankungen bzw. Änderungen in dem gleichphasigen Signal anspricht, indem sie ein Stabilisierungssignal erzeugt und dem Leiter 58 zuführt, in dem Schwingungen enthalten sind, die den Schwingungen in dem gleichphasigen Signal proportional, jedoch relativ zu den Schwingungen in dem gleichphasigen Signal phasenverschoben sind. Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, ist die Rückkopplungsanordnung 22 eine Voreilschaltung, die einen Widerstand 60 und eine Kapazität 62 aufweist, die zwischen dem Eingangsleiter 56 und dem Ausgangsleiter 58 in Reihe geschaltet sind, wobei die Werte des Widerstandes 60 und der Kapazität 62 so ausgewählt sind, daß sie die Verstärkung und die Größe der Phasenverschiebung einstellen, die für eine maximale Stabilität des Antriebssystems erforderlich sind. Wenn der Motor 10 bei einer konstanten Drehzahl arbeitet, ist das dem Rückkopplungsnetzwerk 22 zugeführte gleichphasige Signal ein Gleichstromsignal konstanter Höhe; unter diesen Bedingungen sperrt der Kondensator 6?.. und dem Leiter 58 wird kein Stabilisierungssignal zugeführt. Wie es in der deutschen Offenlegungsschrift P 22 25 609 beschrieben ist, kann das gleichphasige Signal auf dem Leiter 54 auch für andere Steuer- bzw. Regelfunktionen verwendet werden, wozu, aber nicht ausschließlich die IR-Kompensation gehört. Wie in den Figuren 1-3 dargestellt ist, wird das gleichphasige Signal auch über einen Leiter 66 zu einer IR-Kompensationsschaltung 26 geleitet, die während des stationären Betriebes des Antriebssystems für eine IR-Kompensation sorgt, indem ein Signal, das dem

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gleichphasigen Signal auf den Leitern 54 und 66 proportional ist, über einen Leiter 70 zum Spannungsregler 32 der Steuereinrichtung 16 geliefert wird. Auf Wunsch können Dämpfungsmittel für Schwingungen in dem gleichphasigen Signal aufgrund von Drehzahlinstabilitäten des Motors vorgesehen sein. Dies kann dadurch geschehen, daß eine geeignete Filtereinrichtung vorgesehen ist zum Ausfiltern von Pendelschwingungen niedriger Frequenz. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, kann dies auf einfache Weise durch Widerstände 72 und 74, die zwischen Leitern 66 und 70 in Reihe geschaltet sind, und einen Kondensator 76 geschehen, der den Knotenpunkt 75 mit einem gemeinsamen Punkt 77 verbindet. Dem Fachmann stehen aber auch andere Dämpfungsanordnungen zur Verfügung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das durch die Stabilisierungsschaltung 22 erzeugte Stabilisierungssignal der Steuereinrichtung 16 als ein Steuersignal zugeführt. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann der Leiter 58 mit der Spannungs- oder Zeitverhältnissteuerungs-Regelschaltung 32 verbunden sein, um die Ausgangsspannung des Inverters 12 in Abhängigkeit von Schwankungen im Stabilisierungssignal einzustellen. In einem derartigen Fall wird die Verstärkung der Schaltung 22 so gewählt, daß das Stabilisierungssignal eine Vergrößerung der Ausgangsspannung des Inverters oder der Leistungswandlereinrichtung 12 auf eine Änderung in der Motordrehzahl hin bewirkt, die eine Vergrößerung in dem gleichphasigen Signal zur Folge hat. In ähnlicher Weise führt eine Änderung der Motordrehzahl, die eine Verkleinerung des gleichphasigen Signals bewirkt, zur Erzeugung eines Stabilisierungssignales, das eine Verkleinerung der Ausgangsspannung fordert. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Schaltung 22 eine positive Verstärkung auf; für den Fachmann ist jedoch klar, daß die Auslegung der Steuerschaltung 16 und des Spannungsreglers 32 auch so sein kann, daß eine negative Verstärkung zweckmäßig ist. Eine derartige negative Verstärkung kann selbstverständlich durch die Verwendung geeigneter invertierender Vorrichtungen geschaffen wer-

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den, un die Polarität des Stabil isierungssigr.a les umzukehren.

In Fig. 3 ist auch die alternative Zufuhr des Stabilisierungssignales über den Leiter 58 zum Frequenzgenera tor 30 der Steuereinrichtung 16 dargestellt, um die Grundfrequenz der dem Motor zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit von Änderungen oder Schwankungen im Stabilisierungssignal zu verändern. In diesen Ausführungsbeispiel ist die Verstärkung der Schaltung 22 so gewählt, daß das Stabilisierungssignal eine Verkleinerung der Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit von einer Änderung der Motordrehzahl bewirkt, die eine Erhöhung des gleichphasigen Signals zur Folge hat. In ähnlicher Weise führt eine Verkleinerung des gleichphasigen Signales zur Erzeugung eines Stabilisierungssignales, das eine Erhöhung der Ausgangsfrequenz fordert. Wiederum kann selbstverständlich ein zweckmäßiges invertierendes Element erforderlich sein, um sicherzustellen, daß das Stabilisierungssignal die richtige Polarität aufweist.

Die Verstärkung und die Größe der Phasenverschiebung, die durch die Stabilisierungseinrichtung erzeugt werden,.sind für jedes gegebene Motorantriebssystem so gewählt, daß sie eine maximale Stabilität unter den Betriebsbedingungen schaffen, die anderenfalls zur Instabilität führen wurden. Beispielsweise wurde für einen 40 PS-Motor des Reluktar.z-Synchronmotortyps gefunden, der eine Pendelfrequenz von etwa 5 Schwingungen/Sek. zeigte, wenn er im Leerlauf bei 150 U/min, lief, daß eine Verstärkung von 0,01 pro Einheit und eine Phasenverschiebung von +45° bei 5 Hz zu einem stabilen Motorbetrieb führte, wenn die Stabilisierungsanordnung in der in Fig. 3 gezeigten Vie is e geschaltet war. Für ein gegebenes Antriebssystem, in dem der Wechselstrommotor unter gewissen Betriebsbedingungen instabil ist, können die richtigen Vierte des Widerstandes und der Kapazität der Stabilisierungsschaltung entweder experimentell oder durch Verwendung analytischer Werkzeuge ermittelt werden, wie beispielsweise die Nyquist- und Bode-Diagramme.

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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß verbesserte Mitte] zur Stabilisierung des Betriebes von Wechselstrommotoren geschaffen werden, die in Wechselstrom-Antriebssystemen veränderlicher Drehzahl verwendet werden. Darüber hinaus wird deutlich, daß die hier beschriebenen Stabilisierungsmittel relativ
einfach sind und keine größeren Modifikationen erfordern. In der Tat verwendet die erfindüngsgemäße Stabilisierungseinrichtung als ihre Steuereingangsgröße ein gleichphasiges Signal, das für andere Steuerfunktionen in Antriebssystemen des Typs verwendet v/ird, der in der deutschen Offenlegungsschrift P 22 25 609 beschrieben ist.

Die Erfindung ist zwar anhand eines mehrphasigen Antriebssystems beschrieben worden, sie ist aber in gleicher Weise auch auf einphasige Systeme anwendbar. In ähnlicher Weise wurde die Erfindung zwar anhand eines Antriebssystems beschrieben, das einen einzigen Wechselstrommotor 10 aufweist, tatsächlich ist die Erfindung jedoch auch bei Antriebssystemen mit zahlreichen Motoren anwendbar.

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Claims

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tentn nsprüche

Wechselstrom-Motorantriebssystem einstellbarer Drehzahl mit einen Wechselstrommotor, einer Wechselspannungsquelle einstellbarer Frequenz und Spannung zur Speisung des Wechselstrommotors und mit einer Steuereinrichtung, die Frequenz- und Spannungssteuerungsmittel umfaßt, die jeweils auf Eingangssignale ansprechen zur entsprechenden Steuerung der Frequenz und Spannung der durch die Wechselspannungsquelle erzeugten Wechselleistung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stabilisierungsanordnung zur Dämpfung von Drehzahlpendelungen des Wechselstrommotors (10) vorgesehen ist, die eine Detektoranordnung (46), die während der Zufuhr der Wechselleistung zum Wechselstrommotor (10) durch die Wechselspannungsquelle (14) ein Phasensignal erzeugt, das dem von der Wechselspannungsquelle dem Wechselstrommotor zugeführten Strom proportional ist, der mit der Ausgangsspannung der Wechselspannungsquelle gleichphasig ist, und ferner eine Rückkopplungsanordnung (22) aufweist, die mit der Detektoranordnung (46) gekoppelt ist und von dieser das Phasensignal empfängt, wobei die Rückkopplungsanordnung (22) auf Änderungen in dem Phasensignal anspricht zur Erzeugung eines Stabilisierungssignales, in welchem Änderungen enthalten sind, d"° den Änderungen in dem Phasensignal proportional und in Bezug auf diese phasenverschoben sind, und wobei die Rückkopplungsanordnung ferner wahlweise mit der Frequenzsteuerung oder der Spannungssteuerung der Steuereinrichtung (16) gekoppelt ist zur Zufuhr des Stabilisierungssignales zur gewählten Steuerung als Eingangssignal.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das durch die Rückkopplungs·

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anordnung (22) erzeugte Stabilisierungssignal mit der Spannungssteuerung gekoppelt ist und die Rückkopplungsanordnung eine derartige Verstärkung aufweist, daß das Stabilisierungssignal eine Vergrößerung der Spannung der durch die Wechselspannungsquelle erzeugten Wechselleistung bei einer Vergrösserung des Phasensignals zur Folge hat.

3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das durch die Rückkopplungsanordnung erzeugte Stabilisierungssignal mit der Frequenzsteuerung gekoppelt ist und die Rückkopplungsanordnung eine derartige Verstärkung aufweist, daß das Stabilisierungssignal eine Verkleinerung der Frequenz der durch die Wechselspannungsquelle erzeugten Wechselleistung bei einer Vergrößerung des Phasensignals zur Folge hat.

4. Antriebssystem nach den Ansprüchen 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet , daß die Rückkopplungsanordnung (22) in Reihe geschaltete kapazitive und resistive Elemente (60, 62) umfaßt, derart, daß das Stabilisierungssignal, das durch die Rückkopplungsanordnung in Abhängigkeit von dem Phasensignal erzeugt ist, dem Phasensignal voreilt.

Antriebssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Rückkopplungsanordnung erste Rückkopplungsmittel (26), die mit der Detektoranordnung (46) gekoppelt sind und von dieser das Phasensignal empfangen und ferner mit der Spannungssteuerung der Steuereinrichtung (16) derart gekoppelt sind, daß sie der Spannungssteuerung wenigstens während des Betriebes des

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Wechselstrommotors bei einer im wesentlichen stationären Drehzahl ein dem Phasensignal proportionales IR-Kompensationssignal als eines der Steuersignale zuführt und ferner zweite Rückkopplungsmittel (22) umfaßt, die mit der Detektoranordnung gekoppelt sind und von dieser das Phasensignal empfangen, wobei die zweiten Rückkopplungsmittel bei Pendelungen der Drehzahl des Wechselstrommotors um eine spezielle stationäre Drehzahl auf Änderungen im Phasensignal ansprechen zur Erzeugung eines Stabilisierungssignales als ein weiteres der Steuersignale, in welchem Änderungen enthalten sind, die den Änderungen im Phasensignal proportional und in bezug auf diese phasenverschoben sind, und wobei die zweiten Rückkopplungsmittel ferner wahlweise mit der Frequenzsteuerung oder der Spannungssteuerung der Steuereinrichtung gekoppelt sind zur Zuführung des Stabilisierungssignales zur Steuereinrichtung. ,

6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die zweiten Rückkopplungsmittel in Reihe geschaltete kapazitive und resistive Elemente (60, 62) umfassen, derart, daß das Stabilisierungssignal, das durch die zweiten Rückkopplungsmittel in Abhängigkeit von dem Phasensignal erzeugbar ist, dem Phasensignal voreilt.

7. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß ferner Mittel zur Dämpfung des Betriebes der ersten Rückkopplungsmittel (26) während des Auftretens von Drehzahlpendelungen des Motors um eine stationäre Motordrehzahl vorgesehen sind.

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8. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das durch die zweiten Rückkopplungsmittel (22) erzeugte Stabilisierungssignal wahlweise nur mit der Frequenzsteuerung oder der Spannungssteuerung gekoppelt ist.

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