DE2329583A1

DE2329583A1 - Stabilisierungsmittel fuer wechselstrommotorantrieb

Info

Publication number: DE2329583A1
Application number: DE2329583A
Authority: DE
Inventors: Carlton Eugene Graf
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: ES415861A1; GB1419197A; IT988943B; JPS4950424A; US3753063A; JPS537616B2; DE2329583B2; AU475425B2; AU5563273A

Description

Dr. Horst Schüler Patentanwalt

6 Frankfurt/Main 1 Niddastr. 52

8. Juni 1973 Vo/Cs

2386-21-SV-425

GENERAL ELECTRIC COMPANY

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

Stabilisierungsmittel für Wechselstrom-Motorantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf Wechselstrom-Motorantriebssysteme einstellbarer Drehzahl mit einer Gleichstrom/Wechselstrom-Leistungswandlereinrichtung, und insbesondere auf die Abtastung und Ausnutzung von Änderungen in der Gleichspannung für die Stabilisierung von Antriebssystemen.

Es ist bekannt, daß Wechselstrommotoren, wie Induktionsmotoren, Synchronmotoren und Reluktanz-Synchronmotoren, häufig instabil sind, wenn sie bei einer bestimmten Frequenz oder einem bestimmten Frequenzbereich mit einer bestimmten Lastträgheit betrieben werden. Diese Tendenz von Wechselstrommotoren, um eine stationäre Drehzahl zu schwingen bzw. pendeln, ist besonders betont, wenn sie bei relativ kleinen Frequenzen arbeiten. In der Vergangenheit

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sind Wechselstrommotoren im weiten Umfang in Antriebssystemen mit konstanter Drehzahl verwendet worden, in denen der Motor mit einer Wechselstromleistung fester Frequenz gespeist wird, wobei der Motor für einen stabilen Betrieb bei dieser festen Frequenz ausgelegt ist. Aus verschiedenen Gründen gewinnen jedoch Antriebssysteme veränderlicher Drehzahl an Bedeutung, die Wechselstrommotoren verwenden, die mit einstellbarer Frequenz und einstellbarer Leitung von einer geeigneten Leistungswandlereinrichtung gespeist werden, wie z.B. einem Inverter oder einem Cyclo-Konverter. In einem Wechselstrom-Motorantriebssystem einstellbarer Drehzahl sollte der Motor in der Lage sein, über einem extrem breiten Frequenzbereich und unter einem weiten Bereich von Lastbedingungen zu arbeiten. Bisher sind jedoch Schwierigkeiten dahingehend aufgetreten, daß die gewünschten Bereiche von Drehzahl und Lastbedingungen häufig Betriebsbedingungen einschließen, unter denen der Wechselstrommotor grundsätzlich instabil ist. Es ist deshalb höchst erstrebenswert, daß Mittel geschaffen werden, um einen stabilen Betrieb von Wechselstrom-Motorantrieben über breiten Drehzahl- und Lastbedingungen sicherzustellen. Insbesondere ist es wünschenswert, daß wirksame Stabilisierungsmittel für Wechselstrom-Antriebssysteme variabler Frequenz geschaffen werden, die Pulsbreiten-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 des in der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift beschriebenen Typs soweit beschrieben, wie es für ein volles und umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist, ein noch weitergehenderes Verständnis derartiger Inverterschaltungen kann jedoch aus der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 erhalten werden.

Demzufolge ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Mittel zur Stabilisierung des Betriebes von Wechsel-

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strommotoren zu schaffen, die in Wechselstrom-Motorantriebssystem einstellbarer Drehzahl verwendet werden.

Als weitere Aufgabe sollen verbesserte Mittel geschaffen werden, um einen stabilen Betrieb von Wechselstrom-Motorantrieben über einem breiten Bereich von Drehzahl- und Lastbedingungen zu gestatten.

Ferner sollen Mittel geschaffen werden, um Antriebssysteme zu stabilisieren, in denen Gleichstromleistung durch einen Inverter in elektrische Leistung einstellbarer Frequenz und Spannung umgewandelt wird, die dann einem Wechselstrommotor oder mehreren derartigen Motoren zugeführt wird.

Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Mittel zur Stabilisierung von Inverter-Antriebssjstemen des Typs zu schaffen, die in der deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 beschrieben sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden, kurz gesagt, Stabilisierungsmittel zum Dämpfen von Schwingungen bzw. Pendelungen der Motordrehzahl, im allgemeinen um eine Motordrehzahl des stationären Zustandes, für ein Wechselstrom-Motorantriebssystem einstellbarer Drehzahl geschaffen, das eine Leistungswandlereinrichtung zur Umwandlung elektrischer Gleichstromleistung, die einem Eingangsklemmenpaar zugeführt wird, in eine Wechselstromleistung einstellbarer Frequenz und Spannung, einen Wechselstrommotor, der mit dem Ausgang der Leistungswandlereinrichtung gekoppelt ist, um von diesem elektrische Leistung zu erhalten, und eine Steuereinrichtung umfaßt, welche Frequenz- und Spannungssteuermittel zur Steuerung der Frequenz und Spannung der dem Motor zugeführten Wechselstromleistung enthält. Das Antriebssystem enthält ferner kapazitive Mittel, die zwischen die Eingangsklemmen der Gleichstrom/Wechselstrom-Leistungswandlereinrichtung geschaltet sind.

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Die Stabilisierungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine erste Anordnung, die mit den kapazitiven Mitteln gekoppelt ist und auf Schwingungen der Ladung auf den Kondensatoren anspricht, um ein erstes Signal mit Schwingungen darin zu erzeugen, die auf die Schwingungen in der Ladung auf den kapazitiven Mitteln bezogen sind. Mit der ersten Anordnung ist eine zweite Anordnung gekoppelt, die das erste Signal empfängt und auf dieses anspricht, um ein Stabilisierungssignal zu erzeugen, das relativ zum ersten Signal phasenverschoben ist. Ein Stabilisierungssignal wird der Steuereinrichtung durch eine dritte Anordnung als ein Eingangssignal zugeführt, um die Ausgangsleistung zum Wechselstrommotor zu steuern. Gemäß weiterer Merkmale der Erfindung ist die dritte Anordnung mit der Spannungssteuerung der Steuereinrichtung gekoppelt, und das Stabilisierungssignal ist relativ zum ersten Signal um einen Betrag phasenverschoben, der ausreicht, damit Schwingungen in der Ausgangsspannung etwa gleichphasig mit den Motordrehzahlpendelungen auftreten. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die zweite Anordnung Mittel zur Begrenzung der Größe der Schwingungen in dem Stabilisierungssignal.

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

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Wechselstrom-Antriebssystems, das die erfindungsgemäße Stabilisierungseinrichtung enthält.

Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung von einem Abschnitt des Wechselstrom-Antriebssystems gemäß Fig. 1, in der die Stabilisierungseinrichtung als mit der Spannungssteuerungseinrichtung verbunden gezeigt ist.

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Fig. 3 ist eine Ansicht von einem zweiten Ausführungsbeispiel der Stabilisierungseinrichtung.

Fig. 4 ist eine Ansicht von einem dritten Ausführungsbeispiel der Stabilisierungseinrichtung.

Es wird zunächst auf Fig. 1 eingegangen, in der ein Wechselstrom-Motorantriebssystem, wie es in der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 beschrieben ist, als Blockbild dargestellt ist. Insbesondere enthält das dargestellte Antriebssystem einen dreiphasigen Wechselstrom-Reluktanz-Synchronmotor 10, der von einer Leistungswandlereinrichtung 12 über Phasenleiter A₁ B und C mit einer elektrischen Leistung variabler Frequenz und Spannung gespeist wird. Die Leistungswandlereinrichtung 12 umfaßt eine Inverterschaltung mit Impulsbreitenmodulation zur Umwandlung von Gleichstromleistung aus einer Gleichstromquelle 14 in eine mehrphasige Wechselstromleistung variabler Frequenz und Spannung. Wie in der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift beschrieben ist, enthält die Inverterschaltung der Leistungswandlereinrich- tung 12 torgesteuerte Gleichrichtervorrichtungen, wie beispielsweise steuerbare Siliciumgleichrichter (SCR) oder Gasthyratrons, die in einer vorbestimmten Folge oder für Zeitperioden leiten, die durch Torzündimpulse gesteuert werden, die den steuerbaren Gleichrichtern von einer Steuereinrichtung 16 zugeführt v/erden. Ein umfassendes Verständnis der Grundprinzipien des Betriebes der Inverterschaltung und ihrer Steuereinrichtung 16 kann aus der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 erhalten werden.

Die Gleichstromeinspeisung 14 wird zweckmäßigerweise von einer kommerziell zur Verfügung stehenden Quelle 18 dreiphasiger Wechselspannung versorgt und enthält vorzugsweise eine Vollweg-Gleichrichtereinrichtung zur Lieferung einer pulsierenden Gleichspannung zwischen ihren Ausgangsklemmen 20 und 22, die durch eine

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geeignete Filterschaltung 24 gefiltert oder geglättet wird, die eine in Reihe geschaltete Spule 26 und einen großen Filterkondensator 28 umfaßt. Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, ist der Kondensator 28 über die zwei Eingangsklemmen 30 und 32 des Inverters 12 geschaltet.

Die in Fig. 1 dargestellte Steuereinrichtung 16 erzeugt Zündimpulse in der vorgeschriebenen Folge bei einer Geschwindigkeit, die durch die Größe und Polarität der verschiedenen Eingangssignale bestimmt wird, welche ein Referenzsignal auf dem Leiter 34 von einer Quelle 36, die eine gewünschte Motordrehzahl angibt, und weiterhin gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stabilisierungssignal auf einem Leiter 38 umfassen, das durch Stabilisierungsmittel 40 erzeugt wird, wenn die Drehzahl des Motors 10 um diejenige Drehzahl schwingt bzw. pendelt, die von dem Referenzsignal gefordert wird. In der Praxis wird die Steuereinrichtung 16 auch mit einem oder mehreren Rückkopplungssignalen gespeist, wie beispielsweise einem Spannungsrückkopplungssignal auf einem Leiter 42. Die Grundfunktion der Steuereinrichtung 16 besteht darin, auf das Referenzsignal aus der Quelle 36 hin das Stabilisierungssignal auf dem Leiter 38, das gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, und die anderen Eingangssignale, Zündsignale zu erzeugen, die den steuerbaren Siliciumgleichrichtern des Pulsbreiten-modulierten Inverters 12 bei Grund- und Zerhacker-Geschwindigkeiten (chopping rates) zugeführt werden, um die Frequenz und Spannung der Ausgangsleistung aus dem Inverter 12 derart zu steuern, daß der Motor 10 bei der stationären Drehzahl arbeitet, die durch das Referenzsignal gefordert wird.

Bevor auf die Stabilisierungsmittel gemäß der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, soll die Steuereinrichtung 16 anhand der schematischen Darstellung in Fig. 2 betrachtet werden. Die Steuereinrichtung 16 spricht auf das Befehlssignal von der Quelle 36, das Stabilisierungssignal von der Stabilisierungsanord-

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nung 40 und andere Eingangssignale an, um die Grundfrequenz der dem Motor 10 zugeführten Wechselstromleistung, ferner die im Zeitverhältnis gesteuerte Schalt- oder Zerhackungsfrequenz 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 des Inverters werden durch den Frequenzgenerator 50 bestimmt. Eine Zeitverhältnis-Regelschaltung 52 bestimmt die Höhe der Ausgangsspannung der Inverterschaltung, indem die relativen "Ein"- und "Aus"-Zeiten der Laststrom führenden steuerbaren Gleichrichter ermittelt werden. Eine Zündsteuerschaltung 54 spricht sowohl auf den Frequenzgenerator 50 als auch auf die Spannungsregelschaltung 52 an, um die steuerbaren Siliciumgleichrichter der Inverterschaltung 12 gemäß den Ausgangsgrößen des Frequenzgenerators 50 und der Spannungsregelschaltung 52 zu zünden.

Das Befehlssignal auf dem Leiter 34 kann von irgendeiner Quelle 36 erhalten werden, die zur Anzeige einer gewünschten Drehzahl für den Motor 10 zweckmäßig" ist und über einen Befehlsverstärker 56 mit Leitern 58 und 60 gekoppelt ist, die zum Frequenzgenerator 50 bzw. zur Spannungsregelschaltung 52 führen. Die Ausgangsgröße des Befehlsverstärkers 56 kann nicht nur durch das Befehlssignal 34 sondern auch durch verschiedene andere Signale beeinflußt werden.

Die allgemeine Betriebsweise der Steuerschaltung 16 und ihrer Komponenten 50, 52, 54 und 56 wird im folgenden beschrieben, soweit es für ein klares und umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist. Falls aus irgend einem Grunde eine noch nähere Beschreibung der Komponenten und ihrer Betriebsweisen gewünscht wird, so gehen diese aus der bereits erwähnten deutschen Offenlegungsschrift P 21 51 589 hervor. Aus der Beschreibung dieser Offenlegungsschrift ist ersichtlich, daß die Spannungsregelschaltung 52 einen Verstärker 96 enthält.

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Bei Wechselstrom-Antriebssystemen veränderlicher Drehzahl des in Fig. 1 dargestellten allgemeinen Typs werden Motordrehzahlpendelungen um die Drehzahl, die durch das Befehlssignal von der Bezugsquelle 36 gefordert wird, auf einfache V/eise aus einer Reihe elektrischer Parameter des Systems offenbar. Beispielsweise kann die Pendelfrequenz (hunting frequency) als eine Verzerrung der Wellenform des Motorstromes, als eine Schv/ingung der Motorwelle oder als ein Welligkeitsstrom in der Gleichstromverbindung zwischen der Gleichstromquelle 14 und dem Inverter 12 beobachtet werden. Für den Fachmann ist es bereits als durchführbar bekannt, 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.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß ein besonders empfindlicher Indikator der Motorinstabilität die Gleichspannung über dem großen Kondensator 28 und den Eingangsklemmen 30 und 32 ist. Da die Gleichspannung über einer großen Kapazität liegt, enthält sie nicht die Hochfrequenzkomponenten, die in den Motor- oder Gleichstrom-Verkettungsströmen vorhanden sind. In der Praxis wurde gefunden, daß die Instabilität in der Motordrehzahl sich als ein Energieaustausch zwischen der Trägheit des Motors 10 und der Filterkapazität zeigt. Demzufolge sind die Schwingungen in der Ladung auf dem Kondensator 28 direkt proportional zu den Drehzahlpendelungen des Motors 10. Deshalb ist ein Schwingungen enthaltendes Signal, das mit den Spannungs-Schwingungen über den Klemmen 30 und 32 gleichphasig und diesen proportional ist, proportional zu den Pendelungen der Motordrehzahl, jedoch um etwa 180 phasenverschoben zu den Pendelungen der Motordrehzahl .Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Schwingungen in der Gleichspannung über den Klemmen 30 und 32 sowie entsprechende Pendelungen in der Motordrehzahl ab-

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zutasten und ein erstes Signal zu erzeugen, das den Spannungsschwingungen proportional und mit diesen gleichphasig ist. Es sind Mittel vorgesehen, um ein Stabilisierungssignal zu erzeugen, das auf das erste Signal bezogen, aber diesem gegenüber phasenverschoben ist, und um das Stabilisierungssignal der Steuereinrichtung 16 als ein Steuersignal zuzuführen. Die Stabilisierungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben.

Anhand von Fig. 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Stabilisierungseinrichtung 40 beschrieben. Wie in dieser Figur dargestellt ist, ist die Ausgangsklemme 20 der Gleichstromquelle 14 über eine Filterspule 26 und einen Leiter 66 mit der Eingangsklemme 30 des Inverters 12 verbunden. Die Ausgangsklemme 22 der Gleichstromquelle 14 ist mit der Eingangsklemme 32 des Inverters über einen Leiter 68 verbunden. Der große Filterkondensator 28 ist somit den Klemmen 30 und 32 parallel geschaltet. Schwingungen in der Gleichspannung über den Klemmen 30 und 32 können somit durch Abtastung der Schwingungen in der Ladung auf dem Kondensator 28 abgetastet werden.

Die Stabilisierungseinrichtung 40 enthält Mittel zur Abtastung von Schwingungen bzw. Pendelungen in der Motordrehzahl, die durch Schwingungen in der Ladung auf dem Kondensator 28 dargestellt werden. Diese Mittel umfassen einen Spannungsteiler aus gleichen Widerständen 70 und 72, die über die Leiter 66 und 68 geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt 62 zwischen den Widerständen 70 und 72 das Potential eines gemeinsamen Punktes 80 festlegt. Zwischen den Leiter 68 und den Verbindungspunkt 76 ist ein Kondensator 74 geschaltet und zwischen dem Verbindungspunkt 76 und den gemeinsamen Punkt 80 ist ein Widerstand 78 geschaltet.

Da der Kondensator 74 die Gleichstromkomponente der Ladung auf dem Kondensator 28 ausfiltert, ist am Verbindungspunkt 76 ein

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Signal vorhanden, das der Größe der Schwingungen in der Spannung über dem großen Kondensator 28 und den Eingangsklemmen 30 und 32 proportional ist und mit diesen gleichphasig ist.

Die Stabilisierungseinrichtung 40 enthält ferner eine Phasenverschiebungsschaltung, die auf das Signal am Verbindungspunkt 76 anspricht, um ein Stabilisierungssignal zu erzeugen, in dem Schwingungen enthalten sind, die auf das Signal am Verbindungspunkt 76 und die Schwingungen in der Gleichspannung bezogen, diesen gegenüber aber phasenverschoben sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 enthält diese Anordnung einen Kondensator 84, der zwischen den Verbindungspunkt 86 und den gemeinsamen Punkt geschaltet ist, wobei zwischen den Knotenpunkten 76 und 86 ein Widerstand 88 vorgesehen ist. Ein Paar entgegengesetzt gepolte Dioden 90 und 92 sind zwischen den Knotenpunkt 86 und den gemeinsamen Punkt 80 geschaltet, und ein die Verstärkung einstellender Widerstand 94 ist zwischen den Knotenpunkt 86 und den Leiter 38 geschaltet. Diese Schaltung führt dem Leiter 38 ein Stabilisierungssignal mit darin enthaltenen Schwingungen zu, die auf die Schwingungen in dem Signal am Knotenpunkt 76 bezogen sind, diesen gegenüber aber um etwa 90° phasenverschoben ist. Die Dioden und 92 begrenzen die Amplitude der Schwingungen in dem Stabilisierungssignal. Solange die Pendelungen der Motordrehzahl nicht groß genug sind, um zu bewirken, daß die Schwingungen des Stabilisierungssignales die durch die Dioden 90 und 92 gesetzten Grenzen überschreiten, ist das dem Leiter 38 zugeführte Stabilisierungssignal nicht nur um etwa 90 phasenverschoben relativ zum Signal am Knotenpunkt 76, sondern enthält auch Schwingungen, die der entsprechenden Motordrehzahl- und den Gleichspannungsschwingungen proportional sind.

Wie bereits ausgeführt wurde, leitet der Leiter 38 das Stabilisierungssignal zur Steuereinrichtung 16. Genauer gesagt, wird das Stabilisierungssignal zusammen mit dem Spannungsrückkopplungs-

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signal 42 und dem Signal auf dem Leiter 60 aus dem Befehlsverstärker 5.6 zum Verstärker 96 des Spannungsreglers 52 geleitet. Der Verstärker 96 integriert und erzeugt deshalb eine weitere Phasenverschiebung von 90° im Stabilisierungssignal, so daß die gesamte Phasenverschiebung des Ausgangssignales aus dem Verstärker 96 relativ zum Signal am Knotenpunkt 76 etwa 180° beträgt. Diese Phasenverschiebung reicht aus, damit Schwingungen in der Ausgangsspannung des Inverters 12 auftreten, die etwa 180° phasenverschoben sind in bezug auf die Schwingungen in der Gleichspannung über den Kondensator 28 und den Klemmen 30 und 32 und die deshalb etwa gleichphasig sind mit den Schwingungen bzw. Pendelungen der Motordrehzahl. Es wurde gefunden, daß die Pendelungen der Motordrehzahl wirksam gedämpft werden können, indem die Ausgangsspannung des Inverters 12 in dieser Weise variiert wird. Es ist wesentlich, daß das Stabilisierungssignal, das auf dem Leiter 38 zum Verstärker 96 geführt wird, eine zeitveränderlich^ Polarität aufweist, so daß eine Erhöhung der Motordreh:sahl von einer entsprechenden Erhöhung in der Ausgangsspannung des Inverters begleitet ist, und daß eine Herabsetzung der Motordrehzahl von einer gleichphasigen Herabsetzung der Inverterausgangsspannung begleitet ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß dafür gesorgt wird, daß Schwingungen in der Ausgangsspannung mit einer Phasenverschiebung von etwa 180° relativ zum Signal am Knotenpunkt 76 auftreten. Um sicherzustellen, daß eine Erhöhung der Motordrehzahl von einer Erhöhung der Ausgangsspannung begleitet ist und daß eine Herabsetzung der Motordrehzahl von einer Herabsetzung der Ausgangsspannung begleitet ist, kann es bei tatsächlichen Antriebssystemen notwendig sein, invertierende Elemente zu verwenden, um sicherzustellen, daß das Stabilisierungssignal auf dem Leiter 38 zu allen Zeiten die richtige Polarität aufweist.

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In dem Ausführungsbeispiel der Stabilisierungsanordnung gemäß Fig. 2 wurden die die Stabilisierungsmittel und den Kondensator bildenden Elemente wie folgt ausgewählt:

Kondensator 28-4 000 Mikrofarad;
Widerstände 70 und 72-1 000 0hm;
Kondensator 74 - 10 Mikrofarad;
Widerstand 78 - 100 000 0hm;
Widerstand 88 - 47 000 0hm;
Kondensator 84-1 Mikrofarad;
Dioden - 1N4148;
Widerstand 94 - 47 000 0hm.

Diese Stabilisierungsschaltung wurde in Verbindung mit einer Gleichstromquelle 14 verwendet, deren nominelle Ausgangsspannung 300 Volt betrug.

Die Spannungssteuerung der Steuereinrichtung 16 braucht nicht immer einen integrierenden Verstärker des in Fig. 2 gezeigten Typs aufzuweisen, um eine zusätzliche Phasenverschiebung von 90 zu erzeugen. In Fig. 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel 40' der Stabilisierungsmittel dargestellt, in dem die Stabilisierungseinrichtung 40' eine Phasenverschiebung von 150 erzeugt, wodurch sie für eine Verwendung mit einer Steuereinrichtung 16' geeignet ist, in der eine zusätzliche Phasenverschiebung von nur etwa 30 erzeugt wird. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird das Potential des gemeinsamen Punktes 106 durch ein Paar Widerstände 70' und 72¹ über dem Kondensator 28' festgelegt, und die Spannung über dem Kondensator 28· wird am Knotenpunkt 100 abgetastet. Ein der Ladung proportionales Signal wird einem Kondensator 102 zugeführt, der die Gleichstromkomponente ausfiltert und einem Knotenpunkt

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ein Signal mit Schwingungen zuführt, die den Schwingungen in der Ladung auf dem Kondensator 28' und den Schwingungen bzw. Pendelungen in der Motordrehzahl proportional sind. Der Knotenpunkt ist mit dem gemeinsamen Punkt 106 über einen Widerstand 108 und mit einem invertierenden Eingang 110 des Verstärkers 112 über einen Widerstand 114 verbunden. Ein die Verstärkung einstellender Widerstand 116 und ein Kondensator 118 sind über den Eingang und den Ausgang 122 des Verstärkers 112 geschaltet, und der Eingang 120 des Verstärkers 112 ist mit dem gemeinsamen Punkt 106 verbunden. Das dem Knotenpunkt 104 zugeführte Wechselstromsignal wird im Verstärker 112 um etwa 60 phasenverschoben, wobei die Elemente wie folgt ausgewählt sind:

Kondensator 102 - 1 Mikrofarad;
Verstärker 112 - A741;
Kondensator 118 - 0,22 Mikrofarad;
Widerstand 1OR - 100 000 Ohm;
Widerstand 114 - 47 000 0hm;
Widerstand 116 - 470 000 Ohm.

Von dem Ausgang 122 wird das bereits phasenverschobene Signal einer zusätzlichen Phasenverschiebung und einer Amplitudenbegrenzung durch eine Schaltung unterworfen, die einen Widerstand 124, der zwischen den Verstärkerausgang 122 und den Knotenpunkt 126 geschaltet ist, einen Kondensator 128, der zwischen den Knotenpunkt 126 und den gemeinsamen Punkt 106 geschaltet ist, zwei entgegengesetzt gepolte Dioden 130 und 132, die zwischen den Knotenpunkt 126 und den gemeinsamen Punkt 106 geschaltet sind, und einen Widerstand 134 umfaßt, der zwischen den Knotenpunkt 126 und den Leiter 38* geschaltet ist, um der Steuereinrichtung 16' das Stabilisierungssignal zuzuführen. Das der Ausgangsklemme 122 des Verstärkers 112 zugeführte Signal wird einer zusätzlichen Phasenverschiebung von etwa 90° unterworfen, wobei die Elemente wie folgt ausgewählt sind:

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Widerstand'124"-'15 000 Ohm;
Kondensator 128 - 3 Mikrofarad;
Dioden 130 und 132 - 1N4148;
Widerstand 134 - 15 000 Ohm.

An diesem Punkt wird für den Fachmann deutlich, daß auch andere Stabilisierungsschaltungen auf einfache Weise gespeist werden könnten, um eine erforderliche Phasenverschiebung zu erzeugen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, daß die gesamte Phasenverschiebung, die durch die Stabilisierungsmittel und die Invertersteuerschaltung erzeugt wird, etwa 180° beträgt. Wo dies der Fall ist, nimmt die Ausgangsspannung des Inverters 12 gleichphasig mit steigender Motordrehzahl zu und gleichphasig mit abnehmender Motordrehzahl ab.

Ein drittes Ausführungsbeispiel 40" der Stabilisierungsanordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Wie die Stabilisierungsanordnung 40 in Fig. 2 erzeugt die Stabilisierungsanordnung 40" ein Stabilisierungssignal, das der Steuereinrichtung 16 zugeführt wird und um etwa 90° phasenverschoben ist. Die tatsächliche Phasenverschiebungsschaltung gemäß Fig. 4 ist identisch mit der in Fig. 2 gezeigten, und ähnliche Elemente sind mit eingestrichenen Bezugszahlen versehen. Die Stabilisierungsanordnung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich jedoch von der in Fig. 2 dargestellten dadurch, daß das dem Widerstand 88· zugeführte Signal, das den Schwingungen in der Ladung auf dem Kondensator 28" und den Pendelungen in der Motordrehzahl proportionale Schwingungen enthält, über einen Trenntransformator 140 zugeführt wird, dessen Primärwicklung über einen Kondensator 142 dem großen Filterkondensator 28" parallel geschaltet ist. Der Kondensator 142 sperrt die Gleichstromkomponenten der Ladung auf dem Kondensator 28" in gleicher Weise wie der Kondensator 74 in Fig. 2.

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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß verbesserte Mittel zur Stabilisierung des Betriebes von Wechselstrommotoren geschaffen werden, die in 'Wechselstrom-Antriebssystemen einstellbarer Drehzahl verwendet werden. Darüber hinaus wird deutlich, daß die Ausführungsbeispiele der hier beschriebenen Stabilisierungsmittel relativ einfach sind.

Auch wenn die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben wurde, so ist für den Fachmann klar, daß innerhalb der gegebenen Lehren verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich sind. Darüber hinaus wurde die Erfindung zwar anhand eines mehrphasigen Antriebes beschrieben, obwohl sie in gleicher Weise auf einphasige Systeme anwendbar ist. In ähnlicher Weise wurde die Erfindung anhand eines Antriebssystems mit einem einzigen Wechselstrommotor 10 beschrieben, obwohl sie auch auf Antriebssysteme anwendbar ist, die zahlreiche Motoren umfassen.

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Claims

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Ansprüche

Wechselstrom-Motorantriebssystem einstellbarer Drehzahl mit einem Wechselstrommotor, der Pendelungen um eine stationäre Drehzahl ausgesetzt ist, einem Leistungskonverter, der einem Eingangsklemmenpaar zugeführte Gleichstromleistung in Wechselstromleistung einstellbarer Frequenz und Spannung zur Zufuhr zum Wechselstrommotor umwandelt, wobei die Wechselstromleistung Schwingungen aufweist, die im wesentlichen gleichphasig mit Pendelungen in der Drehzahl des Wechselstrommotors auftreten,-ferner mit einer kapazitiven Anordnung, die zwischen die Eingangsklemmen des Leistungskonverters geschaltet ist zur Speicherung einer schwingenden Ladung, die Pendelungen des Wechselstrommotors als Energieaustausch zwischen dem Wechselstrommotor und der kapazitiven Anordnung über den Leistungskonverter darstellt, und mit einer auf ein Eingangssignal ansprechenden Steuereinrichtung zur Steuerung der Frequenz und Spannung der durch den Leistungskonverter erzeugten Wechselleistung, gekennze ichnet durch eine erste Schaltungsanordnung, die auf Schwingungen in der Ladung auf der kapazitiven Anordnung anspricht zur Erzeugung eines ersten Signales mit darin enthaltenen Schwingungen, die den Schwingungen in der Ladung auf der kapazitiven Anordnung proportional und mit diesen gleichphasig sind, und durch eine zweite Schaltungsanordnung 40, die auf die Schwingungen in dem ersten Signal anspricht zur Erzeugung eines Stabilisierungssignales, das in bezug auf das erste Signal phasenverschoben ist, und eines zweiten Signales, das das Eingangssignal zur Steuereinrichtung bildet zur Einstellung der Schwingungen der zum Wechselstrommotor geleiteten Wechselleistung, die mit den Drehzahlpendelungen des Wechselstrommotors im wesentlichen gleichphasig sind.

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2. Motorantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Schaltungsanordnung eine Phasenverschiebungsschaltung zur Erzeugung des Stabilisierungssignales und die Steuereinrichtung eine Spannungssteuerung aufweist, die auf das Stabilisierungssignal zur weiteren Phasenverschiebung des Stabilisierungssignales relativ zum ersten Signal um einen ausreichenden Betrag anspricht, so daß Schwingungen in der Wechselleistung aus dem Leistungskonverter im wesentlichen gleichphasig auftreten mit Pendelungen in der Drehzahl des Wechselstrommotors.
3. Motorantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich das durch die zweite Schaltungsanordnung erzeugte Stabilisierungssignal in der Polarität zeitlich mit Pendelungen in der Drehzahl des Wechselstrommotors ändert, während der Wechselstrommotor bei verschiedenen Drehzahlen unter verschiedenen Lastbedingungen läuft, so daß die zeitveränderliche Polarität des Stabilisierungssignals eine gleichphasige Vergrößerung der Wechselleistung aus dem Leistungskonverter bei einer Erhöhung der Drehzahl des Wechselstrommotors sowie eine gleichphasige Verkleinerung der Wechselleistung aus dem Leistungskonverter bei einer Herabsetzung der Drehzahl des Wechselstrommotors herbeiführt.
4. Motorantriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Schaltanordnung ferner Mittel zur Begrenzung der Amplitude der Schwingungen in dem Stabilisierungssignal enthält.

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Motorantriebssystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsmittel zum Dämpfen der Pendelungen der Motordrehzahl Abtastmittel aufweisen, die einen Spannungsteiler (70, 72), der zwischen die Eingangsklemmen des Leistungskonverters geschaltet ist und zur Festlegung eines gemeinsamen Potentials für die Stabilisierungsmittel einen Knotenpunkt (82) aufweist, einen ersten Kondensator (7¹O, von dem der eine Pol mit einer Eingangsklemme des Leistungskonverters verbunden ist und der zum Ausfiltern der Gleichstromkomponente der Ladung auf der kapazitiven Anordnung und zur Lieferung eines Signals an der anderen Klemme des ersten Kondensators (74) dient, das gleichphasig ist mit und proportional zu den Schwingungen in der durch die kapazitive Anordnung gespeicherten Ladung, und einen ersten Widerstand (78) ur rssen, der zwischen den Knotenpunkt (82) des Spannungsteilers und die andere Klemme des ersten Kondensators (7¹O geschaltet ist, daß die Stabilisierungsmittel ferner eine Phasenverschiebungsschaltung aufweisen, die einen zweiten Widerstand (88), von dem die eine Klemme mit der anderen Klemme des ersten Kondensators (74) verbunden ist, und einen zweiten Kondensator (84) umfaßt, der zwischen den Knotenpunkt (82) des Spannungsteilers und die andere Klemme des zweiten Widerstandes (88) geschaltet ist, wobei die Phasenverschiebungsschaltung ein Stabilisierungssignal erzeugt, das phasenverschoben ist in bezug auf die Schwingungen im Signal an der anderen Klemme des ersten Widerstandes (78), und daß Mittel vorgesehen sind, die die andere Klemme des zweiten Widerstandes (88) als einen Eingang zur Steuereinrichtung anschließen, um dieser das Stabilisierungssignal als ein Eingangssignal zuzuführen, so daß die Schwingungen der dem Wechselstrommotor zugeführten Wechselleistung einstellbar sind, die im wesentlichen gleichphasig sind mit den Drehzahlpendelungen des Wechselstrommotors.

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Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Phasenverschiebungsschaltung ferner ein Paar antiparallel geschaltete Dioden (90, 92) aufweist, die zwischen den Knotenpunkt (82) des Spannungsteilers und die andere Klemme des zweiten Widerstandes (88) geschaltet sind und die zur Begrenzung der Amplitude der Schwingungen in dem Stabilisierungssignal dienen.

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