DE2329583B2

DE2329583B2 - Anordnung zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstrommotors

Info

Publication number: DE2329583B2
Application number: DE2329583A
Authority: DE
Inventors: Carlton Eugene Erie Pa. Graf (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-13
Filing date: 1973-06-09
Publication date: 1978-05-24
Also published as: AU5563273A; DE2329583A1; US3753063A; IT988943B; AU475425B2; JPS4950424A; ES415861A1; JPS537616B2; GB1419197A

Description

Die Ertindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines über einen Leistungswandler, der eine Gleichstrom-Eingangsleistung in eine Wechselstrom-Ausgangsleistung einstellbarer Amplitude und Frequenz umwandelt, gespeisten Wechselstrommotors mit einer Stabilisierungseinrichtung, deren Eingangskreis eine Meßgröße des Leistungswandlers zugeführt ist, die auf Grund von Drchzahlpendelungen des Wechselstrommotors eine niederfrequente Komponente enthält, die ausgefiltert ist und als Ausgangssignal in die Steuerung des Leistungswandlers eingreift. Eine derartige Anordnung ist aus der CH-PS 489 142 bekannt.

Wechselstrommotoren, wie Induktionsmotoren, Synchronmotoren und Reluktanz-Synchronmotoren sind bekanntlich häufig instabil, 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. Bisher wurden Wechselstrommotoren im weiten Umfang in Antriebssystemen mit konstanter Drehzahl verwendet, 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 Amplitude von einer geeigneten Leistungswandlereinrichtung gespeist werden. Ein Wechselstrommotor mit veränderlicher Drehzahl sollte in der Lage sein, in sehr breiten Frequenz- und Lastbereichen zuarbeiten. Bisher sind jedoch Schwierigkeiten dahingehend aufgetreten, daß die gewünschten Drehzahl- und Lastbereiche häufig Betriebsbedingungen einschließen, unter denen der Wechselstrommotor instabil ist. Es ist deshalb höchst erstrebenswert, einen stabilen Betrieb von Wechselstrommotoren bei allen Drehzahl- und Lastbedingungen sicherzustellen. Insbesondere ist es wünschenswert, daß wirksame Stabilisierungsmittel für Wechselstrom-Antriebssysteme variabler Frequenz geschaffenwerden, die z. B. Pulsbreiten-modulierte Inverter verwenden, wie sie in der deutschen Offenlegungsschrift P 2 151589 beschrieben sind.

Bei der Anordnung gemäß der eingangs genannten CH-PS 489 142 erfolgt zwar auch eine Stabilisierung des Wechselstrommotors, jedoch wird hierfür die Stromzufuhr zum Motor abgetastet, wobei auftretende Stromänderungen nicht ausschließlich Dreh-

zuhlpcndcluugcn des Wechselstrommotors wiedergeben. Deshalb ist die Stabilisierung ungenau.

Pie der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Wechselstrommotors zu schaffen, bei der die Drehzahl in breiten Drehzahl- und Lastbereichen genau stabilisiert ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leistungswandler eine zwischen seine Gleichstromleitungen geschaltete kapazitive Anordnungenthält, deren Spannung als Meßgröße des Eingangskreises der Stabilisierungseinrichtung dient, daß die die Drehzahlpendelungen darstellende Größe in einer phasenschiebenden Einrichtung verarbeitet ist und daß das Ausgangssignal der die Amplitude der Ausgangsspannung steuernden Einrichtung des Leistungswandlers zugeführt ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine kapazitive Anordnung zwischen den Gleichstromieitungen innerhalb einer Filterschaltung dazu verwendet werden kann, als sehr empfindlicher Fühler für Drehzahlpendelungen zu arbeiten, da die an der kapazitiven Anordnung vorliegenden Spannungsänderungen nur der. Drehzahlpendelungendes Motors direkt proportional sind. Die Stabilisierungseinrichtung gemäß der Erfindung erzeugt zusammen mit der Leistungswandlersteuerung eine Phasenverschiebung von etwa 180°, wodurch die Ausgangsspannung des Leistungswandlers gleichphasig mit Drehzahlpendelungen ansteigt bzw. abfällt.

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Anordnung zur Drehzahlsteuerung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein detaillierteres Schaltbild von einem Abschnitt der Anordnung gemäß Fig. 1, in der insbesondere die Stabilisierungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist;

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 2 151 589 beschrieben ist, als Blockbild dargestellt ist. Insbesondere enthält das dargestellte Antriebssystem einen dreiphasigen Wechselstrom-Reluktanz-Synchronmotor 10, der von einer Leistungswandlereinrichtung 12 über Phasenleiter A, 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 Leistungswandlereinrichtung 12 torgesteuerte Gleichrichtervorrichtungen, wie beispielsweise steuerbare Siliciumgleichrichter (SCR) oder Gasthyratrons, die in einer vorbestimmten Folge oder

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für Zeitperioden leiten, die durch Torzundimpulse gesteuert werden, die den steuerbaren Gleichrichte·η von einer Steuereinrichtung 16 zugeführt werden. Ein umfassendes Verständnis der Grundprinzipien des Betriebes der Inverterschaltung und Hirer Steuereinrichtung 16 kann aus der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift P 2151589 erhalten werden.

Die Gleichstromeinspeisung 14 wird zweckmäßigerweise von einer kommerziell zur Verfugung stehenden Quelle 18 dreiphasiger Wechselspannung versorgt und enthält vorzugsweise eine Vollweg-Gleichrichtereinrichtung zur Lieferung einer welligen Gleichspannung zwischen ihren Ausgangsklemmen 20 und 22, die durch eine geeignete Filterschaltung 24 gefiltert oder geglättet wird, die eine in Reihe geschaltete Spule 26 und einen großen Filterkondensator 28 umfaßt. Wie in den Fig. 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 an Hand der schematischen Darstellung in Fig. 2 betrachtet werden. Die Steuereinrichtung 16 spricht auf das Befehlssignal von der Quelle 36, das Stabilisierungssignal von der Stabilisierungsanordnung 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 Silici-

umgleichrichter der Inverterschaltung 12 gemäß den Ausgangsgrößen des Frequenzgenerators 50 und der Spannungsrcgelschaltung 52 zu zünden.

Das Befehlssignal auf dem Leiter 34 kann von irgendeiner Quelle 36 erhalten werden, die zur Angabe einer gewünschten Drehzahl für den Motor 10 zweckmäßig ist und über einen Befehlsvcrstärker 56 mit Leitern 58 und 60 gekoppelt ist, die zum Frequenzgenerator 50 bzw. zur Spannungsregelschaltung 52 führen. Die Ausgangsgröße des Befchlsverstärkers 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 irgendeinem Grunde eine noch nähere Beschreibung der Komponenten und ihrer Betriebsweisen gewünscht wird, so gehen diese aus der bereits erwähnten deutschen Offenlegungsschrift P 2 151 589 hervor. Aus der Beschreibung dieser Offenlegungsschrift ist ersichtlich, daß die Spannungsrcgelschaltung 52 einen Verstärker 96 enthält.

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 Weise aus einer Reihe elektrischer Parameter des Systems offenbar. Beispielsweise kann die Pendelfrequenz als eine Verzerrung der Wellenform des Motorstromes, als eine Schwingung der Motorwelle oder als ein WeI-ligkeitsstrom 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, um diese Größe in einer Rückkopplungsschaltung als ein Stabilisierungssignal zu verwenden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß ein besonderes 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 Glcichstrom-Vcrkettungsströmcn 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 Drchzahlpendclungen 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 Pcndclungcn der Motordrehzahl, jedoch um etwa 180° phasenverschoben zu den Pcndclungcn der Molorclrchzahl. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Schwingungen in der Gleichspannung über den Klemmen 30 und 32 sowie entsprechende Pcndclungcn in der Motordrehzahl abzutasten und ein erstes Signal zu erzeugen, das den Spannungsschwingungen proportional und mit diesen gleichphasig ist. Es sind Mittel vorgesehen, um ein Stiihilisiei ungssigniil /ti erzeugen. (Ins auf das erste Signal bezogen, aber diesem gegenüber phasenverschoben ist, und um das Stabilisierungssignal der Steuereinrichtung 16 als ein Steuersignal zuzuführen. Die Stabilisierungscinrichtung gemäß der vorliegenden

> Erfindung wird nunan Hand der Fig. 2 bis 4 beschrieben.

An Hand von F-"ig. 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Stabilisierungseinrichtung 40 beschrieben. Wie in dieser F-igur dargestellt ist, ist die Aus-

Ki gangsklemme 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 12 über einen Lei-

i) ter 68 verbunden. Der große F^;ilterkondcnsator 28 isl somit den Klemmen 30 und 32 parallel geschaltet Schwingungen in der Gleichspannung über den Klemmen 30 und 32 können somit durch Abtastung dei Schwingungungen in der Ladung auf dem Kondensa-

2(i tor 28 abgetastet werden.

Die Stabilisierungseinrichtung40 enthält Mittel zui Abtastung von Schwingungen bzw. Pcndclungcn in der Motordrehzahl, die durch Schwingungen in det Ladung auf dem Kondensator 28 dargestellt werden

2") Diese Mittel umfassen einen Spannungsteiler aus gleichen Widerständen 70 und 72, die über die Leitei 66 und 68 geschaltet sind, wobei der Verbindungspunkt 62 zwischen den Widerständen 70 und 72 da> Potential eines gemeinsamen F'unktcs 80 festlegt

so Zwischen den Leiter 68 und den Verbindungspunki 76 ist ein Kondensator 74 geschaltet und zwischer den Verbindungspunkt 76 und den gemeinsamer Punkt 80 ist ein Widerstand 78 geschaltet.

Da der Kondensator 74 die Gleichstromkompo-

)-, ncnte der Ladung auf dem Kondensator 28 ausfiltert ist am Verhindungspunkt 76 ein Signal vorhanden das der Größe der Schwingungen in der Spannunj über dem großen Kondensator 28 und den Eingangsklemmen 30 und 32 proportional ist und mit dieser

4(1 gleichphasig ist.

Die Stabilisierungscinrichtung 40 enthält fcrnei eine Phascnvcrschicbungsschaltung, die auf das Signa am Verbindungspunkt 76 anspricht, um ein Stabilisicrungssignal zu erzeugen, in dem Schwingungen ent·

a; halten sind, die auf das Signal am Verbindungspunk 76 und die Schwingungen in der Gleichspannung be zogen, diesen gegenüber aber phasenverschoben sind In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 enthäl diese Anordnung einen Kondensator 84, der zwisehei

-,Ii den Verbindungspunkt 86 und den gcmcinsamci Punkt 80 geschaltet ist, wobei zwischen den Knoten punkten 76 und 86 ein Widerstand 88 vorgesehen ist Ein Paar entgegengesetzt gepoltc Dioden 90 und 9i sind zwischen den Knotenpunkt 86 und den gemein

■ν, samen Punkt 80 geschaltet, und ein die Vcrstärkunj einstellender Widerstand 94 ist zwischen den Knoten punkt 86 und den Leiter 38 geschaltet. Diese Schal lung führt dem Leiter 38 ein Stabilisierungssignal mi darin enthaltenen Schwingungen zu, die auf du

_h„ Schwingungen in dem Signal am Knotenpunkt 76 be zogen sind, diesen gegenüber aber um etwa 90" pha scnvcrschobcn ist. Die Dioden 90 und 92 begrenzet die Amplitude der Schwingungen in dem Stabilisic rungssignal. Solange die Pcndclungcn der Motordreh

,,<·, zahl nicht groß genug sind, um zu bewirken, daß du Schwingungen des Stabilisierungssignals die durch dii Dioden 90 und 92 gesetzten Grenzen übersehreiten ist das dem Leiter 38 /tigefiilirte Sliibilisicrungssignu

nicht nur um etwa 90° phasenverschoben relativ zum Signal am Knotenpunkt 76, sondern enthält auch Schwingungen, die der entsprechenden Motordrchzahl- und den Gleichspannungsschwingungen proportional sind.

Wie bereits aufgeführt wurde, leitet der Leiter 38 das Stabilisierungssignal zur Steuereinrichtung 16. Genauer gesagt, wird das Stabilisicrungssignal zusammen mit dem Spannungsrückkopplungssignal 42 und dem Signal auf dein Leiter 60 aus dem Bcfehlsverstärker 56 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 Ausgangssignals 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 Stabilisicrungssignal, das auf dem Leiter 38 zum Verstärker 96 geführt wird, eine zeitveränderliche Polarität aufweist, so daß eine Erhöhung der Motordrehzahl von einer entsprechenden Erhöhung in der Ausgangsspannung des Inverters 12 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 Stabilisicrungssignal auf dem Leiter 38 zu allen Zeiten die richtige Polarität aufweist.

In dem Ausführungsbeispiel der Stabilisierungsanordnung gemäß Fig. 2 wurden die die Stabilisierungsmittel und den Kondensator 28 bildenden Elemente wie folgt ausgewählt:

Kondensator 28 - 4000 Mikrofarad;

Widerstände 70 und 72 - 1000 Ohm;

Kondensator 74 - 10 Mikrofarad;

Widerstand 78 - 100000 Ohm;

Widerstand 88 - 47000 Ohm;

Kondensator 84 - I Mikrofarad;

Dioden - 1N4148;

Widerstand 94 - 47000 Ohm.

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 anderes Ausführungsbeispiel 40' der Stabilisierungsmittel dargestellt, in dem d'e Stabilisicrungscinriditung 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° er- > zeugt wird. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, wird das Potential des gemeinsamen Punktes 106 durch ein Paar Widerstünde 70' und 72' über dem Kondensator 28' festgelegt, und die Spannung über dem Kondensator 28' wird am Knotenpunkt 100 abgetastet. Ein der Lain dung proportionales Signal wird einem Kondensator 102 zugeführt, der die Gleichstromkomponente ausfiltert und einem Knotenpunkt 104 ein Signal mit Schwingungen zuführt, die den Schwingungen in der Ladung auf dem Kondensator 28' und den Schwin-ΙΊ gungen bzw. Pendelungen in der Motordrehzahl proportional sind. Der Knotenpunkt 104 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 2(i die Verstärkung einstellender Wideband 116 und ein Kondensator 118 sind über den Eingang 110 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 2--> 104 zugefhürte Wechselstromsignal wird im Verstärker 112 um etwa 60° phasenverschoben, wobei die Elemente wie folgt ausgewählt sind:

Kondensator 102 - 1 Mikrofarad;

Verstärker 112 - A741;
in Kondensator 118 - 0,22 Mikrofarad;

Widerstand 108 - 100000 Ohm;

Widerstand 114 - 47000 Ohm;

Widerstand 116 - 470000 Ohm.

Von dem Ausgang 122 wird das bereits phasenver-Γ) schobene 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, 4(i 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 4Ί zwischen den Knotenpunkt 126 und den Leiter 38' geschaltet ist, um der Steuereinrichtung 16' das Stabilisierungssignal zuzuführen. Das der Ausgangsklemmt: 122 des Verstärkers 112 zugeführte Signal wird einer zusätzlichen Phasenverschiebung von etwa w 90° unterworfen, wobei die Elemente wie folgt ausgewählt sind:

Widerstand 124 - 15 000 Ohm;

Kondensator 128 - 3 Mikrofarad;

Dioden 130 und 132 - 1N4148;
y, Widerstand 134 - 15 000 Ohm.

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

Ein drittes Ausführungsbeispiel 40" der Stabilisierungsunordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Wie die Sta-

biiisicrungsuru>rdnung40 in Fig. 2 erzeugt die Stabilisierungsanordnung 40" ein Stabilisierungssignal, das der Steuereinrichtung 16 zugeführt wird und um etwa y()° phasenverschoben ist. Die tatsachliche Phasenverschiebungsschaltung gemäß Fig. 4 ist identisch mit der in Fig. 2 gezeigten, und ähnliche Elemente sind mit eingestrichenen Bezugszahlen versehen. Die Stabilisierungsanordnung gemäß Fig. 4 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 an Hand 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 an Hand eines mehrphasigen Antriebes beschrieben, obwohl sie in gleicher Weise auf einphasige Systeme anwendbar ist. In ähnlieher Weise wurde die Erfindung an Hand eines Antriebssystems mit einem einzigen Wechselstrommotor 10 beschrieben, obwohl sie auch auf Antriebssysteme anwendbar ist, die zahlreiche Motoren umfassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. AnordnungzurSteuerungdcr Drehzahl eines über einen Leistungswandler, der eine Gleich- ^r> strom-Eingangsleistung in eine Wechselstrom-Ausgangsleistung einstellbarer Amplitude und Frequenz umwandelt, gespeisten Wechselstrommotors mit einer Stabilisierungseinrichtung, deren Eingangskreis eine Meßgröße des Leistungswand- i<> lers zugeführt ist, die auf Grund von Drehzahlpendelungen des Wechselstrommotors eine niederfrequente Komponente enthält, die ausgefiltert ist, und als Ausgangssignal in die Steuerung des Leistungswandlers eingreift, dadurch gekenn- π zeichnet, daß der Leistungswandler (12) eine zwischen seine Gleichstromleitungen (66, 68) geschaltete kapazitive Anordnung (28) enthält, doren Spannung als Meßgröße des Eingangskreises der Stabilisierungseinrichtung (40) dient, daß die die DrehzahJpendeJungen darstellende Größe in einer phasenschiebenden Einrichtung (84-94) verarbeitet ist und daß das Ausgangssignal der die Amplitude der Ausgangsspannung steuernden Einrichtung des Leistungswandlers (12) zugeführt r> ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenschiebende Einrichtung (84-94) Mittel (92, 94) zur Begrenzung der Amplitude der Ausgangsgröße der Stabilisie- jo rungseinrichtung (40) enthält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungseinrichtung (40) einen Spannungsteiler (70,72), der zwischen die Eingangsklemmen (30, 32) des Leistungs- ;ϊ wandlers (12) geschaltet ist und zur Festlegung eines Bezugspotentials für die Stabilisierungsmittel einen an Masse liegenden Knotenpunkt (82) aufweist, einen ersten Kondensator (74), dessen einer Pol mit einer Eingangsklemme (32) des Leistungswandlers (12) verbunden ist und dessen anderer Pol (bei 76) ein Signal liefert, das gleichphasig mit und proportional zu den Schwingungen ist in der durch die kapazitive Anordnung (28) gespeicherten Ladung, und einen ersten Widerstand (78) umfaßt, der zwischen den Knotenpunkt (82) des Spannungsteilers (70, 72) und den anderen Kondensatorpol (bei 76) geschaltet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenschiebende Einrichtung (84-94) einen Widerstand (88) der mit dem ersten Kondensator (74) verbunden ist (bei 76) und einen zweiten Kondensator (84) umfaßt, der zwischen den Knotenpunkt (82) des Spannungsteilers (70, 72) und die andere Klemme des zwei- 5-, ten Widerstandes (88) geschaltet ist, wobei an diesem Knotenpunkt (86) das der Steuerung (16) zugeführte Ausgangssignal anliegt.

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Dioden (90, 92) entge- m> gengesetzt gepolt zwischen dem Knotenpunkt (82) des Spannungsteilers (70, 72) und dem Knotenpunkt (86) zwischen dem zweiten Widerstand (88) und dem zweiten Kondensator (84) geschaltet sind.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Leistungswandlersteuerung (16'), die eine Phasenschiebung von 30" erzeugt, die Stabilisierungseinrichtung (40') eine erste, 60° phasenschiebende Schaltungsanordnung (102, 108, 112-118) und eine zweite, ¹JO" phasenschiebende Schaltungsanordnung (124, 128-134) aulweist.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungseii.-richtung (40") einen Trennlransformator (140) aufweist, dessen Primärwicklung über einen Kondensator (142) der kapazitiven Anordnung (28") parallel geschaltet ist.