DE2352728A1

DE2352728A1 - Spannungssteuerung eines wechselstromantriebssystems waehrend des motoranlassens

Info

Publication number: DE2352728A1
Application number: DE19732352728
Authority: DE
Inventors: Niels Peder Pedersen
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-10-24
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1974-04-25
Also published as: US3757179A; JPS49132513A; JPS535403B2; CA979479A

Description

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PATENTANWALT * >> 0- * ' ^ O _Telefon(0a 11) 237220

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2476-21-SV-447

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schene ctady, N.Y./U.S.A *

Spannungssteuerung, eines Weciiselstrom-Antriebssystems während des Motoranlassens

Die Erfindung betrifft ein Vfechselstrom-Antriebssysteni des Typs, in dem eine Vielzahl von Synchronmotoren aus einer einzigen Kraftquelle mit elektrischer Leistung versorgt werden, und insbesondere die Steuerung solcher Antriebssysteme in einer solchen Weise, daß ein Motor oder mehrere Motoren schnell synchrOnisiertLwerden können, ohne die Drehzahl zuvor synchrOnisierter Motoren zu verändern.

Es ist oft erwünscht, daß die Motoren eine» elektrischen An-triebssystems bei einer genau bestimmten Drehzahl kontinuierlich ohne

DrehzahIschwankungen arbeiten. Dies gilt besonders Tür bestimmte verfahrenstechnische Anwendungen von Antriebssystemen. Es ist weiterhin oft erwünscht, daß solche Motoren nicht nur mit äußerster Drehzahlgenaüigkeit arbeiten, sondern auch eine Anzahl von Motoren von einer einzigen Quelle mit elektrischer Leistung versorgt werden. Durch die Verwendung von Synchronmotoren, beispielsweise Synchron-Reluktanz-Motoren, kann man einen gesamten Satz von Motoren entweder mit identischen Drehzahlen betreiben oder mit solchen Drehzahlen, die zueinander in bestimmten bekannten Verhältnissen stehen. Durch die Verwendung einer Quelle mit einstellbarer Frequenz und Spannung, beispielsweise eines Inverters oder Zyklokonverters, können die Betriebsdrehzahlen der Synchronmotoren so eingerichtet werden, daß man die genauen Betriebsdrehzahlen erhält, welche durch die Anwendung des Antriebssystems erforderlich sind. Wenn diese Art einer Kraftquelle verwendet wird, kann ein Erhitzen der Motoren während des Betriebs ein ernsthaftes Problem werden infolge des Oberwellengehaltes in der elektrischen Leistung, welche den Motoren zugeführt wird. Diese Erhitzung kann etwas abgeschwächt werden dadurch, daß die Ausgangsspannung der Quelle auf dem niedrigsten Wert gehalten wird, welcher mit dem Betrieb der Motoren verträglich ist.

Bei Antriebsmotoren, welche eine Vielzahl von Synchronmotoren enthalten, ist es manchmal erwünscht, die Motoren unabhängig voneinander anzuhalten und anzulassen. Es ist besonders erwünscht, wenn man einen oder mehrere Motoren anhalten und erneut anlassen kann, während die übrigen Motoren weiter auf ihren synchronen Drehzahlen arbeiten. Wenn jedoch vor einem Anhalten eine Erhitzung des Motors aufgetreten ist, kann es schwierig oder sogar unmöglich sein, den Motor erneut anzulassen, wenn er noch heiß ist, da ein heißer Motor ein vermindertes Drehmoment erzeugt. Ein Lösungsweg für dieses Problem besteht darin, die normale Ausgangsspannung der Quelle zu steigern, um das notwendige Drehmoment für das Anlassen zu erzeugen. Dieser Lösungsweg ist jedoch nicht völlig zufriedenstellend, da dies eine noch stärkere Erhitzung aller Motoren

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ergibt und damit eine noch höhere Spannung erforderlich wird» In der Vergangenheit wurde vorgeschlagen, daß die Ausgangsspannung nur während der Zeitdauer erhöht wird, welche für das Anlassen und Synchronisieren der Motoren erforderlieh ist, und daß dann die Aus gangs Spannung auf einen niedrigeren Viert für den stationären Zustand zurückgeführt wird. Auf diese Weise kann ein heißer Motor in zuverlässiger Weise angelassen werden, ohne alle Motoren einer übermäßigen Erhitzung im stationären Zustand zu unterwerfen. Dieser Lösungsweg wurde bisher dadurch ausgeführt, daß eine gegenseitige Verriegelung mit der Anlassereinrichtung für jeden Motor oder jede Gruppe von Motoren vorgesehen wurde. Diese Verriegelung arbeitet dabei durch die Steuereinrichtung für die Kraftquelle zu einer Erhöhung der Ausgangsspannung für eine vorgegebene Zeitdauer. Bei Antriebssystemen, welche nur eine relativ geringe Zahl von Motoren enthalten, ist dieser Lösungsweg im allgemeinen zufriedenstellend. Dieser Lösungsweg wurde jedoch nicht als völlig befriedigend befunden für Antriebssysteme;, welche eine große Zahl von unabhängigen Motoren besitzen, beispielsweise Anwendungen für Verfahren zur Herstellung von synthetischen Pasern₉ bei denen typischerweise 64 Motoren mit einem einzigen Inverter verbunden sind. In einem solchen Falle würden 6M gegenseitige Verriegelungen und Steuerverbindungen benötigt, und es würde daher eine wesentliche Steigerung der Kosten und Kompliziertheit des Systems erforderlich sein.

Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zu schaffen für die Gewährleistung des schnellen und zuverlässigen Anlassens von Synchronmotoren in einem Antriebssystem, in dem die angelassenen Motoren und eine Anzahl von zuvor synchronisierten Motoren mit einer Quelle für Wechselstromleistung mit einstellbarer Spannung verbunden sind.

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Zusammengefaßt wird die Erfindung in einer Form dadurch ausgeführt, daß bei einem Wechselstrom-Antriebssystem einschließlich einer Quelle mit elektrischer Wechselstromleistung und einstellbarer Spannung und einer Vielzahl von an diese Quelle zur Lieferung elektrischer Leistung gekoppelter Synchronmotoren eine Steuereinrichtung vorgesehen wird zur Unterstützung des schnellen und zuverlässigen Anlassens eines oder mehrerer Motoren. Die Steuereinrichtung enthält eine erste Einrichtung, welche mit der elektrischen Leistungsquelle zur Erfassung eines Ausgangsparameters

wesentlich derselben gekoppelt ist, der sich»bezüglich seines stationären Wertes während des Anlassens von einem oder mehreren Motoren ändert, Diese erste Einrichtung erzeugt dabei ein erstes Signal mit einer Amplitude, welche repräsentativ ist für diesen ausgewählten Ausgangsparameter. Das erste Steuersignal wird einer zweiten Einrichtung zugeführt, welche bei Vorhandensein einer bedeutungsvollen Änderung in dem ersten Steuersignal ein zweites Steuersignal erzeugt. Dieses zweite Steuersignal wird wiederum einer dritten Einrichtung, zugeführt, welche dann nach dem Eintreffen des zweiten Steuersignals ein drittes Steuersignal mit einer vorgegebenen Dauer erzeugt. Das dritte Steuersignal wird einer vierten Einrichtung zugeführt, um die Ausgangsspannung der Quelle für elektrische Wechselstromleistung während der vorgegebenen Dauer des dritten Steuersignals zu erhöhen. Die erhöhte Spannung gestattet ein schnelles Anlassen und Synchronisieren der angelassenen Motoren. Die begrenzte Dauer der Spannungserhöhung beschränkt jedoch den Aufheizeffekt dieser Spannungserhöhung auf die Motoren.

Gemäß einem iireiteren Aspekt der Erfindung ist der von der ersten Einrichtung erfaßte ausgangsseitige Parameter die Komponente des Ausgangsstroms j, welche in Phase mit der Ausgangsspannung der Quelle ist. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Frequenz der Wechselstromquelle_s welche ein Inverter_s ein Zyklokonvertex* und. ein anderer¹ kontaktloser oder statischer Leistungskonverter B®in Ιζ®.ηη₉ auf das dritte Steuersignal hin nicht ge-

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ändert. Auf diese Weise arbeiten die vor dem Äniäßvbrgäfig in Betrieb befindlichen und synchronisierten Motoren weiterhin mit ihren synchronen Drehzahlen ohne das Auftreten von irgendwelchen nachteiligen Drehzählschwankungen. Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung spricht die zweite Einrichtung nur auf Vergrößerungen des ersten Steuersignals an und die dritte Einrichtung spricht so auf die zweiten Steuersignale äh_A daß sie dritte Steuersignale erzeugt, die während der vorgegebenen Dauer im wesentlichen konstante Amplituden besitzen; dabei sind diese Amplituden unabhängig von der Amplitude der zweiten Steuersignale eingestellt.

Ein besseres Verständnis des Aufbaus der Erfindung ergibt sich zusammen mit weiteren Aufgaben und Gesichtspunkten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung einer Ausführungsform im Zusammenhang mit den Abbildungen«

Pig* i ist ein Blockschaltbild für ein WeGhselström-Antrlebssystem als Ausführungsförin der Erfindung«

Pig* 2 ist ein Schältbild einer bevorzugten Ausführungsform des Meßfühlers für den Ausgangsparameter nach Pig. I, welche zur Messung des Stromes in Phase und zur Verwendung in einem Dreiphäsen-Antriebssystem geeignet ist* . .

Fig. 3 ist ein Schaltbild des Meßfühlers für die Veränderung und für eine Ausführungsform des Signalgenerators für die Spannungsnachstellung gemäß Figur 1.

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform des Signälgenerators für die Spannungsnachstellung.

Ein Antriebssystem mit der vorliegenden Erfindung ist in Figur 1 abgebildet und enthält eine Quelle iO für elektrische Leistung mit einstellbarer Spannung. Die Quelle 10 ist vorzugsweise ein

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statischer Inverter zur Umwandlung elektrischer Leistung von einer Gleichstromquelle 12 in eine elektrische Leistung mit 3 Phasen und einstellbarer Frequenz und einstellbarer Spannung auf den ausgangsseitigen Phasenleitern 14A," l4B und 140. Die Quelle 10 kann jedoch auch andere Formen annehmen, beispielsweise die Form eines Zyklokonverters zur Umwandlung elektrischer Wechselstrom^ leistung in elektrische Leistung mit einstellbarer Frequenz und Spannung. Die Quelle 10 kann auch anstelle elektrischer Leistung mit 3 Phasen eine Leistung mit einer Phase abgeben.

Die Ausgangsleiter l4A, 14B und 14G sind über die einzelnen Dreiphasenleiter 16A bis l6H (diese sind in Form einer einzigen Leitung dargestellt) und über jeweils einzeln betätigbare Start- und Stopkontakte 1.8A bis 18H mit einer Vielzahl von Dreiphasen-Synchronmotoren Ml bis M8 verbunden. Obwohl in der Darstellung lediglich 8 Motoren enthalten sind, wird typ'ischerweise eine noch größere Anzahl von Motoren durch eine einzige Quelle 10 versorgt. Beispielsweise werden in der synthetischen Faserindustrie oft bis zu 64 Motoren von einer einzigen Leistungsquelle versorgt; dabei können diese Motoren einzeln angelassen und angehalten werden. Die 8 Motoren Ml bis M8 veranschaulichen daher lediglich den allgemeinen Fall einer Vielzahl von Motoren, welche an eine einzige Leistungsquelle gekoppelt sind.

Es sei nunmehr angenommen, daß das Antriebssystem mit geschlossenen Kontakten 18A bis 18G arbeitet gemäß der Darstellung, so daß die Motoren Ml bis M7 mit ihren synchronen Drehzahlen laufen. Weiterhin sei angenommen, daß ein Reglersystem 20 die Ausgangsfrequenz der Quelle des Inverters 10 so regelt, daß die synchronen Drehzahlen der Motoren Ml bis M7 gemäß der Amplitude eines Kommandosignals 22 von einer kommandoquelle 24 und geeigneter Rückkopplungssignale 26 eingestellt-werden; diese Anordnung bildet jedoch keinen'Teil der vorliegenden Erfindung. Die Ausgangsspannung des Inverters 10 wird ebenfalls durch das Reglersystern 20 gemäß den Signalen 22 und unter Anlaßbedingungen durch ein gemäß der Erfindung

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erzeugtes Signal 28 gesteuert. Dem Motor M8 wird zum Anlassen dieses Motors elektrische Leistung mit der Ausgangsfrequenz und -spannung des Inverters 10 zugeführt', wenn die Kontakte 18H geschlossen werden. Während des Anlaßvorganges wurde gefunden, daß der Ausgangsstrom der Quelle 10 sehr beträchtlich ansteigt als Ergebnis des Anlassens eines einzigen Motors in einem Satz von Motoren, in dem bereits eine Anzahl von Motoren laufen. Beispielsweise wurde bei einem typischen Antriebssystem, in dem 63 Motoren gleichzeitig synchron laufen, gefunden, daß das Anlassen des 64. Motors momentan den Aus gangs s't rom von einem stationären Zustand mit I89 Ampere auf 210 Ampere erhöht. Daher bewirkt das Schließen der Kontakte I8H zum Anlassen des Motors M8 einen sehr beträchtlichen Anstieg in dem Ausgangsstrom des Inverters auf den Leitern 14. In ähnlicher Weise führt das Schließen eines der Kontakte I8A bis 18g zum Anlassen eines entsprechenden Motors Ml bis M7 während des Betriebs der anderen Motoren zu einem ähnlichen momentanen Anstieg des AusgangsStroms*

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Ausgangsstrom des Inverters 10 überwacht, und es sind Einrichtungen vorgesehen, welche auf einen Anstieg der Stromstärke konsistent mit dem Start eines Motors ansprechen zur Erzeugung des Spannungserhöhungssignals 28. Das Signal 28 und die daraus folgende Erhöhung der Inverter-Aus- · gangsspannung und des Motordrehmomentes bleiben während einer Zeitdauer bestehen, welche ausreichend ist, um den gerade angelassenen Motor auf seine synchrone Drehzahl zu bringen. Das Signal 28 wird dann automatisch weggenommen und die Ausgangsspannung sinkt auf einen stationären Wert ab_s welcher ausreichend ist zum Betrieb der Motoren mit einem" Mindestmaß an Erhitzung.

Gemäß der Aus führ ungs form'nach Figo 1 wird, der Ausgangsstroai jeder Phase des Inverters 10 mit Hilfe von Stromtransformatoren (in Figur 1 mit der Bezugs ziffer 30 be zeichne tjs-f mit „ l©n diesen . Transformatoren werden Signal© proportional su ύ®η featsäehlieh vorhandenen Stromstärken in den Leitern IHa₃ %HB wkü t^Q üfe©!· 'di©

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Leitungen 32 einem Meßfühler 34 für die Stromstärke in Phase zugeführt. Über die Leitungen 36 werden dem Meßfühler 34 für den Strom in Phase von dem Reglersystem 20 Signale in Phase mit der Ausgangsspannung des Inverters IO zugeführt. Der Strommeßfühler erzeugt ein Signal 38 proportional zu derjenigen Komponente des ausgangsseitigen Stroms, welche mit der Ausgangsspannung in Phase ist. Wenn alle oder eine bedeutungsvolle Anzahl der Motoren Ml bis MS unter stationären Bedingungen laufen, dann besitzt das Signal 38 für die Stromstärke in Phase einen im wesentlichen festen Pegelwert. Während eines darauffolgenden Anlaßvorgangs für einen oder mehrere Motoren wird sich das Signal 38 beträchtlich erhöhen. Es wurde gefunden, daß die Stromkomponente in Phase eine äußerst gut ansprechende Anzeige des Anlassens eines" Motors ist. Andere ausgangsseitige Parameter des Inverters, welche sich mit dem Anlassen eines Motors beträchtlich ändern, können selbstverständlich ebenfalls als eine Anzeige für das Anlassen des Motors verwendet werden. Beispielsweise ist die Iststromstärke neben der Komponente in Phase ein höchst brauchbarer ausgangsseitiger Parameter zur Anzeige des Anlassens eines Motors.

Im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 wird nachstehend eine ausführlichere Beschreibung, der Meßfühlereinrichtung für die Stromstärke in Phase gegeben. Stromsignale proportional zu den tatsächlich vorhandenen Phasenströmen in den Leitern 14A, 14B und l4C werden durch die jeweiligen Stromtransformatoren 3OA, 3OB und 3OC erzeugt und über die Leiter 32A, 32B und 32C dem Meßfühler 34 für die Stromstärke in Phase zugeführt. Der Leiter 32A liefert ein Signal proportional zur tatsächlichen Phasenstromstärke im Leiter 14A ζμ einem Feldeffekttransistor (FET) 40, und zwar entweder zur Kathoden- oder Anodenelektrode des Transistors. Da der Feldeffekttransistor ¹JO bezüglich des Stromweges durch die Kathoden-Anoden-Strecke in zwei Richtungen arbeitet, kann der Leiter 32A mit einer der beiden Elektroden verbunden werden und ein Lei*? ter 42 zu einem Summierverstärker 44 wird mit der anderen Elektrode

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verbunden. Der Leiter 36A liefert ein Rechteckwellen-Spannungssignal in Phase mit der Spannung, welche dem Leiter 14A durch die Kraftquelle 10 zugeführt· wird. V/ie in Figur 2 gezeigt, wird das Spannungssignal auf dem Leiter 36A durch einen Widerstand 50 auf die Basiselektrode 46 eines konventioneIlen npn-Transistors 48 gekoppelt. Ein Widerstand 52 ist mit der Gitterelektrode 46 des Transistors 4:8 und auch mit Masse oder einem gemeinsamen Punkt oder Massepunkt 54 verbunden, um den Spannungswert auf der Gitterr elektrode zu stabilisieren, wenn kein Spannungssignal auf dem Leiter 36A vorhanden ist. Die Ko1Iektorelektrode des Transistors wird über einen Widerstand 56 auf eine positive Vorspannung und über einen Diodengleichrichter 58 auf das ©itter des FET? 40 und durch einen weiteren Widerstand 60 auf Masse odea? den Massepunkt gekoppelt. Die Gitterelektrode des FET 40 ist ober eine-ii Widerstand 62 ebenfalls mit dem Massepunkt 54 verbunden. Pie Leiter 32B und 32c liefern Signale proportional zu den tatsächlich «vorhaiidenen Phasenströmen in den Leitern 3AB und IHG aft ähnliche Schaltungen. In diesen sind ähnliche Elemente durch Bezugsziffern alt einfachem oder .doppeltem* Apostrophzeichen feezeichnet. Eechteckwellensignale in Phase mit den A'usgangsspannungen der Leiter 14B bzw, IHG werden'auf den Leiter'36B bm»"3&U geliefert. Die Leiter 42' und 42^M sind ebenfalls mit den Summierverstärkern UH yerbundeji»

Figur 2 zeigt auch noch den Suiamenverstirker Hk mit weiterein Einzelheiten, Eine'Eingangs leitung 64 zu dem Summeuverstärker Hk dient zur Summierung der Piiasenstromsignale auf den Leitern HZ₉ k2* und kZ '* und zur Zufuhrung der Summe derselben zn einem umkehrenden Eingang 66 eines öperatorverstärkers 68» Ein nieht umkehrender Eingang JQ des Ferstärkers ^4 ist Ciber einen Widerstand 72 an Masse oder den Massepunkt $k gekoppelt ."Parallel Mt dem ¥erstärker 44 und zwischen der Eingangsleitung Sk züfn iTerstärker seinem Ausgangsleiter 38* sind ein Ifiderstanö 7^ ζ»ϊ* Iiiisteili des Verstärkungsgrades und ein Filterköndensato? ti geschalibet

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Es wird nachstehend die Arbeitsweise der Meßfühleranordnung 3k für den Strom in Phase beschrieben. Wie bereits erläutert, wird durch den Leiter 32A dem PET ¹JO ein elektrisches Signal zugeführt, welches kontinuierlich proportional der tatsächlich vorhandenen Stromstärke auf dem Leiter l4A ist. Ein elektrisches Rechteckwellensignal in Phase mit der am Leiter 14ä zugeführten Spannung wird auf dem Leiter 36A von dem Reglersystem 20 zugeführt. Solange der Transistor 48 gesperrt oder abgeschaltet ist, ist die zum Widerstand 56 zugeführte positive Spannung ausreichend, um den FET 40 in einem nicht-stromdurchlässigen Zustand dadurch zu halten, daß an seiner Basis 40' eine positive Spannung angelegt wird. Solange der FET 40 gesperrt ist, wird kein Signal auf dem · Leiter 42 zum Summierverstärker 44 vorhanden sein.

Wenn jedoch das Spannungssignal, welches an den Leiter 36A gelegt wird, von der relativ negativen Halbperiode zu seiner relativ positiven Halbperiode wechselt, dann ist die positive Spannung an der Basis 46 ausreichend, um den Transistor 48 einzuschalten und dadurch zu bewirken, daß die Spannung am Verzweigungspunkt etwa auf die Spannung am Massepunkt 54 abfällt. Als Ergebnis sinkt die Spannung an der Basis 40* des FET 40 hinreichend weit ab, um den FET 40 einzuschalten, und das auf dem Leiter 32A zügeführte Stroms tärkesignal wird durch den FET 4*0 "zum Leiter 42 und zum Summier verstärker 44 durchgelassen. Der FET 40 bleibt so lange stromdurchlässig oder eingeschaltet, wie das am Leiter 36A zugeführte Spannungssignal relativ positiv ist» Wenn dieses Signal am Ende der positiven flalbperiode auf seinen relativ negativen Wert abfällt, dann sperrt der Transistor 48 sofort und der FET wird dadurch gesperrt oder abgeschaltet. Man erkennt daher, daß das tatsächlich vorhandene Stromsignal auf dem Leiter 33A während der Folgen positiver Halbperioden des Spannungssignals zu dem Summierverstärker 44 geleitet wird, jedoch nicht während der negativen Halbperiode.

Da die Motoren Ml bis M8 induktive Verbraucher sind, wird die tatsächlich vorhandene Stromstärke in der Phase A nicht in Phase

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-limit der Spannung der Phase A sein. Demgemäß wird das Signal, welches dem Leiter 42 durch den in zwei Richtungen dürchgelassenen FET 40 während der positiven Halbperiode der Spannung zugeführt wird, für einen Teil der Durchlaßzeit negativ und während eines anderen Teils der Durchlaßzeit positiv sein. In einem bestimmten Augenblick wird das Phasensteuer.signal zum Leiter 42 proportional zur tatsächlich vorhandenen Stromstärke in der Phase A in diesem Augenblick unabhängig davon sein, ob es negativ oder positiv ist. über der gesamten positiven Halbperiode der Spannung wird das Phasensteuersignal einen Amplitudenmittelwert besitzen, der proportional ist dem Mittelwert der Amplitude der Komponente des tatsächlich vorhandenen Phasenstroms, welche mit der Spannung in Phase ist. So lange, wie die tatsächlich vorhandene Phasenspannung und Stromstärke symmetrisch sind und gleiche positive und negative Pegelwerte annehmen, ist der Mittelwert der Amplitude des Phasensteuersignäls über eine volle Periode proportional zum Mittelwert der Amplitude der in Phase liegenden Komponente der tatsächlichen Stromstärke.

Die mit den Eingangsleitern 32B und 36B und den Eingangsleitern 32C und 36c verbundenen Schaltungen arbeiten in ähnlicher Weise, um auf den Leitern 42' und .42' ' elektrische Steuersignale zu er zeugen, welche proportional zu den Komponenten der Stromstärke in Phase auf den Leitern 14A und 14B sind. Diese Signale werden am Leiter 64 summiert und werden daher dem umkehrenden Verstärker 68 des Summierverstärkers 44 als ein elektrisches Signal, zugeführt, welches proportional zum Mittelwert der drei in Phase liegenden Komponenten der tatsächlichen Stromstärke ist. Da mindestens eine Phase zu allen Zeitpunkten eine positive Spannung besitzen wird, wird das am Verstärker 68 zugeführte Signal kontinuierlich sein, obwohl auf irgendeinem der Leiter 42, 42' und 42*' nur Signale während der Hälfte der Zeit vorhanden sein werden.

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Wie bereits angedeutet, kehrt der Verstärker 68 das Signal auf dem Leiter 64 um und verstärkt es zur Erzeugung eines Steuersignals auf dem Leiter 38'. Das Steuersignal ist dabei proportional dem Mittelwert der in Phase liegenden Komponenten der Stromstärke in den Phasen A, B und C. Das Steuersignal ist in Pig. I durch die Bezugsziffer 38 bezeichnet.

Bezüglich einer umfassenderen Beschreibung der 'den gleichphasigen Strom abtastenden Einrichtung wird auf die deutsche Patentanmeldung P 22 25 609 verwiesen. Es sei aber nochmals darauf hingewiesen, dass zwar das in-Phase-Stromstärkesignal ein bevorzugter Indikator für einen oder mehrere Motoren in dem Motorensatz ist, in dem bereits eine Anzahl von Motoren laufen, aber auch andere Parameter, welche sich während des Anlassens eines Motors wesentlich ändern, überwacht und durch die Amplitude des Signals auf dem Leiter 38 dargestellt werden können.

Das Steuersignal 38 wird einem Änderungsmeßfühler 100 zugeführt, welcher nur dann ein Ausgangssignal 102 erzeugt, wenn sich das · Steuersignal 38 wesentlich gegenüber seinem Wert für den stationären Zustand erhöht. Mit anderen Worten wird ein Ausgangssignal 102 nur dann erzeugt, wenn eine solche Änderung in dem Ausgangsstrom in Phase auf den Leitern 14 vorliegt, welche konsistent mit dem Anlassen eines der Motoren Ml bis M8 ist. Das Signal 102 wird einem Spannungsnachstell-Signalgenerator 104 zugeführt. Bei Vorhandensein eines Ausgangssignals 102 erzeugt dieser Spannungsnachstell-Signalgenerator 104 ein Signal 28 zur Erhöhung der Spannung. Wie bereits zu_vor erläutert, wird dieses Signal 28 zur Erhöhung der Spannung während eines Zeitraumes erzeugt, der ausreichend ist, um einen gerade angelassenen Motor bis zu seiner Synchrondrehzahi zu bringen. Das Signal 28 wird dann automatisch weggenommen und die Ausgangsspannung des Inverters IO sinkt auf einen stationären Wert ab, der für den Betrieb der Motoren ausreichend ist.

Die Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Veränderungsmeßfühlers 100 und eine Ausführungsform des Signalgenerators 104

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für die Spannungsnachstellung. Der Veränderungsmeßfühler 100 enthält einen Eingangswiderstand 106, einen Kondensator 108 und eine Diode 110, welche in Reihe zwischen die Leiter 38 und den Leiter 102 geschaltet sind. Dabei ist die Kathode der Diode^110 mit dem Leiter 102 und die Anode der Diode 110 mit einem Verzweigungs^ punkt 112 und dem Kondensator 118 verbunden. Ein Widerstand 114 ist,zwischen die Masseleitung Ho und den Verzweigungspunkt 112 zwischen dem Kondensator 108 und der Diode 110 geschaltet.

Wenn eine Anzahl der Motoren Ml bis M8 unter stationären Betriebsbedingungen arbeiten, besitzt das Steuersignal 38 ©inen Wert für den stationären Zustand proportional zu den in-Phase--Komponenten des den Motoren zugeführten Stroms. Unter diesen Bedingungen halten der Kondensator 108 und der Entladewiderstand 114 den Verzweigungspunkt 112 auf dem Potential der Masseleitung 116 und es wird kein Ausgangssignal dem Leiter 102 zugeführt. Wenn das Steuersignal 38 leicht ansteigt, dann wird vorübergehend ein entsprechender Anstieg am Verzweigungspunkt 112 erscheinen, jedoch nicht auf dem Leiter 102, da der Spannungsabfall an der Diode 110 nicht ausreichend ist, um einen Stromdurchlaß zu bewirken. In ähnlicher Weise wird eine wesentliche Verminderung des Steuersignals 38 nicht durch die Diode 110 durchgelassen infolge der Polarität der Diode. Ein wesentlicher Anstieg des Steuersignals 38, welcher sich aus dem Anlassen eines weiteren Motors ergibt, führt jedoch zu einem entsprechenden vorübergehenden Anstieg der Spannung am Verzweigungspunkt 112 und zu einer Weiterleitung eines Aufladesignals 102 an den Signalgenerator 104 für die Spannungsnachstellung.

Es wird weiterhin "auf Figur 3 Bezug genommen. Der Signalgenerator für die Spannungsnachstellung enthä?lt einen .eingangs se it igen Verzweigungspunkt 120, der zur Aufnahme'des Signals102 gekoppelt ist, und einen Ausgangswiderstand 122, welcher zwischen den Verzweigungspunkt 120 und den Leiter für das Spannungssignal 28 gekoppelt ist. Ein Kondensator 124 ist zwischen den Verzweigungspunkt 120

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und die Masseleitung Il6 geschaltet und zwischen den Verzweigungspunkt 120 und die Masseleitung 11-6 ist ein Paar Dioden 126a und 126b in Reihe geschaltet. Die Arbeitsweise des Signalgenerators 104 für die Spannungsnachstellung wird nun im einzelnen beschrieben. Wenn dem Leiter 102 und dem eingangsseitigen Verzweigungspunkt 120 ein Veränderungssignal zugeführt wird, dann wird das Eingangssignal durch den Widerstand 122 als ein Spannungserhöhungssignal 28 auf den Regler 20 zur Erhöhung de*¹ Ausgangsspannung des Inverters weitergegeben. Die Dioden 126a und 126b begrenzen dabei die Amplitude des Signals 28 auf einen annehmbaren Wert. Während des Vorhandenseins des Signals auf dem Leiter 102 wird der Kondensator 124 auf eine Spannung aufgeladen, die größer ist als die Spannung auf der Masseleitung 116. Nach dem Wegnehmen des Signals 102 von dem Veränderungsmeßfühler 100 entladet sich der Kondensator 124 über den Widerstand 122 und liefert dadurch weiterhin ein Spannungserhöhungssignal über dem Leiter 28 während einer Zeit, die ausreichend ist, um eine Synchronisation des angelassenen Motors zu gewährleisten. Wenn der Kondensator 124 einmal entladen ist, verschwindet das Signal 28 und die Ausgangsspannung des Inverters geht auf ihren niedrigeren stationären Weg zurück. Durch richtige Auswahl des Widerstandes 122 und des Kondensators 124 kann die Dauer der Spannungsanhebung gesteuert werden. In einem Anwendungsfall, in dem das in-Phasen-Stromstärkesignal auf dem Leiter 38 in einem typischen stationären Bereich von 1 Volt bis 5 Volt lag und einen Anlaßstromwert im Bereich von 3 Volt bis 7 Volt besaß, wurde gefunden, daß ein Spannungsanhebungssignal 28 von etwa 0,05 Milliampere während etwa 2 Sekunden erforderlich war. Dies wurde dadurch erreicht, daß die Komponenten der Schaltung wie folgt ausgewählt wurden: Der Widerstand 106 mit 1000 0hm, der Kondensator 108 mit 100 Mikrofarad, der Widerstand 114 mit 25 000 0hm, der Widerstand 122 mit 10 Ohm und der Kondensator 124 mit 200 Mikrofarad. Um Spannungsanhebungssignale mit anderer Amplitude und Dauer zu erhalten, können entsprechende Veränderungen in den Kennwerten der Komponenten der

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der Schaltungen vorgenommen werden.

In Figur 4 ist eine zweite Ausführungsform 104' des Signalgenerators für die Spannungsnachstellung dargestellt. Der Generator 104' enthält dabei einen eingangsseitigen Verzweigungspunkt 120' ,· welcher an den Leiter 102 und noch an einen variablen Widerstand 122' gekoppelt ist, der zwischen den Verzweigungspunkt 120' und einen Verzweigungspunkt 130 geschaltet ist. Der Verzweigungspunkt 120' ist auch noch auf die Masseleitung 116 über einen Kondensator 124' und über ein Paar von in Reihe verbundenen Dioden 126a und 126b gekoppelt. Diese Elemente besitzen die gleiche Funktion wie die Elemente mit den entsprechenden Bezugsziffern ohne Apostroph in der Figur 3. Die Einstellmöglichkeit des Widerstandes 122' macht es dabei möglich, die Länge des am Leiter 28 zugeführten Spannungsnachstellsignals wählbar einzustellen. Um zu gewährIei_sten, daß das Spannungsnachstellsignal 28 während der Periode der Spannungsanhebung eine im wesentlichen konstante Amplitude besitzt, ist an den Verzweigungspunkt 130 ein Operatorverstärker 132 mit unendlich hohem Verstärkungsgrad gekoppelt. Der ausgangsseitige Verzweigungspunkt 134 des Verstärkers 132 ist dabei über ein Potentiometer 136 mit der Masseleitung Ho. verbunden. Eine Verklammerungsschaltung umfaßt eine Zenerdiode I38 für 10 Volt und eine Diode l40 parallel dazu und ist über die Verzweigungspunkte I30 und 134 geschältet, so daß am Verzweigungspunkt 134 so lange ein im wesentlichen konstantes Ausgangssignal aufrechterhalten wird, wie das Eingangssignal an dem eingangsseitigen Verzweigungspunkt 130 einen bedeutungsvollen Wert hat, d.h. während des Bestehens des angehobenen Spannungswertes, welcher durch die Einstellung des Widerstandes 122* ausgewählt ist. Die tatsächlich vorhandene Amplitude des Signals auf dem Leiter 28 kann durch geeignete Einstellung des Schleiferarms des Potentiometers 136 auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Erfindung eine Möglichkeit zur Gewährleistung eines, schnellen und zuverlässigen

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Anlassens von Synchronmotoren in solchen Antriebssystemen schafft, in denen die gerade angelassenen Motoren und eine Anzahl zuvor synchronisierter Motoren mit einer einzigen Quelle für elektrische Leistung mit einstellbarer Spannung verbunden sind. Weiterhin wird das schnelle und zuverlässige Anlassen gemäß der Erfindung erreicht, ohne dabei die Betriebsdrehzahlen der zuvor synchronisierten Motoren zu verändern, ohne eine übermäßige Erhitzung infolge eines Betriebs bei übermäßig hohen Spannungswerten zu bewirken und ohne die Verwendung kostspieliger und komplizierter Steuerschaltungen zu erfordern.

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Claims

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Patentansprüche

Wechselspannungs-Antriebssystem einschließlich einer Quelle für elektrische Wechselspannungsleistung mit einstellbarer Spannung und einer zur Zufuhr elektrischer Leistung mit dieser -"■ Quelle gekoppelten Vielzahl von Synchronmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Steuersystem enthält, welches eine erste mit der Quelle (10) gekoppelte Einrichtung (30, J>k) zur Erfassung eines ausgewählten Ausgangsparameters derselben besitzt, wobei dieser Parameter eine Amplitude aufweist, welche sich wesentlich gegenüber ihrem stationären Wert während des Anlassens von einem oder mehreren Motoren ändert, wobei durch diese Einrichtung ein erstes Steuersignal erzeugbar ist mit einer Amplitude, die repräsentativ ist für die Amplitude des ausgewählten ausgangsseitigen Parameters, und weiterhin eine zweite Einrichtung (100) mit der ersten Einrichtung zur Zuführung erster Steuersignale von derselJaen gekoppelt ist und bei Vorhandensein einer wesentlichen Änderung in einem ersten Steuersignal durch diese zweite Einrichtung ein zweites Steuersignal erzeugbar ist, und eine dritte Einrichtung (104) mit der zweiten Einrichtung (100) zum Empfang der zweiten Steuersignale von derselben gekoppelt ist und bei Vorhandensein eines zweiten Steuersignals ein drittes Steuersignal mit einer vorgegebenen Dauer nach dem Beginn des Eintreffens des zweiten Steuersignals erzeugt, sowie eine vierte Einrichtung (20), welche an die Quelle zur Steuerung der Äusrgangsspannung der von dieser gelieferten elektrischen Leistung gekoppelt ist, wobei diese vierte Einrichtung auch mit der dritten Einrichtung zum Empfang der dritten Steuersignale von derselben gekoppelt ist und auf das Vorhandensein eines dritten Steuersignals anspricht durch Änderung der Spannung der von der Quelle gelieferten elektrischen Leistung während der gesamten vorgegebenen Dauer des dritten Steuersignals.

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2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dad u r c h ge- .. kenn ζ ei chne t, daß der von der ersten Einrichtung (3Ό erfaßte ausgewählte ausgangsseitige Parameter die^ Komponente des Ausgangsstroms ist, welche in Phase mit der Ausgangsspannung der Quelle ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch g e ke nnze Lehne t, daß die Amplitude der von der dritten Einrichtung (104) erzeugten dritten Steuersignale

. unabhängig von entsprechenden Amplituden der Änderungen im ersten Steuersignal ist.
4. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch ge - . kennzeichnet, daß der von der ersten Einrichtung (3¹I) erfaßte ausgangsseitige Parameter sich während des Anlassens eines oder, mehrerer Motoren erhöht, wobei die zweite Einrichtung (100) Einrichtungen zur Erzeugung zweiter Steuersignale bei Vorhandensein wesentlicher Erholungen oder Verminderungen in dem ausgewählten Ausgangsparameter umfaßt, welche durch entsprechende Erhöhungen oder .Verminderungen.der

Einrichtung noch

ersten Steuersignale dargestellt sind, wobei diese^Einrichtungen zur Erzeugung dritter Steuersignale nur bei Vorhandensein zweiter Steuersignale enthält, welche bei Vorhandensein von Erhöhungen, der ersten Steuersignale erzeugt wurden, und weiterhin durch die vierte Einrichtung (20) die Ausgangsspannung der Quelle (10) während der gesamten vorgegebenen Dauer der dritten Steuersignale erhöhbar ist, wodurch die Ausgangsspannung der Quelle während des Anlassens von einem oder mehreren Motoren automatisch gesteigert wird zur Ausführung.einer schnellen Synchronisation der angelassenen Motoren ohne Änderung der Betriebsdrehzahl der zuvor synchronisierten Motoren.
5. Antriebssystem nach Anspruch 4, d a d u r ch ge k e η η ζ ei c h η et, daß der von der ersten Einrichtung

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erfaßte ausgewählte ausgangsseitige Parameter diejenige Komponente des Ausgangsstroms ist, welche in Phase mit der Ausgangsspannung der Quelle ist.
6. Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (100) Einrichtungen zur Erzeugung zweiter Steuersignale verschiedenartiger Polarität bei Vorhandensein von Erhöhungen bzw. Verminderungen des ersten Steuersignals enthält und die dritte Einrichtung (104) eingangsseitige Einrichtungen für eine Durchlaßrichtung enthält, welche so ausgewählt sind, daß sie nur zweite Steuersignale durchlassen, die bei Vorhandensein von Erhöhungen des ersten Steuersignals erzeugt sind.
7. Antriebssystem nach Anspruch 6„ d a d u r c h gekenn, z" eichnet, daß die Amplitude der von der dritten Einrichtung (104) erzeugten dritten Steuersignale unabhängig von der Amplitude der zweiten Steuersignale ist, welche von der in einer Richtung durchlassenden eingangsseitigen Einrichtung durchgelassen sind.
8. Antriebssystem nach Anspruch 7» dad u r c h gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (104) weiterhin Einrichtungen enthält, um die Amplitude der dritten Steuersignale während der vorgegebenen Zeitdauer im wesentlichen konstant zu halten. * . . ■
9. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch·

g e k e η η ze i c h η e t, daß die dritte Einrichtung (104) weiterhin Einrichtungen zur Einstellung der vorgegebenen Dauer der dritten Steuersignale und Einrichtungen zur Einstellung der Amplitude der dritten Steuersignale enthält.
10. Antriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichne t, daß die dritte Einrichtung (104) weiterhin Einrichtungen enthält, um die Amplitude

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der dritten Steuersignale während der vorgegebenen Zeitdauer im wesentlichen konstant zu halten.
11. Verfahren zur schnellen Synchronisation von einem oder

mehreren Synchronmotoren beim Anlassen in einem System, in dem eine Quelle für elektrische Leistung mit einstellbarer Frequenz und einstellbarer Spannung den angelassenen und einer Vielzahl zuvor laufender Motoren elektrische Leistung zuführt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein ausgewählter ausgangsseitiger Parameter der Quelle durch Meßfühler (30) erfaßt wird, welcher sich während des Anlassens von einem oder mehreren Methoden wesentlich gegenüber seinem Wert für den stationären Zustand verändert und lediglich die Ausgangsspannung der Quelle während einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Erfassen einer Veränderung in dem ausgewählten ausgangsseitigen Parameter erhöht- wird,
welcher konsistent ist mit dem Anlassen von einem oder mehreren Motoren, wodurch die gesteigerte Ausgangsspannung die
schnelle Synchronisation der gerade angelassenen Motoren ausführt und unterstützt, ohne die Betriebsdrehzahl der zuvor laufenden Motoren zu verändern.

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