DE2418322A1 - Verfahren und vorrichtung zur stufenlosen regelung von drehstrom-asynchronmaschinen mit hilfe eines zwischenkreisumrichters - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur stufenlosen Regelung von Drehstrom-Asynchronmaschinen mit Hilfe eines Zwischenkreisumrichters.
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stufenlosen Regelung von Drehstrom-Asynchroninaschinen mit Hilfe eines einen netzgeführten Stromrichter , einen Gleichstromzwischenkreis mit induktivem Energiespeicher und einen selbstgeführten Wechselrichter aufweisenden Zwischenkreisumrichter mit eingeprägtem Strom im Zwischenkreis, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Die bekannten Verfahren erfordern nicht nur einen relativ großen Aufwand, sondern sind auch nur für Maschinen in Sonderausführungen mit extrem niedrigen Streuinduktivitäten geeignet. Außerdem ist das mit ihnen erreichbare Regelverhalten der Maschine schlechter als das Regelverhalten einer Gleichstrommaschine.
• Die Anwendungsmöglichkeit ist daher auf Sonderfälle beschränkt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem in einfacher Weise auch bei handelsüblichen Drehstrom-Asynchronmaschinen, insbesondere bei Drehstrom-Normmotoren, sich ein Regelverhalten erreichen läßt, das mit demjenigen einer Gleichstrommaschine vergleichbar ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stromrichter sowohl in Abhängigkeit vom Istwert und einem Sollwert des Maschinenstromes als auch vom Istwert und einem Sollwert der Maschinenspannung oder -drehzahl gesteuert wird.
• Der erreichbare Drehzahlregelbereich ist sehr groß und beträgt bei einem Normmotor ohne Uberschreitung der zulässigen Maschinenspannung noch etwa 1:10. Das Drehmoment kann dabei bis'nahe zur höchsten Drehzahl konstant gehalten werden, wodurch sich eine sehr gute Ausnutzung der Maschine ergibt. Es ist sogar möglich, die synchrone Drehzahl der verwendeten Maschine in die Mitte des Regelbereiches zu legen. Die Maschine kann dann mit übersynchroner Drehzahl betrieben werden, wodurch sich ein erheblicher Leistungsgewinn oder eine Verminderung. der Baugröße ergibt. Außerdem kann die Maschine in diesem Falle bei einer Störung des Umrichters mit der Hälfte der Nenndrehzahl am Netz betrieben werden, wodurch in vielen Fällen vorübergehend ein Notbetrieb aufrechterhalten werden kann. Ferner ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Maschine in beiden Drehrichtungen sowohl im motorischen als auch im generatorischen Bereich zu betreiben, wobei ein Betrieb im generatorischen Bereich wegen der verschleiß losen Bremswirkung von großem Vorteil ist.
• Dadurch, daß die beiden Regelsysteme für den Maschinenstrom und die Maschinenspannung parallel angeordnet sind, kann sowohl das Drehmoment als auch die Maschinenspannung und damit die Drehzahl über den Stromrichter geregelt werden, wodurch der Aufwand für die Regelung gering gehalten werden kann. Eine solche Regelung macht außerdem Schaltschütze für eine Drehrichtungsumkehr und einen zusätzlichen Motorschutz entbehrlich, letzteres wegen der Regelung des Stromes. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß auch bei der Drehrichtungsumkehr der Maschinenstrom den vorgegebenen Sollwert nicht überschreitet, wodurch die Verluste in der Maschine wesentlich geringer gehalten werden können als bei Maschinen, welche am Netz betrieben werden. Gegenüber diesen ist daher die erzielbare Umschalthäufigkeit wesentlich größer.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die der Maschine vom Wechselrichter vorqeqebene Frequenz in Abhänqiqkeit vom oder -drehzahl Istwert der Maschinenspannung/geregelt. Hierdurch kann in einfacher Weise der Maschine stets die zu der augenblicklichen Drehzahl passende Frequenz vorgegeben werden. Beispielsweise kann auf diese Weise die Maschine ständig mit Nennschlupf betrieben werden. Die Maschine kann hierdurch aber auch im Rahmen der thermischen Möglichkeiten überlastet, beispielsweise bei einem Schweranlauf mit erhöhtem Moment betrieben werden.
• Ein Überschreiten des Kippmomentes wird dabei durch die Stromregelung ausgeschlossen. Bei einer stoßartigen Belastung, wie sie beispielsweise beim Antrieb des Schwungrades einer Presse auftreten kann, vermindert sich daher nur die Maschinenspannung bis zur Erreichung des eingestellten maximalen Momentes.
• Dies ist sowohl im Hinblick auf die Belastung der Kupplung zwischen dem Motor und dem Schwungrad als auch der maximal zulässigen Energieabgabe des Motors an das Schwungrad von Vorteil. Auch ein Blockieren des Motors führt, weil dabei die Frequenz abgesenkt wird, zu keiner gefährlichen Belastung des Motors. Andererseits kann bei einer solchen Regelung der Frequenz ohne weiteres in den Regelkreis eingriffen werden, um einzustellen beispielsweise einen anderen Schlupf/und insbesondere die Maschiene vom motorischen Betrieb in den generatorischen Betrieb usa umgekehrt zu dberführen. Der einfach auszuführende ttbersans vom motorischen Betrieb in den generatorischen Betrieb und umgekehrt ist vor allem dann von besonderem Vorteil, wenn die Drehrichtung der Maschine möglichst schnell geändert werden soll.
• Sofern die Energieflußschwebungen vom Netz zur Maschine und in umgekehrter Richtung in einem störenden Ausmaße in Erscheinung treten, kann man diese Schwebungen durch eine Regelung der vom Wechselrichter vorgegebenen Frequenz aufgrund des Wirkstromes der Maschine wirkungsvoll dämpfen. Der Aufwand hierfür ist ebenfalls gering.
• Eine minimale Zeit für die Umkehr der Drehrichtung erhält man dann, wenn man die Maschine bis auf einen vorgegebenen Wert der Drehzahl generatorisch abbremst und dann erst die Drehrichtung des Feldes umkehrt. Die Maschine kann dann während des gesamten Reversiervorganges mit dem maximal zulässigen Moment, beispielsweise ihrem Nennmoment, verzögert und anschliessend wieder beschleunigt werden.
• Bine weitere Verkürzung der für den Reversiervorgang erforderlichen Zeit erreicht man, wenn vom Erreichen des vorgegebenen Wertes der Drehzahl an bis zum Erreichen der für die Drehrichtungsumkehr des Drehfeldes erforderlichen richtigen Phasenlage der Zündimpulse für den Wechselrichter die Zündimpulsfrequenz erhöht wird. Die dabei kurzfristig auftretende Drehmomentänderung wirkt sich nicht störend aus. Hingegen wird durch die erhöhte Zündimpulsfrequenz nach dem Erreichen der vorgegebenen Drehzahl praktisch ohne Verzögerung die Drehrichtung des Drehfeldes umgekehrt, was wegen der relativ geringen Frequenz bei dieser Drehzahl vor allem dann zu einer merklichen Zeitersparnis führt, wenn bis zur Phasengleichheit noch mehrere Zündimpulse erforderlich sind.
• Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es auch in einfacher Weise, mit steigender Frequenz die Einschaltdauer der einzelnen Phasen der Maschine stufenlos zu vergrößern und dabei beispielsweise von 1200 elektrisch kontinuierlich auf 1800 elektrisch überzugehen. Eine solche Vergrößerung der Einschaltdauer kann vor allem im Bereich der hohen Frequenzen von Vorteil sein.
• Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen, welche möglichst einfach ausgebildet ist. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung des Stromrichters an einen Regler angeschlossen ist, der einen Eingang für die Regelabweichungen des Maschinenstromes und einen Eingang für die Regelabweichungen der Maschinenspannung aufweist und die größere Abweichung bewertet.
• Als Istwertgeber für den Maschinenstrom kann ein an einen Stromwandler in den netzseitigen Anschlußleitungen des Stromrichters angeschlossener Gleichrichter vorgesehen sein, wodurch auch der Aufwand für den Istwertgeber gering gehalten werden kann.
• Entsprechend kann als Istwertgeber für die Maschinenspannung ein an den Eingang der Maschine angeschlossener Gleichrichter vorgesehen sein. Sofern die Genauigkeit, mit welcher die Drehzahl aufgrund der Maschinenspannung mittels eines solchen Gleichrichters ermittelt werden kann, nicht ausreichend sein sollte, kann als Istwertgeber auch ein mit der Maschine gekuppelter Tachogenerator vorgesehen werden. Die Zündschaltung des Wechselrichters ist bei einer bevorzugten Ausführungsform über einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer an einen Regler angeschlossen, dessen Eingang mit dem Ausgang des Istwertgebers für die Maschinenspannung verbunden ist. Der Regelkreis für die Frequenz wird hierdurch einfach gehalten. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Regler ein P-Regler mit vorzugsweise verstellbarem P-Glied ist. Ein weiterer, besonderer Vorteil eines solchen Reglers besteht darin, daß mittels des P-Gliedes der Fluß in der Maschine einstellbar ist. Je nach Größe der Verstärkung des P-Reglers kann also die Erregung der Maschine und somit die Drehmoment-Kennlinie verändert werden.
• Im folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsheispiels im einzelnen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild des Ausführungsbeispiels ohne die Ansteuerungsschaltung; Fig. 2 ein unvollständiges Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels; Fig. 3 ein Blockschaltbild des zur Drehrichtungsumkehrung und Dämpfung von Energieschwebungen erforderlichen Teils der Ansteuerungsschaltung.
• Wie Fig. 1 zeigt, weist der Zwischenkreisumrichter einen netzgeführten Stromrichter 1 auf, der aus sechs Thyristoren nl bis n6 gebildet wird, von denen die Thyristoren nl und n4 der Phase R, die Thyristoren n2 und n5 der Phase S und die beiden restlichen Thyristoren der Phase T zugeordnet sind. In den drei Zuleitungen zum Stromrichter 1 ist je ein Stromwandler 2 und je eine Drossel 3 vorgesehen.
• An die Gleichstromseite des Stromrichters 1 schließt sich ein Gleichstromzwischenkreis an, in dem ein induktiver Energiespeicher 4 liegt.
• Der Gleichstromzwischenkreis verbindet den Stromrichter 1 mit einem selbstgeführten Wechselrichter 5, der wie der Stromrichter aus sechs Thyristoren nll bis n16 aufgebaut ist. Diese Thyristoren sind in entsprechender Weise wie diejenigen des Stromrichters 1 angeordnet, jedoch mit umgekehrter Durchlaßrichtung.
• Dem Wechselrichter 5 ist eine Kommutierungseinrichtung 6 zugeordnet, die sechs Thyristoren n21 bis n26 aufweist. Diese sind entsprechend den Thyristoren nll bis nl6 paarweise jeder Phase zugeordnet und an den Zwischenkreis angeschlossen. Die Verbindungsstelle zwischen den Thyristoren nll und nl4 ist mit der Verbindungsstelle zwischen den Thyristoren n21 und n24 über einen Kondensator kl verbunden. Entsprechend sind die Verbindungsstellen der übrigen Paare von Thyristoren über Sondensatoren k2 bzw. k3 miteinander verbunden.
• An den Drehstromausgang des Wechselrichters 5 kann eine Drehstromasynchronmaschine üblicher Bauart, beispielsweise ein Drehstrom-Normmotor 7 angeschlossen werden, der im Ausführungsheispiel im Dreieck geschaltet ist, wobei die Wicklung für 3 x 220 V, 50Hz, ausgelegt ist. Die synchrone Drehzahl beträgt im Ausführungsbeispiel 1500 Umdrehungen pro Minute.
• Der Stromrichter 1 wird von einer an sich bekannten Zündschaltung 8 gesteuert, die ihrerseits an einen Regler 9 angeschlossen ist. Dieser Regler weist.zwei Eingänge auf, die mit einem Vergleichspunkt 10 bzw. einem Vergleichspunkt 11 verbunden sind.
• Im Vergleichspunkt 10 wird der mittels eines Potentiometers 12 vorgebbare Sollwert des Maschinenstromes oder Primärstroms des Normmotors 7 mit dem Istwert des Maschinenstromes verglichen.
• Die Regelabweichung beaufschlagt den zugeordneten Eingang des Reglers . Im Vergleichspunkt 11 wird der mittels eines Potentiometers 13 vorgegebene Sollwert der Maschinenspannung mit dem Istwert vergleichen. Die Regelabweichung wird dem zugeordneten Eingang des Reglers 9 zugeführt. Dieser bewertet stets die größere Regelabweichung. Der Ausgang des Reglers wird durch die beiden parallel angeordneten Regelsysteme so beeinflußt, daß die Ausgangsgröße kleiner wird, wenn der Strom-Istwert oder der Spannungs-Istwert gegenüber den vorgegebenen Sollwerten größer wird und umgekehrt.
• Der Istwert des Maschinenstromes wird aufgrund des Netz stromes bestimmt. Daher ist ein Istwertgeber 14 an die Stromwandler 2 angeschlossen, der eine dem Netzstrom proportionale Gleichspannung geeigneter Größenordnung durch Gleichrichtung abgibt.
• Der Istwert der Maschinenspannung, die sich wegen des eingeprägten Stromes frei ausbilden und über den Strom des Stromrichters 1 geregelt werden kann, wird über einen Trenntransformator 15 von der Verbindung zwischen dem Wechselrichter 5 und dem Motor 7 abgenommen. Ein dem Trenntransformator nachgeschalteter Gleichrichter 16 formt die Eingangsspannung in eine proportionale Gleichspannung geeigneter Größe um, welche dem Vergleichspunkt 11 zugeführt wird.
• Da der Regler 9 Regelabweichungen sowohl des Maschinenstromes als auch der Maschinenspannung berücksichtigt, wird über den Stromrichter 1 der magnetische Fluß im Motor 7, das Drehmoment und die Maschinenspannung und damit auch die Drehzahl geregelt.
• Der Wechselrichter 5 und die Kommutierungseinrichtung 6 werden von einer Zündschaltung 17 gesteuert. Die Thyristoren nll bis nl6 und die zur Kommutierung erforderlichen Thyristoren n21 bis n26 werden dabei zyklisch gesteuert. Der prinzipiell stets gleich ablaufende Kommutierungsvorgang sei an folgendem Beispiel erläutert: Der Löschkondensator k ist vor der Kommutierung des Stromes im Strang U aufgeladen. Der durch den Energiespeicher 4 fließende Strom, der während des gesamten Kommutierungsvorganges konstant bleibt, fließt durch die Thyristoren nll und n16. Die Kommutierung wird dann durch das Zünden des Löschthyristors n21 bei gleichzeitigem Zünden des Thyristors 12 eingeleitet. Durch wird die Kondensatorspannung/der Strom durch den Thyristor nll auf Null gebracht. Der Strom des Gleichstromzwischenkreises fließt nun durch den Thyristor n21 über den Löschkondensator kl, die Stränge U und W sowie durch den Thyristor n16. Dabei wird der Löschkondensator kl umgeladen, wodurch das Potential an der Anode des Thyristors n12 immer mehr positiv wird. Sobald am Thyristor nl2 eine positive Spannung in Richtung von der Anode zur Kathode anliegt, übernimmt dieser den Strom.
• Die Zündschaltung 17 ist, wie Fis. 3 zeigt, einem Phasenum-- Gruppen von -schalter 18 mit zwei/Ausgängen nachgeschaltet, deren Ausgangssignale eine gegensinnige zyklische Vertauschung aufweisen und daher je nachdem, welche Ausgang sgruppe wirksam ist, zu gegensinnigen Zündfolgen und damit zu gegensinnigen Umlaufrichtungen des Drehfeldes am Ausgang des Wechselrichters t führen.
• Ein erster Eingang der beiden Teile des Phasenumschalters 18 ist an den Ausgang eines Spannungs-Frequenz-Umsetzers 19 angeschlossen, der seinerseits über einen Widerstand 20 an den Ausgang eines P-Reglers 21 angeschlossen ist, dessen Eingang. über einen Widerstand mit dem Ausgang des den Spannungs-Ist-Wert-Geber bildenden Gleichrichters 16 verbunden ist. Das im Rückführungskreis des P-Reglers parallel zu einem Kondensator 22 lIegende P-Glied 23 ist als einstellbarer Widerstand ausgebildet. Am P-Glied 23 ist der Maschinenfluß einstellbar. Durch eine Veränderung der Verstärkung des P-Reglers 21 kann die Erregung der an den Wechselrichter angeschlossenen Maschine und damit die Drehmoment-Kennlinie verändert werden.
• Der Motor 7 erhält durch die vorstehend beschriebene Ausbildung des Zwischenkreisumrichters ein Regelverhalten, das weitgehend demjenigen einer Gleichstrommaschine entspricht. Weiterhin kann ohne zusätzlichen Aufwand die angeschlossene Maschine als Motor und als Generator betrieben werden, wobei der übergang in einfacher Weise durch eine entsprechende Vorgabe der Frequenz, mit der der Wechselrichter betrieben wird, möglich ist. Durch eine Änderung der Umlaufrichtung des Drehfeldes mit Hilfe des Phasenumschalters 18 wird darüber hinaus ein Betrieb der an den Wechselrichter angeschlossenen Maschine in allen vier Quadranten, also sowohl ein motorischer als auch ein generatorischer Betrieb bei beiden Drehrichtun ermöglicht.
• Die gewünschte Drehrichtung wird mittels eines Schalters 24 vorgegeben. Da im Ausführungsbeispiel vor einer Umkehr der Umlaufrichtung des Drehfeldes die Maschine bis auf eine vorgegebene Drehzahl abgebremst wird und außerdem die Drehfeldumkehrung nur bei richtiger Phasenlage der Steuerimpulse für die Zündschaltung 17 erfolgen kann, ist eine logische Schaltung vorgesehen, welche eine Umschaltung des Phasenumschalters 18 erst dann zuläßt, wenn die beiden vorgenannten Bedingungen vorliegen.
• Die logische Schaltung weist ein Wende-Flip-Flop 25 und zwei Und-Glieder 26 und 27 auf, an deren Ausgang der eine bzw. der an andere Eingang des Wende-Flip-Flops Segeschlossen ist. Die beiden Ausgänge des Wende-Flip-Flops sind mit dem einen bzw. dem anderen Teil des Phasenumschalters 18 verbunden. Das Und-Glied 26 erhält bei der einen Schaltstellung des Schalters 24, das Und-Glied 27 bei der anderen Schaltstellung ein Signal. Zwei weitere Eingänge der beiden Und-Glieder sind an sich entsprechende Ausgänge der beiden Teile des Phasenumschalters 18 angeschlossen. Weiterhin ist je ein Eingang der Und-Glieder 26 und 27 mit dem Ausgang eines Schaltverstärkers 28 verbunden, dessen Eingang an einen Vergleichspunkt 29 angeschlossen ist. In diesen Vergleichspunkt wird der Ist-Wert der Maschinenspannung, der ein Maß für den Ist-Wert der Drehzahl darstellt, mit einem Sollwert verglichen, der mittels eines als Potentiometer ausgebildeten Sollwertgebers 30 eingestellt werden kann. Im Ausführungsbeispiel wird der dem Vergleichspunkt 29 zugeführte Ist-Wert vom Ausgang des Gleichrichters 16 abgenommen. Mittels des Sollwertgebers 30 wird die Umkehrdrehzahl oder Umkehrschwelle eingestellt, auf welche die Maschine gebracht werden muß, ehe eine Drehfeldumkehr möglich ist. Erst wenn alle Bedingungen vorliegen, also gleichzeitig die Signale vom Schalter 24, dem Schaltverstärker 28 und den angeschlossenen Ausgängen des Phasenumschalters 18 an einem der beiden Und-Glieder 26 oder 27 anliegen, wird ds Wende-Flip-Flop 25 gekippt und damit der Phasenumschalter 18 umgeschaltet.
• Da unter Umständen dann, wenn die Umschaltdrehzahl erreicht ist, der Phasenumschalter 18 noch zwei oder mehr Takte ausführen muß, bis Phasengleichheit an den Ausgängen beider Teile vorhanden ist, wird im Ausführungsbeispiel zur Verkürzung des für eine Umkehrung der Drehrichtung erforderlichen Zeit im Zeitraum zwischen der Erreichung der Umkehrdrehzahl und der Erreichung der Phasengleichheit die Taktfrequenz des Phasenumschalters 18 erhöht. Hierzu ist an einen Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 19 der Ausgang eines Und-Gliedes 31 angeschlossen, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Schaltverstärkers 28 verbunden ist.
• Der andere Eingang ist an den Ausgang eines Und-Gliedes 32 und eines Und-Gliedes 33 angeschlossen. Der erste Eingang des Und-Gliedes 32 ist mit der dem Und-Glied 26 zugeordneten Stellung des Schalters 24, der entsprechende Eingang des Und-Gliedes 33 mit der dem Und-Glied 27 zugeordneten Schalterstellung verbunden.
• Der zweite Eingang des Und-Gliedes 32 ist mit dem dem Und-Glied 27 zugeordneten Ausgang des Wende-Flip-Flops 25 verbunden, während-der zweite Eingang des UndrGliedes 33 mit dem dem Und-Glied 26 zugeordneten Ausgang des Wende-Flip-Flops 25 verbunden ist.
• Außerdem ist an den Ausgang der Und-Glieder 32 und 33 ein Relais R angeschlossen. Solange an beiden Eingängen des Und-Gliedes 31 gleichzeitig Signale anliegen, erhöht die vom Und-Glied 31 an den Spannungs-Frequenz-Umsetzer 19 abgegebene Spannung die Frequenz. Das Relais R hat einen Umschaltkontakt r, über den der Eingang des P-Reglers 21 bei entregtem Relais an ein negatives Potential, bei erregtem Relais an ein positives Potential angelegt wird, dessen Höhe vom Maschinenstrom abhängig ist. Die beiden Kontaktsocke, an die der Umschaltkontakt r anlegbar ist, sind daher mit dem Ausgang des Ist-Wert-Gebers 14 verbunden.
• Wenn der Schalter 24 zur Einleitung einer Drehrichtungsumkehr des Motors 7 umgeschaltet wird, fällt das Relais R ab, wodurch über den Umschaltkontakt r dem P-Regler 21 eine maschinenstromabhängige Spannung zugeführt wird, welche zu einer Absenkung der Spannung am Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 19 führt. Durch die sprungartige Absenkung der Ausgangsspannung des P-Reglers wird deshalb eine kleine Frequenzabsenkung erzielt, die jedoch so groß ist, daß der Motor 7 den maximal zulässigen Strom aufnimmt. Da jedoch bei Erreichen dieser Stromgrenze auch der maximal zulässige Schlupf, beispielsweise der Nennschlupf, erreicht ist, sinkt die Maschinenspannung ebenfalls. Der Gleichrichter 16, der den Ist-Wert-Geber für die Maschinenspannung bildet, gibt infolge dieser Spannungsabsenkung dem P-Regler 21 nun stetig eine kleinere Ist-Spannung vor, so daß dieser an den Spannungs-Frequenz-Umsetzer 19 ebenfalls eine ständig abnehmende Gleichspannung abgibt. Da die Frequenz proportional der Eingangsspannung des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 19 ist, wird der Phasenumschalter 18 und die ZEndschaltung-17 so gesteuert, daß letzterer den Motor 7 mit einer stetig sinkenden Frequenz versorgt. Dadie Beeinflussung des P-Reglers 21 stromabhängig erfolgt und durch die zunächst sprungartige Frequenz absenkung der Motor 7 in den generatorischen Bereich gebracht worden ist, führt der-Umrichter den Motor 7 an der vorgegebenen Stromgrenze generatorisch bis zum Erreichen der Umschaltdrehzahl herab.
• Wenn diese Drehzahl und die zugehörige Maschinenspannung erreicht ist, wird über den Schaltverstärker 28 die Drehfeldumkehr vorbereitet.
• Sobald die Stellung des Wende-Flip-Flops 25 mit der vorgewählten Stellung des Schalters 24 wieder übereinstimmt, geht das Relais wieder in seine Arbeitsstellung über, wodurch der Umschaltkontakt r an den P-Regler 23 eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität anlegt, wodurch der P-Regler seine Ausgangsspannung wieder geringfügig anhebt und dadurch am Spannungs-Frequenz-Umsetzer 19 eine steigende Spannung liegt. Durch die Spannungserhöhung am Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 19 liefert dieser an seinem Ausgang ebenfalls eine ansteigende Frequenz, so daß der Phasenumschalter 18 über die Zündschaltung 17 den Wechselrichter so steuert, daß dieser mit etwas Frequenzvorlauf den Motor 7 in der anderen Drehrichtung wieder beschleunigt, weil der zunächst negative Maschinenschlupf kurz nach Erreichen der Umkehrdrehzahl wieder positiv wird, so daß der Motor 7 wieder motorisch betrieben wird. Die Beschleunigung erfolgt wieder entlang der eingestellten Stromgrenze. Es ist also gewährleistet, daß der Motor 7 mit dem eingestellten Drehmoment den Wendevorgang ausführt. Das Drehmoment, bei dem vorzugsweise mindestens das Nennmoment gewählt wird, ist mittels des Sollwertgebers 12 für den Maschinenstrom einstellbar. Nur in dem kurzen Zeitraum, in dem der Phasenschalter 18 mit erhöhter Taktfrequenz fortgeschaltet wird, befindet sich der Motor 7 oberhalb seines vorgegebenen Schlupfes. Das Bremsmoment wird deshalb während der Durchzählung von maximal 5 Takten mit der höheren Frequenz in einem Zeitraum von wenigen Millisekunden in der Nähe der Drehzahl Null abgeschwächt. Die Zeitersparnis beim Wendevorgang überwiegt aber bei weitem diese kurzzeitige Verminderung des Drehmomentes.
• Die Ausgangsfrequenz des Umrichters wird über die Regelung des Stromrichters 1 durch den Regler 9 auch durch das Drehmoment beeinflußt, denn wenn das Drehmoment bis an die eingestellte Stromgrenze ansteigt, vermindert sich bei steigender Belastung die Ausgangsspannung des Wechselrichters 5 durch den Motor 7, wodurch dann über den Gleichrichter 16 dem P-Regler 21 und damit dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 19 eine kleiner werdende Spannung zugeführt wird. Durch diese kleiner werdende Spannung wird die Frequenz am Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 19 proportional dieser Spannung kleiner, so daß der Phasenumschalter 18 über die Zündschaltung 17 dem Wechselrichter 5 auch eine kleiner werdende Frequenz vorgibt. Hierdurch wird erreicht, daß die Maschinenfrequenz bei steigender Belastung so weit abgesenkt wird, daß das mittels des Sollwertgebers 12 vorgegebene Drehmoment und damit der vorgegebene Strom nicht überschritten werden.
• Infolge dieser Stromabhängigkeit und Drehmomentabhängigkeit der Ausgangsfrequenz des Umrichters ist erreicht , daß auch bei stoßartig ansteigendem Drehmoment der Motor 7 nicht über den Kippschlupf hinaus kommt. Vielmehr kommt bei einer stoßartigen Belastung der Motor 7 an die stromabhängige Schlupfgrenze und vermindert selbst seine Maschinenspannung, welche wiederum die passende niedrigere Frequenz über den P-Regler 21 und die nachgeschalteten Baugruppen einstellt.
• Um die Energieflußschwebungen vom Netz zur Maschine und von der Maschine zum Netz zu dämpfen, ist an die Verbindung zwischen dem-Wechselrichter 5 und dem Motor 7 ein Wirkstrombewerter 34 angeschlossen, der eine dem Wirkstrom entsprechende Gleichspannung abgibt. Über einen angepaßten Kondensator 35 wird das maschinenschlupfabhängige Signal des Wirkstrombewerters 34 auf den Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers 19 gegeben, wodurch die Frequenz im Sinne einer Dämpfung der Energieflußschwebungen geregelt wird.
• Die synchrone Drehzahl des Motors 7 von 1500 Umdrehungen pro Minute ist im Ausführungsbeispiel in die Mitte des Drehzahlbereiches gelegt. Der Motor 7 kann dadurch in einem Bereich von etwa 300 bis etwa 2600 Umdrehungen pro Minute mit konstantem Drehmoment und im Bereich von etwa 2600 bis etwa 3000 Umdrehungen pro Minute mit konstanter Leistung betrieben werden. Bei einem Ausfall des Umrichters kann der Motor nach Umschaltung in Sternschaltung an das 380 V-Netz angeschlossen werden.
• Sofern eine größere Genauigkeit bei der Ist-Wert-Bestimmung der Drehzahl erforderlich ist, als dies mit dem Gleichrichter 16 möglich ist, kann anstelle des Gleichrichters 16 und des Trenntransformators 15 ein Gleichstrom-Tachogenerator 36 vorgesehen werden, wie dies mit gestrichelten Linien in Fig. 2 angedeutet ist.

Claims (20)

Patentansprüche

1. Verfahren zur stufenlosen Regelung von Drehstrom-Asynchron-Maschinen mit Hil-fe eines einen netzgeführten Stromrichter, einen Gleichstromzwischenkreis mit induktivem Energiespeicher und einen selbstgeführten Wechselrichter aufweisenden Zwischenkreisumrichters mit eingeprägtem Strom im Zwischenkreis, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter sowohl in Abhängigkeit vom Ist-Wert und einem Soll-Wert des Maschinenstromes als auch vom Ist-Wert und einem Soll-Wert der Maschinenspannung oder -drehzahl gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Maschine vom Wechselrichter vorgegebene Frequenz in Abhängigkeit vom Ist-Wert der Maschinenspannung oder -drehzahl geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Energieflußschwebungen vom Netz zur Maschine und in umgekehrter Richtung durch eine Regelung der vom Wechselrichter vorgegebenen Frequenz aufgrund des Wirkstromes der Maschine gedämpft werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Umkehr der Drehrichtung der Maschine diese bis auf einen vorgegebenen Wert der Drehzahl generatorisch abgebremst und dann erst die Drehrichtung des Drehfeldes umgekehrt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vom Erreichen des vorgegebenen Wertes der Drehzahl bis zum Erreichen der für die Drehrichtungsumkehr des Drehfeldes erforderlichen richtigen Phasenlage der Zündimpulse für den Wechselrichter die Zündimpulsfrequenz erhöht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abbremsen und/oder beim Beschleunigen das Drehmoment auf einen vorgegebenen Wert durch eine maschinenstromabhängige Beeinflussung der vom Wechselrichter bestimmten Frequenz geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine mit steigender Frequenz von 1200 el zu größeren Winkeln hin sich stufenlos ändernde Einschaltdauer der ein--zelnen Phasen der Maschine.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (8) des Stromrichters (1) an einen Regler (9) angeschlossen ist, der einen Eingang für Regelabweichungen des Maschinenstromes und einen Eingang für Regelabweichungen der Maschinenspannung aufweist und die größere Regelabweichung bewertet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Ist-Wert-Geber für den Maschinenstrom ein an einen Stromwandler (2! in den netzseitigen Anschlußleitungen des Stromrichters (1) angeschlossener Gleichrichter (14) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ist-Wert-Geber für die Maschinenspannung ein an den Eingang der Maschine angeschlossener Gleichrichter (16) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ist-Wert-Geber für die Maschinenspannung ein mit der Maschine (7) gekuppelter Tachogenerator (36) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündschaltung (17) des Wechselrichters (5) über einen Spannungs-Frequenz-Umsetzer (19) an einen Regler (21) angeschlossen ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des Istwertgebers (16) für die Maschinenspannung verbunden ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler einen P-Regler (21) mit vorzugsweise verstellbarem P-Glied (23) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers (19) über einen Kondensator (35) an den Ausgang eines Gleichrichters (34) angeschlossen ist, der eine dem Wirkstrom der Maschine analoge Gleichspannung erzeugt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, gekennzeichnet durch einen der Zündschaltung (17) für den Wechselrichter (5) vorgeschalteten Phasenumschalter (18), der an den Ausgang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers (19) sowie an eine logische Schaltung (25,26,27) angeschlossen ist, welche eine Umschaltung des Phasenumschalters von seinem einen Ausgang auf seinen anderen Ausgang bewirkt, wenn gleichzeitig ein Drehrichtungsumkehrsignal und ein einer vorgegebenen Drehzahl der Maschine entsprechendes Signal auftreten.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang der logischen Schaltung (25,26,27) für das der vorgegebenen Drehzahl entsprechende Signal an einen Schaltverstärker (28) angeschlossen ist, dessen Eingang mit einem den Ist-Wert der Maschinenspannung mit einem Soll-Wert vergleichenden Vergleichspunkt (29) verbunden ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang des Spannungs-Frequenz-Umsetzers (19) einen vorzugsweise als Und-Glied (31) ausgebildeten Signalgeber für ein die Frequenz kurzzeitig erhöhende Signal angeschlossen ist und daß der Signalgeber von dem der vorgegebenen Drehzahl entsprechenden Signal und dem Drehrichtungsumkehrsignal gesteuert ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des die Zündschaltung (17) des Wechselrichters (5) steuernden Reglers (21) mittels eines Schalters (r) mit einer Spannungsquelle verbindbar ist, deren.

Spannung hinsichtlich ihrer Höhe vom Maschinenstrom abhängig ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (r) als ein in der einen Schaltstellung ein positives und in der anderen Schaltstellung ein negatives Potential an den Eingang des Reglers (21) legender Umschalter ausgebildet ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter ein Relais (R,r) vorgesehen ist, das durch ein einen Bremsvorgang auslösendes Signal erregt wird und durch das der vorgegebenen Drehzahl der Maschine entsprechende Signal wederentregelt wird.

L e e r s e i t e