DE2452833A1

DE2452833A1 - Verfahren zur steuerung des von einer asynchronmaschine abgegebenen drehmomentes

Info

Publication number: DE2452833A1
Application number: DE19742452833
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr Ing Abraham; Werner Dipl Ing Kuhn
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1974-11-07
Filing date: 1974-11-07
Publication date: 1976-05-13
Also published as: NL7512941A; CH611088A5; FR2290781A1; FR2290781B3; DE2452833C2; AT351115B; ATA828275A

Description

BROWN, HOVER! & CiE · AKTIENGESELLSCHAFT ·.

MANNHEiM L.-j...-, l ;.,· ...

Mannheim, den 31. Okt. 1974 Mp.-Nr. 654/74 . ZFE/P3-Nl/Ht 2452833

Verfahren zur Steuerung des von einer Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomente s. ^.„« „,_r ^„.^ .. . „._ „„„„™_.._,

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung des von einer Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomentes, bei dem die Asynchronmaschine von einer mehrphasigen Spannungsquelle mit einstellbarer Frequenz und Amplitude gespeist wird, wobei die Amplitude der. MötorsOannun/?; als Funktion der Drehzahl und ' die Schlup.ffreqi.ienz als Stellgröße für das Drehmoment vorgegeben werden.

Für Antriebe, bei denen besonders robuste Motoren oder hohe Drehzahlen benötigt v/erden, setzt man schon seit einigen Jahren Asynchronmaschinen, insbesondere Käfigläufermotoren, auch für veränderliche Drehzahlen ein, Die dabei notwendige Anpassung

■ von Frequenz und Amplitude der Hiotorspannung an die Drehzahl der Maschine wird meistens mit Hilfe von Umrichtern vorgenommen. Sind keine besonderen dynamischen Anforderungen vorhanden, • so v/erden Frequenz ur.d Amplitude der Motorspannung gesteuert vorgegeben« Bei derartigen einfachen Antrieben ist das Verhalten des Kurzschlußläufers ähnlich v/ie bei Speisung aus dem Netz, insbesondere kann die Maschine bei schnellen Frequenzänderungen oder bei zu großem Lastmoment kippen»

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Eine erste Verbesserung der dynamischen Eigenschaften von Asynchronmaschinen wird bekanntlich dadurch geschaffen, daß man das Kippen verhindert, indem man die mechanische Drehfrequenz der Maschine in die Umrichtersteuerung zurückführt und die Sp&isef'requenz durch Addition mit einer vorgegebenen Schlupffrequenz erzeugt. Die Amplitude der Speisespannung kanr. dabei direkt von der Drehfrequenz der Maschine abgeleitet v/erden.

Ein derartiges, bekanntes Steuersystem ist in Fig. 1 dargestellt. Der von einer dreiphasigen Wechselspannung U gespeiste Umrichter 1 liefert an seinem Ausgang ein in Amplitude und Frequenz veränderliches Drehspannungssystem, an welches die Asynchronmaschine 2 angeschlossen ist. Über eine _r häufig als digitaler Impulsgeber ausgeführte - Drehzablerfsssungseinrichtung 3 wird die 6er Drehzahl entsprechende Frequenz (Signal f) gemessen. Die Schlupffrequenz wird analog (Signal , f_o,,) vorgegeben, durch einen Spannungs-Frequsiiz-Umsetzer 5 in eine Frequenz (Signal fp) umgeformt. Schlupffrequenz und die der Drehzahl entsprechende Frequenz werden im Suranierglied 4 addiert. Die Summenfrequenz (Signal f.^) ist die vorgegebene Speisefrequenz, für die Maschine. Die Amplitude der Spannung (Signal U^) wird über einen Frequenz-SpannungsuFisetzer 5' (mit dem analogen Ausgangssignal f^,,) und einem Funktionsbildner .0 \rorgegeben. Der Funktionsbildner 8 bewirkt einen annähernd proportionalen Zusammenhang zwischen Betrag der Drehfrequenz und. Spannungsamplitude, so daß der Fluß in der Maschine unabhängig von der Drehzahl annähernd konstant bleibt. Der Einfluß der Schlupffrequenz kann dabei mit Hilfe des Summiergliedes 7 berücksichtigt werden. Die Steuereinrichtung 9 bildet aus den Signalen f,, und U,, die Zündimpulse für den Umrichter 1, in der Weise, daß an dessen Ausgang ein mehr-

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phasiges Spannungssystem mit der dem Signal U^ entsprechenden

! Amplitude und der d.em Signal f^ entsprechenden Frequenz ent-

1 steht. Dabei werden auch (in Fig. 1 nicht eingezeichnet) un-

i terlagerte Regelkreise eingesetzt, wobei dann die Signale f^

j und/oder U^ als Führungsgrößen dienen. Statt eines Umrichters

! 1 kann auch eine andere steuerbare mehrphasige Spannungsquelle,

j ζ. B. eine Maschine, verwendet v/erden.

i Ein derartiges Steuerungssystem hat die Eigenschaft, daß die j vorgegebene Schlupffrequenz fp als Stellgröße für das Drehrno- ! ment wirkt, und dieses Drehmoment weitgehend unabhängig von i der Drehzahl ist. Ein Kippen des Antriebes ist nicht mehr j möglich und die Stelleigenschaften des Antriebssystems für überlagerte Drehzählregelkreise sind relativ gut*

.' Das beschriebene Steuerungssystem hat jedoch einen wesentlichen I Nachteil für Antriebe, bei denen sehr gute dynamische Eigen-

i schäften gefordert werden. Bei Änderungen der Führungsgrößo

, f_o treten Ausgleichsvorgänge in der Maschine auf, da sich die

: Flüsse in der Maschine ändern. Die Zeitkonstanten der Aus-

I gleichsvorgänge liegen normalerweise im Bereich .zwischen 0,1

j und 1 Sekunde.

¹ Es ist nun bekannt, die d30.10.misehen Eigenschaften von Steuer- ; verfahren für Asynchronmaschinen dadurch zu verbessern, daß man 1 Regelsysteme aufbaut, welche bei Drehinomentänderungen den Raurn-ί vektor des Läuferflusses konstant lassen, so daß die oben gej nannten Ausgleichsvorgänge nicht auftreten. Die deutsche Patent-I schrift 1 563 228 beschreibt beispielsweise ein derartiges Ver-S fahren, wobei der Ständerstrom I₁ und die Läuferfrequenz ί_Λ j vorgegeben werden. Dieses System arbeitet nur in den Drehzahl-I bereichen zufriedenstellend, in d.enen der Ausgangsstrom des Um- ! richters dem vorgegebenen Führungswert I., auch tatsächlich folgen kann. Die bei Änderungen von I^ benötigten dynamischen

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Zusatzspannungen kann der Umrichter bei hohen Maschinendrehzahlen und damit großen stationären Spannungen nicht liefern. Im Feldschwächbereich wird die Maschine sogar mit konstanter Spannungsamplitude betrieben und es steht keine Zusatzspannung zur Verfügung. In diesen Betriebsbereichen wird das Regelsystem, mit vorgegebener! Ständerstrom weitgehend unwirksam und es bereitet große Schwierigkeiten, die durch den Umrichter gegebenen Beschränkungen durch entsprechende l'usatzmaßnahmen zu berücksichtigen.

Es ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem der Fluß in der Ma- ■■ schine geinessen wird, und die Regelung für die Asynchronmaschine so aufgebaut wird_s daß Drehmoment und Fluß entkoppelt : vorgegeben werden können (siehe z. I«. Siemenü Forschungs- und Entwicklungsberichte 1, 1972, 1, S. 134-193). Bei "diesem Verfahren treten ebenfalls Schwierigkeiten im Feldschwächbereich und beim übergang in den Feldschwächbereich auf. Außerdem ist dieses Verfahren wegen der Vielzahl der benötigten Vektoropera-'tionen sehr aufwendig.

Die Schwierigkeiten beim Übergang in den Feldschwächbereich sind beim Steuerverfahren entsprechend Fig. 1 relativ gering, da die vorn Umrichter· gegebenen Begrenzungen der Ausgangsspannung leicht durch entsprechende Begrenzungen im Steuerkanal für die Amplitude (Signal U;j) der Ausgangsspannung berücksichtigt werden können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die dynamischen Eigenschaften des Verfahrens zur Steuerung des von einer Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomentes, wobei die Amplitude der Motorspannung als Funktion der Drehzahl und die Schlupffrequenz als Stellgröße f'ir das Drehmoment vorgegeben werden, zu verbessern, so daß eine schnelle Drehmomentänderung ermöglicht wird, ohne daß die Nachteile der anderen Verfahren auftreten.

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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Steuerungsmittel vorgesehen sind, welche aus der als Führungsgröße vor-• gegebenen Schlupffrequenz fp und der aus der mechanischen Drehzahl ermittelten Drehfrequenz f mit Hilfe von in den Steuerungsmitteln voreingestellten Kenngrößen der Asynchronmaschine diejenige Amplitude XL· und Frequenz f.. als Stellgröße für das Speisespannungssystem berechnen, welche bewirken, daß bei schnellen Änderungen der vorgegebenen Läuferfrequenz fg sich Amplitude und Phasenlage des Läuferf-lusses der Asynchronmaschine nicht oder nur wenig ändern, die Frequenz des Läuferflusses gegenüber dem Läufer aber gleich der vorgegebenen Läuferfrequenz f~ ist.

Als Führungswert für die Läuferfrequenz f₂ ^v/i^r^- das Verhältnis ±2 zu fj-2 vorgegeben.

Vorzugsweise sind die Nennspannung. IL-, die Nennfrequenz bei Leerlauf f.-, die Kippschlupffrequenz f,^ bei vernachlässigtem Ständerwiderstand, die Kippschlupffrequenz f™·«. bei gegebenenfalls fiktiver Speisung über den Läufer und vernachlässigtem Läuferwiderstand sowie der Faktor für die totale Streuung als Kenngrößen in den Steuerungsmitteln einstellbar und die Steuerungsmittel führen die Berechnungen durch

(D

j _Φ - arc sin

(5)

- 6

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In Ausgestaltung der Erfindung sind für geringe dynamische ! Anforderungen die Nennspannung U^, die Nennfrequenz bei Leerlauf f^ und die Kippschlupffrequenz fp-p als Kenngrößen in den Steuerungsmitteln eingestellt und die Steuerungsmittel führen ! die Berechnungen durch

■Ό

_ff₂+f d(f₂/f_K2) ι .

Δφ = -j , . (/_is)

K2 ' ..

Wi*^. ■ ' (5)

Es sind Mittel vorgesehen, mit dene'j. die Einstellung der Kippschlupffrequenz f^-p in Abhängigkeit vom Erwärmungszustand der Maschine verändert wird,

Mittel sind vorgesehen, welche die mögliche Änderungsgeschwindigkeit der als Führutigsgröße vorgegebenen Schlupffrequonz begrenzen.

Mittel sind vorgesehen, welche die Begrenzung in Abhängigkeit der Spannungsamplitude IL und/oder der Drehzahl verändern. Die max. mögliche Änderungsgeschwindigkeit.der als Führungsgröße vorgegebenen Schlupffrequenz wird auf den Wert begrenzt

df₂ fg+f

d'fc · ' . fγ, N 2K.

Die Begrenzung der max. .Änderungsgeschwindigkeit erfolgt in der Weise, daß der als Fuhrungsgröße vorgegebene Schlupffrequenzwert mindestens 21Tf' f ist.

Der Betrieb im B'eldschwächbereicb erfolgt derart, daß die Änderungsgeschwindigkeit der vorgegebenen Schlupffrequenz proportional zur Drehzahl begrenzt wird.

Die Begrenzung erfolgt entsprechend der Bedingung dfp/dt K.

2iff'fp , wobei fpma>- ⁰^*⁶ ^max^^ma-^- vorgehbare Schlupf-

frequenz ist.

„ 7 „

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■ -Insbesondere im Feldschwächbereich wird die Anderungsgeschwini digkeit der als Führungsgröße vorgegebenen Schiupifrequenz jej weils für etwa eine Periode der Speisefrequenz f,. konstant gehalten. .

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßeii Verfahrens besteht darin, daß verschieden hohe Anforderungsstufen bezüglich der dynamischen Eigenschaften des Antriebes mit dem gleichen Yeriishren verwirklicht v/erden können, wobei sich "die verschiedenen Stufen durch Art und Anzahl der verv/endeten Steuerungsmittel unterscheiden, wie es auch bei dem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel gezeigt wird. Weitere Vorteile

j werden deshalb in dieser Beschreibung aufgezeigt.

j Zur Erläuterung eines Beispieles für das erfindungsgemäße Vor- ; "fahren v/erden die fHr das dynamische Verhalten der.Asynchronmaschine maßgebendenen Gleichungen herangezogen. Nach Kovacs, ; ' K.P. und Racs, I.: Transiente Vorgänge in Wechselstrommaschi- '. nen, Band I und II, Verlag der Ungarischen Akademie der Wis- ; senschaften, Budapest 1959? gilt f'.lr eine Kur ζ schlußläuf ernaschiene

! ^i ^{β 1}I ^Ri ^{+ d} ^i/^d'^b +' ^itokf ι (6)

I O -i₂ Ji₂ + α.ψ₂/δ.-ύ ·Ι- α(ω_κ--ω)<^₂ . (γ)

! wobei durch Überstreichung (ζ. Β. υ.) kenntlich gemacht werden

■ soll, daß es sich um den Raumvektor der liberstrichenen Größe

i in komplexer Darstellung handelt.^ ist die Kreisfrequenz des

I Koordinatensystems,- in welchem die Größen dargestellt sind,ω

I ist die der mechanischen Drehfrequenz der Maschine entsprechen-

j de Kreisfrequenz. Die Flüsse ^ -j und TjT ₂ in den Gleichungen

8 -

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(6 und 7)lassen sich durch die Hauptinduktivität L und die Streuinduktivitäten von Ständer (L₀*,,) und Läufer (L^_n) in Verbindung mit den Strömen darstellen, es gilt dann

Ψΐ ^B (Vi₂) \ + I₁ L^₁. (8)

ψ2 " (Vi₂) \+ΐ₂

Aus den Gleichungen (6 bis 9)läßt sich folgende Beziehung ermitteln

"K2-

Dabei v/urden folgende Bezeichnungen eingeführt:

: fr..^ ist dabei KippscM.upffrequenz bei vernachlässigtem Läuferv/iderstand und f^₂ ist Kippschlupffrequenz bei gegebenenfalls fiktiver Sperrung über den Läufer und vernachlässigtem,Laufer-

' v/iderstand.

\ Nun soll nach dem Grundgedanken der Erfindung die Spannung U₁

j in der Weise vorgegeben v/erden, daß sich der Läuferflußy~p bei

I plötzlichen Änderungen von ÖJ ρ nicht ändert, die Frequenz des

■ Läuferflusses aber gleich der vorgegebenen Schlupffrequenz fp ι · ist. Dies bedeutet, daß für ein mit der Frequenz ΐγ = f+f

j (d. h. Oö_K=ii)+Ct>₂) umlaufendes Koordinatensj'stem der Fluß W

I konstant ist und damit die Ableitungen des Flusses nach der

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Zeit verschwinden.
Es soll also gelten

¥2 = ⁰J ψ 0= ? /für

Dann ergibt sich die Bedingung für die Spannung u^:

V₁)P₂ l>\r

Bei einer derartigen Steuerung des Spannungsvektors treten keine elektrischen Ausgleichsvorgänge in der Maschine bei Än derung von ω2 auf.

j Es soll als Nennspannung U^ diejenige Amplitude von u,, einge führt werden, welche bei Leerlauf (top - °) ^und vernachlässig ] tem Ständerwiderstand (öfo·,-^ = 0) auftritt, se daß gilt

ι Bⁿührt man diese Bedingung in Gleichung (11) ein und ersetzt gleichzeitig die Kreisfrequenzen durch die Frequenzen f, so ergibt sich:

- " Γ-Λΐ ^£2 ^f+f2 *2 ^fICl V>

j Daraus lassen sich die in den Gleichungen (1 bis 5)angegebenen

Steuerungsbedingungen ableiten, wobei der Phasenwinkel Δ ψ als j . Abweichung von der Phasenlage der Spannung bei Leerlauf angegeben ist. Die einfachere Beziehung

. φ = arc tan

wird durch die gleichwertige Beziehung der Gleichung (4) ersetzt, damit auch bei kleinen V/erten von B die Größen begrenzt bleiben und eine Berechnung mit analogen Rechenschaltungen möglich

ist.

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In der Gleichung 12 tritt die Läuferfreauenz f_o stets in dem Verhältnis £₂/%2 ^auf· ^{Hs ist ώθδη&1}^ vorteilhaft, den bisher bei der Schlupffrequenzssteuerung von Asynchronmaschinen üblichen Führungswert fp durch das Verhältnis ip/%? ^Zu ersetzen. Da der Parameter f_R2 von der Temperatur des Läufers der Asynchronmaschine abhängt und sich damit ändert, kann dann die Korrektur ader Änderung durch einen Eingriff an einer einzigen Stelle der Steuer- und Regeleinrichtung erfolgen.

In Figur 2 ist ein Ausfuhrungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren aufgezeigt, während Fig. 3 ein vereinfachtes Verfahren zeigt.

Gemäß Fig. 2. wird als Stellgröße für das Drehmoment das Signal ΐρ/jL-gp in den Verstärker/10 gegeben, wobei statische oder dynamische Begrenzungen (angedeutet durch Signal b) eingeführt werden können. Die Ausgangsgröße w wird als eigentliche Führungs-'größe für das Drehmoment weiterverarbeitet. Im Multiplikator 11 wird durch Multiplikation mit der Kipp-Schlupf frequenz fp-₂ ein Analogwert für die Läuferfreauenz (Signal f-pv) gebildet. Letztere wird, im Spannungs-Frequenz-Umsetzer 5 in eine Frequenz (Signal f₂) umgesetzt. Im Frequenzaddierglied 4 wird diese Schlupffrequenz f₂ mit der vom Drehzahlgeber 3 gemessenen Drehfrequenz f addiert, so daß sich die für den stationären Betrieb gültige Ständerfrequenz f,_j0 ergibt. Der Führungswert w wird im Multiplikator 12 mit der analog gebildeten Primärfrequenz (Signal f„ ) multipliziert. Mit Hilfe der Voreinstellung 13 und des Addiergliedes 14 'wird das Signal A entsprechend Gleichung (1) gebildet. Die Gleichung (2) wird durch das Differenzierglied 15 dem Festwertmultiplizierer 16 und die Addierer 17 und 18 nachgebildet. Die Umsetzung der Werte A und B in die ■ WerteAipund R entsprechend den Gleichungen (3) und (4) erfolgt in dem nicht näher spezifizierten Rechner 19. Derartige Rechen-

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operationen lassen sich mit modernen Verstärkern und Kennlinienmultiplizierern ohne besondere Schwierigkeiten durchführen. Dem Festwertmultiplizierer 81 wird die Nennspannung U^ vorge- ; geben. Der Differenzierer 2o, der Spannungsfrequenzumsetzer '■ und der Addierer 22 bilden die Gleichung (5) nach. Die Steuer-

• einrichtung 9 entspricht der bekannten Steuereinrichtung der ι Fig. 1. Die Realisierung einer-Regeleinrichtung entsprechend ¹ der Figur 2 ist mit den heute üblichen Mitteln der analogen

• und digitalen Steuorungs- und Regelungstechnik verhältnismäßig leicht möglich.

^! Eine vereinfachte Steuer- und Regeleinrichtung entsprechend

I dem erfindungsgemäßen Verfahren nach den Gleichungen (3a)_s (4a),

• (5) ist in F:^:g.-3 dargestellt. Die Rechenelemente 4, 5, 6, 7, i 9, 10, 11, IV-₁ 20, 21 und 81 entsprechen denen in Fig. 2. Die

Gleichung (3a) wird mit Hilfe des Differenziergliedes 15 und des Summierers 18 nachgebildet. Die Gleichung (4a) wird dadurch erfüllt, daß die Führungsgröße w direkt an das Differen-. zierglied 20 weitergegeben wird. Man erkennt, daß die Steuerung , von Fig. 3 aus einem Teil der Rechenglieder für die dynamisch "■■ hochwertigste Regeleinrichtung entsprechend Fig. 2 aufgebaut ; werden kann. Das bekannte Verfahren entsprechend Fig. 1 läßt ; sich wiederum aus einem Teil der Fig. 3 aufbauen. In dieser . Möglichkeit, verschiedene Qualitätsstufen der dynamischen Be-

j herrschung der Asynchronmaschine nach dem gleichen Grundveri fahren und mit den gleichen Grundelementen ausbauen zu können, J liegt ein besonderer Vorteil des beschriebenen Verfahrens.

: Die in der Steuerung voreingestellten Kenngrößen der Asynchron- ! maschine ßind weitgehend unabhängig vom Betriebszustand, so - daß sie durch Messungen an der Maschine bestimmt und in der

τ Steuerung festgelegt werden können. Bei Maschinen mit großer j Erwärmung des Läufers kann es jedoch auftreten, daß sich der j Läuferwiderstand R₂- und damit die Kipp-Schlupffrequenz f \ bei verschiedenen Betriebszuständen stark ändern, daß der

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ordnungsgemäße Betrieb gestört wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung v/ird daher der Läuferwiderstand durch gesonderte Messungen ermittelt, die entsprechende Kipp-Schlupffrequenz fp.„

; daraus berechnet und als veränderliche Größe, in das Verfahren eingeführt. FiIr die .Ermittlung des Läuferwiderstandes sind verschiedene Verfahren bekannt. So kann zum Beispiel durch di-

; rekte thermische Kessungen auf den Läuferwiderstand geschlossen

■ v/erden oder durch besondere Rechenschaltungen der Läuferwidor-· stand aus den elektrischen Größen berechnet v/erden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zusätzliche Bedingungen, wie sie zum "Beispiel durch die Eigenschaf-. ten des Umrichters notwendig werden, sehr einfach bei der Steue-' rung borücksichtigt werden können. So besteht beispielsweise bei allen Umrichtorant.rieben mit Asynchronmaschinen das Problem, daß der Umrichter nur eine begrenzte Spannungsamplitude zur Ver«

■ fügung stellen kann. Werden von der Steuerungseinrichtung, insbesondere bei dynamische-Q Vorgängen, höhere Spannungsamplitvden Verlangt, so entstehen in der Maschine unkontrollierte elektrische Ausgleichsvorgänge. Um diese Ausgleichsvorgänge in ihrer

^; Größe zu begrenzen, v/ird die Erfindung dahingehend erweitert, daß besondere Mittel vorgesehen werden, welche die mögliche A'nderungsgeschwindigkeit der als Führungsgröße vorgegebenen

, Schlupffrequenz begrenzt. Diese Begrenzung kann vorzugsweise , in Abhängigkeit von Spannungsamplitude u* und/oder der Dreh-ι zahl verändert werden. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 kann diese Begrenzung in dem Verstärker 10 über einen Begrenzereingang (Signal b) erfolgen.

! Die meisten Antriebe mit Asynchronmaschinen werden auch in dem

Drehzahlbereich betrieben, v/o der Umrichter seine maximale Span- ; nung abgibt und bei veränderlicher Drehzahl nur noch die Frej quenz der Speisespannung aber nicht mehr die Amplitude geändert j werden kann. In diesem sogenannten Feldschwächbereich führen

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alle bekannten Steuerungsverfahren zu unbefriedigenden Ergebnissen, sobald höhere dynamische Anforderungen an den Antrieb gestellt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird auch im Feldschwächbereich bei sprunghafter Änderung des Führungswertes eine sprunghafte Änderung des Phasenwinkels der Speisespannung erfolgen, die gleichzeitig vorg^gsbene sprunghafte Erhöhung der"-SpannungSamplitude kann jedoch vom Stellglied (im Umrichter) nicht ausgeführt v/erden. Es treten dadurch Ausgleichsschwingungen im HotoT'strom euf, die annähernd die Frequnz der Speisespannung besitzen. Um diese Ausgleichsschwingungen zu reduzieren können zusätzliche Mittel vorgesehen werden, welche die Anderungsgeschwindigkeit der vorgegebenen Schlupffrequenz proportional zur Drehzahl begrenzen. Die Begrenzung erfolgt dabei zweckmäßigerwyise in der Weise_; daß die Bedingung df p/dt < f^a f ~ eingehalten wird. Dann verteilt sich nämlich die maximale Änderung des Führungswertes auf mindestens eine .Schwingung des Ausgleichsvorganges, wodurch die Anplitu- _t de des Ausgleichsvorganges stark reduziert wird.

Um die Ausgleichsschwingung im Feldschwächbereich sehr stark zu verringern, kann in weiterer Ausgestaltung" der Erfindung auch ein Abtastverfahren nach folgendem Prinzip angewendet werden. Durch besondere Mittel, die beispielsweise aus Begrenzerverstärkern bestehen, wird die Änderungsgesohwindigkeit der als Führungsgröße vorgegebenen Schlupffrequenz jeweils -für etwa eine Periode der Speisefrequenz konstant gehalten. Dies geschieht, mit bekannten "Sample and Hold"-Schaltungen. Der Ausgleichsvorgang für die Drehmomentänderung erhält damit eine Anregung, die sich jeweils über eine Periode der Eigenfrequenz des Ausgleichsvorganges erstreckt und während dieser Zeit konstant ist, wodurch die Ausgleichsschwingung sehr stark reduziert wird.

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Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht auf die in den Fig. 2 und 3 angegebenen Ausführungsbeispiele. Es kann auch mit anderen analogen oder digitalen Rechenschaltungen verwirklicht werden.

ι

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung des von einer Asynchronmaschine abgegebenen Drehmomentes, bei dem die Asynchronmaschine von einer mehrphasigen Spannungsquelle mit einstellbarer Frequenz und Amplitude gespeist wird, wobei die Amplitude der Motorspannung, als Funktion der Drehzahl und die Schlupffrequenz als Stellgröße for das Drehmoment vorgegeben v/erden, -jö^lur^h^Gl^nr^eichnei:, daß Steuerungsmittel (12 bis 22) vorgesehen werden, welche aus der als Führungsgröße vorgegebenen Schlupffrequenz fp und der aus der mechanischen Drehzahl ermittelten Drehfrequenz f mit Hilfe von in den St-euerungsrnitteln vorgingestellten Kenngrößen der Asynchronmaschine diejenige Amplitude TL· und Frequenz f^ als Stellgröße für des Spoisespannungssystem berechnen, welche bewirken, daß bei schnellen Änderungen der vorgegebenen Läuferfrequenz f₂ sich Amplitude und Phasenlage des Läuferflusses der Asynchronmaschine nicht oder nur wenig andern, die Frequenz des Läuferflur.ses gegenüber dem Läufer aber gleich der vorgegebenen Läuferfrequenz f₂ ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet·, daß als Führungswert f-'ir die Läuferfrequenz f₂ das Verhältnis f₂ zu x_T,p vorgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise die Nennspannung U^ die Nennfrequenz bei Leerlauf f,_sT, die Kippschlupffrequenz f„-p bei vernachlässigtem Ständerwiderstand, die Kippschlupffrequenz £γ* bei ggf. fiktiver Speisung über den Läufer und vernachlässigtem Lauferwiderstand, sowie der Faktor f'"r die totale Streuung

<y als Kenngrößen in den Steuerungsmitteln (81, 15, 11, 12, 13) einstellbar sind und die Steuerungsmittel (12, 14 bis 22) die Berechnungen

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4. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für geringe dynamische Anforderungen die Nennspannung OV,, die Nennfrequenz bei Leerlauf f„- und die Kippschlupffrequenz Xy_n als Kenngröße-.·, in den Steuerungsmitteln (81, 11) eingestellt sind und. die Steuerungsmittel (15, 18, 20 bis 22) die B e r e ch nung e η

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durchführen.

5. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,, daß Mittel (11) vorgesehen sind, mit denen die Einstellung der Kippschlupffrequenz f^ in Abhängigkeit vom Erwärmungszustand der Maschine verändert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die mögliche Änderungsgeschwindigkeit der als Führungsgröße vorgegebenen Schlupffrequenz begrenzen.

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Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Begrenzung in Abhängig keit der Spannungsamplitude IL· und/oder der Drehzahl verändern.

8. Verfahren nach einem de]? Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die mögliche maximale Änderungsgeschwin·- digkeit der als Führungsgröße vorgegebenen Schlupffrequenz auf den Wert

df

-r-. f . f

begrenzt wird.

; 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet;, daß die

Begrenzung der maximalen Anderungsgcschwindigkeit in der ; Weise erfolgt, daß der als Führungsgröße vorgegebene ; Schlupf frequenzwert mindestens 2*irf*f ist.

; 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gei kennzeichnet, daß der Betrieb im ,Feldschwächbereich derart j erfolgt, daß die Änderungsgeschwindigkeit der vorgegebenen j Schlupffrequenz proportional zur Drehzahl begrenzt wird.

j 1-1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ! ■■ Begrenzung entsprechend der Bedingung df_o/dt <C 2iJ*f * fr, _.___

j C^ C- Ul QA

■ erfolgt, v/obei fp ,„ die maximal vorgebbare Schlupffrequenz j ist.

; 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn-I zeichnet, daß insbesondere im Feldschwächbereich die Änderungsgeschv/indigkeit der als Führungsgröße vorgegebenen Schlupffrequenz jeweils für etwa eine Periode der Speisefrequenz f,| konstant gehalten wird.

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