DE2520164A1

DE2520164A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines wechselstrommotors

Info

Publication number: DE2520164A1
Application number: DE19752520164
Authority: DE
Inventors: Yasuo Matsuda; Kozo Watanabe
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-05-07
Filing date: 1975-05-06
Publication date: 1975-11-27
Also published as: JPS50143020A; DE2520164C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Wechselstrommotors Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Erfindung bezieht sich also insbesondere auf die Steuerung eines Wechsalstrommotors, speziell auf ein System zum Betrieb eines in Verbindung mit einem Umformer arbeitenden Wechselstrommotors, und z>mr auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines solchen Wochselstroinmotors, wobei das System ine überlegene Regelbarkeit bei kurz- und langfristigem Ausfall des den Umformer speisenden Netzes ermöglicht.
Ein System zum Betrieb eines Wechselstrommotors über einen Netzgleichrichter (im folgenden Gleichrichter) und einen Wechselrichter, über die der Wechselstrommotor an ein Versorgungsnetz angeschlossen ist, ist aus der DT-OS 1 513 518 bekannt. Das bekannte System erlaubt die Steuerung der Umlaufgeschwindigkeit des Wechselstrommotors. Es ist ausserdem im Bereich ultrahoher Tourenzahlen des Wechselstrommotors von grössenordnungsmässig 40 000 Upm einsetzbar. Solch.
Wechselstrommotoren und Umdrchungszahlen werden beisp@elsweise für Zentrifugenantriebe eingesetzt.
In-diesem System tritt bei Netzausfall, insbesondere bei kurzfristigen Netzausfall, bei Betrieb des Wechselstro.nmotors über den Umsetzer der Nachteil auf, dass zum Wiederanlaufen und zur Wiedererlangung der stationären Betriebsbedingungen nach.dem vorübergehenden Abfall der Tourenzahl durch den Netzausfall eine sehr lange Zeit benötigt wird.
Bei Verwendung des Wechselstrommotors als Zentrifugenantrieb wirken ausserdem nach Netz ausfall erhebliche Trägheitskräfte auf den Motor ein, so dass bis zum Stillstand des auslaufenden Motors ebenso wie zum Wiederanfahren und Beschleunigen bis zur Sollgeschwindigkeit erhebliche Zeitspannen verstreichen.
Zu Lösung dieses Problems ist eine Steuerschaltung für den Wechselrichter bekannt, de synchron zu der Tourenzahl des Motors selbst bei Netzausfall beaufschlagt bleibt. Beim Wiederauftreten der Netzspannung wird der Umformer wieder gestartet, so dass auch der Wechselstrommotor wieder beaufschlagt und beispielsweise aus den beim freien Auslaufen erreichten mittleren Tourenbereich wieder auf die Sollgeschwindigkeit beschleunigt wird (JA-AS 25114/73).
Die Kopplung der Wechselrichtersteuerschaltung an die Tourenzahl des Wechselstrommotors weist jedoch den Nachteil au dass bei nicht ganz einwandfreier Motorbremssteuerunq am Umformer eine erhebliche Kapazität auftritt. Die Abbremsung des Meters muss also mit relativ grossem Aufwand sorgfältig geregelt werden.
Auch mues des Leistungsfaktorwinkel des Wechselrichters nach Massgabe der Dastveränderungen in bestimmten Grenzen angepasse werden. Dies ist zur Regelung des Leistungsfaktors des Synchronmotors durch den Umformer beim stationären Betriek des Motors erforderlich. Zwischen der Ausgangsspannung der frequenzvariablen Spannungsquelle und der induzierten Spannung des Synchroninotors tritt also eine Phasendifferenz auf. Wenn also die Steuer schaltung für den Wechselrichter synchron zum Synchronmotor bei Netzausfall mit demselben Phasenbetrag wie vor dem Netzausfall betrieben wird, wird die Phasendifferenæ zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der induzierten Spannung des Synchronmotors vergrössert, wenn der Wechselrichter im Zeitpunkt des Wiederaúftretens der Netzspannung voll beaufschlagt wird.
Das führt dazu, dass auf den Synchronmotor ein hoher Schalt stro.astoss gelangt. Aufgrund dieser Überströme muss die Kapazität des Umforiners doppelt so hoch ausgelegt sein als für den normalen Nennbetrieb erforderlich.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Systems, in denn der Wechselstrommotor über den Umsetzer betrieben wird und die Steuerschaltung für den WechseArichter synchron zur Tourenzahl des Wechselstrommotors arbeitet, und zwar auch bei Ausfall des den Umformer speisenden Netzes, wobei dieses System bzw. der Wechselstrommotor nach einem Verfahren gesteuert werden sollen, das den Wechselstrommotor zum Zeitpunkt des Wiederauftretens der Netzspannung verbessert steuert und regelt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Steuerung eines Wechselstrommotors, die es ermöglichen, den im Wechselstro=motor beim Wiederbeschleunigen des Motors nach Wiederauftreten einer ausgefallenen Netzspannung fliessenden Stoßstrom möglichst klein zu halten.
Angesichts des beschriebenen Standes der Technik liegt der Erfindung also die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Wechselstrommotors, insbesondere eines hochtourigen Wechselstrommotors, zu schafferl, die vor allem verbesserte Ein- und Ausschaltcha3:akteristiken auch bei kurzfristigem Netzausfall ermöglichen und dadurch aufgrund einer wesentlichen Erniedrigung der Schaltstromstösse eine wesentlich geringere Überdimensionierung des Leistungsteils der Anlage erfordern.
Zur Lösung dieser Auf gabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das erfindungsgeluäss die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist. Weiterhin wird eine Vorrichtung der im Oberbegriff der, Patentanspruchs 4 genannten Art vorgeschlagen, die erfindungsgemäss die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 beschriebenen Merkmale aufweist.
Nach der Erfindung wird also zusammengefasst ein Netzgleichrichter allmählich beaufschlagt, wodurch zum Zeitpunkt des Wiederauftr et ens einer Versorgungswechsel spannung ein Wechs elrichter lastfrei zu arbeiten beginnt. Ein Schalter zwischen dem Wechselrichter und einem Wechselstrommotor wird geschlossen, sobald die Ausgangsspannung des Wechselrichters einen vorgegebenen Grenzwert erreicht. Beim Ausfall der Versorgungswechselspannung wird die Steuerschaltung des Wechselrichters in der Weise mit einer Steuerspannung beaufschlagt, dass dieser bei einem Phasenwinkel aktiviert wird, der eine Phasendifferenz von Null zwischen der Ausgangsspannung des Wechseltrichters und der induzierten Spannung des Wechselstrommotors zum Zeitpunkt der Wiederbelastung des Wechselrichters gewährleistet. Dadurch wird eine überlegene Steuerung und Rege]ung des Wechselstrommotors beim Wiederauftreten einer ausgefallenenen Versorgungsspannung gewährleistet. Ausserdem wird der im Wechseistrommotor beim Wiederbeschleunigen des Wechselstrommotors zum Zeitpunkt des Wiederauftretens der Versorgungsspannung fliessende Stoßstrom auf ein Minimum gedrückt.
Das vorstehend genannte erste Ziel der Erfindung wird also in der Weise erreicht, dass der Gleichrichter beim Wiederauftreten der Versorgungsspannung in der beschriebenen Weise allmählich beaufschlagt wird. Dadurch tritt der Wechselrichter in eine lastfreie Betriebsphase ein. Nachdem die Ausgangsspannung am Wechselrichter während dieser Betriebsphase einen vorgegebenen Grenzwert erreicht hat, wird der zwischen dem Wechselrichter und dem Motor liegende Schalter geschlossen. Das zuvor beschriebene zweite Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass man die Steuerschaltung des Wechselrichters mit einer Steuerspannung zur Aktivierung der Steuerschältung während des Netzausfalls mit einem solchen Phasenwinkel beaufschlagt, dass man eine Phasendifferenz von Null zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters und der induzierten Spannung des Wechselstrommotors im Zeitpunkt des Wiedereinsetzens des Wechselrichters erzielt.
Die Steuer vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung ist mit einer Reihensteuerschaltung versehen, die folgende Steuerungen bewirkt: (1) Der die Ausgangsspannung des Gleichrichters regelnde Spannungsregler wird so beaufschlagt, dass der Gleichrichter beim Wiederauftreten der Netzspannung allmählich aktiviert wird; (2) eine Freguenzteilerschaltung, die den Wechselrichter mit einem Steuersignal versorgt, wird mit vorbestimmter zeitlicher Verzögerung zur lastfreien Aktivierung des Wechselrichters beaufschlagt; und (3) nach vorbestimmter zeitlicher Verzögerung zum Aufbau der Spannung über den Gleichrichter wird ein Stellsignal zum Schliessen des zwischen dem Wechselstrommotor und dem Unformer liegenden Schalters erzeugt.
Die Steuer spannung der Jteuerschaltung des Wechselrichters wird auf einen Pegel gesetzt, der gewährleistet, dass die Phasendifferenz zwischen der Ausgangs spannung des Umformers und der induzierten Spannung des Wechselstrommotors Null ist, wenn der Wechselrichter nach Beendigung des Wechselspannungsnetzausfalls wieder beaufschlagt wird.
Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der F,rfindung; Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktion der in Fig. 1 gezeigten Schaltuny; Fig. 3 in graphischer Darstellung den Lastwinkel Delta als Funktion des Lei stu ngsfaktorwinkeis Phi; Fig. 4 ein Blockschaltbild zur Erklärung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der in Fig. 4 gezeigten Schaltung; Fig. 6a das Blockschaltbild des in Fig. 4 gezeigten PLO-Systems; Fig. 6b in graphischer Darstellung die PLO-Phase als Funktion der PLO-Steuerspannung und Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel für den in Fig. 4 gezeigten Schalter.
In der Fig. 1 ist das Blockschaltbild eines AusfiShrungsbeispiels der Motorsteuerung der Erfindung dargestellt. Über einen manuell zu betät.icTenden .Schalter 2 und einen Transformator 3 ist ein Gleichrichter 4 an eine Wechsel spannungsquelle 1 angeschlossen. Der Gleichrichter 4 formt die Wechselspannung aus dem Versorgungsnetz in eine Gleichspannung uïn. Die arn Ausgang des Gleichrichters 4 auftretende Gleichspannung wird im Glättungsfilter 5 geglättet und gelangt dann auf den Wechselrichter 6, in dem sie wieder in eine Wechselspannung umgeformt wird. Die am Ausgang des Wechseltrichters 6 auftretende Spannung wird über einen T1lyristorschalter 7 und einen manuell zu betätigenden Schalter 8 auf einen Synchronmotor 9 gegeben.
Am Ausgang des Gleichrichters 4 tritt die .Sollgleichsr)annung unter Steuerung durch einen automatischen Spannung regler (im folgenden AVR) auf, Das AVR-System enthält einen Sollspam-lungseinsteller 10, einen Spannungsregler 11, einen automatischen Impulsplasenschieber 12 und einen Spannungstransformator 13 zur Abtastung der am Ausgang des Gleichrichters 4 auftretenden Gleichspannung. Das vom TransformaÜr 13 aufgenommene Signal wird auf den Spannungsregler 11 übertragen. Der automatische Impulsphasenschieber 12 wird über einen Transformator 14 mit der Wechsel spannung des Versorgungsnetzes 1 gespeist. Er verschiebt die Phase-des Ausgangspulses automatisch in übereinstimmung mit der Wechsel spannung und regelt so die Ausgangsspannung am Gleichrichter 4.
Für den Betrieb des Synchronmotors 9 bei einem vorgegebenen Leistungsfaktorwinkel und vorgegebener Tourenzahl ist der Wechselrichter 6 mit einem automatischen Geschwindigkeitssteuersystem (im folgenden ASR) ausgerüstet. Das ASR-System enthält einen Vergleichsspannungseinsteller 15, einen Tourenregler 16, einen phasenverriegelnten Oszillator 17 (die Bezeichnung "Phase" bezieht sich hierbei'auf das Impulsintervall), einen Frequenzteiler 18 und einen Spannungsphasenprüfer 21, der die an der Anschlussklemme des Synchronmotors 9 liegende Phase prüft und über einen Impulsformer 20 auf den Tourenregler 16 prägt. Die Schaltung enthält weiterhin einen Leistungsfaktorregler (im folgenden PLO-System) zur Regelung des Leistungsfaktors des Synchronrnotors 9. Das PLO-System enthält einen Stromphasenprüfer 22 zur Prüfung der Ankerstromphase des Synchronmotors 9 und ei.nen linpuisformer 23, der das vom Stromphasenprüfer 22 aufgeprägte Signal formt und über einen Schalter 29 auf den phasenverriegelten Oszillator 17 gibt. Der phasenverriegelte Oszillator 17 wird seinerseits durch einen Abschalter.l9 gesteuert.
Zur Bewirkung einer Regelung beim Feststellen eines Ausfalls des Netzes 1 sind ein Progralmmsteuergerät 25 vorgesehen, das über einen Transformator 24 aus dem Wechselstromnetz 1 gespeist wird, ein allmählich aktivierender Anlasser 26, der den Gleichrichter 4 unter Steuerung durch das Programmsteuergerät 25 allmählich beaufschlagt, wobei der Ausgang des Anlassers auf den automatischen Impulsphasenschieber 12 gegeben wird, einen Steuertreiber 27 zur Aktivierung und Deaktivierung des Frequenzteilers 18 unter Führung durch die Ausganyssignale des Programmsteuergerätes, eine Schaltersteuerung 28 zum Schliessen und Öffnen des Schalters 7 unter Führung durch die vom Programmsteuergerät 25 gelieferten Signale und eine Schaltersteuerung 30 zum Stellen des Schalters 29 in der Weise, dass das Signal des Stromphasenprüfers 22 während des stationären Motorbetriebes auf den phasenverriegelten Oszillator durchgeschaltet wird, während bei Ausfall des Versorgungsnetzes 1 das vom Spannungsphasenprüfer 21 gelieferte Signal auf den phasenverriegelten Oszillator 17 durchgeschaltet wird. Die Umschaltung erfolgt dabei unter Führung durch das t grammsteuergerät 25.
Im folgenden ist der stationäre Motorbetrieb unter Verwendung des beschriebenen Steuersystems erläutert.
Die vom Gleichrichter 4 gleichgerichtete Spannung wird vom Wechselrichter wieder wechselgerichtet und dient zum Antrieb des Synchronmotors 9. Der Wechselstrol0rnotor wird dabei durch das ASR-System bis auf die Solldrehzahl geregelt. Dieser Vorgang erfolgt unter Steuerung durch die Ausgangsspannung des Vergleichsspannungseinstellers 15. Dabei wird gleichzeitig durch das PLO-System der gewunschte Leistungsfaktor eingeregelt. Da die Stromphase des Synchronmotors 9 als Eingangssignal für das PLO-System dient1 wird eine hervorragende Regelung des Leistungsfaktors erzielt.
Die Funktion und der Betrieb der Steuervorrichtung im Fall des Netzausfalls, insbesondere im Falle eines kurzfristigen Ausfalls der Versorgung durch die Wechselspannungsquelle 1, ist im folgenden im Zusammenhang'BIit der Fig. 2 näher beschrieben.
Der plötzliche Spannungsausfall sei als augenblicklicher Netzausfall des Wechselspannungsversorgungsnetzes 1 dargestellt. Es sei ein kurzfristiger Netzausfall angenommen.
In der Darstellung der Fig. 2 ist die Abszisse die Zeitacllse.
Der Netzausfall wird durch das Programmsteuergerät 25 festgestellt. Die Feststellung erfolgt über den Transformator 24.
Ein entsprechendes Ausfallsignal wird über den allmählich aktivierten Anlasser 26 auf den Impulsphasenschieber 12 gegeben. Dadurch wird das am Ausgang des Impulsphasenschiebers 12 auftretende Signal unterdrückt, wodurch gleichzeitig der Gleichrichter 4 abgespannt wird. Gleichzeitig wird ein Signal auf den Steuertreiber 27 gegeben der den Frequenzteiler 18 deaktiviert. Dadurch wiederum wird der Wechselrichter 6 ausgeschaltet. Eiii weiteres Signal wird auf die Schaltersteuerung 28 gegeben, die den Schalter 7 öffnet. Ein weiteres Signal wird auf die Schaltersteuerung 30 geprägt, die den Schalter 29 so stellt, dass der piiasc'nverriegelte Oszillator 1 17 nicht mehr das Ausgangssignal des Stromphasenprüfers 22, sondern das Ausgangssignal des Spannungsphasenprüfers 21 als Eingangssignal aufgeprägt erhält.
Diese Umschaltung führt dazu, dass nur die Steuerschaltung des Wechselrichters 6 bei Netzausfall weiter im Betrieb bleibt. Dadurch, dass die Steuerschaltung des Wechselrichters 6 mit der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 beaufschlagt wircl, wird die Steuerschaitung weiterhin synchrci;r.
zu der Drehzahl des Synchronmotors 9 aktiviert, Nach Beendigung des Netz ausfalls wird auch das WiederauE-treten der Netzspannung am Eingang des PrograIr£iusteuergerites 25 ermittelt. Der langsam ansteigend aktivierende Anlasser 26 wird angesteuert und prägt ein allmählich ansteigendes Aktivierungssignal auf den automatischen Impulsphasenchieber 12 der dadurch allmählich die am Ausgang des Gleichrichters 4 auftretende Gleichspannung erhöht.
Nach einer zeitlichen Verzögerung um die Dauer T1 wird der Stellertreiber 27 aktiviert und aktiviert dadurch seinerseits den Wechselrichter 6. Dabei ist der Schalter 7 geöffnet, so dass der Ausgangsstrom des Wechselrichters 6 Null ist Der Wechselrichter 6 wird also lastfrei betrieben. Nach Abschluss der allmählichen Aktivierung des Gleichrichters 4 und der zeitlichen Verzögerung um die Spanne T2 nach dem Wiederauftreten der Netzspannung, wenn die Spannungen am Gleichrichter 4 und am Wechsel richter 6 wieder aufgebaut sind, wenn also das ADR-System stabilisiert ist, wird die Schaltersteuerung 28 aktiviert und der Schalter 7 geschlossen.
Erst dann wird die am Ausgang des Wechselrichters 6 auftretende Leistung zur Beschleunigung des Synchronmotors 9 eingesetzt. Der Motor 9 hat zu diesem Zeitpunkt aufgrund des freien Auslaufens einen etwa mittleren Drehzahlbereich erreicht. Zu dieser Zeit liegt am Eingang des phasenverriegeltenden Oszillators 17 die Phase der Anschlussspannung des Synchromnotors 9, nämlich die Ausgangsspannung des Wechselrichters 6. Mit einer zeitlichen Verzögerung um die Spanne T3 nach dem Schliessen des Schalters 7 wird die Schaltersteuerung 30 aktiviert, die den Schalter 29 umschaltet, so dass die vom Stromphasenprüfer 22 ermittelte Stromphase auf den phasenverriegelten Oszillator 18 geprägt wird. Dadurch ist der stationäre Betriebszustand des Synchronmotors 9 wieder hergestellt. Die zeitliche Verzögerung T3 dient dem Zweck, ein Fliesen der Phase des Schaltstoßstromes im Zeitpunkt des Schliessens des Schalters 7 so zu unterbinden, dass dieser Stoßstr3m nicht auf den phasenverriegelten Oszillator 17 gelaagt, wodurch eine stabile und stabilisierte Regelung erzielbar ist.
Auf diese Weise kann also der Sychrommotor 9 innerhalb kurzer Zeit nach Wiederauftreten der @etzspannung wieder auf stationäre Betriebsbedingungen gebracht werden und kann dabei gleichzeitig eine stabil geregelte Betriebsweise des Synchronmotors 9 gewährleistet werden Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann jedoch unter Umstanden auch ein zu grosser Stoßstrom-je nach der Phasenbeziehung zwischen der Ausngsspannung des Wechselrichters 6 und der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 im Zeitpunkt des Schliessens des Schalters 7 auftreten. Dazu wird die Phasendifferrnz der Grösse nach durch die Phase des PLO-Systems und i«c festgestellten Phase der induzierten Spannung des Synchronuotors 9 bestimmt.
Die geprüfte Phase der induzierten Spannung kann innerhalb von etwa 300-Intervallen gewählt und justiert werden, wozu der Schaltungsaufbau des Spannungsphasenplrüf ers 21 dienen kann.
Auf der anderen Seite wird der Betrag der Phase des PLO-Systems durch die Lastbedingung vor dem Netzausfall bestimmt. Die Beziehung zwischen dem Lastwinkel Delta und dem Leistung sfaktorwinkel Phi bei der Leistungsfaktorregelung ist in Fig. 3 gezeigt. Wenn beispielsweise die Laständerung um einen Lastwinkel von 400 in dem in der Figur gezeigten Bereich eintritt, muss der Leistungsfaktorwinkel Phi für Et/Eo = 0,9 um etwa 600 verändert werden, wobei Et die Klemmenspannung und Eo die induzierte Spannung sind. Der Phasenbetrag des PLO-Systems ist also eine Funktion des Leistungsfaktorwinkels Phi, so dass also eine grössere Anderung des Leistungsfaktorwinkels Phi von einer entsprechend grossen Änderung des Phasenbetrages im PLO-System begleitet ist. Aus diesem Grund wird der Phasenbetrag des PLO-Systeras, nämlich die Phasendifferenz zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 und der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 vergrössert, was zu einem relativ grossen Stoßstrom führt. Eine Berücksichtigung dieses grossen Spitzenstromes bei der Auslegung der Anlage erfordert eine Kapazitat, die doppelt so gross wie die erforderliche Sollkapazität ist. Die Anlage wird daher unwirtschaftlich.
Es zeigt sich also1 dass die Phasendifferenz zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 und der induzierten Spannung des Synchronrnotors 9 beim Schliessen des Schalters 7 nach Möglichkeit Null betragen soll.
In der Fig. 4 ist das Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Gleiche Bezeugszeichen bezeichnen gleiche Bauelemente wie in der Fig. 1.
Die in Fig. 4 gezeigte Schaltung unterscheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten Schaltung dadurch, dass ein Schalter 31 zwischen.dem Drehzahlregler 16 und dem phasenverriegelten Oszillator 17 eingefügt ist, so dass ein Signal vo.n Drehzahlregler 16 auf den phasenverriegelten Oszillator 17 während des stationären Motorbetriebes gelangt. Bei Netzausfall wird dagegen auf den phasenverriegelten Oszillator 17 unter Steuerung durch die Schaltersteuerung 30 ein Signal vom Nullphasenschluss-Spannungseinsteller 32 aufgeprägt.
Die Steuerschaltung des Wechselrichters 6 ist daher so betreibbar, dass sie eine Phasendifferenz von Null zwischeii der Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 und der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 irn Augenblick des Schliessens des Schalters 7 bei Netzausfail einstellen kann.
In der Fig. 5 ist die Funktionsweise der in Fig. 4 gezeigten Schaltung näher erläutert. Der Unterschied der Funktionwc.ise der in Fig. 4 gezeigten Schaltung von der in Fig. 2 dargestellte@ Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung liegt darin, dass ds Ausgangssignal des Drehzahlreglers 16 während des stationären Betriebszustandes des Motors auf den Eingang des phasenverriegelten Oszillators 17 geprägt wird, während der schalter 31 bei Aktivierung der Schaltersteuerung 30 unter Steuerung durch das Progranmsteuergerät 25 ebenfalls aktiviert wird, was dazu führt, dass die Nullphasensch1usssetzspannung voin Nullphasenschluss-Spannungseinsteller 32 als F.ingangssignal auf den phasenverriegelten Oszillator 17 während der Dauer des Netzausfalls aufgeprägt wird, Dadurch wird die Phasendifferenz zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 und der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 im Augenblick der Reaktivierung des Wechselrichters 6 auf Null gehalten. Der Nuliphasenschluss-Spannungseinsteller 32 ist allein bestimmt durch die geprüfte Phase der Induzierten Spannung des Synchronmotors 9 und der Phase des Steuerpulses für die Wechselrichtersteuerung, und zwar selbst dann, wenn ein korrigierbarer Fehler durch eine Durchs-haltverzögerung auftritt. Wie im Fall der Fig. 2 wird der Schalter 7 mit einer zeitlichen Verzögerung um die Periode T2 nach Wiederauftreten der Netzspannung geschlossen. Die dabei auftretenden Stromspitzen sind jedoch wesentlich niedriger, da die Phase der Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 mit der Phase der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 übereinstimmt.
Mit einer zeitlichen Verzögerung von einer Spanne T3, bezogen auf das Schliessen des Schalters 7, wird der Eingang des PLO-Systems vom Ausgang des Spannungsphasenprüfers auf den Ausgang des Stromphasenprüfers umgeschaltet. Gleichzeitig wird der Eingang des phasenverriegelten Oszillators 17 vom Nu phasenschluss-Spannungseinsteller 32 auf die Ausgangsspannung des Drehzahlreglers 16 umgestellt. Dadurch wird der stationäre Betriebszustand des Synchronmotors 9 wieder hergestellt.
In der Fig, 6a ist in Form eines Blockschaltbildes ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung des PLO-Systems mit dem phasenverriegelten Oszillator 17 als Hauptkomponente naher beschrieben.
Der phasenverriegelte Oszillator 17 enthält ein phasenprüfendes Flipflop 33, einen Filter 34, einen Verstärker 35, einen spannungsregelnden Oszillator 36 und einen Ringzähler 37.
Der Schalter 29 dient der Umschaltung zwischen Spannungsprüfung und Stromprüfung, während der Schalter 31 die Steuerspannungen schaltet.
Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt das PLO-Eingangsschaltsignal auf der Stromprüferseite, wird also das Ausgangssignal des Stromprüfers am Ausgang des Wochs@@richters 6 über den Schalter 29 auf das pha@enprüfende @@@pflop 34 gag@hen, während gleichzeitig der Ausgang der @@@@@ung des AZX-Spstens auf der Filter 34, und zwar über dei Schalter 31, @@angt Unter dieser Schaltkonstellation let der S@@@@@@@@@tos 9 himsichtlich des Leistungsfahtors währeni der Betr@ehas sc@batregelnd.
unterbrochen. Der Schalter 7 wird geöffnet und der Gleichrichter 4 unmittelbar nach Feststellung des Netzausfalls durch Urnsteuern abgespannt. Gleichzeitig wird der PLo-Eingang auf die Spannungsprüferseite umgeschaltet. über den Schalter 29 wird jetzt das die induzierte Spannung des Synchromnotors 9 abbildende Spannungsprüfersignal auf das phasenprüfende Flipflop 33 gegeben. Gleichzeitig wird über den Schalter 31 die NullphasenschlußBetzspannung auf den Filter 34 gegeben. Die Nullphasenschlußsetzspannung Eso entspricht dem Phasenbetrag des PLO-Systems, nämlich dem Phasenbetrag Phi50 des PLO-Systems in der in Fig. 6b gezeigten Weise, das die Phasenschlussdifferenz singulär Null werden lässt, also die Phasendifferenz zwischen der Ausgangsspannung des Wechselrichters 6 und der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 im Augenblick des Wiederschliessens des Schalters 7 Null werden lässt. Ausserdem ist erforderlich, die geprüfte Spannungsphase so zu wählen, dass man den PLO-Phasenbetrag Phi50 in Bereich der Lastveränderungen voll uinfasst.
Bei der zuvor beschriebenen Betriebsweise schwingt das PLO-Systelrl auch bei Netzausfall synchron mit dem Synchronrotor 9 mit, Dieses Mitschwingen erfolgt mit einem Phasenbetrag von Phi, so dass die Phasenschlussdifferenz Null was >sas letztlich auf die Prüfung der induzierten Spannung des Synchronmotors 9 zurückzuführen ist.
Aus der Fig. 5 ist ersichtlich, dass nach Wiederauftreten der Netzspannung der Gleichrichter 4 allmählich durch den automatischen Phasenschieber 12 beaufschlagt wird, dass nach einer zeitlichen Verzögerung um die Spanne T1 der Wechselrichter 6 nach Auftreten eines Steuersignals ebenfalls reaktiviert wird. Beim allmählichen Aktivieren des Gleichrichters 4 wird dessen Spannung mit einer zeitlichen Verzögerung um die Spanne T2 aufgebaut und wird dann der Schalter 7 geschlossen, so dass dadurch der Synchroninotor 9 wieder anläuft. In diesem Augenblick ist die Anfangsphasendifferenz durch den zuvor beschriebenen Phasenbetrag des PLO-SystSms Null, so dass praktisch keine Stromspitzen auftreten. Für eine Zeitspanne T3 nach dem Wiederanlassen des Motors 9 arbeitet das PLO-System weiter im Spannungsprüfungsmodus, um zu verhindern, dass die Leistungsfaktorregelung unter Prüfung der Stromspitzenphase unter Einschluss des Gleichstromanteils erfolgt. Zwischenzeitlich hält das PLO-System den Phasenbetrag Phi und wird daher im Betrieb so geführt, dass es den so Lastwinkel des Synchronmotors 9 auf Null hält. Nach Ablauf der Zeitspanne T3, wenn das PLO-Eingangsschaltsignal auf die Stromprüfungsseite umgeschaltet hat, befindet sich das System wieder im selbstregelnden Betriebszustand, in dem die stationäre Betriebsweise in der beschriebenen Art unter Regelung des Leistungsfaktors bewirkt wird.
Ein Schaltbeispiel für ein Ausführungsbeispiel des Schalters 31 zum Umschalten der Steuerspannung des PLO-Systems ist in Fig. 7 gezeigt.
Die Schaltung ist im wesentlichen aus einem Digitalpufferinverter 38, einem Funktionsverstärker 39 und einer Di.ode 40 aufgebaut.
Als Eingangsspannung wird auf diese Schaltung die Nullphasenschluss-Setzspannung Eso auf den Funktionsverstärker 39 bei niedrigen Pegeln des PLO-Eingangsschaltsignals geprägt.
Die Ausgangs spannung des ASR-Systems wird dagegen bei hohen Pegeln des PLO-Eingangsschaltsignals auf den Funktionsverstärker 39 geprägt.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele der Steuerschaltung des Wechselrichters zeigen, dass diese nicht nur während des Netzausfalls synchron mit dem Motor, sondern auch bei einem Phasenwinkel betrieben wird, der so geführt wird, dass die am Ausgang des Wechselrichters auftretende Spannung im Augenblick des Schliessens des .itromkreises Null ist. Dadurch wird das Auftreten übergrosser Stromspitzen im Augenblick des Wiederanlassens des Motors unterdrückt. Durch diese "Nullphasenschlussmassnahme" wird eine an si.ch überflüssige, zum Auffangen der Stromspitzen erforderliche Überdimensionierung der Anlage vermieden. Während entsprechende Anlagen nach dem Stand der Technik eine um den Faktor 2 vergrösserte Kapazitätsauslegung gegenüber der Nennkapazität erfordern, kann eine Anlage@gemäss der Erfindung vollkommen sicher betrieben werden, wenn die Kapazität entwa auf das 1,3-fache der Nennkapazität ausgeiegt ist. Durch die Erfindung wird also nicht nur eine äusserst leistungsfähige, sondern insbesondere auch eine äusserst wirtschaftliche Wechselstronunotorsteuerung geschaffen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zur Steuerung eines Wechselstrommotors durch eine Steuervorrichtung, die eine Wechselspannungsquelle, einen an diese angeschlossenen Umformer mit einem Netzgleichrichter und einen Wechselrichter, einem über einen Schalter an den Umformer angeschlossenen Wechselstrommotor, einem Spannungsregler zur Regelung der Ausgangsspannung des Netzgleichrichters, einer Frequenzteilerschaltung zum Aufprägen eines Steuersignals auf den Thyristor des Wechseltrichters und mit einem Regler zur Steuerung der Frequenzteilerschaltung, wobei die Steuervorrichtung synchron mit der Umlauffrequenz des Wechselstrommotors so beaufschlagt wird; dass dadurch die Frequenzteilerschaltung, der Netzgleichrichter und der Wechselrichter bei Netzausfall deaktiviert werden, und wobei die Frequenzteilerschaltung, der Netzgleichrichter und der Wechselrichter bei Wiederauftreten der Netzspannung wieder beaufschlagt werden und der Wechselstrommotor dadurch im Abbremsstadium wieder beschleunigt wird, dadurch g e k e n n Z e i c n n e zu t , dass der Schalter bei Netzausfall geöffnet wird, dass der Spannungsregler bei wiederauftrsten der Netzspannung allmählich beaufschiagt wird und dadurch allmählich die Spannung über den Netzgleichrichter aufbaut, dass die Frequenzteilerschaltung so beaufschlagt wird, dass mit einer vorbestimmten zeitlichen Verzögerung nech dem Wiederauftreten der Netzspannung der Wechselrichter in eine lastfreie Arbeitsphase eintritt, und dass dann mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung zur Beaufschlagung der Frequenzteilerschaltung der Schalter wieder geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , dass die Steuervorrichtung dadurch geregelt wird, dass man während des stationären Betriebes des Motors dessen Klemienstromphase prüft, dass während eines Netzausfalls die Steuervorrichtung durch Prüfen der Phase der Klemmen spannung des Motors gesteuert wird, und dass der Eingang der Steuervorrichtung von der Klemmenspannungsphasenprüfung des Motors auf die Eingangsstromphasenprüfung mit einer vorgegebenen zeitlichen Verzögerung nach dem Schliessen des Schalters zwischen dem wechselrichter und dem Motor umgeschaltet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerspannung zur Steuerung der Ausgangsphase der Steuervorrichtung so gewählt ist, dass die Phasendifferenz zwischen der Ausgangs spannung des Wechselrichters und der induzierten Spannung des Motors im Augenblick des Netzausfalls zu Null wird, und dass eine der Drehzahl des Wechselstrommotors entsprechende Steuerspannung nach Verlauf einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Schliessen des Schalters zwischen dem Wechselrichter und dem Motor nach Wiederauftreten der Netzspannung auf die Steuervorrichtung geprägt wird.

4. Wechselstrornmotorsteuerung mit einer Wechselstromquelle; einem Umformer mit einem Netzgleichrichter und einem Wechselrichter; einem über einen Schalter mit dem Umformer verbundenen Wechselstrommotor; einem @pannungsregler zur Regelung der Ausgangsspannung des Netzgleichrichters; einem Frequenzteiler zum Aufprägen eines Steuersignals auf den Thyristor des Wechselrichters; einem phasenverriegelten Oszillator zur Steuerung des Frequenzteilers unter Führung durch eine Steuer spannung und ein Prüfsignal mit der Ausgangsphase des Wechselrichters; einem Drehzahlregler zum Aufprägen einer Steuerspannung auf den phasenverriegelten Oszillator und zur Regelung bzw. Stellung der Steuer spannung in Übereinstimmung mit der Drehzahl des Wechselstrommotors; und mit einem Programmsteuerteil zur Feststellung des Netzausfalis ua zur Beaufschlagung der Steuerschaltung des Wechselrichters synchron mit der Drehzahlfrequenz des Wechselstrommotors während des Netzausfalls, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Programmsteuergerät (25) den Spannungsregler (10, 11, 12, 13) aktiviert, der dadurch allmählich den Netzgleichrichter (4) bei Wiederauftreten der Netzspannung beaufschlagt, dass der Frequenzteiler (18) ebenfalls durch das Programmsteuergerät aktiviert wird und dadurch den Wechselrichter (6) in eine lastfreie Arbeitsphase mit einer vorgegebenerl zeitlichen Verzögerung überführt, und dass das Prograrnin.teuergerät weiterhin mit einer weiteren vorgegebenen zeitlichen Verzögerung nach Aufbau der Spannung am Gleichrichter (4) durch Abgabe eines Steuersignals den Schalter (7) schliesst.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , dass die Vorrichtung weiterhin einen Schalter (29) enthält, der durch ein Signal vom Programmsteuergerät (25) aktiviert wird und so schaltbar ist, dass der phasenverriegelte Oszillator (17) mit dem Ausgangssignal eines Stromphasenprüfers (22), der die atromphase des Wechselstro.mmotors (9) während des stationären Betriebes des Motors prüft, beaufschlagt wird, dass der Oszillator (17) bei Netzausfall mit dem Ausgangssignal eines Spannungsphasenprüfers (21) beaufschlagt wird, der die Phase der induzierten Spannung des Wechselstrommotors (9) prüft, und dass mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung nach den Schliessen des Schalters (7) infolge des Wiederauftretens der Versorgungswechselspannung erneut ein Ausgang signal des Stromphasenprüfers (22) auf den phasenverriegelten Oszillator (17) geprägt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Vorrichtung weiterhin einen Schalter (31) zwischen dem phasenverriegelten Oszillator (17) und dem Drehzahlregler (15, 16) enthält, der so schaltbar ist, dass während des Ausfalls des Wechselspannungsversorgungsnetzes (1) auf den phasenverriegelten Oszillator (17) eine gesetzte Schliessspannung der Phase Null von einem Nullphasenschluss-Spannungseinsteller (32.) aufprägbar ist.

L e e r s e i t e