DE2703309C2 - Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung eines Dreiphasen-Asynchronmotors - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung eines Dreiphasen-Asynchronmotors, der von einer regelbaren Gleichspannungsversorgung über eine Kurzschlußimpedanz und einen Wechselrichter gespeist ist, wobei die regelbare Gleichspannung bei Erreichen eines Stromgrenzwerts absenkbar ist₍ mit einem die Drehzahl bestimmenden Frequenzgeber, mit einem hiervon beeinflußten Zündsignalgenerator, der über Steüefleitungeri mit paarweise in mindestens drei Zweigen in Reihe angeordneten Wechselrichtcr'Schaltelementen verbunden ist, und einem ebenfalls hiervon beeinflußten Löschsignalgenerator zum Aussteuern eines gemeinsamen Lösch-Schaltelements, und mit einer die Drehrichtung beeinflussenden Umsteuerschaitung /-um Vertauschen der Steuerleitungen für die Wechselrichter-Schaltelemente wenigstens zweier Zweige.

Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (DE-AS 16 38 008) weist die Gleichspannungsversorgung einen als steuerbaren Gleichrichter ausgebildeten Zerhacker auf, der eine konstante Gleichspannung in der Form von Impulsen mit unterschiedlicher Breite und/oder unterschiedlicher Frequenz hindurchläßt, so daß sich mit Hilfe einer nachgeordneten Glättungsschaltung eine regelbare Gleichspannung ergibt. Diese virird von einem Spannungs-Sollwert bestimmt, wird aber, wenn der Strom einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, soweit herabgeregelt, daß dieser Strom nicht überschritten wird. Die Drehzahl wird mit Hilfe eines von der Spannungsregelung unabhängigen Frequenzgebers bestimmt, der mit einem Zündsignalgenerator und einem Löschsignalgenerator kombiniert ist. Der Loschsignalgenerator gibt Löschimpulse mit dem Sechsfachen der gewünschten Frequenz ab. Der Zündsignalgenerator ist über drei Paare vun Sieucrlcitungen mit den Wechselrichter-Schaltelementen von drei Zweigen verbunden. Bei zwei Paaren können die Anschlüsse durch eine Umsteuerschaltung miteinander vertauscht werden.

Im normalen Beirieb ist in jedem Zweig jeweils ein Wechselrichter-Schaltelement, z. B. ein gesteuerter Gleichrichter, in den leitenden Zustand gesteuert, z. B. durch ein während der Durchlaßperiode vorhandenes Hochfrequenzsignal. Wenn nun die Steuerleitungen vertauscht werden, wird, ohne daß die erstgenannten Schaltelemente gelöscht werden, auch das jeweils zweite Schaltelement des Zweiges in den leitenden Zustand gebracht. Damit ergibt sich ein Kurzschluß. Der dabei fließende Kurzschlußstrom ist /war im ersten Augenblick wegen der Kur/schlußimpedan/ noch tragbar, wächst aber rasch auf unzulässig hohe Werte an. Beim Auftrelen des Kur/schlußslromes wird /war die Spannung der Gleichspannisngsversorgung herunlergeiegelt. Die im Cilättungskonu.-isator und in der Kur/.schlußimpcdan/ gespeicherte Energie kann aber bereits ausreichen, um die Schaltelemente /u zerstören. Da der Asynchronmotor keine Energie abgeben kann, läuft er ungebremst weiter, wodurch sich die Drehrichtungsumkehr verzögert.

Es ist ferner bekannt (DI. AS Ib 13 776).die Frequenz des Frequen/gebers der regelbaren Spannung am Ausgang der Cjleichspannungsversorgung nach/ufuh ren. weil für einen optimalen Betneb des Asynchmnmo tors dessen Spannung und f-requen/ in einem etwa konstanten Verhältnis zueinander stehen sollen Wenn man die /uvor erwähnte Umsteuerschaltung bei einer solchen Anordnung anwenden würde, ergäben sie h noch größere Probleme Denn wenn beim Auftreten eines Kurzschlußslromes die regelbare Spannung hcrabge setzt wird, nimmt gleich/eilig die vorgegebene Frequenz ab Das bedeutet, daß die Zeit bis zum Auftreten der nächsten Exischung noch größer wird. de^r Kurzschlußstrom also noch langer fließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei der die im Zusammenhang mit der Drehrichtungsumkehr auftretenden Kurzschiiißprobleme fortfallen öder vernachlässigbar sind und die Umschaltung bei einer beliebigen Drehzahl ohne vorangehende Herunterregelung der Drehzahl Vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgernäß dadurch gelöst, daß der Umsteuerschaltung eine Sperrvorrichtung

zugeordnet ist, welche die eingeleitete Umsteuerung bis zum Zeitpunkt der nächstfofgenden Löschung verhindert, und daß die Frequenz des Frequenzgebers proportional zur geregelten Gleichspannung geführt ist.

Die Sperrvorrichtung sorgt dafür, daß der Umsteuer-Vorgang jeweils mit einem Löschvorgang zusammenfällt oder unmittelbar davor erfolgt. Der Zustand, daß beide Schaltelemente eines Zweiges gleichzeitig leitend sind, tritt daher nicht oder höchstens in unschädlich kurzer Zeit auf Gine Zerstörung der Schaltelemente ist daher ausgeschlossen. Außerdem liegt der Motor unmittelbar nach dem Umsteuervorgang an Spannung führenden Klemmen, die ein der neuen Drehrichtung entsprechendes Drehfeld hervorrufen. Da der Motor noch in der alten Drehrichtung läuft, wird er im Gegenstrom betrieben und dementsprechend rasch gebremst

Die beim Umsteuervorgang auftretenden hohen Ströme, die zu einer Absenkung der regelbaren Gleichspannung führen, ergeben auch eine Herabsetzung der Frequenz. Dies ermög'icht das Hochlaufen des Asynchronmotors m der Gegenrichtung, ohne daß höhere Strume fließen müßten, als sie c'.irch die Maximalstrombegren/ung zugelassen werden, die in der Regel den Motorstrom etwa auf den normalen 2> Vollaststrom begrenzt. Eine Gefahr, daß infolge der Verzögerung des Löschvorganges zu lange ein Kur/· schlußstrom über die einzelnen Zweige fließt, ist durch die Verwendung der Sperrvorrichtung ausgeschlossen.

F.ine besonders einfache Schaltung ergibt sich, wenn iu der Frequenzgeber jeweils /um Löschzeitpunkt einen Taktimpuls abgibt, der die Sperrvorrichtung freigibt. Auf diese Weise ist der Synchronismus /wischen dem Löschvorgang und dem Umstcucrvorgang gegeben. Im einfachsten Fall ist der Taktimpuls mit dem Löschimpuls Ji kientisch.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist dafür gesorgt, daß die Sperrvorrichtung in Abhängigkeit von einem /ugeführten Phasenumsteuersignal eines von zwei alternativ auftretenden Umschaltsignalen abgibt. einen Signa' vechsel aber nur bei der nächstfolgenden Loschung zuläßt, und daß die Umsteuerschaltung pro umzusteuernden Zweig zwei elektronische Schaltglieder aufweist, in denen die Zündsignale je einer Phase des Zündsignalgenerators nach einer UND-F'unktion 4S mit je einem der beiden Umschaltsignale verknüpft werden. Diirch die Verknüpfung dt.· Zündsignale mit den Umschaltsignalen und durch die /citrichtige Abgabe der Umschaltsignale ist der Umsteuervorgang mildem Loschvorgang synchronisiert. ω

Hierbei kann insbesondere die Sperrvorrichtung ein D Flipflop sein, dessen D Eingang das Phasenumsteuer signal zugeführt wird, dessen Takteingang ein Taktim puls des Frequenzgebers zugeführt wird und an dessen beiden Ausgängen die beiden Umschaltsignale abgenommen werden. Das Phasenumsteuersignal kann beispielsweise ein Rechtecksignal mit dem Wert 1 für die CMce Dreh· -tiring und dem Wert 0 für die andere Drehrichtung sein

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein vereinfachtes Schaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung.

Eine regelbare Gleichspannungsversorgung 1 wird mit konstanter Gleichspannung U- gespeist. Ein Serienregler 2 weist einen als Zerhacker arbeitenden gesteuerten Gleichrichter 3 auf, dessert Steuersignale von einem Steuergerät Λ derart zugeführt werden, daß Gleichstromimpulse unterschiedlicher Breite und/oder Frequenz hindurchgelassen werden. Nachgeschaltet ist ein Glättungskreis, der eine Längsdrossel 5 und einen Querkondensator 6 aufweist. Infolgedessen entsteht eine regelbare Gleichspannung Ui. Diese wird normalerweise einem Sollwert nachgeführt, der über eine Einstellvorrichtung 7 am Steuergerät 4 vorgegeben ist. Wenn jedoch der Strom im System einen vorgegebenen Grenzwert erreicht, was durch den Spannungsabfall an einem Meßwiderstand 8 festgestellt werden kann, regelt das Steuergerät 4 die Spannung U1 so weit herab, daß keine übermäßigen Ströme auftreten können. Von der Spannung U1 ist auch ein Frequenzgeher 9 abhängig, der Taktimpulse / mit dem Sechsfachen der gewünschten, zur Spannung U1 passenden Frequenz abgibt. Dieser Frequenzgeber 9 hat die Form eines bekannten spannungsgesteuerten Oszillators (VCO).

Über eine Kurzsehlußimpedanz 10, die mittels einer Transformatorwicklung 11 und eines Gleichrichters 12 auch der Energie^rückgewinnung be-'τι Löschvorgang dient, ist ein Wechselrichter 13 angeschlossen, der einen Dreiphasen-Asynchronmotor 14 speist. Der Wechselrichter weist drei Zweige a. b und c auf, die je zwei in Reihe liegende Schaltelemente 15a und 16a. 15buud 16b sowie 15c und 16c aufweisen, zwischen denen die drei Phasenanschlüsse U. V und W abzweigen. Die Steuerelektroden der als gesteuerte Gleichrichter ausgebildeten Schaltelemente werden über Steuerlei tungen 17 mit hochfrequenten Zündiinpulsen /versorgt. Weitere Teile des Wechselrichters, wie Freilaufdiodcn und dergleichen, sind der Einfachheit halber fortgelassen.

Ein Lösenkreis weist einen Kondensator 18. eine Umschwingdmssel 19, ein Lösch-Schaltelement 20 in der F"orm eines gesteuerten Gleichrichters und eine Diode 21 auf. Die Steuerelektrode des Schaltelements 20 wird über eine Steuerleilung 22 von einem Löschimpulsgenerator 23 mit Löschimpulsen /versorgt, die jeweils von einem Taktimpuls ι ausgelöst werden, also eine dem Sechsfachen der gewünschten Frequenz ent'prechende Frequenz haben.

Die Taktimpulse / steuern ferner einen Zündsignalgenerator, der einen beliebigen Aufbau haben kann und beispielsweise Flipflops. Frequenzteiler, Zählcrschaltungen usw. aufweisen kann. An den Ausgängen entstehen Zündsignale u. ν und w, die den an den Ausgängen U, V und VV gewünschten Phasenspannungen entsprechen. Das Zündsignal u wird direkt, die Zündsignale u und ν werden über eine Umstcuerschaltung 30 weitergeleitet. Sie werden alsdann teils direkt, teils über ein NIC HT Glied 32a. Hb bzw. 32c an Leitungen 31a bis 31c und 33a bis 33c zur Abgabe der Zündimpulse in dc.i Leitungen 17 weitergeleitet. Beispielsweise können sie niit einem dauernd gesendeten Hochfrequenzsignal, ζ B 200 kH/. kombiniert werden. Dieses Hochfrequenzsignal tritt daher in den Leitungen 17 inimer dann auf. wenn auch ein von dm Ziindsignalpn u. ν und w abhangiges Eingangssignal auf den Leitungen 31a bis 31cund 33a bis 33r vorhanden ist.

Die Umsteuerschaltung 30 weist für jede Phase zwei erste N AN D-Glieder 37,38 und 39,40 sowie ein zweites NAND-Glied 41 und 42 auf. Ferner eine Sperrvorrichtung 43 in der Form eines D-FÜpflops vorgesehen, dessen D-Eingang über einen Schalter 44 wahlweise an Masse oder an die Spannung einer Spannungsquelle 45 gelegt ist, so daß dem D-Eirigang ein Phasenumsteuersignal ρ zugeführt wird, das den Wert 1 für die eine

Drehrichtimg und den Wert 0 für die andere Drehrichtung hat. Jedem jJcr beiden Werte ist ein Umschaltsignal si am Q-Ausgang bzw. s2 am Q-Ausgang zugeordnet. Eine Umschaltung an den Ausgängen erfolgt jedoch erst beim Auftreten eines Taktimpulscs ρ am Takleingang el. Das bedeutet, dall das Phasenumstcuersignal ρ zu einem beliebigen Zeitpunkt gegeben werden kann, ein Wechsel der Umschallsignalc s 1 und s2 jedoch erst beim Auftreten des Taktimpulscs / erfolgt, der gleichzeitig über den Löschsignalgencrator 23 die Löschung bewirkt. In Abhängigkeit von diesen Umschallsignalcri il und s2 sind entweder¹ die NAND-Giicdcr 37 und 39 oder die NAND-Gliedei'38 Und 4Ö Wirksam, so daß der Zweig a wahlweise vom Ziindsignaj u oder ν und der Zweig b wahl weise vom Zündsignal voder (/gesteuert wird, was einer Drehrichtungsumkehr entspricht.

IZs sei angenommen, daß das Umschaltsignal 51 vorhanden ist. Dann arbeitet die Schaltung so, daß die Phasenspannungen in der Reihenfolge 0, V und H-* auftreten. Wird der Schalter 44 umgelegt, so ergibt sich beim nächsten Taktimpuls fein Wechsel des Umschaltsignals auf s2. Nunmehr erfolg! die Steuerung der Phasenspannungen in der Reihenfolge V. LJ, W. was einer Umkehr des Drchfcldes im Motor 14 gleichkommt. Da die Umschaltung im Löschaugenblick erfolgtj ist kein Kurzschluß in den Zweigen u, b und czu befürchten. Sofort nach dieser Umschaltung arbeitet der Motor mit Gcgenslrom und wird daher gebremst. Wegen der auftretenden Ströme wird die Spannung LJ 1

to herabgercgclt, wodurch auch die Frequenz des Frequcnzgcbcrs 9 abnimmt. Sobald der Motor 14 Zum Stillstand gekommen - ist* fährt er sofort im Gegensinn wieder hoch, wobei die Spannung Ü\ und die Frequenz bis zum gewünschten Sollwert Wieder zuriehnieh.

Abwahdiungeii sind in vielerlei Richtung möglich* Beispielsweise kann die Sperrvorrichtung auch durch einen Löschimpuls ausgelöst werden. Die NAND-Glic^; der können auch durch UND-Glieder und umgekehrt ersetzt Werden, wenn die Schaltung entsprechend

2Ö angepaßt wird.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung der Drehzahl und der Drehrichtung eines Dreiphasen-Asynchronmotors, der von einer regelbaren Gleiehspannungsversorgung über eine Kurzschlußimpedanz und einen Wechselrichter gespeist ist, wobei die regelbare Gleichspannung bei Erreichen eines Stromgrenzwerts absenkbar ist, mit einem die Drehzahl bestimmenden Frequenzgeber, mit einem hiervon beeinflußten Zündsignalgenerator, der über Steuerleitungen mit paarweise in mindestens drei Zweigen in Reihe angeordneten Wechselrichter-Schaltelementen verbunden ist, und einem ebenfalls hiervon beeinflußten Löschsignalgenerator zum Aussteuern eines gemeinsamen Lösch-Schaltelements, und mit einer die Drehrichtung beeinflussenden Umsteuerschaltung zum Vertauschen der Steuerleitungen für die Wechselrichter-Schaltelemente wenigstens zweier Zweige, dadurch gekennzeichnet, daß der Umsteuerschaitung (3ö) eine Sperrvorrichtung (43) zugeordnet ist, weiche die eingeleitete Umsteuerung bis zum Zeitpunkt der nächstfolgenden Löschung verhindert und daß die Frequenz des Frequenzgebers (9) proportional zur geregelten Gleichspannung (U 1) geführt i U.

2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgeber (9) jeweils zum Löschzeitpunkt einen Taktimpuls (t) abgibt, der die Sperrvorrichtung (43) freigibt.

3. Anordi· :ng nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sp^Tvorrichtung (43) in Abhängigkeii von einem zugeführten Phasenumsteuersignal (p) eines von zwei -.!ternativ auftreten- ?> den Umschaltsignalen (Si. S2) abgibt, einen Signalwechsel aber nur bei der nächstfolgenden Löschung zuläßt, und daß die Umstcuerschaltung pro umzusteuernden Zweig (a. b, c) zwei elektronische Schaltg!^: :der (37, 38; 39, 40) aufweist, in denen «J die Zündsignale (u. v)jc einer Phase des Zündsignalgenerators (24) nach einer UND-Funktion mit je einem der beiden Umschaltsignale (Si. 5?) verknüpft sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3. dadurch gekenn- ⁴^ zeichnet, daß die Sperrvorrichtung (43) ein D-Flipflopist, dessen D-Eingang das Phasenumsteuersignal (p) zugeführt ist, dessen Takteingang ein Taktimpuls

(t) des Frequenzgebers (9) zugeführt ist und an dessen beiden Ausgängen die beiden Umschaltsigna· Ie (S 1. S 2) abgenommen sind.