DE2826852C2 - - Google Patents

Description

Das Hauptpatent 26 44 748 betrifft eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl einer über einen eine Induktivität enthaltenden Gleichstromzwischen­ kreisumrichter gespeisten Asynchronmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Diese Anordnung ist für den Ankerstellbereich beschrieben. Für den Feldschwächbereich ist sie nicht ohne weiteres geeignet.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine genaue Regelung auch im Feldschwächbereich zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 beschriebene Anordnung gelöst. Eine andere Lösung ist in Anspruch 2 angegeben.

Durch den in Anspruch 1 beschriebenen Spannungs­ begrenzer wird erreicht, daß ab einer vorbestimmten Drehzahl bei weiterem Anstieg der Drehzahl die Spannung in der betreffenden Zuleitung nicht mehr weiter ansteigt, mit der Folge, daß hierdurch in diesem Drehzahlbereich die maximal abgebbare Leistung der Asynchronmaschine konstant bleibt und so auch in diesem Feldschwächbereich eine genaue Regelung ermöglicht wird.

Aus der DE-OS 23 43 612 ist eine Schlupfregelung bekannt, die im Feldschwächbereich arbeitet. Jedoch werden hier Schlupf und Strom im Anker­ stellbereich gemeinsam geführt, während im Feld­ schwächbereich der Schlupf als Produkt von Drehmomentbefehl und der Primärspannung geführt wird.

Auch durch die in Anspruch 2 angegebene Maßnahme läßt sich eine genaue Regelung im Feldschwächbereich durch die Ausbildung des den Schlupfwert bildenden Reglers als PI-Regler erreichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellten Anordnung erläutert.

In der Zeichnung ist mit 10 eine in ihrer Drehzahl variabel regelbare Asynchronmaschine bezeichnet, bei welcher es sich bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel um eine 3-Phasen-Dreh­ strommaschine handelt, sie sowohl im Motorbetrieb als auch im Generatorbetrieb arbeiten kann, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Sie kann vorzugsweise einen Kurzschlußläufer aufweisen. Von ihrer Läuferwelle 9 wird eine Last 8 und ein Tachogenerator 28 angetrieben. Der Tachogenerator 28 liefert eine zur Drehzahl des Läufers der Asynchronmaschine 10 proportionale Gleichspannung, sei es direkt oder indem er einen Drehstrom liefert, wel­ cher gleichgerichtet wird. Die Speisung der Asynchron­ maschine 10 erfolgt von einem primären Drehstromnetz 12 von beispielsweise 380 Volt und 50 oder 60 Hz aus über einen Ein-Ausschalter 13. Der gestrichelt umrandete Teil 11 der Schaltung entspricht in seinem Aufbau einer üblichen voll gesteuerten Drehstrombrücke mit unterlager­ ter Stromregelung und Anfahr-Brems-Automatik, wie sie für Gleichstrom-Nebenschlußmaschinen vielfach üblich ist und auch für die Speisung und Drehzahlregelung der Asyn­ chronmaschine in Verbindung mit der neuartigen Erreger­ stromregelung mit Vorteil angewendet werden kann.

Die Drehzahl der Asynchronmaschine 10 läßt sich mittels der dargestellten Schaltung in einem sehr weiten Dreh­ zahlbereich stufenlos regeln, beispielsweise kann vorge­ sehen werden, die Läuferfrequenz stufenlos von 2 bis 90 Hz zu regeln. Es handelt sich hier natürlich nur um ein Beispiel. Auch kann die Asynchronmaschine große Leistung von beispielsweise 100 kW und auch mehr aufweisen. Die Asynchronmaschine kann vorzugsweise als Antriebsmo­ tor dienen, doch kann sie auch bei unveränderter Schal­ tung im Generatorbetrieb betrieben werden, sei es durch Fremdantrieb oder beim Abbremsen, da die statischen Stromrichter 14, 19 in bekannter Weise beide Energierichtungen über­ tragen können und so der Übergang völlig selbsttätig und ohne zusätzliche Schaltgeräte abläuft, wobei die Strom­ richtung erhalten bleibt und nur die Ständerspannung das Vorzeichen wechselt, was durch die relative Richtungs­ änderung des Ständerdrehfeldes zum Läufer bedingt ist, so daß sich entsprechend die Energierichtung ändert.

Das den Speisestrom liefernde 3-Phasen-Drehstromnetz 12 ist über den Ein-Aus-Schalter 13 an einen gesteuer­ ten Gleichrichter 14 angeschlossen, der den Drehstrom in Gleichstrom variabler Stromstärke umwandelt, indem seine Steuereingänge von einem Drehzahlregler 15 aus über einen Strombegrenzer 16, der den Ständerstrom mit­ tels des Stellers 22 einstellbar begrenzt, beispiels­ weise maximal auf den 1,5fachen Nennstrom begrenzt, und einen unterlagerten Stromregler 17 und den Ausgangs­ gleichstrom des Stromreglers 17 in Steuerimpulse umwan­ delnden Wandler 18 angesteuert werden, derart, daß am Ausgang des Gleichrichters 14 ein Gleichstrom auftritt, dessen Stromstärke sich jeweils so einstellt, daß die Läuferdrehzahl auf den Sollwert geregelt wird. Bei diesem Gleichstrom handelt es sich um einen lückenlosen Gleich­ strom.

Der Drehzahl-Sollwert der Asynchronmaschine 10 ist mit­ tels eines Sollwertstellers 20 einstellbar.

Jeder Regler 15 und 17 kann vorzugsweise einen Operations­ verstärker haben, welcher durch eine je einen Kondensator 60, 60′ und einen Widerstand 61, 61′ in Reihe aufweisen­ de Rückkopplung PI-Verhalten erhält, so daß es sich in die­ sem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei den Reglern 15 und 17 jeweils um PI-Regler handelt.

Der durch den Tachogenerator 28 gelieferte Istwert der Drehzahl des Läufers wird über die Leitung 7 und den ein­ stellbaren Widerstand 7′ als eine zur Drehzahl des Läufers proportionale Spannung zu der Stelle 26′ geleitet, an der die Differenz zwischen diesem Istwert und dem mittels des Sollwertstellers 20 eingegebenen Drehzahl-Sollwert und damit die Drehzahl-Regelabweichung gebildet wird, die vom Drehzahlregler 15 und dem ihm unterlagerten Stromregler 17 durch Veränderung des Gleichstromes des Gleichrichters 14 und damit des Ständerstromes der Asynchronmaschine 10 fortlaufend ausgeregelt wird. Dieser Regelkreis ist be­ deutend träger als der weiter unten noch beschriebene, praktisch trägheitslose Erregerstrom-Regelkreis. Der Reg­ ler 15 liefert den Sollwert des in der Leitung 36 zum Gleichrichter 14 und damit zum statischen, frequenzge­ steuerten Wechselrichter 19 und zur Asynchronmaschine 10 strömenden Ständerstromes. An der Stelle 17′ wird die Differenz zwischen dem über die Leitung 23 gelieferten Istwert und dem vom Regler 15 gelieferten Sollwert dieses Stromes als Regelabweichung für den unterlagerten Stromregler 17 gebildet. In die Leitung 23 sind ein einstellbarer Widerstand 23′ und ein Gleichrichter 23′′ zwischengeschaltet.

Das auf der Leitung 7 auftretende, zur Läuferdrehzahl pro­ portionale Spannungssignal wird außer zu der Stelle 26′ auch noch zu einem Addierer 41 und zu der Stelle 50 vor den Steuereingang des Erregerstrom-Reglers 42 geleitet. Zur Stelle 50 wird auch ein zur Klemmenspannung der Asynchronmaschine 10 proportionales Gleichstromsignal geliefert, welches über die einen Gleichrichter 43 ent­ haltende Leitung 44 kommt. In die Zuleitungen 44, 45, 46 zu dem Erregerstrom-Regler 42 und dem Addierer 41 kön­ nen nicht dargestellte verstellbare Widerstände zwischen­ geschaltet sein zur Einstellung gewünschter Konstanten c ₁, c ₂, c ₃, so daß der Stelle 50 über die Leitung 44 ein Signal c ₁ u _s (u _s = Ständerklemmenspannung) und über die Leitung 46 ein Signal c₂u _L und dem Addierer 41 über die Leitung 45 ein Signal c₃ u _L (u _L = zur Läuferdrehzahl proportionale Ausgangsspannung des Tachogenerators 28) aufgedrückt wird. c ₂ und c ₃ können gegebenenfalls gleich groß sein. Der Regler 42 kann einen Operationsver­ stärker 47 mit P-Charakteristik haben, indem der Aus­ gang des Verstärkers 47 über die einen ohmschen Wider­ stand 48 enthaltende Leitung 49 an den Steuereingang zurückgekoppelt ist. An der Stelle 50 wird die Differenz c ₁ u _s - c ₂ u _L als Regelabweichung gebildet. Der hochver­ stärkende Operationsverstärker 47 liefert dann ausgangs­ seitig ein zur Regelabweichung proportionales Gleich­ spannungssignal, das die Läuferschlupffrequenz bestimmt und dem zweiten Eingang des Addierers 41 zwecks Addition mit dem über die Leitung 45 kommenden Gleichspannungs­ signal c ₃ u _L zugeleitet wird. Der Regler 42 ist so ausge­ legt, daß die Läuferschlupffrequenz ständig kleiner als die Frequenzdifferenz zwischen Kippunkt und Synchron­ punkt der Drehmoment-Läuferfrequenz-Kennlinie der Ma­ schine 10 bleibt, so daß die Maschine 10 bei den zulässigen Lasten den Kippschlupf nicht überschreitet. Der durch den Regler 42 geregelte Erregerstrom wird bei konstanter Läuferdrehzahl, d. h. bei u _L = const. auf konstanten Wert geregelt. In einem sehr weiten Drehzahlbereich bleibt der Erregerstrom unabhängig von der Last konstant.

Die Klemmenspannung der Maschine 10 bildet sich ent­ sprechend dem Ständerstrom und der Läuferschlupffrequenz an den frequenzabhängigen Motorreaktanzen an sich frei aus, wird jedoch mittels des Reglers 42 durch Beeinflussung der Läuferschlupffrequenz bei gegebener Drehzahl ungefähr konstant gehalten. Die Regelung ist so eingestellt, daß bei jeder mittels des Sollwertstellers 20 eingestellten Drehzahl bei dem Nenndrehmoment ungefähr optimale Läufer­ schlupffrequenz vorliegt, um die Maschine 10 optimal zu nutzen. Die der Stelle 50 aufgedrückte Spannungsdifferenz c ₁ u _s - c ₂ u _L bewirkt dabei, daß sich die Klemmenspannung der Maschine 10 proportional zur Läuferdrehzahl ändert, beispielsweise mit 4,4 Volt/Hz. Bei konstanter Drehzahl wird die Klemmenspannung mittels des Reglers 42 unabhängig von der Last stetig ungefähr konstant gehalten, d. h., daß auch keine störenden Spannungsspitzen auftreten.

Der Ausgang des Addierers 41 ist über die Leitung 51 an einen Spannungsfrequenzwandler 52 angeschlossen, dessen Ausgang Steuerimpulse konstanter Höhe liefert, deren Fre­ quenz proportional der Eingangsspannung des Wandlers 52 ist. Die Steuerimpulse werden über einen Impulsvertei­ ler (Zündverteiler) 53 den Stromventilen des eine 6pulsige, vollgesteuerte Drehstrombrücke bildenden statischen Wechselrichters 19 zur Erzeugung des Ständerdrehstromes der Asynchronmaschine 10 aufgedrückt. Die Stromventile können Thyristoren sein.

Die dargestellte Schaltung weist noch eine Anfahr-Brems- Automatik 33 auf, wie sie ebenfalls bei Drehzahlregelvor­ richtungen für Gleichstrom-Nebenschlußmaschinen üblich ist. Diese Anfahr-Brems-Automatik 33 ist eingangsseitig an eine Phasen-Überwachungsschaltung 34 angeschlossen, die ihrerseits von einem Steuerspannungsglied 35 gesteu­ ert wird. Diese Anfahr-Brems-Automatik braucht, da bekannt, nicht näher erläutert zu werden. Es sei nur erwähnt, daß sie über die Leitung 27 beim An­ fahren und beim Bremsen auf den Regler 15, den Strombe­ grenzer 16 und den Wandler 18 in der für das Anfahren und Bremsen erforderlichen Weise einwirkt. Zum Anfahren der Asynchronmaschine 10 ist es ferner erforderlich, daß der Erregerstrom-Regler 42 zu Beginn des Anfahrens Läu­ ferschlupf vorgibt, was mittels eines nur kurzzeitig zum Anfahren einschaltbaren Stellers 54 erreicht wird, wel­ cher dem Erregerstrom-Regler 42 zum Anfahren eine Regel­ abweichung des Erregerstromes vortäuscht.

Die Wirkungsweise der Drehzahlregelung wurde bereits er­ läutert. Es sei nunmehr nachfolgend die Regelung des Er­ regerstromes noch näher erläutert.

Bei dem Erregerstrom handelt es sich um einen reinen Blindstrom, den man auch als Magnetisierungsstrom bezeich­ net. Vektoriell gilt: (I _s = Ständerstrom, I _L = Läuferstrom, I _µ = Erregerstrom). Für den einwand­ freien Betrieb einer Asynchronmaschine ist es - genau wie bei einer Gleichstrom-Nebenschlußmaschine - notwendig, daß immer ausreichend Erregerenergie vorhanden ist. Bei der Gleichstrom- Nebenschlußmaschine ist es jedoch relativ einfach, weil getrennt zugängliche Anker- und Erregerkreisklemmen vorhanden sind, konstante Erregung unabhängig von der Belastung zu erzielen. Die Asynchronmaschine hat dagegen für alle Ströme, also auch für den Läuferstrom (der Läuferstrom ist der zum Drehmoment proportionale Laststrom) und Erregerstrom ge­ meinsame Eingangsklemmen, so daß der Erregerstrom einer Asynchronmaschine bei konstanter Läuferdrehzahl zunächst nicht unabhängig vom Läuferstrom zu beeinflussen bzw. konstant zu halten ist. Dies gelingt jedoch mittels des Erregerstrom- Reglers 42. Voraussetzung ist dabei ein bei jedem Lastwechsel über kurze Zeit, beispielsweise 0,1 bis 0,2 Sekunden noch ungefähr konstanter Ständerstrom, was bei dieser Schaltung die zur Frequenzentkopplung der Stromrichter 14 und 19 und zur Glättung des Gleichstromes sowieso erforderliche Induktivität 24 bewirkt. Die in der Asynchronmaschine zustande kommende Aufteilung des Ständerstromes in den Erregerstrom und den Läuferstrom (Laststrom) wird mittels des Erregerstrom-Reglers 42 durch Verändern der Läuferschlupffrequenz, d. h. der Differenz zwischen der Frequenz des Ständerdrehfeldes und der Läuferfrequenz beeinflußt, wobei die Läuferschlupf­ frequenz jedoch ständig kleiner als die Kippschlupffrequenz dieser Maschine 10 bleibt. Ein konstanter Erregerstrom und damit eine konstante EMK (vektorielle elektromo­ torische Kraft) wird erreicht durch Verändern des Läu­ ferstromes. Der Läuferstrom wird seinerseits über den Läuferwiderstand R _L = R ₂ · (f _s /Δ f) und damit durch die Läuferschlupffrequenz Δ f so beeinflußt, daß der Erregerstrom immer und unabhängig von der Last sei­ nen auf die Asynchronmaschine eingestellten optimalen Wert erhält (R _L = Gesamtwirkwiderstand des Läufers, f _s = Fre­ quenz des Ständerstromes, Δ f = Läuferschlupffrequenz, R ₂ = maschineneigene Läufergröße für Widerstand). Der optimale Wert des Erregerstromes ist immer dann erreicht, wenn an den Klemmen der Asynchronmaschine 10 die zur je­ weiligen Läuferdrehzahl zugehörige Ständerspannung (Klem­ menspannung), z. B. 4,4 Volt/Hz, vorhanden ist.

Die Erregerstrom-Regelung hat zum einen den Zweck, ein günstiges dynamisches Verhalten der Asynchronmaschine 10 zu erreichen, das ungefähr dem einer Gleichstrom-Neben­ schlußmaschine entspricht und zum anderen hat diese Er­ regerstrom-Regelung den Zweck, bei gegebener Drehzahl die Klemmenspannung auch bei abruptem Lastwechsel ungefähr konstant zu halten. Die Klemmenspannung ändert sich na­ türlich mit der jeweils eingestellten Drehzahl des Läufers, und zwar ungefähr proportional zur Läuferdrehzahl. Durch den Erregerstrom-Regler 42 gelingt es, bei konstanter Drehzahl den Erreger­ strom unabhängig vom Läuferstrom ungefähr konstant zu hal­ ten. Dies sei wie folgt erläutert. Es sei angenommen, daß die Asynchronmaschine 10 mit konstanter Drehzahl eine kon­ stante Last antreibt. Wenn dann eine plötzliche Lastmin­ derung eintritt, beispielsweise ein Lastabwurf erfolgt oder die Antriebswelle der Last bricht, bleibt infolge der Induktivität 24 der Ständerstrom noch kurze Zeit, beispielsweise zweckmäßig 0,05 bis 0,2 Sekunden ungefähr konstant. Auch die Läuferdrehzahl kann sich in dieser kurzen Zeit nur relativ geringfügig ändern. Der Regler 42 arbeitet dabei trägheitslos so, daß die Klemmenspannung trotz Lastabwurf und geringfügiger Drehzahlerhöhung immer proportional zur Drehzahl bleibt. Dies erreicht er dadurch, daß er angeregt durch die zur geringfügigen Erhöhung der Drehzahl proportional erhöhte Ausgangsspannung des Tachogenera­ tors den Innenwiderstand der Asynchronmaschine trägheitslos entsprechend vergrößert. Die Vergrößerung des Innenwiderstands wird durch Verkleinerung der Läuferschlupffrequenz (Ausgang des Reglers 42) erreicht, die nicht wie sonst üblich direkt von der Last bestimmt wird. Gleichzeitig aber mit gewisser Verzögerung durch den Drehzahlregler und unterlagerten Stromregler wird der Ständerstrom und damit das Drehmoment der Asynchronmaschine so weit verringert, daß die eingestellte Solldrehzahl wieder erreicht wird, das heißt, Drehmoment und Lastmoment wieder ausgeglichen sind. Ohne den Regler 42 würde infolge der erfolgten Laständerung die Ständerspannung jedoch sofort stark ansteigen, was beispielsweise leicht zum Zerstören der Stromventile des gepulsten Wechselrichters 19 führen kann. Der Erregerstrom-Regler 42 hält jedoch die Ständerspannung trotz des abrupten Lastwechsels ungefähr konstant. Und zwar beginnt der Läufer sofort mit der Lastminderung seine Drehzahl mit der Folge kleineren Läuferschlupfes zu erhöhen, wodurch sich der Innenwiderstand der Maschine 10 stark vergrößert und entsprechend die Ständerspannung steil anzusteigen beginnt. Dieser Anstieg der Ständerspannung ist viel rascher als der Anstieg der Läuferdrehzahl, so daß am Eingang des Reglers 42 eine solche Regelabweichung verursacht wird, daß mittels der Glieder 42, 41, 52, 53 die Steuerfrequenz des Wechselrichters 19 praktisch trägheitslos so erhöht wird, daß die Schlupffrequenz des Läufers infolge der Erhöhung der Ständerfrequenz etwas größer wird. Mit größer werdender Schlupf­ frequenz nimmt jedoch der Innenwiderstand der Maschine ab, wodurch ihre Ständerspannung wieder absinkt. Die Regelabweichung an der Stelle 50 verkleinert sich hierdurch wieder, so daß die Schlupffrequenz kleiner wird, die Ständerspannung dann wieder ansteigt, usw. Diese durch den Regler 42 bewirkten Vorgänge erfolgen so rasch, daß die Ständer­ spannung hierdurch selbst bei abruptem extremen Last­ wechsel ständig und ohne Auftreten von Spannungsspitzen auf ungefähr konstanten Wert geregelt wird. Damit wird auch der Erregerstrom auf ungefähr konstanten Wert unabhängig von der Last geregelt, so daß man auch von einer Regelung des Erregerstromes sprechen kann, ob­ wohl der Erregerstrom selbst nicht gemessen wird, sondern an seiner Stelle die Klemmenspannung der Maschine 10. Der Innenwiderstand der Maschine 10 än­ dert sich im zeitlichen Mittel entsprechend der durch die Laständerung auftretenden Ständerstromänderung. Es wird also trotz des abrupften Lastabwurfes ein nennenswerter Anstieg der Ständerspannung der Asyn­ chronmaschine 10 verhindert und damit auch der Erreger­ strom lastunabhängig nahezu konstant gehalten. Es wird also erreicht, daß bei beliebigen Laständerungen, selbst bei schnellsten Laständerungen die Ständerspannung und der Erregerstrom bei gegebener Drehzahl ungefähr konstant bleiben und es zu keinen gefährlichen Überspannungen kommen kann. Die Drehzahlregelung ist erheblich träger als die Erregerstrom-Regelung und vermindert nach dem beschriebenen Anfangsvorgang solange den Ständer­ strom - wobei auch infolge der absinkenden Ständer­ spannung, die wegen der hohen Verstärkung des Reglers 42 jedoch nur sehr gering ist, fortlaufend die Schlupffrequenz wieder verringert wird - bis der Ständerstrom der verringerten oder fehlenden Last der Asynchronmaschine wieder angepaßt ist. Wenn andererseits abrupte Laster­ höhung auftritt, beispielsweise plötzliches Anheben der Last, steigt sofort die Läuferschlupffrequenz an, womit sich der Innenwiderstand der Maschine 10 stark verkleinert und die Ständerspannung verkleinert usw., so daß der Regler 42 prak­ tisch trägheitslos ebenfalls ungefähr konstante Ständerspannung und damit ungefähr konstanten Erregerstrom regelt. Der Drehzahlregler 15 erhöht dann zur Konstant­ haltung der Drehzahl den Ständerstrom so lange, bis er die für das nunmehr aufzubringende höhere Drehmoment er­ forderliche Größe erreicht hat.

Man kann den geschilderten Sachverhalt auch so beschrei­ ben, daß, wenn die Ständerspannung (Klemmenspannung der Asynchronmaschine 10) größer oder kleiner ist als es der jeweiligen Läuferdrehzahl entspricht, dann der Erreger­ strom-Regler 42 an seinem Ausgang die Läuferschlupf­ frequenz vergrößert bzw. verkleinert, derart, daß zwischen der Klemmenspannung und der Läuferdrehzahl das vorgegebene Verhältnis durch Regelung der Klemmenspan­ nung und damit des Erregerstromes ständig innerhalb sehr enger Grenzen eingehalten wird. Natürlich möchte sich im ersten Augenblick infolge der Änderung der Läufer­ schlupffrequenz auch das Drehmoment der Asynchronma­ schine und damit die Drehzahl ändern. Die Drehzahl wird jedoch unter Berücksichtigung der Zeitkonstante der Drehzahlregelung, die durch die Induktivität 24 im wesent­ lichen bestimmt wird, mittels des Drehzahlreglers 15 mit unterlagertem Stromregler 17 ständig auf den Sollwert geregelt.

Wenn mittels des Sollwertstellers 20 eine Drehzahl­ verstellung der Asynchronmaschine 10 vorgenommen wird, ändert sich die durch den Tachogenerator 28 und damit durch die Asynchronmaschine 10 und den Erregerstrom- Regler 42 geführte Ausgangsfrequenz des Wechselrich­ ters 19 unter fortlaufender Beeinflussung des Ständer­ stromes durch den Drehzahlregler 15 solange bis die neue Drehzahl des Läufers eingeregelt ist, wobei die Schlupffrequenz des Läufers je nach der Last unterschied­ lich groß eingestellt wird, da bei der geregelten Dreh­ zahl der Erregerstrom durch den Regler 42 auf konstant bleibendem Wert geregelt wird.

Auch der ohne jede zusätzliche Maßnahme mögliche Über­ gang von Motor- auf Generatorbetrieb der Asynchronma­ schine 10 und umgekehrt bietet gegenüber einer Gleich­ strommaschine weitere technische und wirtschaftliche Vorteile. Bei einer Gleichstrommaschine macht dieser Übergang eine Umpolung des Feld- oder Ankerstromes oder einen zweiten antiparallelen Stromrichter erfor­ derlich. Dagegen verläuft bei der dargestellten Schal­ tung der Übergang völlig selbsttätig ohne zusätzliche Schaltgeräte und Schaltkomponenten ab, wobei die Strom­ richtung erhalten bleibt.

Ein Vorteil der Erregerstrom-Regelung der Asynchronma­ schine 10 ist auch, daß die Läuferschlupffrequenz bei konstantem Drehmoment der Asynchronmaschine 10 unabhängig von der Läuferdrehzahl ungefähr konstant ist und sich also praktisch nur in Abhängigkeit des Drehmomentes ändert. Dies ergibt auch für das Anfahren und die Stabilität der Regelung bei dynamischen Vorgängen erhebliche Vorteile. Man kann also erreichen, daß bei jeweiligem Nennstrom und entsprechend bei jeweiliger Nennlast die für den Betrieb der Asynchronmaschine günstigste Läuferschlupffrequenz vorliegt. Dies läßt sich durch geeignete Abstimmung der Konstanten c ₁, c ₂ und c ₃ ohne weiteres erreichen, wobei im allgemeinen c ₂ und c ₃ gleich groß sein können.

Gemäß der in Anspruch 2 beschriebenen Weiterbildung der Anordnung des Hauptpatentes 26 44 748 ist der Erregerstrom- Regler 42 ein PI-Regler. Durch ihn wird zwar die Regelgeschwindigkeit gegenüber einem P-Regler etwas herabgesetzt, doch wird die Regelgenauigkeit insbesondere auch im Feldschwächbereich erhöht. Für den PI-Regler genügt es, in der Figur zum Widerstand 48 einen Kondensator in Reihe zu schalten.

Der 6pulsige Maschinen-Wechselrichter 19 wird also mit der Ständerfrequenz entsprechend der Gleichung f _s = f _L + Δ f (f _s = Ständerfrequenz, f _L = Läuferfrequenz) über den Zündverteiler 53 getaktet. Δ f kann positive Werte (Motorbetrieb) und negative Werte (Generatorbetrieb) annehmen. Zweckmäßig kann dabei die Phasen-Kommutierung über Kondensatoren nach dem Phasenfolge-Kommutierungs­ prinzip erfolgen. Die dabei an den Stromventilen auf­ tretenden zeitlichen Strom- und Spannungsänderungen sind so klein, daß normale Thyristoren als Stromventile eingesetzt werden können. Die Induktivität 24 hat dabei auch die Aufgabe, den Strom über die Kommutierungszeit hinweg ungefähr konstant zu halten und die unterschied­ lichen Frequenzen zwischen beiden Stromrichtern 14, 19 zu entkoppeln.

Obwohl bevorzugt die Drehzahl der Maschine 10 mittels des Sollwertstellers 20 verstellbar sein kann, bietet die Erfindung auch Vorteile, wenn der Drehzahl-Sollwert nicht verstellbar ist und die Ständerfrequenz von der Netzfrequenz abweicht.

Solange die Spannung des Tachogenerators 28 auf der Zuleitung 46 zum Punkt 50 proportional mit der Läuferdrehzahl ansteigt und die Ständerspannung dabei proportional zur Läuferdrehzahl ansteigen kann, indem der Netzstromrichter 14 dies ermöglicht, steigt die maximal abgebbare Leistung der Asynchronmaschine proportional zur Läuferdrehzahl an und sinkt mit abnehmender Läuferdrehzahl proportional zu dieser wieder.

Die in Anspruch 1 beschriebene Weiterbildung der Anordnung nach dem Hauptpatent 26 44 748 ermöglicht es darüber hinaus, auf einfache, billige Weise anschließend an diesen Drehzahlstellbereich einen weiteren, höheren Drehzahlstellbereich der Asynchronmaschine vorzusehen, in welchem die maximal abgebbare Leistung der Asynchronmaschine konstant bleibt. Dies gelingt dadurch, indem man in der von der Leitung 7 zum Punkt 50 abzwei­ genden Leitung 46 einen vorzugsweise einstellbaren, nicht dargestellten Spannungsbegrenzer zwischenschaltet, welcher ab einer vorbestimmten Läuferdrehzahl einen Anstieg der vom Tachogenerator 28 gelieferten Spannung in der Leitung 46 verhindert, wenn die Läuferdrehzahl weiter ansteigt, d. h. in diesem oberen Drehzahlbereich die Spannung in der Leitung 46 konstant hält, wogegen in diesem oberen Drehzahlbereich in der den Widerstand 7′ aufweisenden Zuleitung zum Punkt 26′ die vom Tacho­ generator 28 gelieferte Spannung sich weiterhin proportional zur Läuferdrehzahl ändert. Durch einen solchen Spannungsbegrenzer in der Leitung 46 erhält die Asynchronmaschine in diesem oberen Drehzahlbereich, in welchem der Spannungsbegrenzer die Spannung im Stromzweig 46 konstant hält, ein Verhalten, das dem einer Nebenschluß-Gleichstrommaschine in dem Drehzahlstellbereich, den man als Feldschwächbereich bezeichnet, ungefähr entspricht, wogegen sie in dem übrigen Drehzahl­ stellbereich, in welchem sich die Spannung im Strom­ zweig 46 proportional zur Ausgangsspannung des Tacho­ generators 28 ändert, ein Verhalten hat, das dem Verhalten einer Nebenschluß-Gleichstrommaschine im sogenannten Ankerstellbereich ungefähr entspricht.

Der Addierer 41 addiert die ihm zugeleiteten Signale. Wenn das vom Erregerstromregler 42 ihm zugelieferte Signal negativ ist, was bei Generatorbetrieb wegen Wechsels der Klemmenspannung der Asynchronmaschine 10 der Fall ist, dann entspricht dies der Addition eines negativen Signales zum angenommenen positiven, vom Tachogenerator 28 über die Leitung 45 dem Addierer 41 zugeleiteten Signal. Eine negative Addition kann man auch als Subtraktion bezeichnen, so daß unter Addieren gegebenenfalls auch die Wirkungsweise eines Subtrahierers zu verstehen ist. Statt auf diese Weise negativ zu addieren, kann man auch vorsehen, daß der Ausgang des Erregerstrom-Reglers seine Polarität beim Übergang von Motorbetrieb zu Generatorbetrieb nicht ändert, wobei man dann jedoch den Addierer 41 bei diesem Übergang von Addieren auf Subtrahieren umschalten muß oder man kann anstatt diesem in die vom Erregerstrom-Regler 42 zum Addierer 41 führende Leitung bei Generatorbetrieb einen Inverter zwischenschalten, der nur bei Generatorbetrieb das Ausgangssignal des Reglers 42 invertiert.

Claims (2)

1. Anordnung zur Regelung der Drehzahl einer über einen eine Induktivität enthaltenden Gleichstromzwischenkreis­ umrichter gespeisten Asynchronmaschine, mit einem Dreh­ zahlregelkreis, dessen Ausgangssignal den Strom regelt, und mit einem die Frequenz steuernden Signal, das aus der Summe des Drehzahl-Ist-Wertes und einem in einem Regler gebildeten Schlupfwert besteht, wobei dem ersten Eingang des Reglers ein zur Drehzahl proportionaler Wert und dem zweiten Eingang des Reglers ein der Klem­ menspannung der Asynchronmaschine proportionaler Wert zugeführt ist, nach Hauptpatent 26 44 748, da­ durch gekennzeichnet, daß in der den Drehzahl-Ist-Wert führenden Zuleitung (46) zur Stelle (50), wo die dem Regler (42) aufgedrückte Regelabweichung gebildet wird, ein Spannungsbegrenzer angeordnet ist, der ab einer vorbestimmten Drehzahl die Spannung in dieser Zuleitung (46) bei wei­ ter ansteigender Läuferdrehzahl konstant hält.

2. Anordnung zur Regelung der Drehzahl einer über einen eine Induktivität enthaltenden Gleichstromzwischenkreis­ umrichter gespeisten Asynchronmaschine, mit einem Dreh­ zahlregelkreis, dessen Ausgangssignal den Strom regelt, und mit einem die Frequenz steuernden Signal, das aus der Summe des Drehzahl-Ist-Wertes und einem in einem Regler gebildeten Schlupfwert besteht, wobei dem ersten Eingang des Reglers ein zur Drehzahl proportionaler Wert und dem zweiten Eingang des Reglers ein der Klem­ menspannung der Asynchronmaschine proportionaler Wert zugeführt ist, nach Hauptpatent 26 44 748, da­ durch gekennzeichnet, daß der Regler ein PI-Regler ist.