DE2926378C2 - Schaltungsanordnung zum Wiederanfahren eines verzögerten Induktionsmotors - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Wiederanfahren eines verzögerten Induktionsmotors

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DE2926378C2
DE2926378C2 DE2926378A DE2926378A DE2926378C2 DE 2926378 C2 DE2926378 C2 DE 2926378C2 DE 2926378 A DE2926378 A DE 2926378A DE 2926378 A DE2926378 A DE 2926378A DE 2926378 C2 DE2926378 C2 DE 2926378C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Wiederanfahren eines verzögerten Induktionsmotors mittels einer elektrischen Stromquelle mit variabler Frquenz, mit einem die Drehzahl des Induktionsmotors messenden Drehzahldetektor, einer Einrichtung zum Nachregeln der Frequenz der Stromquelle, um die Frequenz der Stromquelle mit der gemessenen Drehzahl des Induktionsmotors zu synchronisieren und um nach erfolgter Synchronisation den Induktionsmotor in einen vorbestimmten Betriebszustand zu bringen.
Aus der DE-OS 23 65 111 ist ein Verfahren zum Hochfahren von Wechselstrom- bzw. Drehfeldmaschinen mit einem Schwingkreisumrichter bekannt, bei weichem eine konstante Kompensationskapazität zur Anwendung gelangt und wobei das Wesentliche dieses bekannten Verfahrens darin besteht, daß bei konstanter Kompensationskapazität ein gleichbleibendes Verhältnis von Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters und der Resonanzfrequenz des wirksamer. Schwingkreises erreicht wird, und zwar durch eine Anpassung der wirksamen Induktivität des Lastkreises über einen Transformator. Bei diesem bekannten Verfahren wird also zum Anfahren eines Induktionsmotors eine Stromquelle mit variabler Frequenz verwendet, wobei der Umrichter kurzzeitig abgeschaltet werden kann, so daß sich der Motor dann im Auslaufzustand befindet und somit verzögert. Die Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens umfaßt eine Hochfahrautomatik, die in Zeitabschnitten die Taktfrequenz des Schwingkreiswechselrichters und außerJem eine entsprechende Übersetzung des Transformators vorgibt, indem die Transformatoran^upfung über den zugehörigen Schalter an die Klemmen des Lastsystems gelegt wird. Ferner umfaßt diese bekannte Schaltungsanordnung einen Drehzahldetektor, dessen Information der Hochfahrautomatik eingespeist wird.
Drehzahlregelanordnungzn zum Betreiben eines Induktionsmotors mittels einer frequenz-vanablen Stromquelle, etwa eines Wechselrichters, eines Steuerumrichters o. dgl., werden verbreitet angewandt. Bei diesen Anordnunger muß der Induktionsmotor während der Verzögerung in den im folgenden genannten Fällen erneut durch die frequenz-vanable Stromquelle gespeist werden:
a) Wenn ein kurzzeitiger Netzstromausfall aufgetreten ist und dabei der Wechselrichter vorübergehend ausfällt, worauf nach Wiederherstellung der Stromversorgung der Induktionsmotor vor seinem Stillstand in den ursprünglichen oder vorhergehenden Betriebszustand zurückversetzt werden soll.
b) Wenn der Betrieb des mit Netzstrom mit einer Frequenz von 50 oder bO Hz betriebenen Induktionsmotors auf eine andere Frequenz, z. B. 30 Hz, umgestellt werden soll, übernimmt der Wechsel· richter den Induktionsmotor, der von der Netzstromquelle getrennt worden ist und ausläuft und dabei verzögert.
Wenn der Wechselrichter dem verzögerten Induk-
tionämotur elektrischen otrorn zuliefen, ergeben sich folgende Probleme:
1. Da die Drehzahl des Induktionsmotors für seine Verbindung mit dem Wechselrichter genau gemessen werden muß, muß ein Tachogenerator bzw. Drehzahlgeber zur Messung der Drehzahl verwendet werden. Die Verwendung eines Drehzahlgebers ist jedoch unwirtschaftlich und außerdem unerwünscht, 'veil Drehzahlgeber allgemein weniger zuverlässig sind als Induktionsmotoren.
2. Auch wenn vorausgesetzt wird, daß ein Drehzahlgebet oder ein Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen in einer der Drehzahl des Induktionsmotors proportionalen Zahl eingesetzt wird, um die Drehzahl dei Induktionsmotors zu messen, fließt durch einen großen Induktionsmotor ein hoher Wiederanfahrstrom aufgrund einer niedrigen Schlupffrequenz, sofern nicht die Betriebsfrequenz des Wechselrichters genau auf die Drehzahl des verzögernden Induktionsmotors abgestimmt ist. Für das Wiederanfahrcn kleiner !nduktionsmotoren mit hohem Widerstand nach einem kurzzeitigen Stromausfall wurde andererseits bisher ein Verfahren zum Wiedereinschalten des Wechselrichters auf seiner ursprünglichen Frequenz angewandt, um das weiche Einsetzen der Spannung allein zu bewirken und dadurch die Drehzahl des Induktionsmotors auf die ursprüngliche Größe zurückzuführen. Bei großen Induktionsmotoren mit niedrigem Widerstand ist es andererseits erforderlich, die Wiederanfahr- oder Wiedereinschaltfrequenz des Wechselrichters genau auf die Drehzahl des Motors abzustimmen.
3. Auch wenn versucht wird, die Wiederanfahrfrequenz des Wechselrichters auf die vorstehend unter
2. beschriebene Weise möglichst genau an die Drehzahl des Motors anzupassen, sind die üblichen Analogverfahren mit Fehlern in der Größenordnung von ±0.1 bis ±0,3% behaftet. Bei einem negativen ochlupffehler führt das Wiederanfahren des Wechselrichters zu Rückarbeit. Dies bedingt, die Gleichstromquelle für den Wechselrichter als Doppelwandler auszulegen, der im Rückarbeitsbereich aktiviert wird. Wenn die Gleichstromquelle keine Möglichkeit zur Energierückgewinnung enthält, führt eine erzeugte Rückleisiung zu einem Überspannungszustand. Das Wiederanfahren eines Induktionsmotors soll daher nur bei positivem Schlupf möglich sein.
Die der brfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, eine Schaltungsanordnung zum Wiederanfahren eines verzögerten Induktionsmotors mittels einer elektrischen Stromquelle mit variabler Frequenz der eingangs definierten Art zu schaffen, durch die bei Ausfall der genannten Stromquelle die Entstehung eines Überstroms oder einer Überspannung in wirkungsvoller Weise verhindert wird, und ein sanftes Wiederanfahren des Induktionsmotors ermöglicht wird.
Ausgehend von der Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsge' maß dadurch gelöst, daß der Drehzahldetektor aus einer Impulsformerstufe besteht, die aus den Phasenspannungen des Induktionsmotors Spannungsimpulse ableitet, dei-en Impulsfolgefrequenz die Drehzahl des Induktionsmotors wiedergibt, daß an den Ausgang der Impülsföfrnefstufe ein Ph<f:jenregelkreis und ein Frequenz/Spannungs-Wandler angeschlossen ist, wobei der Phasenregelkreis über eine Summierschaltung die Ausgangsfrequenz eines variablen Frequenzoszillators mit der Jmpulsfolgefrequenz synchronisiert, daß der Frequenz/Spannungs-Wandler einen Sägezahngenerator ansteuert, daß die Sägezahnausgangsspannung des Sägezahngenerators dem zweiten Eingang der Summierschaltung zugeführt ist, und daß der variable Frequenzoszillator über eine Zählereinrichtung die Frequenz der Stromquelle einstellt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 ein teilweise in Blockschaltbildform gehaltenes Schaltbild einer Ausführungsform einer Induktionsmotor-Wiederanfahrvorrichtung gemäß der Erfindung,
F i g. 2 ein teilweise in Blockschaltbildform gehaltenes Schaltbild einer Impulsformerschaltung 'chaper circuit) zur Bestimmung der Drehzahl des Induko^nsmotors,
F i g. 3 eine graphische Darstellung von an verschiedenen Stellen der Anordnung nach F i g. 2 auftretenden Wellenformen,
Fig.4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1,
Fig.5A ein Schaltbild zur Darstellung des Phasendifferenzdetektors gemäß F i g. 1 und
F i g. 5B und 5C graphische Darstellungen zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig.5A.
F i g. 1 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Induktionsmotor-Wiederanfahrschaltung, bei weicher ein Induktionsmotor IM an eine übliche Netzstromquelle PS mit einer Frequenz von 50 Hz über ein normalerweise offenes Schaltschütz 88f/ und außerdem an einen Wechselrichter INV über ein anderes, normalerweise offenes Schaltschütz R8Z. angeschlossen ist. Der Wechselrichter INVisi dabei ein solcher mit variabler Frequenz, welcher den Induktionsmotor 'Win einem Frequenzbereich von 0 bis 40 Hz zu betreiben vermag.
Wenn angenommen /ird. daß der Induktionsmotor IM ein Dreiphasen-Wechselstrommolor ist. der ein nicht dargestelltes Gebläse antreibt, wirJ das \om Gebläse gelieferte Luftvolumen in einem Niedrigvolumenbereich bis zu 80% der Nenn-Volumenleistung durch Frequenzregelung in einem Frequenzbereich bis zu 40 Hz durch den Wechselrichter /A/Vgeregelt. wobei die Schaltschütze 8SL und 88Win Schließstellung bzw. in Offenstellung stehen. In einem über dem angegebenen Wert liegenden Bereich großen Luftvolumens (Förderleistung) erfolgt dagegen die Fördermengenregelung durch Ansteuerung eines dem Gebläse wirkungsmäßig zugeordneten Ventil* oder Schiebers, wobei das Schaltschütz 88Z. offen und das Schaltschütz 88H geschlossen ist. um den Induktionsmotor IM durch die 50-Hz-Netzstromquelle zu betreiben.
Die Leistung des G.biases ist der dritten Potenz der Drehzahl des zugeordneten Induktionsmotors proportional Der Wechselrichter INV kann somit die bfehzahl des Induktionsmotor IM mit verringerter Leistung regeln. Für die Höchstfrequenz von 40 Hz kann der Wechselrichter INV eine Leistung entsprechend (40/50)3 = 0,512 ödet etwa 51% der für dsn Betrieb bei 50 Hz erforderlichen Leistung besitzen, Mit anderen Worten: der Wechselrichter kann niedrigere
Leistung liefern und wirtschaftlicher sein, während gleichzeitig die erforderliche elektrische Leistung im Vergleich zur Regelung mittels des Ventils beträchtlich herabgesetzt werden kann.
Bei der Anordnung nach Fi g. 1 kann der Betrieb des Induktionsmotors von der Netzstromquelle PS her im Hochvolumeri- bzw. Hochleistungsbereich auf den Betrieb durch den Wechselrichter //Wim Niedfigvolümen- bzw. Niedrigleistungsbereich umgeschaltet werden, indem das Schaltschütz 88H geöffnet wird, um den Induktionsmotor IM auf eine Drehzahl entsprechend nicht mehr als der im Arbeitsbereich des Wechselrichters INV liegenden Frequenz von 40 Hz zu verzögern, und gleichzeitig das Schaltschütz 88L geschlossen wird, um den Wechselrichter INV'm Betrieb zu setzen.
Erfindungsgemäß ist der Induktionsmotor IM weiterhin mit einer Impulsformerschaltung SH (Fig. 1) verbunden, welche die Restspannung bzw. die RcSi-EMK am Induktionsmotor IM und darn·' sein? Frequenz mißt. Diese Schaltung wirkt also als Frequenzdetektorschaltung; sie kann den in Fig.2 schematisch dargestellten Schaltungsaufbau besitzen.
Gemäß Fig.2 werden drei Spannungen U, Vund W. die am Dreiphascn-Induktionsmotor IM induziert werden, an die Primärwicklungen von drei Transformatoren PTX-PTZ angelegt, wobei sie an deren Sekundärwicklungen jeweils Sekundärspannungen induzieren, wie sie typischerweise durch die Sekundärspannung et an der Sekundärwicklung des Transformators PTX gemäß Fig.2 dargestellt sind. Dies bedeutet, daß diese Spannungen durch die Transformatoren PTX. PT2 bzw. PTZ abgegriffen (detected) werden. Die Rest-EMK des Induktionsmotors fällt innerhalb von etwa zwei Sekunden nach dem Öffnen des Schaltschützes 88H scharf ab. Danach verringert sich die Rest-EMK entsprechend der Drehzahl des Induktionsmotors IM. bis sie auf etwa 0.1% der Anfangsgröße abnimmt, wenn die Drehzahl des Induktionsmotors auf einen Wert entsprechend nicht mehr als zehn Perioden der Rest-EMK abfällt. Wenn der Transformator PTX beispielsweise eine Sekundärspannung ei von 100 V besitz«, ist in der Leistungsbetriebsart (power running mode) des Induktionsmotors IM nur diese Sekundärspannung allein vorhanden, während in seiner Auslaufbetriebsart eine Spannung von 0,1 V anliegt.
Die Sekundärwicklung des Transformators PTX ist über einen Widerstand R 21 an zwei gegensinnig gepolte Zenerdioden ZDl und ZD 2 angeschlossen. Infolgedessen wird die Amplitude der in der Leistungsbetriebsart bzw. im Hochleistungsbetrieb des Induk- tionsmotors IM entwickelten Sekundärspannung ei durch die Zenerdioden ZDl und ZD 2 auf einen Spitze-Spitze- bzw. Scheitelwert von einigen wenigen Volt begrenzt. Die stark verringerte Spannung ei wird über einen Widerstand R 22 an einen Verstärker A angelegt, so daß das Eingangssignal zum Verstärker A begrenzt ist Wenn der Verstärker A beispielsweise einen ausreichend großen Verstärkungsgrad besitzt und an seinem Ausgang nur einen positiven Spannungsteil erzeugt entsprechen die an verschiedenen Stellen der Μ Anordnung denen nach Fig.3. Genauer gesagt: die Wellenform (a) entspricht der Sekundärspannung ei am Transformator PTX in der Verzögerungsbetriebsart des Induktionsmotors /Mbei sehr niedriger Amplitude. Die Wellenform (a) wird über die Widerstände /?21 und65 Λ 22 an den Verstärker A angelegt ohne eine Amplitudenbegrenzung durch die Zenerdioden ZDl und ZD 2 zu erfahren. Der Verstärker A verstärkt die
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45 Spannung ei zu einer Spannung ej mit der Wellenform (b) gemäß Fig.3. Dies bedeutet, daß die am Ausgang des Verstärkers A auftretende Spannung &i aus einer Impulsreihe Von Rechteckimpulsen besteht* deren Dauer jeweils der positiven Hälbperiode der Spannung ei entspricht.
Sodann Wird der eine Teil der Spannung ei unmittelbar an einen ersten mönöstabilen Multivibrator MSX angelegt, während ihr anderer Teil einer PolaritätsurnkehrUrig durch eine Inverterschaltung B unterworfen und sodann an einen zweiten monostabilen Multivibrator MS2 angelegt wird. Die Ausgängssignale beider Multivibratoren durchlaufen zugeordnete Halbleiterdioden DI und D2, um zu einer Spannung eit/für die tZ-Phase in Form einer Impulsreihe kombiniert zu werden, wie sie durch die Wellenform (c) in F i g. 3 dargestellt ist.
Der Impulsgenerator PG besteht somit aus den Bauteilen RX.R2.ZDi.ZD 2, A. B.MSX.MS2.DX und D 2. durch welche die Sinusspannung ei in die Impulsreihe ew aus Rechteckimpulsen umgewandelt wird, die jeweils an einem Nulldurchgangspunkt der Spannung ei einsetzen, so daß für jede Periode der Spannung ei jeweils zwei Rechteckimpulse auftreten.
Die Transformatoren PT2 und PTZ sind jeweils mit einem Impulsgenerator der vorstehend in Verbindung mit dem Transformator PTX beschriebenen Art verbunder wobei diese Impulsgeneratoren in F i g. 2 durch die gestrichelten Blöcke PC angedeutet sind. Die am Induktionsmotor IM anliegende Spannung für jede der Phasen Kund Wwird daher auf dieselbe Weise die Spannung für die Phase U verarbeitet, um für jede Periode der zugeordneten Spannung jeweils zwei Rechteckimpulse zu formen, die am Ausgang OUT auftreten und den beiden entsprechenden Impulsen der Phase t/mit einem Phasenunterschied von 60 bzw. 120° nacheilen. Die am Ausgang OUT erscheinende Spannung ej besteht somit aus einer Impulsreihe mit sechs Rechteckimpulsen für jede Periode der Spannung am induktionsmotor IM. wie dies durch die Wellenform (d) in Fig. 3 dargestellt ist. Die Spannung ej bzw. die Wellenform (d) gemäß F i g. 3 enthält Rechteckimpulse in gleichen Zeitabständen entsprechend den Phasenunterschieden von 60° und mit einer Impulswiederholungsfrequenz, welche der Drehzahl des Induktionsmotors IM proportional ist
Die Impulsformerschaltung SH gemäß Fig. 1 ist an einen Frequenz/Spannungs-Wandler //Vangeschlossen. Ein Ausgangssignal fmp der Impulsformerschaltung SH bzw. die Spannung e% in Form der Impulsreihe wird dabei an den Frequenz/Spannungs-Wandler f/V abgelegt und durch diesen in ein Analogsignal fma umgewandelt Letzteres wird einer kombinierten Diskriminier- und Befehlsschaltung COM eingespeist an welche ein Bezugssignal fR von einer Bezugsschaltung FFR angelegt wird, und außerdem über einen Umschalter K1 einem Sägezahngenerator RG eingegeben. Der Schalter K1 enthält zwei feststehende Kontaktteile a und b, die mit der Bezugsschaltung REF bzw. dem Wandler f/V verbunden sind.
Der Sägezahngenerator RG enthält einen Eingangswiderstand R1, welcher den beweglichen Kontaktteil des Umschalters K X mit dem einen Eingang eines Verstärkers A X verbindet dessen Ausgang über einen Widerstand R 2 an einen Verstärker A 2 angeschlossen ist Der Widerstand R 2 ist über eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R 3 und einem Schalter K Z der in seiner Schließstellung dargestellt ist geschaltet Ein
Ausgang des Verstärkers A 2 ist über einen Kondensator C1 an seinen Eingang sowie über einen Widerstand /?4 an den anderen Eingang des Eingangsverstärkers A 1 rückgekoppelt
Der Ausgang des Verstärkers A 2 ist weiterhin über einen Summierpunkt SP an einen Varioffequenzoszillator OSC angeschlossen, der seinerseits über einen Ringzähl<£ ßCfnil dem Wechselrichter /A/VvefbUhden ist. Der Ringzähler RC wirkt als Sechs-Schritt-Zähler, weil der Wechselrichter INV die Form einer Dreipha- ιό sen-Brücke zur Ansteuerung des DreiphasRn-Induktionsmotors /Mbesit/t.
Der Sägezahngenerator RC vermag selektiv zwei Sägezahnfunktionen mit verschiedenen Gefällen zu erzeugen. Wenn sich der Schalterung K 2 in der Schließstellung gemäß Fig. 1 befindet, ist der Widerstand R 3 mit kleinem Widerstandswert über den Widerstand R 2 geschaltet, wobei diese parallelgeschalteten Widerstände mit dem Kondensator C1 eine kleine Zeitkonstante bestimmen. Wenn sich der Schalter K 2 dagegen in der Offenstellung befindet, bestimmen der Widerstand R 2 und der Kondensator Cl eine große Zeitkonstante. Wenn der Schalter K 2 somit in seine Offen- oder Schließstellung umgeschaltet wird, besitzt die vom Sägezahngenerator RG erzeugte Sägezahnfunktion ein Gefälle, das entweder durch den Widerstand R 2 und den Kondensator Cl oder durch die Widerstände R 2 und Λ 3 und den Kondensator Cl bestimmt wird.
Das Bezugssignal fR von der Bezugsschaltung REF bestimm' eine Befehlsfrequenz, bei welcher der Wechselrichter INV in Betrieb gesetzt werden soll. Wenn sich das Bezugs- bzw. Befehlsfrequenzsignal fR plötzlich ändert, liefert der Sägezahngenerator RG dem Variofrequenzoszillator OSC die Sägezahnfunktion. deren Amplitude sich nach Maßgabe des Widerstands 7? 2 und des Kondensators C1 stufenlos ändert.
Wenn der Kontakt b des Schalters K1 geschlossen ist, so daß der Frequenz/Spannungs-Wandler f/V das Analogsignal fma zum Sägezahngenerator RG liefert. ändern sich das Ausgangssignal dieses Generators, um der Verzögerung des Induktionsmotors IM zu folgen. Um die Verzögerung, mit welcher diese Folgewirkung stattfindet, zu verringern, kann der Schalter K 2 in seine Schließstellung gebracht werden. Unter diesen Bedingungen ist der kleine Widerstand R3 auf vorher beschriebene Weise über den Widerstand R 2 geschaltet, so daß die Nachführung des Sägezahngenerators RG mit ausreichend kleiner Verzögerung erfolgt, infolgedessen wird die Impulswiederholungsfrequenz des Variofrequenzoszillators OSC so geändert, daß sie der Verzögerung des Induktionsmotors IM folgt. Wenn diese letztere Nachführung mit hoher Genauigkeit erfolgen kann, kann die kombinierte Diskriminier- und Befehlsschaltung COM zur Bestimmung eines Zeitpunkts herangezogen werden, zu welchem das Analogsignal fma dem Bezugssignal fR gleich ist. um den Wechselrichter INV zum festgestellten Zeitpunkt in Betrieb zu setzen. Der Variofrequenzoszillator OSC vermag jedoch tatsächlich dem verzögernden Induk- so tionsmotor IM nur mit einer Genauigkeit mit einer Toleranz in der Größenordnung von 1 % zu folgen.
Zur Ausschaltung dieses Fehlers ist erfindungsgemäß eine Synchronisationssteuerschaltung vorgesehen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Phasenregelkreis FLL zwischen die Ausgänge der impuisformerschaltung SH und den Sägezahngenerator RG gemäß Fig. 1 eingeschaltet Dieser Phasenregelkreis PLL enthält den Variofrequenzoszillator OSC sowie einen Verstärker A 3. Der Ausgang der den Verstärker A 3 enthaltenden Schaltung ist sowohl mit dem Eingang des Oszillators OSG als auch mit dem Ausgang des Sägezahngenerators RG über den Summierungspunki SP verbunden und über einen Kondensator C2 sowie eine Reihenschaltung aus einem Widerstand R 5 und einem in seiner ÖffenstellUng dargestellten Schalter K3 an seinen Eingang rückgekoppelt. Der Eingang des Verstärkers A 3 ist über einen normalerweise geschlossenen Schalter K 4 und einen mit diesem in Reihe geschalteten Widerstand R 6 an den Ausgang eines Phasendifferenzdetektors PD angeschlossen. Letzterer nimmt an seinem einen Eingang eine Re;he von Rechteckimpulsen Λ'vom Oszillator OSCund an seinem anderen Eingang die Impulsreihe tmp von der vorher beschriebenen Impulsformerschaltung ab.
Wie erwähnt, ist der Ringzähler /?Cein Sechs-Schritt-Zähler, und die Impulsformerschaltung SH ist so ausgelegt, daß sie 'n jeder Periode der Spannung am Induktionsmotor IM jeweils sechs Impulse liefert, so daß dann, wenn die Drehzahl des Induktionsmotors IM mit der Frequenz des Wechselrichters /N V synchronisiert ist, die Impulse der Impulsformerschaltung SH genau dieselbe Impulswiederholungsfrequenz besitzen wie die Ausgangsimpulse f! des Oszillators OSC Zur Gewährleistung dieser Synchronisation nimmt der Phasendifferenzdetektor PD beide Impulse fi und fmp ab, um ein der Phasendifferenz zwischen diesen Impulsen entsprechendes Signal zu erzeugen, wobei der Verstärker A 3 eine Feinstellung der Frequenz und der Phase des Oszillators vorzunehmen vermag, um das Signal vom Phasendifferenzdetektor PD auf Null abzugleichen.
Einen möglichen Aufbau des Phasendifferenzdetektors PD zeigt die Fig.5. Bei dieser Schaltung ist ein Flip-Flop FF vorgesehen, das einen Stell- bzw. Setzeingang S und einen Rückstelleingang R sowie einen Ausgang aufweist. An den Setzeingang 5 werden die die Drehzahl des Induktionsmotors IM angebenden Impulse von der Impulsformerschaltung SH angelegt, während an den Rückstelleingang R die Impulse fi vom Oszillator OSCangelegt werden, die als Eingangsimpulse zum Ringzähler ÄCdienen. Infolgedessen liefert das Flip-Flop FF an seinem Ausgang Rechteckimpulse e* mit einer Dauer entsprechend dem Phasenunterschied zwischen jedem Impuls fmp und dem darauffolgenden Impuls fi. Die Wellenformen dieser Impulse fmp und fi sind in Fig.5B dargestellt. Wie weiterhin aus der Wellenform F in Fig.5B hervorgeht, beginnt jeder Impuls ermit jeweils einem Impuls fmp. und er endet an dem darauffolgenden Impuls fi.
Die Impulse ep werden dem Widerstand R 5 über ein ,Filternetz zugeführt, um Welligkeit der Impulse ep- zu beseitigen. Das Filternetz enthält einen Widerstand R10, der an den Ausgang des Flip-Flop FF und außerdem über einen Kondensator ClO an Masse angeschlossen ist Die Verzweigung bzw. der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R10 und dem Kondensator ClO ist mit einem dem Widerstand RS nachgeschalteten Widerstand All verbunden. Außerdem ist die Verbindung oder Verzweigung zwischen den Widerständen All und R6 aus noch näher zu beschreibenden Gründen mit einer negativen Spannungsquelle Eb über einen Widerstand R12 und weiterhin über einen Widerstand R13 mit Masse verbunden.
Nach dem Durchgang durch das Filternetz bilden die
Impulse er ein von Welligkeitskomponenten freies Gleichspannungssignal eo.
Es sei angenommen, daß der Ausgangsimpuls ep des Flip^Flops FF eine Amplitude von 10 V besitzt und der Phasenunterschied zwischen je zwei zugeordneten Impulsen fmp und fi 180° befragt. Unter dieser Voraussetzung be'Jitzt der Impuls eF ein Tastverhältnis von 50%, so daß die Impulse epeinen Mittelwert von 5 V besitzen. Weiteirn.in sei angenommen, daß das Filternetz einer Gleichspannungskomponente eine Dämpfung von lö 50% aufprägt, während der Phasenunterschied von 180° aufrechterhalten bleibt, so daß das Signal ee 2,5 V beträgt. Da das Signal eti proportional zum Phasenunter- »chied zwischen den einander zugeordneten Impulsen Hnear geändert wird, besitzt es die Form einer periodischen Funktion mit einer Unterbrechung oder Unregelmäßigkeit bei einem Phasenunterschied von 0 bzw 380° gemäß Fig.5C, in welcher die Größe des Signals eo auf der Ordinate gegenüber dem Phasen- «inicrSCuicu \fis sjräu/ 5Ui ucT AuSZiSSc ä'üigctfagcn iSi.
Dies bedeutet, daß das resultierende Meßsignal nicht kontinuierlich bzw. unterbrochen ist. Unter diesen tedingungen kann ein zugeordnetes Regelsystem bzw. der Phasenregelkreis PLL nicht einwandfrei betrieben werden. Zur Vermeidung dieses Mangels ist eine Einrichtung vorgesehen, die eine Synchronisation bei einem Phasenunterschied von 180° bewirkt. Zu diesem Zweck liefert die negative Spannungsquelle Eb ein Signal entsprechend —2,5 V, d. h. entsprechend einer Hälfte der maximalen Größe des Signals eo, zur Verzweigung zwischen Widerstand RW und Widerstand R 5 über den Widerstand R 13 (vgl. F i g. 5B). Dies bedeutet, daß eine Vorspannung von —2,5 V dem Signal «o aufgeprägt wird (vgl. F i g. 5C), um dieses Signal bei einem Phasenunterschied von 180° auf 0 V einzustellen. Unter diesen Bedingungen wird die Phasenregelschleife PLL wirksam, um das Signal Eo auf die Größe 0 zu bringen, so daß der Oszillator OSC frequenzmäßig mit der Impulsformerschaltung SH synchronisiert ist und der Phasenunterschied um 180° zwischen den einander zugeordneten Impulsen fmp und Γι aufrechterhalten wird.
Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1 ist nachstehend anhand von F i g. 4 erläutert. Zunächst wird das Schaltschütz 88W zum Zeitpunkt /0 (Fig.4) in die Öffenstellung gebracht, um den Induktionsmotor IM in die Verzögerungsbetriebsart eintreten zu lassen. Es wird vorausgesetzt, daß zum und nach dem Zeitpunkt fo der Schalter K 3 in der Offenstellung verbleibt, der Umschalter K 1 mit seinem bewegbaren Kontakt am festen Kontakt b anliegt und der Schalter K 2 in der Schließstellung verbleibt. Der Oszillator OSC folgt der impulsreihe fmp von der Impulsformerschaltung (vgl. Wellenform [a]gemäß Fig.4) unter Verringerung der «Frequenz. Zum Zeitpunkt i| stellt die kombinierte 55: Diskrimier- und Befehlsschaltung COM fest, daß fma gleich fR ist Sodann wird zum Zeitpunkt i? dis Schaltschütz 88L, wie durch die Wellenform (b) gemäß Fig.4 dargestellt, in die Schließstellung gebracht, um den Wechselrichter /Λ/Kweich anzufahren. Dies hat zur Folge, daß der Wechselrichter INV in dem vom Phasenregelkreis PLL aufrechterhaltenen Synchronzustand wieder angefahren wird. Während der Zeitspanne von etwa 03 s zwischen den Zeitpunkten t\ und U verzögert der Induktionsmotor IM weiter.
Zum Zeitpunkt U. zu welchem das weiche Anfahren abgeschlossen ist, wird daher der Phasenregelkfeis PLL deaktiviert (vgl. Wellenform /«//gemäß F i g. 4), und der Eingang zum Sägezahngenerator RG wird von der Bezugsschaltung REF übernommen. Zu diesem Zweck wird der Schalter K 4 geöffnet, während der Schalter K3 geschlossen wird, so daß das Ausgangssignal des Verstärkers A 3 entsprechend der Zeitkonstante von kondensator C2 und Widerstand RS langsam ausschwingen kann, Außerdem wird der Schalter K 2 in die Öffenstellung gebracht, um das Ansprechen des Sägezahngenerators RG zu verlangsamen, wonach der Schalter K1 auf den feststehenden Kontakt a umgelegt wird. Unter diesen Bedingungen Wird die Frequenz des Wechselrichters /WV sanft bzw. stufenlos und der mit dem Impuls fma synchronisierten Frequenz auf die von der Bezugsschaltung ^/-"gelieferte Befehlsfrequenz fR verschoben.
Die vorstehend beschriebene Schaltsequenz wird während einer Zeitspanne vom Zeitpunkt fo bis zum Zeitpunkt U unter der Steuerung bzw. Regelung der genannten kombinierten Schaltung COM durchgeführt.
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Impuls fma zum Zeitpunkt ii gleich dem Impuls fR wird, wobei sie aufeinanderfolgende Befehlssignale Si, Sj und S3 liefert. Das Befehlssignal S\ wird dem Schaltschütz 88L aufgeprägt, um dieses zum Zeitpunkt h in die Schließstellung zu bringen, während das Befehlssignal S2 an den Wechselrichter INV angelegt wird, um ihn zum Zeitpunkt ij anzufahren. Schließlich wird das Befehlssignal Si zum Zeitpunkt η an die Schalter K 1 bis K 4 angelegt, so daß die Schalter K 4 und K\ öffnen bzw. schließen, während der Schalter K 3 nach dem Umschalten des Schalters K 1 auf seinen feststehenden Kontakt a öffnet.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung die folgenden charakteristischen Eigenschaften besitzt:
a) Die Drehzahl des Induktionsmotor kann ohne Verwendung eines Drehzahlgebers gemessen werden.
b) Der Induktionsmotor wird wieder angefahren, während die Frequenz des Wechselrichters vollkommen mit der Drehzahl des Induktknsmotors synchronisiert bleibt. Hierdurch wird jeglicher hoher Stromfluß durch den Induktionsmotor vermieden, was insbesondere bei großen Induktionsmotoren niedrigen Widerstands von Bedeutungist
c) Es besteht keine Gefahr dafür, daß das Wiederanfahren mit negativen Schlupf erfolgt, so daß auch kein regenerierender Betrieb stattfindet Dies bedeutet, daß die Erfindung gleichermaßen auch auf elektrische Stromquellen ohne Möglichkeit der Energierückgewinnung anwendbar ist
d) Da sich der Induktionsmotor während der Verzö-"■*· igerung stets in synchronisiertem Zustand befindet, kann er zu jedem beliebigen Zeitpunkt und mit jeder beliebigen Drehzahl wiedergefahren werden.
d) Es ergibt sich keine Behinderung bzw. Beeinträchtigung aus der Verzögerung des Induktionsmotors während der Zeitspanne von 0,1 bis 0,5 s, beginnend mit der Feststellung, daß der Induktionsmotor aai die gewünschte Drehzahl verzögert hat, und endend mit der Beendigung der Erzeugung einer Spannung vom Wechselrichter.
f) Nicht nur bei Anlagen zum Umschalten vom Betrieb mit Netzstrom auf den Betrieb über den Wechselrichter und umgekehrt (vgl. Fig.4), sondern auch bei Wechselrichtern für allgemeine
Zi'/ecke ist es häufig nötig, Gegenmaßnahmen für den Ausfall der elektrischen Stromversorgung zu treffen, beispielsweise Maßnahmen zur Rückfüh·' rung in den ursprünglichen Betriebszustand nach Wiederherstellung der Stromversorgung, Auf diesen Fall ist der größte Teil der Anordnung gemäß Fig. t ohne jede Abwandlung anwendbar. Insbesondere wird bei der Wiederherstellung der Stromversorgung nach einem Ausfall die Synchronisation durch den Phasenregelkreis PLL besorgt, während die Schalter Ki bis /C 4 in ihren
eingezeichneten Stellungen Verbleiben. Wenn sodann die Synchronisation durch den Phasenregelkreis PLL anhand des Ausgangssignals des Phasendifferenzdelektors PD bestätigt worden ist, wird der Wechselrichter INV angefahren, und die Schalter K f bis K 4 werden in die den ringezeich^ rieten Stellungen entgegengesetzten Stellungen umgeschaltet. Auf diese Weise kann der Induktionsmotor IM auf seine ursprüngliche Betriebsdrehzahl beschleunigt werden.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zum Wiederanfahren eines verzögerten !nduktionsmotors mittels einer elektrischen Stromquelle mit variabler Frequenz, s mit einem die Drehzahl des Induktionsmotors messenden Drehzahldetektor, einer Einrichtung zum Nachregeln der Frequenz der Stromquelle, um die Frequenz der Stromquelle mit der gemessenen Drehzahl des Induktionsmotors zu synchronisieren und um nach erfolgter Synchronisation den Induktionsmotor in einen vorbestimmten Betriebszustand zubringen, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahldetektor aus einer Impulsformerstufe (SH) besteht, die aus den Phasenspannungen des '5 Induktionsmotors (IM) Spannungsimpulse ableitet, deren !mpulsfolgefrequenz die Drehzahl des Induktionsmotors (IM) wiedergibt, daß an den Ausgang der Impulsformerstufe (SH) ein Phasenregelkreis (PLL) und ei" Frequenz/Spannungs-Wandler angeschlossen ist. -.vobei der Phasenregelkreis (PLL)über eine Summierschaltung (SP) die Ausgangsfrequenz eines variablen Frequenzoszillators (OSC) mit der Impulsfolgefrequenz ^e3) synchronisiert, daß der Frequenz/Spannungs-Wandler einen Sägezahngenerator (PC) ansteuert, daß die Sägezahnausgangsspannung des Sägezahngenerator (PG) dem zweiten Eingang der Summierschaltung (SP) zugeführt ist. und daß der variable Frequenzoszillator (OSC) über eine Zähleinrichtung (RC) die Frequenz der Stromquelle (INV) einstellt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit einem Dreiphasenmoto- als I juktionsmotor. dadurch gekennzeichnet. d~ß die Impulsformerstufe (SH) drei Impulsgeneratoren (''G) aufweist, von welchen jeder die Rest-EMK einer Phase des Motors erfaßt und abhängig von der Rest-EMK zwei Impulse für jede Phase in jeder Periode der Rest-EMK erzeugt und die Ausgänge der Impulsgeneratoren (PG) miteinander verbunden sind zum Erzeugen einer Impulsfolge mit sechs Impulsen in jeder Periode der Rest-EMK.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2.dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenregelkreis (PLl.) einen Phasendifferenzdetektor (PD) zum Vergleichen der Impulsfolge in der Impulsformerstufe (SH) mil den vom variablen Frequenzoszillator (OSC) gelieferten Impulsen aufweist, um ein dem ermittelten Phasenunterschied proportionales Signal zu erzeugen, und daß ein Verstärker (A 3) zur Einstellung von Frequenz und Phase des variablen Frequenzoszillatois (OSC) vorgesehen ist. um das Signal des Phasendifferenzdetektors (PD) auf eine vorbestimmte Größe einzustellen.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch !.dadurch grkennzeichnet. daß der Sägezahngenerator (PG) eine große und eine kleine Zeitkonstante besitzt und Umschaltmittel (KX) zum Umschalten zwischen großer und kleiner Zeitkonsiante aufweist, und daß die Anordnung so getroffen ist. daß dann, wenn die 6Ö Stromquelle dem verzögernden Induktionsmotor mit Synchronisierung nachgeführt wird, der Sägezahngenerator (PG) mit der kurzen Zeitkonstante betrieben und als Eingangssignal mit einem dem Ausgangssigna! der Impulsformerstufe (SH) propor· 6^ tionalen Analogsignal gespeist wird, Und daß nach der Wiederherstellung der Stromquelle mit Variabler Frequenz zur Speisung des Induktionsmotors der Sägezahngenerator (PG) mit der langen Zeitkonstante betrieben und als Eingangssignal mit einem Bezugssignal (IR) für eine gewünschte oder Solldrehzahl des Induktionsmotors gespeist wird.
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