DE2931878C2 - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines Dreiphasen-Asynchronmotors - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art.

Aus IEEE Transactions on Industry Applications, 1972, Nr. 5, S. 520 bis 530, ist eine Schallung zur Drehzahlregelung eines Asynchronmotors dieser Art bekannt. Treten bei der bekannten Schaltung im Netz Oberwellen und/oder Überspannungen beispielsweise bedingt durch Lastschaltungen auf, so kann es vorkommen, daß die Leistungsschalter einer Phase zünden, bevor die Leistungsschalter einer anderen Phase gelöscht sind. Dies führt dazu, daß die bekannte Schaltung bei verseuchtem Neu (Oberwellen/Überspannungen) keine störungsfreie Funktion gewahrleistet, wenn die Netzspannung bei Vollastbetrieb optimal ausgenützt werden soll.

Aus »Kuemmel, Elektrische Antriebstechnik«, 1971, S. 249/250, ist ein Zwischenkreisumrichter mit Puls-Spannungsanpassung bekannt, bei der das für die Frequenz maßgebliche Steuersignal auch zur Steuerung der Spannungsamplitude herangezogen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art zu schaffen, bei der das Netz und die _Λ Thyristoren vor Kurzschlüssen beim Kommutierungsvorgang geschützt sind.

Die Lösung dieser Aulgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren scheniatisch dargestellten Ausführungsbeispiels « und anhand von Diagrammen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Übersichisblockschaltbild einer Schaltung gemäß der Erfindung

Fig.2 den im Blockschaltbild der Fig. 1 enthaltenen Kommutierungsfrequenzgenerator

Fig. 3 die im Blockschaltbild der Fig. 1 enthaltene Freigabeschaltung

Fig.4 die im Blockschaltbild der Fig. 1 enthaltene Überwachungsschaltung

F:g. 5 Diagramme a) bis h) zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach der Erfindung.

Im Blockschaltbild ist eine Vergleichsschaltung 1 zu erkennen, die von einem mit dem zu steuernden Motor M verbundenen Tachogenerator 16 ein Spannungssignal (Istwertsignal) und von einem (nicht dargestellten) Potentiometer ein Spannungssollwertsignal erhält. Am Ausgang der Vergleichsschaltung 1 wird ein Differenzsignal gewonnen, das einem P-1-Verstärker 2 zugeführt wird. Dieser erzeugt - sofern sein Eingangssignal eine gewisse Schwelle übertrifft - ausgangsseitig ein Signal, das einen dem Eingangssignal proportionalen Anteil und einen mit der Zeit des Anliegens des Eingangssignals anwachsenden Anteil aufweist. Das auf diese Weise zusammengesetzte Ausgangssignal des Verstärkers 2 führt in der noch zu beschreibenden Regelschleife zu einer besonders raschen Konvergenz zwischen 1st- und Sollwert. Um vor allem bei niedrigen Drehfrequenzen des Motors M eine kontinuierliche Drehzahlregelung sicherzustellen, wird dem Ausgangssignal des Verstärkers 2, das etwa im Bereivh zwischen 0 und 10 Voll liegt, ein Sinussignal mit einer Amplitude von beispielsweise 0,1 bis 1 Volt überlagert.

Das so zusammengesetzte Signal erfährt in der Schallung 4 eine Vollweggleichrichtung. Dabei wird ein Vorzeichensignal gewonnen, das dem Kommutierungsfrequenzgenerator 8 zugeführt wird. Das die Schaltung 4 verlassende Steuersignal, das stets positiv ist, wird einer Slrombegrenzungsschaltung 5 zugeführt. Diese erhält über Stromwandler die Information über den netzseitigen Belastungsstrom. Das Steuersignal wird entsprechend dieser Information, d. h. bei Überlastung des Motors, gegebenenfalls begrenzt.

Nach der Strombegrenzungsschaltung 5 gelangt das Steuersignal in einen Oszillator 6, dessen Ausgangsfrequenz von der Spannung des Eingangssignales abhängt (U/f-Wandler).

Das Ausgangssignal des U/f-Wandlers 6 ist in Fig. 5a dargestellt. Im vorliegenden Beispiel kann es Frequenzwerte zwischen 0 und 300 Hz aufweisen. In Fig. 5a ist beispielshalber eine Frequenz von 120 Hz angegeben.

Das vom U/f-Wandler 6 kommende Signal wird in einer Synchronsierschaltung 7 auf eine an einem Sternpunkt des Netzes abgegriffene Spannung (300 Hz) synchronisiert. Das Ergebnis der Synchronisierung ist in Fig. 5b dargestellt. Das synchronisierte Signal wird einem Kommutierungsfrequenzgenerator 8 zugeführt, der in Abhängigkeit von dem ihm ebenfalls zugeführten obengenannten Vorzeichensignal sechs zinnenförmige Rechtecksignale erzeugt, deren Frequenz jeweils ein Sechstel der nelzsynchronisierten Taktfrequenz ist. Das Vorzeichensignal bestimmt die Reihenfolge der Kommutierungsfrequenzen und dadurch die Drehrichiung des Motors. Die sechs Ausgangssignale des Kommutierungs-Irequenzgeneralors 8 sind in den Flg. 5c bis h zu erkennen. Es handeil sich um sechs, jeweils 60° verschobene Rechtecksignale, wobei das obere und das untere Signalniveau jeweils gleichlang andauert. Die Frequenz dieser Rechlccksignale ist Im gewählten Beispiel gleich 20 Hz.

Das Ausgangssignal der Strombcgrenzungsschaliung wird des weiteren parallel zum U/f-Wandler 6 einem Phasenanschnlttsimpulsgenerator 9 zugeführt. Dieser

erzeugt Phasenanschnittssigrmle für die drei Netzphasen R, S, T sowie auch für deren negative Halbwellen, aiso insgesamt sechs Anschnittssignale. Der Phasenanschnittswinkel hängt von der zugeführten Eingangsspannung ab. Diese Phasenanschnittssignale steuern - nach Verstärkung - Leistungsschalter 11, sofern durch die Kommutierungssignaie in der Freigabeschaltung 10, wie unten noch im einzelnen beschrieben wird, der Schaltweg freigegeben ist.

In der Zeichnung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur der Anschluß für eine Ständerwicklung gezeichnet. Füv die beiden weiteren Ständerwicklungen ist der Anschluß entsprechend. Der Leistungsstrom kann zur Dämpfung des Kreisstromes zwischen dem Leistungsschalter 11 über eine Drossel 13 für die positiven Halbwellen und über eine Drossel 14 für die negativen Halbwellen der Ständerwicklung 15 des Motors M zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt den Kommutierungsfrequenzgenerator.

Das synchronisierte Taktsignal wird Ober einen Eingang 61 einem Vorwärts-Rückwärts-Schieberegister 63 zugeführt. Über einen weiteren Eingang 62 erhält das Vorwärts-Rückwärts-Schieberegister 63 das von der Schaltung 4 der Fig. 1 kommende Vorzeichensignal zur Bestimmung seiner Schieberichtung. Das Schieberegister 63 besitzt sechs Ausgänge. An diesen werden nacheinander folgende Digitalsignale erhalten:

100000
010000
0 0 10 0 0

000100
000010
00000 1

Diese begrenzte Spannung, die positiv oder negativ sein kann, wird mit Hilfe der Operationsverstärker zu Schaltbzw. Freigabesignalen umgeformt. Ein positives Potential am Ständer 15 erzeugt auf Operationsverstärker 81fi ein Freigabesignal 837 (+12 V) für das positive Kommutierungssignal und auf Operationsverstärker 817 ein Sperrsignal (- 12 V) für das negative Kommutierur.gssignal. Bei negativem Potential am Ständer 15 des Motors M ändern sich die Freigabesignale zu Sperrsignalen und die Sperrsignale zu Freigabesignalen, um die negativen Kommutierungssignaie freizuschalien und die positiver, zu sperren. Die Überwachung wiederholt sich für alle drei Ständerwicklungen. Mit 834 wird das Potential der zweiten Ständerwicklung abgetastet und mit 835 das Potential der dritten Ständerwicklung. 836 wird mil dem Sternpunkt aller drei Ständerwicklungen des Motors M verbunden.

Diese sind paarweise, jeweils unter Auslassung zweier Ausgänge mit bistabilen Kippstulen verbunden, die aus gekoppelten UND-Gliedern 64 bis 69 bestehen. An den Ausgängen der UND-Glieder 64 bis 69 können die Kornmutierungsfrequenzsignale, wie in Fig. 5c bis h dargestellt, abgenommen werden.

Fig. 3 zeigt die Freigabeschaltung 10. Über die Eingänge 720, 721, 722, 723, 724, 725 werden die Kommutierungssignale vies Generators 8, nämlich die Signale in der Form wie in den Fig. 5c bis 5h angegeben zugeführt. Über die Eingänge 77 bis 712 werden die Freigabe- bzw. Sperrsignale von der KommuHerungsüberwachung 12 entsprechend wie in Fig. 4 beschrieben zugeführt. Entsprechend gelangen auch die Zündimpulse vom Phasenanschnittimpulsgenerator 9 über die Eingänge 71 bis 76 in die Schaltung. Diese genannten Signalgruppen werden in der gezeichneten Weise über UND-Glieder 713a bis 713/· miteinander verknüpft, so daß ausgangsseitig insgesamt 18 Zündimpulse zur Steuerung der Leistungsverstärker 11 gewonnen werden. Die Ausgangssignalc der UND-Glieder 713« bis / sind für die Beschallung der ersten Ständerwicklung des Motors M (Fig. I) zuständig. Die Ausgänge der UND-Glieder .?) und f), entsprechend Tür die zweite (nicht dargestellte) und die UND-Glieder (m bis r) entsprechend für die (nicht dargestellte) dritte Ständerwicklung des Motors M.

Fig. 4 zeigt eine Überwachungsschaltung, bestehend aus Ope-ationsverstärkcrn 816 bis 821, Widerständen 822 bis 826, und gegensinnig parallelgeschalteten Dioden 827 bis 829, die gegebenenfalls die Kommutierungssignaie in der Freigabesteuerung 7 durch UND-Glieder unterdrückt, um das Netz und die Thyristoren vor Kurzschlüssen beim Kommutierungsvorgang zu schützen.

Die Überwachungsschaltung greift das Potential an der f>5 Stiinderwicklung 15 am Motor M ab und führt es über den Eingang 833 einer Spannungsbegrenzung zu, die aus dem Widerstund 824 und zwei Dioden 827 bestehen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaitungsanordnung zur Drehzahlregelung eines von einem an ein Dreiphasen-Drehstromnetz angeschlossenen, fremdgesteuerten Stromrichter mit Spannungen einstellbarer Amplitude und Frequenz gespeisten Dreiphasen-Asynchronmotors, wobei der Stromrichter in Direktumrichterschaltung ausgebildet ist derart, daß jede Motoranschlußklemme über zwei, je drei steuerbare Ventile enthaltende antiparallele Ven- ₎₀ tilgruppen mit den Phasen des Drehstromnetzes verbunden ist, mit einer Vergleichsschaltung tür die SoIl- und Istdrehzahlen des Motors, deren Ausgangssteuersignal einem Spannungs-Frequenzwandler zugeführt ist, mit einem Kommutierungsfrequenzgenerator, der, ausgehend von einem gegebenenfalls netzsynchronisierten Ausgangssignal des Spannungs-Frequenzwandlers Kommutierungsl'requenzsignale erzeugt, mit einem Phasenanschnittsimpulsgeneratar, der Zündsignale lieie.t, die nach Freigabe durch die Kommutierungsfrequenzsignale die steuerbaren Ventile durchschalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssteuersignal der Vergleichsschaltung (1) auch dem Phasenanschnittsimpulsgenerator (9) zugel'ührt ist, daß der Kommutierungsfrequenzgenerator (8) sechs um jeweils 60° phasenverschobene Kommuticrungsfrequenzsignale erzeugt und daß eine Überwachungsschaltung (12) vorgesehen ist, die die Spannung an den Ständerwicklungen (z. B. 15) des Motors mißt und hieraus Freigabesignale für die Kommutierungsfreque.-.Jsignale erzeugt, so daß diese nur bei jeweils stromlreier Ständerwirklung wirksam werden können.