DE3021119C2

DE3021119C2 - Wechselrichterschaltung zum Betrieb eines in der Drehzahl steuerbaren Asynchronmotors

Info

Publication number: DE3021119C2
Application number: DE3021119A
Authority: DE
Inventors: Hans Mogens Augustenborg Beierholm; Juul Nordborg Henriksen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1980-06-04
Filing date: 1980-06-04
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE3021119A1; FR2484169B1; JPS57119691A; US4442394A; JPS5930040B2; GB2077064B; CA1186726A; GB2077064A; DK234481A; FR2484169A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichterschaltung zum Betrieb eines in der Drehzahl steuerbaren Asynchronmotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Wechselrichterschaltung dieser Art (DE-AS 23 20 748) wird die Spannung auf der Wechselstromseiti: gemessen und zu ihrer Regelung mit einem eingestellten Sollwert verglichen. Sie wird außerdem als Führungsgröße für die Frequenz des Wechselrichters benutzt. Übersteigt sie jedoch einen ersten Grenzwert, welcher der maximal zulässigen Motorklemmenspannung entspricht, so löst ein Diskriminator ein Fehlersignal aus, das die Frequenz erhöht, so daß ein für die Spannungserhöhung verantwortlicher generatorischer Betrieb rasch unterbunden wird. Übersteigt der eingestellte Spannungssollwert einen weiteren Grenzwert, der der maximal erreichbaren Gleichrichterausgleichspannung entspricht, wird ein Zusatzsignal abgegeben, durch das ebenfalls die Frequenz erhöht wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Drehzahlbereich vom O.lfachen bis zum l,5fachen der Nenndrehzahl zu erweitern, wobei beliebig schnelle Sollwertänderungen vorgenommen werden können, ohne daß der Motor kippt und Überspannungen oder Überströme auftreten.

Allerdings treten Schwierigkeiten auf, wenn die Netzspannung gewissen Schwankungen unterliegt. Ist die Netzspannung kleiner als der zweite Grenzwert, so führt eine Verstellung des Spannungssollwerts vom Wert der Netzspannung bis zum Grenzwert nicht mehr zu einer Frequenzerhöhung und damit zu einer Drehzahlerhöhung. Ist dagegen die Netzspannung höher als der eingestellte Grenzwert, so ergibt sich bei einer Verstellung des Spannungssollwerts von diesem Grenzwert bis zur Netzspannung eine das Drehmoment unnötig herabsetzende Erhöhung der Frequenz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Wechselrichterschaltung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die es bei schwankender Netzspannung erlaubt, den Asynchronmotor bis zur jeweils vorhandenen, maximalen Spannung mit dem maximalen Moment zu betreiben.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß die Kennlinien und Ansprechwerte sowohl des Diskriminators als auch des Zusatzsignalgebers von der tatsächlichen verfügbaren maximalen Spannung abhängig sind, wird jeweils bei Einstellungen des Sollwertgebers bis zu dieser maximalen Spannung die Proportionalität zwischen Spannung und Frequenz aufrechterhalten, so daß sich das maximale Moment ergibt Unterhalb der jeweils maximalen Spannung ist daher die normale Drehzahlregelung möglich. Die Frequenzerhöhung durch das Zusatzsignal bzw. durch das Fehlersignal tritt erst ein, wenn die tatsächlich vorhandene maximale Spannung durch die Einstellung des Sollwertgebers bzw. durch den generatorischen Betrieb des Asynchronmotors überschritten wird. Es gibt daher keine Drchzahlbereiche, die unnötigerweise mit vermindertem Drehmoment betrieben werden.

Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird bei Erreichen der Nennspannung die weitere Frequenzsteigerung nicht durch eine Parallelverschiebung, sondern durch eine Änderung der Neigung der Kennlinie des Frequenzgebers geändert. Unter sonst gleichen Bedingungen ergibt sich für eine höhere Steuerspannung eine größere Frequenzerhöhung. Dies ist von Interesse, wenn bei relativ hoher Netzspannung eine Überspannung auftritt und das davon abhängige Fehlersignal möglichst rasch zu einer Drehzahlverminderung führen soll.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 im Blockschaltbild eine Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 den Drehmomentverlauf des Asynchronmotors über der Wechselrichterfrequenz, und

F i g. 3 in einem Schaubild die Übertragungsfunktion von Überspannungs-Diskriminator und Frequenzgeber.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist ein dreiphasiger Wechselrichter 1 zum Betrieb eines dreiphasigen Asynchronmotors 2 vorgesehen. Ein vom Wechselstromnetz her gespeister Gleichrichter 3 mit einem Spannungsregler 4 bilden gemeinsam eine Gleichspannungsversorgung 5. An einem Meßkreis 6 kann das Signal l_a, das dem Wechselrichterstrom entspricht, und ein Signal U_a, das der Wechselrichterspannung entspricht, abgegriffen werden.

Mit einem Sollwertgeber 7 wird die Frequenz / und damit die Drehzahl des Motors 2 eingestellt. Dieser Sollwertgeber gibt ein Signal Ub ab. In einem Vergleicher 9 wird das Signal U, mit dem Signal Ub verglichen. Die Regelabweichung wird über einen Verstärker 10 und eine Diode 11 auf einen zeitproportional arbeitenden Impulsgeber 12 geleitet, der den im Spannungsregler 4 enthaltenen Schalter mit Schaltimpulsen versorgt. In Abhängigkeit von der Regelabweichung können die Schaltimpulse eine veränderliche Frequenz und/oder

ein veränderliches Tastverhältnis haben. In einem zweiten Sollwertgeber 13 wird das maximale Moment eingestellt, indem ein maximaler Strom 4 vorgegeben wird. In einem Vergleicher 14 wird dieser Sollwert mit dem Strom l_a verglichen. Die Regelabweichung wird über einen Verstärker 15 und eine Diode 16 ebenfalls dem impulsgeber 12 zugeführt, sobald der Maximalstrom h überschritten wird.

Die so mii Hilfe des Sollwertgebers 7 eingestellte Spannung U_a wird über ein Summationsglied 17 einem Frequenzgeber 118 zugeleitet, der die Wechselrichterfrequenz bestimmenden Signale /gemäß einer Kennlinie A abgibt Ein Zusatzsignalgeber 119 wird vom Sollwertsignal Ub beaufschlagt und gibt ein Zusatzsignal Ud ab. In Abhängigkeit von diesem Signal wird die Kennlinie A des Frequenzgebers 118 steiler gemacht. Das Zusatzsignal Ud ist Null, bis der Sollwert Ub den Nennwert erreicht hat, und steigt dann linear an. Das bedeutet, daß die Frequenz /"der Spannung U_a nachgeführt wird, bis der Nennwert dieser Spannung und damit der Nennwert f„ dieser Frequenz erreicht ist Bei weiterer Vergrößerung des Sollwertes Ub bleibt die Spannung U₃ erhalten, die Frequenz /steigt aber durch Verlagerung der Kennlinie A weiter an. Der Asynchronmotor 2 kann daher mit einer Drehzahl oberhalb seiner Nenndrehzahl betrieben werden.

Der Zusatzsignalgeber 119 und der Überspannungs-Diskriminator 120 haben keine feste Kennlinie. Vielmehr lassen sich die Kennlinien in Abhängigkeit von der Netzspannung bzw. der Spannung am Ausgang des Gleichrichters 3 verlagern. Zu diesem Zweck ist ein Meßkreis 21 vorgesehen, der die Spannung über ein Tiefpaßfilter 22 als Signal U_g an den Zusatzsignalgeber 119 und den Diskriminator 120 abgibt. Einer Unterspannung entsprechen die Kennlinien Ci und Dl, einer Überspannung die Kennlinien C 2 und D 2. Die hier verwendete Nennspannung, bei der die Kennlinien wirksam werden, entspricht daher immer der jeweils maximalen Spannung, welche die Spannungsversor- . gung 5 zur Verfügung stellen kann. Dies bedeutet, daß der normale Betrieb, also ohne Inanspruchnahme des Überspannungsdiskriminators 120, jeweils bis zum höchstmöglichen Spannungswert durchgeführt werden kann.

Die Arbeitsweise ergibt sich aus dem Diagramm der F i g. 2, wo über der Frequenz / das Drehmoment M dargestellt ist. Bis zur Nennfrequenz /„ kann der Motor wegen der gleichzeitigen Veränderung von Spannung und Frequenz mit maximalem Moment M = 100% gefahren werden. Bei höherer Frequenz sinkt das Drehmoment, weil sich die Spannung nicht mehr steigern läßt; bei optimaler Auslegung des Frequenzgebers 18 kann aber der Motor weiterhin mit maximaler Leistung N = 100% betrieben werden.

Die Spannung U₁ wird ferner einem Überspannungs-Diskriminator 120 zugeführt, der ein Fehlersignal U_e abgibt, wenn die Spannung U_a den Ansprechwert U'_a (vgl. F i g. 3), der beispielsweise bei 5% über dem durch die Begrenzerschaltung 8 eingestellten Nennwert der Spannung liegt, überschreitet. Die Kennlinie des Diskriminators 20 ist verhältnismäßig steil. Die dynamische Übertragungsfunktion zwischen dem Eingang des Diskriminators 20 und dem Ausgang des Frequenzgebers 18 hat einen linearen Anstieg von beispielsweise etwa 2 Hz/ms. Dies ist in F i g. 3 dargestellt. Wenn im Zeitpunkt 11 die Spannung U_a den Ansprechwert U'_a übersteigt, ergibt sich die Anstiegsflanke b 1, bis der der Überspannung entsprechende Wert des Fehlersignals Uc erreicht ist Wenn im Zeitpunkt 12 die Überspannung nochmals ansteigt ergibt sich eine weitere Anstiegsflanke b 2. Die Abstiegsflanke b 3 verläuft exponentiell mit einer Zeitkonstante in der Größenordnung von beispielsweise 0,15s.

Auf diese Weise ergibt sich im gesamten Arbeitsbereich ein Schutz der Wechselrichierschaliung gegen im Generatorbetrieb hervorgerufene Überspannungen und dadurch entstehende zu große Ströme. Wenn der Sollwertgeber 7 im Bereich unterhalb der Nennfrequenz f„ plötzlich rasch heruntergeregelt wird, folgt die Frequenz /nicht, weil diese über den Frequenzgeber 18 mit der tatsächlichen Spannung U_a verknüpft ist Ist-Spannung und Frequenz werden daher annähernd proportional herabgesetzt, so daß keine Schaden zu befürchten sind. Oberhalb der Nennfrequenz Z_n, wenn die Ist-Spannung U_a konstant ist und ihr die Frequenz / daher nicht mehr nachgeführt werden kann, sorgt der Überspannungs-Diskriminator 20 dafür, daß beim Auftreten der Überspannung die Frequenz / erhöht wird, und dadurch die Überspannung in einem so kleinen Raum gehalten wird, daß keine Schäden auftreten kön-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

■!I.V. Patentansprüche:

1. Wechselrichterschaltung zum Betrieb eines in der Drehzahl steuerbaren Asynchronmotors, bei der die Spannung und die Frequenz etwa proportional zueinander sind, bis bei der Nennspannung die Nennfrequenz erreicht ist, mit einem Wechselrichter, mit einem Sollwertgeber, mit einer Gleichspannungsversorgung mit Spannungsregler, der die Spannung in Abhängigkeit vom Sollwert einstellt und mit einem Frequenzgeber, der in Abhängigkeit von der Spannung die Frequenz nachführt, wobei der Frequenzgeber bei einer Soliwert-Einstellung, die einer über der Nennfrequenz liegenden. Frequenz entspricht, durch ein mit dem Sollwert ansteigendes Zusatzsignal ansteuerbar 1st, durch das trotz Beibehaltung der Nennspannung eine höhere Frequenz erzeugt wird, und wobei ein Diskriminator beim Auftreten einer Überspannung ein Fehlersignal an ein dem Spannungseingang des Frequenzgebers vorgeschaltetes Summationsglied abgibt, in dem zur Erhöhung der Frequenz das Fehlersignal zur Spannung addiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Nennspannung durch die maximale Spannung (U_g) der Gleichspannungsversorgung (5) vorgegeben ist und die Kennlinien einschließlich der Ansprechwerte des Diskriminators (120) und des Zusatzsignalgebers (119) entsprechend dieser maximalen Spannung verlagerbar sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzgeber (118) eine Spannungs-Frequenz-Kennlinie (A) aufweist, deren Steigung mit zunehmendem Zusatzsignal erhöht wird.