DE3040105C2 - Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines an einen Zwischenkreis-Umrichter angeschlossenen Drehstrom-Asynchronmotors und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

ίο Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (DE-OS 23 20 748) wird mittels eines Drehzahlreglers abhängig von der Abweichung des Drehzahl-Istwerts vom vorgebbaren Drehzahlsollwert die über den Zwischenkreis am Wechselrichter und damit an der Mats schine anliegende Spannung gesteuert Abhängig von dieser Spannung wird von einem Funktionsgeber, dem ein Spannungsfrequenzwandler nachgeschaltet ist in einem oberen Drehzahlbereich die Frequenz des Wechselrichters proportional zu dieser Spannung nachgeführt Im unteren Drehzahlbereich hält der Funktionsgeber hingegen die Frequenz konstant Die Einhaltung der Drehzahl erfolgt hier durch eine entsprechende Steuerung der Spannung durch den Drehzahlgeber. Da eine Drehzahlabsenkung hierbei nur entsprechend dem Lastmoment, also relativ langsam, möglich ist ist ein Bremsbetrieb durch eine Speisung der Maschine mit einem Gegendrehfeld sehr geringer Frequenz vorgesehen. Eine derartige Gegenstrombremsung führt jedoch zu einem schlechten Wirkungsgrad und außerdem läßt sich der Bremsvorgang nicht ruckfrei ausführen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Motor mit gleichbleibendem Drehmoment bei gutem Wirkungsgrad ruckfrei bis zum Stillstand abgebremst werden kann. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Bei einem Bremsvorgang kann nämlich die Drehzahl bis zu dem vorgegebenen Grenzwert durch eine generatorische Bremsung abgesenkt werden, was es ermöglicht die Bremsenergie wenigstens teilweise zurückzugewinnen, so daß der Bremsvorgang insoweit energiesparend ausgeführt werden kann, und zwar mit einer wählbaren Größe des Bremsmomentes. Dadurch, daß beim Übergang von der generatorischen Bremsung zur Gegenstrombremsung im Umschaltaugenblick die Amplitude der am Motor anliegenden Spannung über das Reglerausgangssignal derart vorgegeben wird, daß das Drehmoment gleich bleibt, erfolgt der Übergang zur Gegenstrombremsung ruckfrei, so daß der Bremsvorgang mit gleichbleibendem Drehmoment bis zum Stillstand des Motors durchgeführt werden kann.

Sowohl das generatorische Bremsen als Auslaufbremsung als auch die Gegenstrombremsung zum Zwecke einer Stillsetzung ist allgemein bekannt (EMA, Elektrische Maschine 1972, Heft 5, Seiten 135 bis 142). Eine Bremsung bis zum Stillstand mit gleichbleibendem Drehmoment und ruckfreiem Übergang von der generatorischen Bremsung zur Gegenstrombremsung läßt sich dem Stand der Technik jedoch nicht entnehmen.

bo Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Umschaltaugcnblick die einzustellende Amplitude der Spannung gemäß Anspruch 2 berechnet. Der Aufwand für die Berechnung ist hierbei sehr gering und die Genauigkeit, welche diese

Berechnung liefert, reicht in der Regel völlig aus.

Um den Aufwand für die Regelung so gering wie möglich zu halten, wird vorzugsweise gemäß Anspruch 3 im ersten Drehzahlbereich die Freauen/. und

die Spannung mit linearer Regelcharakteristik und im zweiten Drehzahlbereich die Spannung mit quadratischer Regelcharakteristik geregelt

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde, eine möglichst einfach ausgebildete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe löst eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Der zusätzliche Aufwand einer solchen Vorrichtung ist gering, weil er nur in einem zusätzlichen Regler und einer Umschalteinrichtung besteht, mittels deren wahlweise vom einen auf den anderen Regler umgeschaltet werden kann. Ein weiterer Verteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß an den Zwischenkreis mehrere Umrichter für verschiedene Antriebe, beispielsweise die Antriebe verschiedener Aufzugsgruppen, angeschlossen werden können.

Um die bei einem generatorischen Bremsvorgang anfallende Energie nutzen zu können, kann man parallel zu dem ungesteuerten Gleichrichter einen nerigeführten Wechselrichter anordnen, der eine Energierückspeisung ins Netz ermöglicht Man kann aber auch statt eines solchen Wechselrichters oder zusätzlich an den Zwischenkreis eine Batterie anschließen. Diese Batterie kann die beim Bremsvorgang erzeugte Energie speichern und in der Anfohrphase wieder in den Zwischenkreis einspeisen, wodurch man geringere Stoßbelastungen des Netzes und damit auch einen geringeren Anschlußwert erreicht ßin weiterer, wesentlicher Vorteil einer solchen Batterie besteht darin, daß sie bei Netzausfall einen Notbetrieb ermöglicht Dies ist beispielsweise bei Aufzugsantrieben von großer Bedeutung. Außerdem hat der Antrieb hierdurch eine höhere Verfügbarkeit

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt das 3s Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels.

Ein Drehstrom-Asynchronmotor 1, der den Antriebsmotor eines Aufzugsantriebes bildet, ist an den Ausgang eines fremdgefühi ten Wechselrichters 2 angeschlossen, welcher einen Teil eines Umrichters bildet und aus dem Zwischenkreis des Umrichters gespeist wird, bei dem es sich um einen Gleichspannungskreis mit konstanter Spannung handelt Erzeugt wird die Gleichspannung im Zwischenkreis des Umrichters von einem ungesteuerten Gleichrichter 3, der direkt oder wenn das Netz zu starr ist über Drosseln an das Drehstromnetz angeschlossen wird. Mit dem Zwischenkreis des Umrichters, an den auch mehrere Wechselrichter für die Speisung mehrerer Drehstrom-Asynchronmotoren angeschlossen sein könnten, ist eine Batterie 4 verbunden, welche bei einer Energierückspeisung vom Drehstrom-Asynchronmotor t über den Wechselrichter 2 in den Zwischenkreis Energie aufnehmen und zur Leistungsstützung beim Anfahrvorgang oder bei einem Ausfall des Drehstromnetzes wieder in den Zwischenkreis und von dort an den Drehstrom-Asynchronmotor abgeben kann. Die Stoßbelastung des Netzes und der Anschlußwert wird hierdurch vermindert, die Verfügbarkeit des Antriebes erhöht.

Im Ausführungsbeispiel ist zusätzlich an der Batterie 4 ein netzgeführter Wechselrichter 5 vorgesehen, der ω parallel zum Gleichrichter 1 liegt und die Möglichkeit der Energierückspeisung ins Drehstromrietz gibt, wenn die Batterie 4 nicht die gesamte bei den Bremsvorgängen anfallende Energie speichern kann.

Der fremdgeführte Wechselrichter 2 wird mittels eines Zündimpulsgenerators 6 angesteuert, dessen Steuereingang mittels einer Umschalteinrichtung 7 wahlweise mit den Ausgängen eines ersten Regelverstärkers 8 oder eines zweiten Regelverstärkers 9 verbunden werden kann. Der erste Regelverstärker 8 hat eine lineare Regelcharakteristik, der zweite Regelverstärker 9 eine quadratische Regelcharakteristik. Letzterer ist unmittelbar mit einem Sollwert-Istwert-Vergleicher 10 verbunden, welcher den von einem Drehzahlgeber 11 erzeugten Istwert der Drehzahl des Drehstrom-Asynchronmotors 1 mit einem Drehzahl-Sollwert vergleicht Die Ausgangsgröße des Sollwert-Istwert-Vergleichers 10 wird auch auf den Eingang eines Spannungs/Frequenz-Wandlers 12 gegeben, dem der erste Regelverstärker 8 nachgeschaltet ist

Die beiden Regelverstärker 8 und 9 sowie der Spannungs/Frequenz-Wandler 12 sind mit einer Rechenschaltung 13 verbunden. Außerdem ist die Umschalteinrichtcng 7 an den Drehzahlgeber 11 angeschlossen, um beim Oberschreiten eines vorgegebenen Drehzahlwertes gegen kleinere Werte hin den Zündimpulsgenerator 6 vom ersten Regelverstärker 8 auf den zweiten Regelverstärker 9 und beim Oberschreiten dieses Drehzahlwertes zu größeren Drehzahlen hin den Zündimpulsgenerator auf den ersten Regelverstärker 8 umzuschalten.

In dem oberhalb dieses Drehzahlgrenzwertes liegenden Bereich erfolgt die Regelung der Drehzahl des Asynchronmotors 1 frequenzabhängig mit linearer Regelcharakteristik. Der Drehzahlgrenzwert wird so gelegt daß bis herab zu dieser Drehzahl das Drehmoment des Drehstrom-Asynchronmotors 1 konstant gehalten werden kann. In dem sich anschließenden Bereich mit geringeren Drehzahlen erfolgt die Drehzahlregelung spannungsabhängig mit quadratischer Charakteristik, weil bei konstanter Frequenz das Drehmoment etwa proportional dem Quadrat der Spannung ist. Dieser zweite Drehzahlbereich kann sich in den Bereich der Gegenstrombremsung hinein erstrecken, weshalb es möglich ist, mit gleichbleibendem Drehmoment von der maximalen Drehzahl durch null hindurch bis in den Gegenstrombremsbereich hinein zu regeln und umgekehrt. Um den Energieverbrauch so gering wie möglich zu halten, ist es zweckmäßig, die Drehzahl möglichst weit durch generatorische Bremsung zu vermindern. Dies ist mit der vorstehend beschriebenen Regelschaltung ohne weiteres möglich, und zwar auch dann, wenn zur Erreichung der Drehzahl null eine Gegenstrombremsung notwendig ist. Zwar muß dabei beim Übergang von der Frequenzregelung auf die Spannungsregelung das Drehfeld gewechselt und gleichzeitig durch Gegenstrom ein gleich großes Drehmoment entwickelt werden, um einen ruckfreien Übergang zu erreichen. Mittels der Rechenschaltung 13 kann jedoch bei übersynchronem Betrieb das Drehmoment ermittelt und daraus die Größe des Ausgangssignals des zweiten Reglers 9 für die Einstellung eines gleich großen Bremsmomentes berechnet werden. In der Regel genügt es, die Spannung als Wurzel aus dem Produkt des Drehmomentes und einer Konstanten zu ermitteln. Die damit erzielbare Genauigkeit reicht zumindest dann aus, wenn der Drehstrom-Asynchronmotor bei einer Schlupf frequenz vom 2fachen bis 2,5fachen der Grundfrequenz ein gleichbleibendes Drehmoment hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Regelung der Drehzahl eines an einen Zwischenkreis-Umrichter angeschlossenen und mit Spannungen einstellbarer Amplitude und Frequenz betriebenen Drehstrom-Asynchronmotors, insbesondere eines Aufzugsantriebs, wobei in einem ersten Drehzahlbereich, der nach unten durch einen vorgegebenen Drehzahlwert begrenzt ist, Amplitude und Frequenz vom Ausgang des Drehzahlreglers gesteuert werden und in einem sich an den vorgegebenen Grenzwert nach unten anschließenden zweiten Drehzahlbereich die Frequenz fest vorgegeben und die Amplitude weiterhin vom Ausgang des Drehzahlreglers geführt wird, mit Gegenstrombremsbetrieb zur Drehzahlabsenkung, dadurch gekennzeichnet, Jaß zur Drehzahlabsenkung im ersten Drehzahlbereich eine generatorische Bremsung mit Rückspeisung ins Netz und im zweiten Drehzahlbereich die Gegenstrombremsung vorgenommen wird, wobei im Umschaltaugenblick die Amplitude über das Reglerausgangssignal abhängig von einer Berechnung derart vorgegeben wird, daß das Drehmoment gleich bleibt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Umschaltaugenblick die einzustellende Amplitude nach der Gleichung U ~ j/ K ■ M berechnet ist, worin U die Amplitude, M das Drehmoment im generatorischen Grenzbetrieb und K eine Konstante ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Drehzahlbereich die Frequenz und Spannung mit linearer Regelcharakteristik und im zweiten Drehzahlbereich die Spannung mit quadratischer Regelcharakteristik geregelt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit einem einen Gleichrichter und einen Wechselrichter aufweisenden Zwischenkreisumrichter, der im Zwischenkreis eine konstante Spannung hat, und einem die Frequenz des Wechselrichters bestimmenden Regler, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem der Frequenzreglung des Wechselrichters (2) dienenden ersten Regler (8) ein zweiter Regler (9), der die Ausgangsspannung des Wechselrichters (1) regelt, sowie eine den Regelkreis beim Überschreiten eines vorgegebenen Drehzahl-Grenzwertes zu niedrigeren Drehzahlen hin vom ersten (8) auf den zweiten Regler (9) und zu höheren Drehzahlen hin vom zweiten auf den ersten Regler selbsttätig umschaltende Schalteinrichtung (7) vorgesehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (8) für eine lineare Regelcharakteristik und der zweite Regler (9) für eine quadratische Regelcharakteristik ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest dem zweiten Regler (9) eine sein Ausgangssignal für den Zeitpunkt der Übernahme der Regelung bestimmende Rechenschaltung (13) zugeordnet ist.

/. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis b. gekennzeichnet durch eine im Zwischenkreis parallel zum Eingang des Wechselrichters liegende Batterie (4).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch einen parallel ,Mim Gleichrichter (3) geschalteten Energierückspeisungs-Wechselrichter(5).