DE3117673C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Leistungsfaktors eines Asynchronmotors. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines im Phasenanschnitt betriebenen Stellers, der einen Asynchronmotor speist, mit folgenden Schritten:

• 1. Messen der dem Phasenwinkel-Istwert entsprechenden Istzeit, die zwischen dem Spannungsnulldurchgang und dem Ende der Stromflußdauer vergeht,
• 2. Vergleichen der Istzeit mit einer einem Soll-Phasenwinkel entsprechenden Sollzeit,
• 3. Verändern des Zündzeitpunktes der Steller-Schaltelemente im Sinne einer Phasenwinkelregelung.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung des Leistungsfaktors eines Asynchronmotors, mit

• 1. einem im Phasenanschnitt betriebenen Steller, der den Asynchronmotor speist,
• 2. einem Phasenwinkelmesser für die Istzeit,
• 3. einem Geber für die Sollzeit,
• 4. einem dem Phasenwinkelmesser und dem Sollzeitgeber nachgeschalteten Vergleicher,
• 5. einem Verzögerungsglied, das die Zündung der Schaltelemente im Steller auslöst und dessen Verzögerungszeit durch den Vergleicherausgang im Sinne einer Phasenwinkelregelung verändert wird.

Ein derartiges Leistungsfaktorsteuersystem bzw. -Verfahren für Wechselstrominduktionsmotoren ist in der US-PS 40 52 648 beschrieben (Frank J. Nola, 4. Oktober 1977, USA, Vertreten durch Administrator of the National Aeronautics and Space Administration "NASA"). Der Inhalt der Nola-Patentschrift befindet sich in einem "NASA Technical Support Package" vom März 1979 mit dem Titel "Power Factor Controller, Brief No. MFS-23280". Zusätzlich zu dem Nola-Patent enthält das Technical Support Package schematische Diagramme von Veränderungen und Verbesserungen hinsichtlich der in der Nola-Patentschrift beschriebenen Schaltung.

Wie in der Nola-Patentschrift und in dem NASA Technical Support Package dargelegt ist, kann der Strom in einem Wechselstrominduktionsmotor der Spannung um einen Phasenwinkel von 80° nacheilen, wenn der Motor unbelastet ist, und um 30° nacheilen, wenn der Motor belastet ist. Dieser Phasenwinkel "R" wird verwendet, um den Leistungfaktor für den Motor zu berechnen, der als cos R definiert ist. Wenn also R klein ist, nähert sich der Leistungsfaktor dem Wert 1. Wenn umgekehrt R groß ist, nähert sich der Leistungsfaktor dem Wert Null. Grundsätzlich bedeutet ein geringer Leistungsfaktor, daß Energie vergeudet wird. Berücksichtigt man die gewaltige Anzahl von Wechselstrominduktionsmotoren, die heutzutage in Benutzung sind, dann könnte die Verbesserung des Leistungsfaktors zu sehr erheblichen Energieeinsparungen führen. Schätzungen möglicher Energieeinsparungen befinden sich auf den Seiten 3 und 10 des NASA Technical Support Package.

Der Betrieb der in der vorgenannten US-Patentschrift bezeichneten Leistungsfaktorsteuereinrichtung ist in dem NASA Technical Support Package auf den Seiten 11 und 15 beschrieben, wobei das Blockschaltbild auf Seite 13 verwendet wird. Die Netzspannung wird abgetastet, und logische Signale, entsprechend der Netzspannung und deren Komplement, werden erzeugt. Der Motorstrom wird ebenso abgefühlt, und dem Motorstrom entsprechende logische Signale und ihr Komplement werden ebenso erzeugt. Diese Spannungs- und Stromsignale werden einem Antivalenzgatter zugeführt. Dessen Ausgangssignal wird einem Summierverstärker und Tiefpaßfilter zugeführt. Der andere Eingang des Summierverstärkers ist ein Gleichstromsignal, das einem vorgeschriebenen Phasenwinkel und deshalb einem vorgeschriebenen Leistungsfaktor entspricht. Das Ausgangssignal wird mit einer Sägezahnspannung verglichen, die mit den Nulldurchgängen der Netzspannung synchronisiert ist. Der Schnittpunkt der Sägezahnspannung mit dem Ausgangssignal wird durch die Vergleichsschaltung erfaßt und zum Triggern bzw. Auslösen des Triac benutzt. Sobald die Last am Motor abnimmt, neigt der Phasenwinkel zur Erhöhung. In Abhängigkeit zur Steuereinrichtung nimmt die Triac-Einschaltdauer bzw. der Arbeitszyklus ab, welcher die Spannung verringert, die am Motor angelegt ist, und behält den vorgeschriebenen Phasenwinkel bei. Sobald die Motorlast in umgekehrterweise zunimmt, versucht der Phasenwinkel abzunehmen. In Abhängigkeit von der Steuereinrichtung steigt die Triac-Einschaltdauer bzw. der Arbeitszyklus, welcher die Spannung erhöht, die am Motor anliegt, und behält den vorgeschriebenen Phasenwinkel bei.

Wegen der analogen Eigenschaft der Nola-Schaltung ist dieses System während des Betriebes Änderungen unterworfen, und zwar z. B. infolge Temperaturveränderungen. Außerdem erfordert das Nola-System eine separate manuelle Bestimmung und Einstellung des Leistungsfaktorbefehlspotentiometers für jeden Motor.

Aus der US-PS 36 83 345 sowie der US-PS 36 63 956 sind bereits Verfahren und Vorrichtungen bekannt, mit welchen der Phasenwinkel bzw. Veränderungen desselben erfaßt werden können.

Aus der US-PS 39 50 657 sowie der US-PS 36 91 452 sind Vorrichtungen bekannt, welche bei einem Thyristor bzw. einer Wechselstromlast die Einstellung eines Zündwinkels ermöglichen. Ein Hinweis darauf, eine automatische Einstellung des Zündzeitpunktes in Abhängigkeit von dem gemessenen Phasenwinkel während der Anlaufphase eines Asynchronmotors abhängig zu machen, ist jedoch den genannten Druckschriften nicht zu entnehmen.

Gegenüber dem eingangs diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die entsprechende Vorrichtung so zu gestalten, daß nach dem Einschalten des Asynchronmotors eine automatische Einjustierung eines bestimmten Phasenwinkels und/oder einer bestimmten Zündverzögerung erfolgt.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch die folgenden Schritte gelöst:

• a) Setzen einer Verzögerungszeit, die mit dem Ende der Stromflußdauer beginnt und mit ihrem Ende den Zündzeitpunkt der Steller-Schaltelemente bestimmt,
• b) Vergleichen der Istzeit mit der Verzögerungszeit,
• c) Vergrößern der Verzögerungszeit, wenn die Istzeit größer als die Verzögerungszeit ist,
  • d1) Festlegen der Sollzeit auf die aktuelle Istzeit und Beendigung der Kalibrierungsphase, wenn die Verzögerungszeit gleich der Istzeit ist, oder
  • d2) Festlegen der Sollzeit auf die mit einem Faktor N₂ bewertete aktuelle Istzeit, weiteres Ändern der Verzögerungszeit und Beendigung der Kalibrierungsphase, wenn die Istzeit gleich der Sollzeit ist.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die folgenden Merkmale gelöst:

• a) einen Stromfühler, der mit dem Ende der Stromflußdauer das Verzögerungsglied startet,
• b) einen Speicher für die Verzögerungszeit,
• c) einen ersten Schalter, der während einer Kalibrierungsphase dem Vergleicher statt der Sollzeit die Verzögerungszeit zuführt,
• d) einen zweiten Schalter, der während der Kalibrierungsphase die Sollzeit auf die aktuelle Istzeit setzt, wenn die Istzeit gleich der Verzögerungszeit ist,
• e) eine Einrichtung, die den ersten und zweiten Schalter von der Stellung für die Kalibrierungsphase auf die Stellung für die Betriebsphase umschaltet, wenn die Istzeit gleich der Verzögerungszeit ist,
• f) eine Schaltung, die während der Kalibrierungsphase die Verzögerungszeit vergrößert, wenn die Istzeit größer als die Verzögerungszeit ist.

Der Begriff "Istzeit" entspricht dabei in einer entsprechenden Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsdarstellung dem Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom des Asynchronmotors, der Begriff "Verzögerungszeit" dem Winkelbereich, während dessen der Strom den Wert Null hat, und der Begriff "Sollzeit" dem durch Veränderung der Verzögerungszeit einzustellenden gewünschten Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom.

Die Begriffe "Winkel" und "Zeit" sowie entsprechende durch Zählung von Zeitgeberimpulsen ermittelte Zahlenwerte werden insoweit synonym verwendet.

Erfindungsgemäß wird die Steuereinrichtung für den Leistungsfaktor automatisch jedesmal dann wieder kalibriert, wenn der Motor eingeschaltet wird, und zwar unabhängig von der am Motor liegenden Last. Dies führt zu einer erheblichen Energieeinsparung vor allem, wenn der Motor unbelastet betrieben wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung wird ein Zeitgeber in Reihe mit Zählern und einem Register verwendet. Ein Phasenwinkelzähler wird verwendet, um den Phasenwinkel zwischen der Spannung und dem Strom dadurch zu bestimmen, daß Zeitgeberimpulse zwischen den Nulldurchgängen der Motorspannung und des Motorstromes gezählt werden. Ein Verzögerungszähler wird verwendet, um das Zünden des Triacs dadurch zu verzögern, daß eine bestimmte Zahl von Zeitgeberimpulsen gezählt wird, wobei begonnen wird, wenn der Strom einen Nulldurchgang hat. Während der Kalibrierphase wird der Verzögerungszähler anfänglich mit einer Zählung von Null beladen. Die in den Verzögerungszähler geladene Zählung wird dann periodisch in Schritten vorgenommen, bis die Zählung in dem Verzögerungszähler gleich der Zählung in dem Phasenwinkelzähler ist. An dieser Stelle wird die Zählung im Phasenwinkelzähler im Register gespeichert. Diese gespeicherte Zählung entspricht dem gewünschten Phasenwinkel (Sollphasenwinkel) und deshalb dem vorgeschriebenen Leistungsfaktor. Die Steuereinrichtung schaltet nun aus der Kalibrierungsphase in den laufenden Betrieb um. Während der Betriebsphase wird die Zählung im Phasenwinkelzähler mit der in dem Register gespeicherten Zählung verglichen, und irgendeine Differenz wird verwendet, um periodisch die in den Verzögerungszähler eingegebene Zählung zu vermehren oder zu verringern und deshalb das Zünden des Triacs zu beschleunigen oder zu verzögern, um den Istphasenwinkel gleich dem Sollphasenwinkel zu halten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 ein schematisches Diagramm einer Verwirklichung der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung, die verwendet wird, um die Prinzipien ihres Betriebes zu erläutern. Die Schaltung wird an der Netzspannung über die Anschlüsse 10 und 12 angeschlossen. Der Anschluß 12, der vorzugsweise an die Null-Leitung angeschlossen ist, ist mit einer Zuleitung des Motors 16 verbunden, während der Anschluß 10 mit der anderen Zuleitung des Motors 16 über den Schalter 18 und das Triac 20 verbunden ist. Der Schalter 18 kann beispielsweise ein mit einem Pedal betriebener Ein/Aus- Schalter an einer industriellen Nähmaschine sein. An dem Wechselstromnetz liegt ein Gleichstromnetzgerät 22, welches eine regulierte Gleichspannung bereitstellt.

Am Anschluß 10 liegt ein Verstärker 24, der eine Rechteckwelle erzeugt, deren Nulldurchgänge denen der Netzspannung entsprechen. An einer Stelle zwischen dem Motor 16 und dem Triac 20 ist ein Verstärker 26 angeschlossen, der Impulse entsprechend der Stromflußdauer des Motorstromes erzeugt. Der Ausgang des Verstärkers 26 ist mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators 28 verbunden, der bei jedem Nullwerden des Motorstromes einen Impuls erzeugt. Eine Triggerschaltung 30 liegt über dem Triac 20 und steuert dessen Zündung.

Ein Zeitgeber 32 erzeugt einen Impulszug, vorzugsweise mit einer festen Frequenz, die nicht ein Vielfaches der Netzfrequenz ist. Der Impulszug wird dem Phasenwinkelzähler 34 und dem Verzögerungszähler 36 zugeführt. Der Phasenwinkelzähler 34 sowohl am Verstärker 24 als auch am monostabilen Multivibrator 28. Der Zähler 34 beginnt mit dem Hochzählen der Zeitgeberimpulse jedesmal dann, wenn die Netzspannung einen Nulldurchgang hat, und hält jedesmal dann mit dem Zählen an, wenn der Motorstrom Null wird. Die ergebende Zählung im Zähler 34 entspricht somit dem Phasenwinkel zwischen der Motorspannung und dem Motorstrom. Der Verzögerungszähler 36 liegt auch am Verstärker 24 und am monostabilen Multivibrator 28 sowie am Schrittzähler 38. Der Verzögerungszähler 36 wird jeweils beim Nulldurchgang der Netzspannung mit dem Inhalt des Schrittzählers 38 geladen. Der Zähler 36 beginnt mit dem Herunterzählen von diesem Zählstand jedesmal beim Nullwerden des Motorstromes. Wenn der Zähler 36 Null erreicht, wird ein Ausgangssignal erzeugt, welches den Trigger 30 zum Zünden des Triacs 20 veranlaßt.

Das Ausgangssignal des Schrittzählers 38 ist auch mit einem Eingang der Vergleichsschaltung 40 über den Schalter 46 a verbunden. Der zweite Eingang zur Vergleichsschaltung 40 ist der Ausgang aus dem Phasenwinkelzähler 34. Die Vergleichsschaltung 40 bestimmt, ob die Zählung im Schrittzähler 38 (und deshalb die in den Verzögerungszähler 36 hineingegebene Zählung) geringer, gleich oder größer ist als die im Phasenwinkelzähler 34. Der Ausgang der Vergleichsschaltung 40 liegt direkt am Steuergatter 42 und am Phasenwinkelregister 44 über Schalter 46 b. Das Steuergatter 42 bestimmt, ob der Schrittzähler 38 hinauf- oder hinuntergezählt wird. Zwischen dem Steuergatter 42 und dem monostabilen Multivibrator 28 liegen ein Schalter 46 c und eine durch vier teilende Schaltung 48, die zwei in Serie liegende Flip-Flops aufweisen kann. Während der Kalibrierungsphase wird der Zähler 38 bei jedem zweiten Zyklus hinaufgezählt, und während des Betriebes bei jedem halben Zyklus.

Während der Kalibrierungsphase erhält der Motor die Möglichkeit, einige Sekunden zu laufen, damit er Geschwindigkeit (Drehzahl) aufnehmen kann. An diesem Punkt ist der Zählstand im Schrittzähler 38 null. Die Vergleichsschaltung 40 veranlaßt deshalb den Zähler 38 bei jedem zweiten Zyklus hinaufgezählt zu werden. Dies bleibt so, bis der Zählstand im Zähler 38 gleich dem Zählstand im Zähler 34 ist. Wenn die Vergleichsschaltung 40 feststellt, daß die Zählung im Zähler 34 gleich der Zählung im Zähler 38 ist, passieren einige Dinge: Der Inhalt des Phasenwinkelzählers 34 wird in das Phasenwinkelregister 44 eingeladen; ein Eingang der Vergleichsschaltung 40 wird vom Ausgang des Schrittzählers 38 abgetrennt und stattdessen mit dem Ausgang des Phasenwinkelregisters 44 verbunden; der Ausgang aus der Vergleichsschaltung 40 wird vom Lade-Befehlseingang des Registers 44 weggenommen; und die Tore des Gatters 42 werden direkt mit dem Ausgang des monostabilen Multivibrators 28 verbunden. Die Schaltung ist nun von der Kalibrierungsphase auf den laufenden Betrieb umgeschaltet. Danach vergleicht die Vergleichsschaltung 40 im Phasenwinkelzähler 34 mit dem im Phasenwinkelregister 44 gespeicherten und erhöht oder vermindert je nach den Ergebnissen dieses Vergleichs den Schrittzähler 38 pro jeden halben Zyklus, wodurch die Verzögerung beim Zünden des Triac 20 entweder vergrößert oder verkleinert wird.

Der Fachmann erkennt nun, daß die dargestellte Ausführungsform der Fig. 1 durchgeführt bzw. vollendet werden kann unter Benutzung diskreter Bestandteile und/oder integrierter Schaltungschips. Ebenso kann man die dargestellte Ausführungsform der Fig. 1 unter Verwendung von verdrahteten Schaltungen realisieren oder mit Hilfe programmierter Digitalcomputer. Auch zahlreiche andere Systeme können aufgebaut werden, die sich in der Form von der dargestellten Ausführungsform der Fig. 1 unterscheiden, die aber nichtsdestoweniger die Prinzipien der Erfindung realisieren. Wenn beispielsweise ein programmierter Digitalcomputer verwendet wird, um die vorliegende Erfindung durchzuführen, dann können die Funktionen, die von den Zählern 34, 36 und 38, vom Register 44, von der Vergleichsschaltung 40, vom Gatter 42, vom Teiler 48 und den Schaltern 46 a, 46 b und 46 c vorgenommen werden, alle von diesem Computer durchgeführt werden. In jedem Falle könnte der Vergleich des Ausgangssignals aus dem Zähler 38 oder dem Register 44 mit dem des Zählers 34 mittels einer Subtraktion in der arithmetischen logischen Einheit im Computer erfolgen. Falls auf der anderen Seite die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform unter Verwendung festverdrahteter Schaltungen in die Tat umgesetzt würde, dann könnten die Zähler 34, 36 und 38 und das Register 44 integrierte Schaltungschips aufweisen, und die Schalter 46 a, 46 b und 46 c könnten Reedrelais oder Festkörperschalter aufweisen. Die Vergleichsschaltung 40 kann zwei Analog-/Digitalwandler und zwei entgegengesetzt vorgespannte Betriebsverstärker aufweisen, das Gatter 42 und die Teilerschaltung 48 könnte entweder diskrete Bestandteile und/oder integrierte Schaltungschips aufweisen.

Ein bevorzugtes Gesamtgerät zur Realisierung der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 1 ist in Fig. 2 gezeigt. In Fig. 2 weist das Gleichstromnetzteil 22 eine Vollwellenbrückengleichrichterschaltung und einen Texas Instrument ("TI") 7805 Regler als integriertes Schaltungschip auf. Die Verstärker 24 und 26 weisen Betriebsverstärker RCA CA 339 auf. Der monostabile Multivibrator 28 ist ein TI 74121 integrierter Schaltungschip. Der Zeitgeber 32 ist ein TI 74LS193-Zähler, der verwendet wird, um das "ALE"-(adress latch enable)-Signal von 400 KHz auf 28,5 KHz herunterzuteilen. Der Trigger 30 enthält einen TI 7406 Pufferverstärker mit integrierter Schaltung und ein Monsanto 6200 Chip mit zwei optisch gezündeten Thyristoren, die als Triac verbunden sind.

In Fig. 2 werden die Funktionen, welche durch den Phasenwinkelzähler 34, Verzögerungszähler 36, Schrittzähler 38, Phasenwinkelregister 44, Vergleichsschaltung 40, Gatter 42, Teiler 48 und Schalter 46 a, 46 b und 46 c durchgeführt werden, von einem programmierbaren digitalen Microcomputer Intel 8748 bearbeitet. Ein geeignetes Programm für den Computer ist am Ende der Beschreibung angeschlossen. Im Computer werden Zähler verwendet, um die Funktionen des Phasenwinkelzählers 34 und Verzögerungszählers 36 durchzuführen, und Register werden verwendet, um die Funktionen des Phasenwinkelregisters 44 und des Schrittzählers 38 durchzuführen. Die Funktion der Vergleichsschaltung 40 erfolgt einer Subtraktion in der arithmetischen logischen Einheit. Die Funktion des Gatters 42, der Teilerschaltung 48 und der Schalter 46 a, 46 b und 46 c erfolgt durch logische Elemente unter Software-Steuerung.

Wenn ein Computer verwendet wird, um das Blockschaltbild der Fig. 1 zu realisieren, kann die Betriebsart etwas unterschiedlich bearbeitet werden. Statt der Vermehrung oder Verminderung des Verzögerungszählers um einen Zählschritt pro jeden halben Zyklus, kann der Verzögerungszähler um die Differenz zwischen dem Zahlenwert im Phasenwinkelzähler und dem Zahlenwert im Phasenwinkelregister geändert werden. Auf diese Weise ist weniger Zeit erforderlich, um den Phasenwinkelzähler in Übereinstimmung mit dem Phasenwinkelregister zu bringen. Der Verzögerungszähler kann auch um die Hälfte der Differenz zwischen dem Zahlenwert im Phasenwinkelzähler und dem Zahlenwert im Phasenwinkelregister geändert werden.

Wenn der Leistungsfaktor in der oben beschriebenen Weise im Leerlauf kalibriert wird, dann kann im Leerlauf eine Energieeinsparung in der Größenordnung von 50% erhalten werden. Wenn jedoch der Leistungsfaktor unter Last kalibriert wird, dann können im Leerlauf Energieeinsparungen in der Größenordnung von 65% erhalten werden. Um die Energieeinsparung unabhängig davon maximal zu machen, ob der Leistungsfaktor bei Leerlauf oder unter Last kalibriert wird, kann eine weitere Verfeinerung des Kalibrierens verwendet werden, welche nun erläutert wird.

Der anfänglich gemessene Phasenwinkel, wenn der Motor zunächst eingeschaltet worden ist und Drehzahl aufgenommen hat, wird als R₁ definiert. Da R₁ von Zyklus etwas variieren kann, wird vorzugsweise ein Mittelwert für R₁ bestimmt. Der Phasenwinkel, der vorhanden ist, wenn die Zählung im Phasenwinkelzähler gleich der Zählung im Verzögerungszähler ist, wird als R₂ definiert. Das folgende Verhältnis kann dann berechnet werden.

Basierend auf einer Anzahl von Versuchen ist beobachtet worden, daß N₁ etwa 0,38 ist, wenn R₂ mit dem unbelasteten Motor bestimmt wird. Man hat auch beobachtet, daß N₁ etwa 0,46 ist, wenn R₂ bei belastetem Motor bestimmt wird. Wenn R₂ bei unbelastetem Motor bestimmt wird, erhält man bei unbelastetem Motor eine Energieersparnis von etwa 50%. Wenn R₂ bei belastetem Motor bestimmt wird, erhält man im Leerlauf Energieeinsparungen von etwa 65%. Die folgenden Berechnungen können nun durchgeführt werden, um R₂ so einzustellen, daß die Leistungseinsparung maximal gemacht wird, unabhängig davon, ob die Kalibrierung bei belastetem Motor, bei unbelastetem oder teilweise belastetem Motor erfolgt. N₁ wird zunächst durch 0,46 dividiert, um N₂ zu bilden, und R₂ wird mit N₂ multipliziert, um R₃ zu bilden. Dies ist der kalibrierte Phasenwinkel, der die Energieeinsparung unabhängig davon, ob die Kalibrierung unter Last oder im Leergut erfolgte, maximal zu machen. Entsprechend wird R₃ vorzugsweise in dem Phasenwinkelregister gespeichert. Wenn es aus irgendeinem Grunde nicht erwünscht ist, die Energieeinsparung maximal zu machen, wird selbstverständlich die Verwendung von R₂ als kalibriertem Phasenwinkel noch zu sehr erheblichen Einsparungen führen. Bei belastetem Motor können Energieeinsparungen von bis zu 25% erhalten werden.

Bei unterschiedlichen Arten von Wechselstrominduktionsmotoren kann es erforderlich sein, eine Konstante zu verwenden, die eine etwas andere Größe als 0,46 hat, um Leistungseinsparungen maximal zu machen. Die dem Istphasenwinkel entsprechende Zahl wird vorzugsweise durch Starten und Anhalten eines Zählers nach den Spannungs- und Stromnulldurchgängen erzeugt. Ein freilaufender Zähler könnte ebenso verwendet werden. Im letzteren Falle ist die dem Istphasenwinkel entsprechende Zahl der Unterschied zwischen der Zahl im Zähler zu den Zeiten, wenn Spannung und Strom Nulldurchgänge haben. In beiden Fällen werden jedoch Zeitgeberimpulse gezählt, um eine dem Istphasenwinkel entsprechende Zahl zu erzeugen. Zwar ist der Verzögerungszähler dargestellt, wie er auf Null herunterzählt, er könnte aber ebenso auch hochzählen oder von einer Zahl zu einer anderen herunterzählen, wobei der Unterschied zwischen den Zahlen entscheidend ist. Dieses sind nur einige Beispiele, wie die Form gemäß der Erfindung geändert werden könnte, ohne daß man ihre Prinzipien verläßt.

Obwohl in der Darstellung die Erfindung auf einen einphasigen Asynchronmotor angewendet beschrieben ist, kann sie auch ebensogut auf mehrphasige Asynchronmotoren angewendet werden. Tatsächlich erfordert das Steuern des Leistungsfaktors eines dreiphasigen Asynchronmotors wenig zusätzlichen Schaltungsaufwand: weitere zwei Triacs (oder Thyristoren) sowie eine zugeordnete Triggerschaltung für die zwei zusätzlichen Phasen und z. B. einen Zähler und ein Schieberegister zur Erzeugung fester Verzögerungen für die Erregung bzw. Einschaltung der anderen zwei Phasen. Weil die Verhältnisse in den Phasen gleich sind, genügt für die Steuerung des Leistungsfaktors eines dreiphasigen Asynchronmotors das Bestimmen des kalibrierten Phasenwinkels für eine Phase und das Verwenden jenes selben Phasenwinkels für die anderen zwei Phasen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung eines im Phasenanschnitt betriebenen Stellers, der einen Asynchronmotor speist mit folgenden Schritten:

• 1. Messen der dem Phasenwinkel-Istwert entsprechenden Istzeit, die zwischen dem Spannungsnulldurchgang und dem Ende der Stromflußdauer vergeht,
• 2. Vergleichen der Istzeit mit einer einem Soll-Phasenwinkel entsprechenden Sollzeit,
• 3. Verändern des Zündzeitpunkts der Steller-Schaltelemente im Sinne einer Phasenwinkelregelung,

gekennzeichnet durch folgende Schritte während einer Kalibrierungsphase:

• a) Setzen einer Verzögerungszeit, die mit dem Ende der Stromflußdauer beginnt und mit ihrem Ende den Zündzeitpunkt der Steller-Schaltelemente bestimmt,
• b) Vergleichen der Istzeit mit der Verzögerungszeit,
• c) Vergrößern der Verzögerungszeit, wenn die Istzeit größer als die Verzögerungszeit ist,
  • d1) Festlegen der Sollzeit auf die aktuelle Istzeit und Beendigung der Kalibrierungsphase, wenn die Verzögerungszeit gleich der Istzeit ist, oder
  • d2) Festlegen der Sollzeit auf die mit einem Faktor N₂ bewertete aktuelle Istzeit, weiteres Ändern der Verzögerungszeit und Beendigung der Kalibrierungsphase, wenn die Istzeit gleich der Sollzeit ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faktor N₂ folgendermaßen bestimmt wird:
Messung der anfänglichen Istzeit, wobei die Verzögerungszeit auf den Wert Null gesetzt ist, und Speichern der anfänglichen Istzeit z. B. als R₁,
Vergrößern der Verzögerungszeit, bis die Verzögerungszeit nahezu gleich der Istzeit ist und Speichern einer dieser nahezu gleichen Zeiten als z. B. R₂,
Bestimmen von N₁ = ( R₁ - R₂)/R₁,
Bestimmen von N₂ = KN₁, wobei K eine Konstante ist,
Bestimmen von R₃ = N₂R₂,
Speichern von R₃ als Sollzeit,
Vergleich der Istzeit mit der Sollzeit und
Ändern der Verzögerungszeit, bis die Istzeit gleich der Sollzeit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß K näherungsweise 1/0,46 ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesetzte Verzögerungszeit mindestens zweimal pro Zyklus geändert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesetzte Verzögerungszeit um einen Betrag geändert wird, der proportional der Differenz zwischen der Istzeit und der Sollzeit ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vergleich subtrahiert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Istzeit und die Verzögerungszeit durch Abzählen von Zeitgeberimpulsen in Zahlenwerte umgewandelt und ebenso wie die Sollzeit als einer Anzahl von Zeitgeberimpulsen entsprechende Zahlenwerte gespeichert werden.

8. Vorrichtung zur Steuerung des Leistungsfaktors eines Asynchronmotors,

• 1. mit einem im Phasenanschnitt betriebenen Steller, der einen Asynchronmotor speist,
• 2. mit einem Phasenwinkelmesser für die Istzeit,
• 3. mit einem Geber für die Sollzeit,
• 4. mit einem dem Phasenwinkelmesser und dem Sollzeitgeber nachgeschalteten Vergleicher,
• 5. mit einem Verzögerungsglied, das die Zündung der Schaltelemente im Steller auslöst und dessen Verzögerungszeit durch den Vergleicherausgang im Sinne einer Phasenwinkelregelung verändert wird.

gekennzeichnet durch,

• a) einen Stromfühler, der mit dem Ende der Stromflußdauer das Verzögerungsglied startet,
• b) einen Speicher (38) für die Verzögerungszeit,
• c) einen ersten Schalter, der während einer Kalibrierungsphase dem Vergleicher statt der Sollzeit die Verzögerungszeit zuführt,
• d) einen zweiten Schalter, der während der Kalibrierungsphase die Sollzeit auf die aktuelle Istzeit setzt, wenn die Istzeit gleich der Verzögerungszeit ist,
• e) eine Einrichtung, die den ersten und zweiten Schalter von der Stellung für die Kalibrierungsphase auf die Stellung für die Betriebsphase umschaltet, wenn die Istzeit gleich der Verzögerungszeit ist,
• f) eine Schaltung (42), die während der Kalibrierungsphase die Verzögerungszeit vergrößert, wenn die Istzeit größer als die Verzögerungszeit ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung für den Phasenwinkel ein Register (44) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (40) eine arithmetische logische Einheit aufweist.