DE3202906A1

DE3202906A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung von wechselstrommotoren

Info

Publication number: DE3202906A1
Application number: DE3202906A
Authority: DE
Inventors: Motonobu Hattori; Akira Ishibashi; Kenji Funabashi Nandoh; Yasuharu Narashino Tamuro
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-01-30
Filing date: 1982-01-29
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE3202906C2; JPH0121715B2; JPS57129198A; GB2093288B; US4451112A; GB2093288A

Description

'•öl '■-.

auf einen niedrigen Wert abgefallen ist und die Betriebsspannung plötzlich wieder mit gleicher Frequenz und gleicher Spannung wie vor dem Ausfall angelegt wird, da dann ein großer Unterschied zwischen der Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers und der Motorumdrehungszahl entsteht. Diese Erscheinung tritt auch bei einer mit dem Betriebsspannungsausfall erfolgten Desaktivierung des Motors auf, der sich dann im Freilauf dreht, wenn dann die Betriebsspannung wieder an den Motor mit gleicher Frequenz und gleichem Betrag wie vor dem Ausfall angelegt wird.

Um einen solchen hohen Motoranlaßstrom zu vermeiden, läßt man herkömmlicherweise den Wechselstrommotor, nachdem er unabhängig von der Dauer des Stromausfalls angehalten wurde, wieder neu starten. Das Wiederanlassen des Wechselstrommotors wird durch allmähliche Erhöhung der Frequenz der an den Motor angelegten Betriebsspannung bewirkt, weshalb das Wiederanlassen und die überführung des Motors in den Dauerbetrieb längere Zeit benötigt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurde bereits ein Verfahren angegeben, bei dem der Wechselrichter während

eines Betriebsspannungsausfalls und dem Freilaufen des Motors mit der Motordrehzahl synchronisiert wird und beim Wiedereinschalten der Betriebsspannung der Frequenzwandler wieder gestartet wird, wobei seine Ausgangsfrequenz beim Wiederanlassen mit der Motordrehzahl synchronisiert ist. Auf diese Weise wird die kleinerwerdende Drehzahl des Motors wieder bis auf den Wert bei Dauerbetrieb beschleunigt. Dieses Verfahren

ist beispielsweise in der DE-OS 25 20 164 beschrieben. Da jedoch bei diesem Verfahren Drehzahl und Phasenwinkel des Wechselstrommotors während des Stromausfalls, dh während der Desaktivierung des Motors,erfaßt werden müssen, kann es zwar bei Synchronmotoren, nicht aber bei Induktionsmotoren angewandt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Induktionsmotoren mit einem Frequenzwandler anzugeben, mit denen ein unter der Wirkung seines Trägheitsmoments weiterlaufender Motor in einer kurzen Zeit und mit einem kleinen Anlaßstrom wieder angelassen werden kann.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß beim Wiederanlassen des freilaufenden Induktionsmotors eine Anfangsspannung angelegt wird, deren Frequenz voraussichtlich zu einem Minimalwert des durch den Motor fließenden Stroms führt. Danach werden Frequenz und Spannung allmählich erhöht, damit der Induktionsmotor in einer normalen Weise erregt wird.

Die folgenden Zeichnungen erläutern die Erfindung; es zeigen:

Fig. 1: ein Blockschaltbild einer Ausführung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;

Fig. 2: eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und der Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers beim Anlassen des Induktionsmotors;

Fig. 3: ein Ablaufdiagramm, das die normale Betriebsweise der Steuervorrichtung von Fig. 1 darstellt;

Fig. 4: ein Ablaufdiagramm, das das Wiederanlassen des Motors darstellt;

Fig. 5: ein Steuerungsdiagraitim,das die Arbeitsweise des Ablaufdiagramms von Fig. 4 erläutert;

Fig. 6: eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und der Frequenz des Wechselrichters;

Fig. 7: ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsweise einer zweiten Ausführung der Erfindung darstellt;

Fig. 8: ein Steuerungsdiagramm, das die Arbeitsweise des Ablaufdiagramms von Fig. 7 erläutert;

Fig. 9: eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters und dem Motorstrom bei der zweiten Ausführung;

Fig. 10: ein Blockschaltbild, das die Funktionsweise der Zentraleinheit verdeutlicht,

und

Fig. 11: ein Blockschaltbild einer dritten Ausführung der Erfindung.

Im folgenden wird die Steuervorrichtung des Induktionsmotors gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Das Blockschaltbild in Fig. 1 zeigt die Steuervorrichtung für den Induktionsmotor einer ersten Ausführung der Erfindung, bei der für die Speisung eines Induktionsmotors ein durch Pulsamplitudenmodulation (PAM) arbeitender Frequenzwandler verwendet wird. Wie die Zeichnung zeigt, ist eine Wechselspannungsquelle über einen Schalter 3 mit einem Leistungsgleichrichter verbunden, der den angelegten Wechselstrom der Wechselspannungsquelle 2 in einen Gleichstrom umwandelt. Die am Ausgang des Leistungsgleichrichters 4 liegende Gleichspannung wird mit dem Glättungskondensator 6 geglättet und an einen Leistungswechselrichter 8 angelegt, der den Gleichstrom in einen Wechselstrom umwandelt. Daraufhin wird die am Ausgang des Leistungswechselrichters 8 anliegende Wechselspannung an den Induktionsmotor 10 angelegt.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur

hier

Steuerung des Frequenzwandlers, der/aus dem Gleichrichter und dem Wechselrichter besteht, findet ein Mikrocomputer 20 Verwendung. Der Mikrocomputer 20 besteht aus einer Zentraleinheit (HCPU) 22, einem Speicher

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mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 24, einem Festwertspeicher (ROM) 26, eine Eingangsschaltung 28 und eine Ausgangsschaltung 30. CPU, RAM, ROM und Eingangsschaltung
sind untereinander mit einem Daten-, Adreß- und
Steuerbus 23 verbunden.

Der Induktionsmotor 10 ist mit einem Drehzahlgeber 12 versehen, der eine der Motordrehzahl proportionale Analogspannung erzeugt, die einer Meßschaltung 14 zugeführt wird. In der Meßschaltung 14 findet eine
Pegelumsetzung und Filterung der Analogspannung des
Drehzahlgebers 12 statt, die dann der Eingangsschaltung 28 zugeführt wird. Der Drehzahlgeber 12 kann auch durch einen Impulsgenerator ersetzt werden, der synchron mit der Drehzahl des Motors 10 Impulse erzeugt. Das
von der Meßschaltung 14 gelieferte Ausgangssignal wird in der Eingangsschaltung 28 in ein paralleles Digitalsignal umgewandelt.

Ein Oszillator 16 erzeugt Taktimpulse von konstanter Frequenz, die an die Eingangsschaltung 28 angelegt werden. Eine von einem Drehzahlsteller 18 erzeugte
Analogspannung ist einer manuell eingestellten Drehzahl zugeordnet und liegt an der Eingangsschaltung 28
an, in der sie in ein Digitalsignal umgewandelt wird.

Entsprechend den von der Eingangsschaltung 28 gelieferten Eingabedaten, den im RAM gespeicherten Daten und dem im ROM gespeicherten Programm führt die Zentraleinheit die vorbestimmten Berechnungen aus. Das Ergebnis der Berechnungen wird über die Ausgangsschaltung einer Phasensteuerung 36 und einem Phasenteiler 32 zugeführt.

O Δ.

Der Gleichrichter 4 wird von der Phasensteuerung und einem Torimpulsverstärker 38 so gesteuert, daß am Ausgang des Gleichrichters die erforderliche Gleichspannung anliegt. Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 8 wird vom Phasenteiler 32 und einem Torimpulsverstärker 34 gesteuert, so daß der Motor 10 mit einer durch den Drehzahlsteller 18 bestimmten, gezielten Drehzahl betrieben wird.

Damit ein Stromausfall der Wechselspannungsquelle 2 sowie das Wiederanwachsen der Wechselspannung erkannt werden, wird die Wechselspannung über einen Transformator 15 an die Eingangsschaltung 28 angelegt.

Anhand des Ablaufdiagramms von Fig. 3 wird im folgenden der Betrieb der oben beschriebenen Steuervorrichtung bei normalen Betriebsbedingungen erläutert. Ein übliches Verfahren zum Anlassen von Induktionsmotoren besteht darin, daß man das Verhältnis der am Motor anliegenden Spannung V zu ihrer Frequenz f konstanthält, wobei,wie Fig. 2 zeigt, Motorspannung V und Frequenz f längs einer Geraden 40 gesteigert werden. Dieses Anlaßverfahren wird bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung ebenfalls benutzt.

Die im Ablaufdiagramm in der Fig. 3 beschriebene Arbeitsweise läuft entsprechend dem im ROM 26 gespeicherten Programm ab. Zuerst liest im Schritt 50 die Zentraleinheit CPU über die Eingangsschaltung 28 die Stellspannung ν_ des Drehzahlstellers 18. Falls die Stellspannung V Null ist, bedeutet dies, daß der Motor

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3 2CL

nicht angetrieben werden soll, wodurch die Steuerung zu Schritt 50 zurückkehrt. Wenn die Stellspannung V des Drehzahlstellers nicht gleich Null ist, bedeutet dies, daß der Motor angetrieben werden soll, und die Zentraleinheit berechnet die Ausgangsspannung (Pührungsspannung) ^v und die zur Erzielung der eingestellten Solldrehzahl zugeordnete Frequenz (Führungsfrequenz) f des Wec]
speichert beide im RAM 24 ab.

(Führungsfrequenz) f des Wechselrichters 8 und

Die Zentraleinheit liest als nächstes im Programmschritt 51 das Ausgangssignal des Drehzahlgebers 12 über die Eingangsschaltung und entscheidet dann im Programmschritt 52, ob die Motordrehzahl Null ist oder nicht. Falls die Motordrehzahl Null ist, wird im Schritt 53 so fortgefahren, als ob das gewöhnliche Anlaßverfahren stattfinden würde. Falls die Motordrehzahl nicht Null ist, wird in der Zentraleinheit entschieden, daß sich der Motor aufgrund seiner Trägheit dreht, worauf mit Schritt 74 in Fig. 4 fortgefahren wird.

Im Programmschritt 53 werden als nächstes von der Zentraleinheit die digitalen Werte der Führungsspannung und der Führungsfrequenζ, die der Phasensteuerung 36 und dem Phasenteiler 32 zuzuführen sind, entsprechend der Anfangs führungs spannung V. /·_.ιι und der Anfangsführungsfrequenz f. ,. _... , mit denen der Motor 10 gespeist wird, berechnet. Die Führungsspannung und die Führungsfrequenζ werden über die Ausgangsschaltung an die Phasensteuerung 36 und den Phasenteiler 32 gelegt.

3?f

Dabei besteht die Führungsfrequenz aus einem impulsförmigen Signal, das eine der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters entsprechende Frequenz aufweist, während die Führungsspannung aus einem Analogsignal besteht, das einen der Ausgangsspannung des Gleichrichters entsprechenden Pegel aufweist. Die Führungsspannung wird von einem Torimpulsverstärker 38 verstärkt und an den Gleichrichter 4 angelegt. Der Phasenwinkel des leitenden Zustande der Thyristoren im Gleichrichter 4 wird so gesteuert, daß die Gleichrichterausgangsspannung gleich der anfänglichen Führungsspannung V₁ ist. Die Führungsfrequenz wird vom Torimpulsverstärker 34 verstärkt und an den Wechselrichter 8 angelegt, bei dem der Phasenwinkel des leitenden Zustands der Thyristoren so gesteuert wird, daß seine Ausgangsfrequenz gleich der Anfangsführungsfrequenz f.. ist.

Im folgenden wird nun in der Zentraleinheit in Schritt 54 geprüft, ob die Führungsfrequenz f. gleich oder größer als die Stellfrequenz f ist, die im RAM gespeichert wurde; falls sich f. als größer oder gleich f erweist, fährt die Steuerung mit dem Schritt 60 fort. Falls die Führungsfrequenz f. kleiner als f ist, fährt die Steuerung mit dem Schritt 56 fort. Zu Beginn ist die Führungsfrequenz f. kleiner als die Stellfrequenz f , weshalb die Steuerung mit Schritt 56 weitergeht. Dieser Vergleich kann in einer alternativen Ausführungsform auf der Basis des Vergleichs der Führungsspannung V. mit der Stellspannung V dahingehend erfolgen, ob V. größer ist als V . Die

O Z_ J

Verzögerung um At im Schritt 56 wird, durch das Zählen der Taktimpulse des Oszillators 16 mit einem im RAM befindlichen programmierten Zähler bewirkt. Sobald der Zählerstand einen bestimmten Wert erreicht hat, dh nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer At, wird mit Schritt 58 weitergefahren- In Schritt 58 erhält die momentane Führungs spannung V. /· _{= 1}\ einen neuen. Wert V. ,._*<., indem ein vorgegebener Spannungswert Ay, der im RAM gespeichert ist, hinzuaddiert wird. Außerdem erhält die momentane Führungsfrequenz f. durch Addition eines vorgegebenen Frequenzinkrements Af, das im RAM gespeichert ist, einen, neuen Wert f. /·_=:?χ · Sodann werden das der Führungs spannung V₂ entsprechende Führungssignal und das der Führungsfrequenz f„ entsprechende Führungssignal aus dem RAM ausgelesen und der Phasensteuerung 36 bzw dem Phasenteiler 32 anstelle der vorhergegangenen Werte der der Führungsspannung und der Führungsfrequenz entsprechenden Signale zugeleitet, so daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters gleich der Spannung V- und die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters gleich der Frequenz f- werden.

Nun prüft die Zentraleinheit in Schritt 54, ob die Führungsfrequenz f. gleich oder größer als die Stellfrequenz f ist, wie sie im Schritt 50 berechnet wurde, und führt dann die Schritte 54 bis so lange wiederholt aus, bis die Führungsfrequenz f. größer oder gleich der Stellfrequenz f wird. Dabei

wachsen sowohl die Führungsspannung V. als auch die Führungsfrequenz f. linear an, wie die Gerade 40 in Fig. zeigt. Sobald die Zentraleinheit in Schritt 54 feststellt, daß die Führungsfrequenz f. größer oder gleich der Stell-

Zi

frequenz f ist, fährt die Steuerung mit dem Schritt 60 fort, so daß Dauerbetrieb mit der Führungsspannung V und der Führungsfrequenz f vorliegt. Alter-

5 S

nativ kann in Schritt 54 auch der Vergleich angestellt werden, ob die Führungsspannung V. größer oder gleich der Stellspannung V ist.

Im folgenden wird die Betriebsweise beim Wiederanlassen des Motors beschrieben, wenn die Wechselspannungsquelle 2 ausgefallen ist und sich der Motor unter der Wirkung seiner Trägheit dreht und während Freilaufs des Motors die Wechselspannung wieder anliegt. Dieser Betrieb wird anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 4 und des Steuerdiagramms in Fig. 5 erläutert. Falls während des Dauerbetriebs des Motors 10 ein Stromausfall zur Zeit t₁ eintritt, wie in Fig. 5 gezeigt, gehen die Ausgangsspannung des Wechselrichters 8 und der Motorstrom auf Null zurück, und der Motor läuft aufgrund seiner Trägheit im Freilauf weiter. Wenn zur Zeit t₂ während des Freilaufs des Motors der Stromausfall beendet ist und die Anweisung für das Wiederanlassen des Motors erfolgt, wird bestimmt, daß der Motor im Freilauf wieder angelassen werden soll, und der Schritt 70 in Fig. 4 wird entsprechend dem im ROM gespeicherten Programm ausgeführt. Die Anweisung für das Wiederanlassen des Motors erfolgt unter der Bedingung, daß der Schalter 3 geschlossen und am Drehzahlsteller 18 eine von Null verschiedene Drehzahl eingestellt ist. Die Zentraleinheit bestimmt also aufgrund eines über die Eingangsschaltung erhaltenen, vom Transformator 15 gelieferten Spannungsregeneratxons-

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signals, aufgrund eines vom Drehzahlgeber 12 über die Meßschaltung 14 an die Eingangsschaltung 28 angelegten Signals, das die Drehung des Motors 10 anzeigt, und ferner aufgrund eines vom Drehzahlsteller 18 kommenden Wiederanlaß-Steuersignals das Wiederanlassen des freilaufenden Motors.

Zunächst liest in Schritt 70 die Zentraleinheit den Ausgang des Transformators 15 und des Drehzahlstellers 18 über die Eingangsschaltung 28 ein. Falls die Ausgangsspannung des Transformators 15 Null ist oder der Drehzahlsteller die Drehzahl Null anzeigt, wird entschieden, daß der Motor nicht angetrieben werden soll, worauf die Steuerung zu Schritt 70 zurückkehrt. Falls die Ausgangsspannung des Transformators höher als ein vorgegebener Wert und die Stelldrehzahl nicht gleich Null ist, wird entschieden, daß der Motor betrieben werden soll, und die Führungsspannung V und die Führungsfrequenz f , die der Stellspannung ν des Drehzahlstellers 18 entsprechen, werden in der Zentraleinheit berechnet und im RAM 24 abgespeichert.

Um die Drehzahl N des Induktionsmotors 10 abzuschätzen, liest als nächstes im Schritt 72 die Zentraleinheit das Ausgangssignal des Drehzahlgebers 12 über die Prüfschaltung 14 und die Eingangsschaltung 28 ein. Falls in Schritt 73 die Motordrehzahl als Null erkannt wird, wird entschieden, daß der Motor von der Drehzahl Null aus wieder angelassen wird; die Steuerung fährt dann mit dem Schritt 53 fort. Falls die Motordrehzahl nicht gleich Null ist, wird bestimmt, daß der Motor aus dem Freilauf heraus wieder angelassen werden muß, wobei die Steuerung dann mit dem

J 2 L , Ό

Schritt 74 fortfährt. Die Schritte 70, 72 und 73 können mit den Schritten 50, 51 bzw 52 der Fig. 3 jeweils identisch sein.

In Schritt 74 berechnet die Zentraleinheit die Ausgangsführungsfrequenz f des Wechselrichters 8, die die Drehzahl N des Motors, wie sie in Schritt 72 eingelesen wurde, unter Berücksichtigung des Schlupfs des Induktionsmotors erreichen würde. In Schritt 74 berechnet die Zentraleinheit auch noch die Ausgangsführungsspannung V_ für die Ausgangsspannung des Gleichrichters 4 entsprechend der Führungsfrequenz f und dem in der Fig. 2 wiedergegebenen linearen Zusammenhang, und speichert sie im RAM ab.

In Schritt 76 liest die Zentraleinheit zunächst das Steuersignal der Führungsspannung aus dem RAM aus, das der Anfangsführungsspannung V. /·₌₁\ (V. ^CV ) entspricht, mit der der Motor gespeist wird. Darauf wird dieses Signal über die Ausgangsschaltung 30 zur Phasensteuerung 36 geleitet. Gleichzeitig liest die Zentraleinheit aus dem RAM das Steuersignal der Führungsfrequenz, das der Führungsfrequenz f entspricht, und

liefert dieses Signal an den Phasenteiler 32. Auf diese Weise wird der Motor mit einer Führungsspannung V₁

mit der Führungsfrequenz f aus dem Wechselrichter 8

gespeist.

In Schritt 78 wird von der Zentraleinheit festgestellt, ob die momentane Führungsspannung V. gleich oder größer als die Führungsspannung V ist; falls dies

zutrifft, wird die Steuerung mit dem Schritt 84 fortge-

320:

setzt. Falls V. kleiner als V ist, wird mit Schritt weitergefahren. Dabei ist die Führungsspannung V. (i=1)

kleiner als V , und die Steuerung fährt mit dem a

Schritt 80 fort.

in Schritt 80 werden im RAM Taktimpulse des Oszillators gezählt; wenn der Zählerstand einen vorgegebenen Wert erreicht hat, dh nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer ^t¹, wird die Steuerung mit dem Schritt fortgesetzt. In dieser Weise wird in Schritt 80 eine Zeitverzögerung um At¹ erzielt.

In Schritt 82 erhält die momentane Führungsspannung V. ι·--]) durch Addition eines vorgegebenen Spannungswerts AV, der im RAM gespeichert war, einen

neuen Wert V. ,. ~*. Die Zentraleinheit liest aus ι (i=2)

dem RAM das der Führungsspannung V„ entsprechende Signal der Führungsspannung und speist damit die Phasensteuerung 36 anstelle der vorher gültigen Führungsspannung, so daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters gleich V„ wird. Dabei behält die Führungsfrequenz ihren Wert, weshalb auch die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 8 gleich f bleibt.

Nun wird von der Zentraleinheit in Schritt 78 geprüft, ob die Führungsspannung V. größer als V ist,

χ a

wobei die Schritte 78 bis 82 so lange durchlaufen

werden, bis V. größer oder gleich V wird, wobei die χ a

Führungsspannung V. längs der in Fig. 6 gezeigten Geraden 94 linear erhöht wird. Dieser Vorgang geschieht während der zwischen den Zeiten t_? und t, in Fig. 5 liegenden Zeitdauer, während der die Aus-

gangsspannung des Wechselrichters und der Motorstrom allmählich anwachsen, die Motordrehzahl jedoch annähernd konstant bleibt. Dies bedeutet, daß die Ausgangsfrequenz f des Wechselrichters der Drehzahl des Motors entspricht und kein Unterschied zwischen den Frequenzen des Wechselrichter-Ausgangssignals und der im Induktionsmotor induzierten Spannung besteht, wenn man den Schlupf berücksichtigt. Des weiteren entsteht auch bei einer großen Phasendifferenz zwischen dem Ausgangssignal des Wechselrichters und der im Induktionsmotor induzierten Spannung zum Zeitpunkt der Aktivierung des Wechselrichters (Zeit t₂) nur eine kleine Ausgangsspannung zur Zeit t₂ am Ausgang des Wechselrichters, die danach allmählich anwächst. Aus diesem Grunde ändert sich zur Zeit t„ der Motorstrom nur wenig, und die Restspannung des Motors wird mit dem allmählichen Anwachsen der Ausgangsspannung des Wechselrichters kleiner. Demgemäß wird auch der Motorstrom auch dann, wenn die Ausgangsspannung des Wechselrichters zunimmt, nicht zu hoch, sondern nimmt allmählich zu, wie Kurve D von Fig. 5 zeigt.

Sobald die Zentraleinheit in Schritt 78 das Anwachsen der Führungsspannung V. auf den Wert V ermittelt hat, fährt die Steuerung mit dem Schritt 84 fort, und die durch die Gerade 94 in Fig. 6 veranschaulichte Betriebsweise des Motors 10 ist vervollständigt. Dies ist bei t-, in Fig. 5 der Fall. Im Schritt 84 wird ebenfalls wie bei Schritt 80 um die vorbestimmte Zeitspanne ^t verzögert.

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Als nächstes wird in Schritt 86 zur momentanen

Führungsspannung V. ,._ . der vorgegebene Betrag AV,

χ\ι—aj

der im RAM abgespeichert ist, hinzuaddiert und die neue Führungs spannung V. ,._ ... erhalten. Außerdem wird zur momentanen Führungsfrequenz f . -. _ . der vorbestimmte Betrag Af, der im RAM abgespeichert ist, hinzuaddiert und die neue Führungsfrequenz f. ,._ ... erhalten Dazu liest die Zentraleinheit aus dem RAM das Signal der Führungsspannung, das der Führungsspannung V₊₁ entspricht, und das Signal der Führungsfrequenζ, das der Führungsfrequenz f _Λ entspricht, aus und speist

a+ ι

mit diesen Signalen die Phasensteuerung 36 bzw den Phasenteiler 32, wobei diese neuen Signale die vorher eingespeisten Signale der Führungsspannung und der Führungsfrequenz ersetzen, so daß die Ausgangsspannung des Gleichrichters 4 V .. und die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters Sf₁ werden.

Die Zentraleinheit prüft nun in Schritt 88, ob die Führungsfrequenz f. gleich oder größer als die Stellfrequenz f ist, wie sie in Schritt 70 erhalten wurde, und führt dann die Schritte 84 bis 88 wiederholt so lange aus, bis f. größer oder gleich dem Wert f wird, so daß die Führungsspannung V. und die Führungsfrequenz f. mit konstantem Verhältnis V./f· gemäß der Geraden 96 in Fig. 6 linear anwachsen. Die Steigung der Geraden 96 ist genauso groß wie die der Geraden 40 in Fig. 2. Sobald die Zentraleinheit in Schritt 88 feststellt, daß die Frequenz f. größer oder gleich f wurde, fährt die Steuerung mit dem Schritt 90 fort, wobei Dauerbetrieb vorliegt und die Führungsspannung den gleichen Wert wie die Stellspannung V und die Führungsfrequenz denselben Wert wie die Frequenz f besitzen.

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Der durch die Schritte 84 bis 88 gekennzeichnete Ablauf entspricht einem Zeitintervall von der Zeit t-, bis zur Zeit t., während dessen sich die Motordrehzahl mit dem Anwachsen der Führungsfrequenz f. erhöht, wie Kurve B in Fig. 5 zeigt. Mit dem Anwachsen der Führungsspannung V. wächst auch die Ausgangsspannung des Wechselrichters 8, wie die Kurve C in Fig. 5 zeigt. Dabei wird der Strom durch den Motor nicht zu groß, da die Frequenz des Wechselrichter-Ausgangssignals der Frequenz der im Induktionsmotor zur Zeit t_ induzierten Spannung entspricht und der Motor mit einem eine verringerten Spannung verwendenden Anlaßverfahren angelassen wird, das den Schritten 76 bis 82 entspricht. Der Motorstrom wird demnach nur allmählich mit dem Anwachsen der Führungsspannung V. größer.

Wenn die Steuerung zum Schritt 90 fortgeschritten ist, welcher den Dauerbetrieb kennzeichnet, haben die Motordrehzahl, die Ausgangsspannung des Wechselrichters und der Strom durch den Motor zur Zeit t. den Dauerzustand erreicht, wie aus Fig. 5 hervorgeht.

Beim Wiederanlassen des freilaufenden Motors wächst, wie oben beschrieben, die Ausgangsspannung des Wechselrichters allmählich mit einer der Motordrehzahl entsprechenden Frequenz an, womit ein vorübergehender erhöhter Motorstrom vermieden und ein kurzzeitiges Wiederanlassen ermöglicht wird. Dabei ist die Zeit, die vom Wiederanlassen des Motors bis zum Ende der mit verringerter Spannung betriebenen Anlaßphase entlang der Geraden 94 in Fig. 6, vergeht, vorzugsweise gleich oder größer als die zweite Zeitkonstante des Motors.

'ο

Die zweite Zeitkonstante T des Motors ist durch die Gleichung T = (LM + LZ)/R„ gegeben. Darin stellen LM die Erregungsinduktivität, LZ die Streuinduktivität und R„ den Sekundärwiderstand des Motors dar. Im allgemeinen beträgt die zweite Zeitkonstante 0,2 bis 1,0 s.

Bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird, um einen übermäßigen Strom durch den Motor während des Wiederanlassens des unter der Wirkung seines Trägheitsmoments freilaufenden Motors zu vermeiden, die Motordrehzahl von einem Drehzahlgeber erfaßt und die zugehörige Führungsfrequenz erzeugt.

Nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung

/Motordrehzahl

wird anstelle der Erfassung der mit einem Drehzahlgeber der Motorstrom durch das Abtasten der Wechselrichter-Ausgangsfrequenz f. gemessen. Dabei wird diejenige Ausgangsfrequenz f des Wechselrichters, die den Motor-

3.

strom minimiert, für das Wiederanlassen des Motors benützt. Folglich zeigt die Ausgangsfrequenz f des

an/ ^a

Wechselrichters einen Wert, der der Motordrehzahl entspricht.

Nachstehend wird die zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf das Blockschaltbild von Fig. 1, das Ablaufdiagramm von Fig. 7 und das Steuerdiagramm von Fig. 8 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird für den Betrieb des Frequenzwandlers ebenfalls ein Pulsamplitudenmodulationssystem verwendet. Dabei besteht der Unterschied der Schaltungsanordnung dieser Ausführung zur ersten Ausführung der Erfindung in dem im ROM gespeicherten Programm und den

Q 9 ^Γ

im RAM gespeicherten Daten und in der Verwendung eines Stromfühlers 13, welcher den Motorstrom am Ausgang des Wechselrichters 8 mißt und anstelle des Drehzahlgebers 12 bei der ersten Ausführung verwendet ist. Der Stromfühler 13 kann auch zwischen dem Kondensator 6 und dem Wechselrichter 8 angeordnet sein. Das vom Stromfühler 13 erzeugte Analogsignal wird zunächst an der Meßschaltung 14 einer Pegelumsetzung unterworfen und dann der Eingangsschaltung 28 zugeführt.

Die Funktionsweise der zweiten Ausführung der Erfindung wird im folgenden anhand des Ablaufplans in Fig. 7 beschrieben. Zunächst liest die Zentraleinheit im Schritt 100 die Ausgänge des Transformators 15 und des Drehzahlstellers 18. Falls der Ausgang des Drehzahlstellers gleich Null ist, ist damit angezeigt, daß der Motor nicht angetrieben werden soll, und die Steuerung kehrt zum Schritt 100 zurück. Falls der Ausgang des Transformators 15 über einem vorgegebenen Wert liegt und die Stelldrehzahl nicht gleich Null ist, wird dadurch festgelegt, daß der Motor angetrieben werden soll, worauf die Zentraleinheit die der Stelldrehzahl entsprechende Stellspannung ν vom Drehzahlsteller 18 einliest und die zugehörige Führungsspannung V und die zugehörige Führungsfrequenz f entsprechend der Stelldrehzahl berechnet und diese Werte im RAM abspeichert. Danach ermittelt die Zentraleinheit in den Schritten 102 bis 116 die zur Vermeidung eines vorübergehenden, zu hohen Stroms in dem Motor geeignetste Ausgangsfrequenz f des Wechsel-

richters 8. Diese optimale Frequenz f wird durch

el

allmähliches Erniedrigen der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters ausgehend von einer maximalen Wechselrichter-Ausgangsfrequenz f. ,. . , die der maxima-

3ζ υ..

malen Motordrehzahl entspricht, entlang der Geraden 98 in Fig. 6 ermittelt. In diesem Fall kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters 1/m (beispielsweise m =10) der bei Normalbetrieb des Motors erzeugten Ausgangsspannung betragen, wie die Gerade 96 in Fig. 6 zeigt, da der Motor hier kein Ausgangsdrehmoment erzeugen muß. Demgemäß ist die Steigung der Geraden 98 gleich 1/m der Steigung der Geraden 96. Wenn die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung des Wechselrichters längs der Geraden 98 erniedrigt werden, verändert sich der Motorstrom in Abhängigkeit der Wechselrichter-Ausgangsfrequenz, wie Kurve 142 in Fig. 9 zeigt.

Die Kurve 140 zeigt die Veränderung des Motorstroms, wenn die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung des Wechselrichters längs der Geraden 96 in Fig. 6 verändert werden. An Kurve 142 ist ersichtlich, daß der Motorstrom bei einer Änderung der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsspannung des Wechselrichters längs der Geraden 98 klein ist gegenüber dem bei einer Änderung längs der Geraden 96 fließenden Strom, so daß kein vorübergehend übermäßig hoher Strom im Motor fließen kann. Falls jedoch der Motorstrom zu klein wird, ist eine genaue Messung der

Frequenz f , mit der der Motorstrom minimiert wird, a

schwierig, weshalb der Wert von m so gewählt werden sollte, daß der Motorstrom einen angemessenen Wert erreicht. Falls die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung des Wechselrichters längs der Geraden 98 in Fig. 6 verändert werden, erreicht der Motorstrom dann ein Minimum, wenn die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters der Frequenz der im Motor induzierten

Z- ν.

Spannung entspricht, wie in Kurve 142 von Fig. 9 dargestellt ist. Demgemäß kann ein vorübergehend übermäßiger Stromfluß im Motor vermieden werden, wenn der Motor beim Wiederanlassen mit der Ausgangsfrequenz f des

Wechselrichters gespeist wird.

Die Funktionsweise der oben erwähnten Frequenzsuche wird in Einzelheiten anhand des Ablaufplans von Fig. 7 erläutert.

Zunächst wird in Schritt 102 die Ausgangsfrequenz f.,._ . des Wechselrichters, die der maximalen Motordrehzahl entspricht, als Anfangssuchfrequenz verwendet, und die Zentraleinheit liest aus dem RAM das der Anfangssuchfrequenz f-/-_ \ entsprechende Signal der Führungsfrequenz und gibt diesen Wert über die Ausgangsschaltung an den Phasenteiler 32. Die Zentraleinheit liest aus dem RAM auch die der Anfangs^suchfrequenz f..._ . entsprechende Ausgangs-

DlD —max)

spannung des Wechselrichters V . , . _ ·> entsprechend

j (j—maxι

der Geraden 40 in Fig. 2 oder der Geraden 96 in Fig. 6. Eine Spannung von 1/m der Wechselrichter-Ausgangsspannung, dh 1/m V..._ ., dient als Anfangssuch-

j[j-max)

spannung, wobei die Zentraleinheit aus dem RAM das dieser Spannung entsprechende Signal der Führungsspannung ausliest und es über die Ausgangsschaltung an die Phasensteuerung 36 anlegt. Sodann liefert der Gleichrichter an seinem Ausgang die Spannung 1/m V... ., und am Wechselrichterausgang wird die Frequenz f... » erzeugt. In diesem Stadium besitzt der Ausgang des Wechselrichters keine zum Betrieb des Motors ausreichende Leistung.

Im nächsten Schritt 104 werden die Taktimpulse des Oszillators 16 im RAM gezählt; sobald der Zählerstand einen vorbestimmten Wert erreicht hat, dh die vorgegebene Zeitdauer At verstrichen ist, wird die Steuerung mit dem Schritt 106 fortgesetzt. In Schritt 106 liest die Zentraleinheit den Ausgang des Motorstromfühlers 13 über die Meßschaltung 14 und die Eingangsschaltung 28, so daß der der Suchfrequenz f. - ._ . entsprechende Motorstrom

I„.,. , ermittelt wird.
Mj(3=max)

In Schritt 108 wird durch Subtraktion eines vorbestimmten Frequenzinkrements Af, das im RAM gespeichert ist, dh f..._₁. von der momentanen Suchfrequenz f.,. . die neue Suchfrequenz ermittelt. Die neue Suchspannung wird durch Subtraktion einer vorgegebenen Spannung 1/m«A.V, dh 1/m· (V".-AV) , von der momentanen Suchspannung erhalten. Aus dem RAM liest die Zentraleinheit das Signal der Suchführungsfequenz und das Signal der Suchführungsspannung, die der neuen Suchfrequenz f ,. _1X bzw der neuen Suchspannung 1/m · V,. ... entsprechen, und legt diese Signale über die Ausgangsschaltung an den Phasenteiler 32 bzw die Phasensteuerung 36 anstatt der vorher angelegten Suchführungsfrequenz bzw Suchführungsspannung an. Beim Schritt 110 wird wieder eine Zeitverzögerung um eine vorbestimmte Zeitspanne At wie beim Schritt 104 erzeugt.

In Schritt 112 wird dann ein der Suchfrequenz f,._₁. entsprechender Motorstrom I..,.., festgestellt.

In Schritt 114 vergleicht die Zentraleinheit den

QQi!

Wert des vorher gemessenen und im RAM abgespeicherten

Motorstroms I,.. mit dem momentanen Motorstrom I„ , . -. , M] M (J-I ι

der in Schritt 112 ermittelt wurde. Falls der Strom I . kleiner ist als der Strom I.^,.^., dh, wenn der Motorstrom entsprechend der Erniedrigung der Suchfrequenz angewachsen ist, fährt die Steuerung mit dem Schritt 116 fort. Falls der Strom I . jedoch größer als der Strom I„,. .,» ist, dh falls sich der Motorstrom infolge der Erniedrigung der Suchfrequenz verringert hat, kehrt die Steuerung zum Schritt 108 zurück. Hier verringert sich der Motorstrom mit der Erniedrigung der Suchfrequenz, weshalb die Steuerung zum Schritt 108 zurückkehrt. Die Schritte 108 bis 114 werden nun wiederholt so lange ausgeführt, bis die Suchfrequenz f. und die Suchspannung 1/m-V. längs der Geraden 98 in Fig. 6 abgenommen haben, und der Motorstrom I ., der zu jeder Zeit ermittelt wird,sich ebenfalls allmählich erniedrigt, wie die Kurve 142 in Fig. 9 zeigt. Wenn währenddessen die Suchfrequenz einen vorbestimmten Wert erreicht, beispielsweise f/.-» /·_ w steigt der Motorstrom I.,,... , ._ > im Vergleich mit dem bei der vorher gemessenen Suchfrequenz f . . . _ . , (dh f =f / i\ +Af) fließenden Strom I»,. , . _ > an. Somit wächst der Motorstrom mit der Abnahme der Suchfrequenz wieder an und der Motorstrom Ij..,._₁. erreicht seinen Minimalwert auf der Kurve 142 in Fig. 9. Demgemäß fährt die Steuerung mit dem Schritt 116 zur Beendigung der Frequenzsuche fort, sobald in Schritt 114 der Strom I . kleiner als Ι_Μ/·_<ι\ wird. Folglich entspricht dem Motorstrom

I die entsprechende Suchfrequenz f der Frequenz Ma a

der im Motor induzierten Spannung, weshalb bei Ver-

320:

. Ό

- 31 -

Wendung dieser Frequenz als Anfangsführungsfrequenz beim Wiederanlassen ein Minimum des Motorstroms erreicht wird. Die Motordrehzahl nimmt während dem Vorgang, welcher zur Zeit t» mit dem Wiedereinschalten der Spannungsversorgung beginnt und bis zum Ende der Frequenzsuche zur Zeit t., andauert, allmählich ab.

Im nächsten Schritt 116 dient dann die Suchfrequenz f als Anfangsführungsfrequenz zum Wiedera

anlassen des Motors, und die Zentraleinheit erhält die der Anfangsfuhrungsfrequenz f entsprechende Aus-

gangsspannung V des Gleichrichters 4 aus der Beziea

hung der Geraden 40 in Fig. 2, und speichert sie im RAM ab. Im Schritt 118 liest die Zentraleinheit aus dem RAM das der Anfangsführungsspannung γ. ₍·_-,\ entsprechende. Signal der Führungsspannung,mit der der Motor gespeist werden soll, und legt diese über die Ausgangsschaltung 30 an die Phasensteuerung 36 an. Gleichzeitig liest die Zentraleinheit aus dem RAM das Signal der Führungsfrequenz, die der Führungsfrequenz f entspricht, und sendet diese an den Phasenteiler 32. Der Motor wird dann mit der Führungsspannung V₁ und der Führungsfrequenz f aus dem Wech-I a

selrichter 8 gespeist.

Der folgende Vorgang ist mit dem bei der ersten Ausführungsform der Erfindung identisch, wobei die Schritte 120 bis 132 den Schritten 78 bis 90 in Fig. entsprechen, weshalb sich eine nochmalige Erläuterung erübrigt. Die Führungsspannung wird bei konstantgehaltener Frequenz f allmählich längs der Geraden 94 in Fig.

CL

erhöht, bis die Spannung den Wert V erreicht. Dieser Vorgang ist in der Fig. 8 in der Zeitspanne zwischen t_ und t, dargestellt, in der die Ausgangsspannung des Wechselrichters und damit der Motorstrom allmählich erhöht werden, während die Drehzahl des Motors annähernd konstant bleibt. Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters, dh die Führungsfrequenz f , ent-

spricht der Drehzahl des Motors, und es ergibt sich eine kleine Anfangsführungsspannung auch dann, wenn ein Phasenunterschied zwischen der anfänglichen Ausgangsspannung des Wechselrichters und der im Motor induzierten Spannung besteht, weshalb beim Anlassen des Motors nur ein kleiner Transientenstrom fließt. Zusätzlich nimmt bei einer allmählichen Erhöhung der Führungsspannung die im Motor induzierte Spannung ab, weshalb auch eine große Führungsspannung keinen übermäßigen Motorstrom verursachen kann. Wenn die Führungsspannung zur Zeit t₄ ihren Wert V_a erreicht hat, nehmen sowohl die Führungsfrequenz als auch die Führungsspannung zu, wobei jedoch ihr Verhältnis auf dem vorgegebenen Wert bleibt, wie aus der Geraden 96 in Fig. 6 hervorgeht. Folglich nimmt auch die Motordrehzahl allmählich, wie in der Kurve B in Fig. 8 dargestellt ist, zu. Wenn die Führungsfrequenz die Stellfrequenz f im Schritt 100 zur Zeit tj- erreicht hat, geht die Steuerung in den Dauerbetrieb über. Dabei erreichen die Führungsfrequenz den Wert f und die Führungs-

Spannung den Wert V . Natürlich ist diese Ausführungsform der Erfindung auch anwendbar, wenn der Motor vom Stillstand aus angelassen wird. Dabei werden nämlich

die
in den Schritten 116 bis 120 Führungsspannung entlang der Geraden 95 mit einer konstanten Frequenz und an-

schließend in den Schritten 126 bis 137 sowohl die Führungsspannung und die Führungsfrequenz entlang der gestrichelten Geraden 97 erhöht. Der Stillstand des Motors wird dann dadurch ermittelt, daß der Motorstrom I .,der beim Schritt 106 gemessen wird, über einem vorgegebenen Wert liegt.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Anfangsführungsfrequenz f durch Erniedrigen der Suchfrequenz vom maximalen Wert f.,· » gesucht, jedoch kann zu diesem Zweck die Suchfrequenz auch von einem minimalen Wert f. , . . . aus erhöht

j (]=πιιη)

werden.

Die Ausführungsform der Erfindung wurde für den Fall beschrieben, daß die Spannung zur Zeit t.. ausfällt und die Frequenzsuche zur Zeit t~ gestartet wird, bei der die Spannungsversorgung wieder einschaltet. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung können jedoch auch verwendet werden, wenn der Wechselrichter zur Zeit t.. von Hand abgeschaltet wird, worauf sich der Motor im Freilauf dreht, und dann später zur Zeit t„ der freilaufende Motor von Hand wieder angelassen wird. Die Funktionen des Mikrocomputers 20 der oben erläuterten zweiten Ausführungsform der Erfindung sind im Blockdiagramm mit den Blöcken 150 bis 168 in Fig. 10 veranschaulicht. Die Angaben in den Blöcken geben die den Blöcken entsprechende Funktion im Ablaufdiagramm der Fig. an.

Beim Anlassen des Motors aus dem Stillstand werden

zuerst die Schalter 160 und 164 in Stellung C gebracht. Eine Schaltung 158 für sanftes An- und Auslaufen wirkt aufgrund der Steuerung von einem Timer 150 gemäß der am Drehzahlsteller 18 eingestellten Stelldrehzahl, so daß die Ausgangsspannung und die Frequenz eines Spannungs/Frequenz-Steuerungsschaltkreises 162 allmählich anwachsen. Das Signal für die Führungsspannung und die Führungsfrequenz werden jeweils an den Phasenteiler 32 und die Phasensteuerung 36 angelegt, worauf der Motor wieder angelassen wird.

Als nächstes wird die Ansteuerung des freilaufenden Motors beschrieben. Dazu werden zuerst die Schalter 160 und 164 in die Stellung A gebracht, und eine Frequenzabtastung 152 wirkt aufgrund der Steuerung durch den Timer 150 so, daß die Ausgangsspannung und Frequenz des Spannungs/Frequenzsteuerungsschaltkreises 162 langsam abnehmen. Dann sendet der Steuerungsschaltkreis 162 die Signale der Führungsfrequenz und der Führungsspannung jeweils an den Phasenteiler 32 und eine Spannungsunterdrückungs schaltung 166. Die Spannungsunterdrückungsschaltung 166 teilt das Analogsignal der Führungsspannung durch den Faktor m, wonach die so geteilte FührungsSpannung an der Phasensteuerung 36 anliegt. Dann wird entlang der Geraden 98 in Fig. 6 die Frequenzsuche durchgeführt.

Der von dem Stromfühler 13 gemessene Strom wird in diesem Stadium in einen Motorstromvergleicher über die Meßschaltung 14 sequentiell eingelesen, so daß die neue Stromstärke mit der vorigen Strom-

3 - ' "S

stärke verglichen wird. In einer Meßeinrichtung 156 für das Motorstromstärke-Minimum wird das Erreichen des Minimums der Motorstromstärke ermittelt und auf einer Leitung 157 dann ein Signal ausgegeben, falls das Minimum nicht erreicht ist, damit die Schalter 160 und 164 in der Stellung a verbleiben. Falls jedoch das Minimum der neuen Motorstromstärke festgestellt wurde, wird auf einer Leitung 159 ein Signal ausgesendet, das die Schalter in die Stellung b bringt, wonach die Steuerschaltung 162 eine Führungsfrequenz abgibt, die dem Minimum des Motorstroms entspricht. Dazu wird ein Anlasser 168 für abgeschwächte Spannung so betrieben, daß die Führungsspannung allmählich entlang der Geraden 94 in Fig. 6 anwächst. Sobald die Führungsspannung einen vorbestimmten Wert erreicht, werden die Schalter 160 und 164 in die Stellung c gebracht, worauf die Führungsspannung und die Führungsfrequenz entlang der Geraden 96 in Fig. 6 in Entsprechung mit der Schaltung für sanftes An- und Aus*· laufen 158 erhöht werden. Sobald die Führungswerte die vorbestimmte Größe erreicht haben, wird die Steuerung in den Dauerbetrieb übergeführt.

In der oben erläuterten ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Frequenzwandler mit Pulsamplitudenmodulation verwendet, es kann jedoch für die Erfindung auch eine Anordnung mit einer Pulsdauermodulation verwendet werden.

Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Frequenzwandler mit Pulsdauermodulation Verwendung findet.

Bei dieser Ausführung wird mit einem Gleichrichter 204 die Ausgangsspannung der Wechselspannungsversorgung gleichgerichtet und eine konstante Gleichspannung erzeugt. Die am Motor anliegende Führungsspannung wird durch Steuerung der Impulsbreite der Ausgangsspannung des Wechselrichters 208 durch eine Pulsdauermodulationssteuerung 236 und über einen Torimpulsverstärker 234, entsprechend dem von der Zentraleinheit gelieferten Ausgangssignal, dh dem Signal der Führungsspannung, verändert. Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters wird gemäß dem Ausgangssignal des Phasentsilers 32, dh dem Signal der Führungsfrequenz, das über den Torimpulsverstärker 234 angelegt wird, gesteuert. Die übrige Schaltungsanordnung ist mit der von Fig. 1 identisch. In Fig. 11 sind die gleichen Bezugszeichen für identische Teile wie in Fig. 1 benutzt. Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform wird der Motor aus dem Freilauf in derselben Weise wie bei der Vorrichtung von Fig. 1 wieder angelassen; entsprechend gilt auch hier der Ablaufplan der Fig. 4 und 7.

Q 9 Π ■?■ η η ς

O «1 ν/ .-_ ν. -.j

FIG.

Lies das Ausgangssignal des Drehzahlgebers

Nein

Springe nach Schritt in Fig.

Lege di.e Anfangs sparnung V£(i=l) und die Anfangsfrequenz 53

Nein

Dauerbetrieb ,56

Verzögere um A r

Lege an

Vi+AV-Vi fi+Af—fl

ti 3 ti ti cd O, CQ co M ti cd ω cn 3 <! ι

(U. 4-1 Λ U

CQ

O CU

FIG.

J_ ν

m j (max) O

96

94

^l95 fa .^98

fj(max)

Wechselrichter-Ausgangs frequenz

ν-· L.

FIG.

ο tordrehzahl Null?

Springe nach Schritt 53 in Fig. 3

Nein

Lies das Ausgang signal des Drehf 7. ah 1 ρ- ρ h ρr s

Berechne die A .us gangs frequenz f_a und die Spannung anweisung V_a entsprechenc

Lege die Anfangsspan- -ja
nung V₁Ci=Du_nJ die '°
Anfangsfrequenz f_a

78 Lege an:

Vi+Δν —Vi
fi + Af — fl

Nein

■80

Verzögere um At'

Lege an:

Vl + AV -Vl

FIG.

Versorgungsspannung

(ß) Motordrehzahl

Vs'

/p\ Wechselrichter-Ausgangsspanq nung Zeit

-Vs

(D) Motorstromstärke

0

Claims

Patentansprüche
a) Erzeugung einer Anfangsfrequenz beim Anlassen,von der angenommen wird, daß der durch den freilaufenden Motor fließende Strom im wesentlichen minimal wird, und einer Anfangsspannung durch den Frequenzwandler, die zum Betrieb des Induktionsmotors zu gering ist,
b) allmähliche Erhöhung der Ausgangsspannung des Frequenzwandlers ausgehend von der Anfangsspannung unter Beibehaltung der Anfangsfrequenz und
c) Erhöhung der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsspannung des Frequenzwandlers nach Erreichen einer vorgegebenen Ausgangsspannung, wobei das Verhältnis dieser beiden Größen praktisch auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.
81-(A6313-03)-SF-Bk
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die zur Ausführung des Schrittes b) benötigte Zeitdauer nicht kleiner ist als die zweite Zeitkonstante des Induktionsmotors·
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß in Schritt c) die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung so lange erhöht werden, bis beide jeweils vorgegebene Werte erreichen, und danach auf den vorgegebenen Wer-tea gehalten werden.
8. Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7

zur Steuerung von Induktionsmotoren,

wobei der Motor über einen Schalter und einen Frequenzwandler mit einer Wechselstromquelle verbunden ist und die Steuervorrichtung seine Drehzahl über die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung des Frequenzwandlers steuert,

gekennzeichnet durch

1) eine erste Einrichtung (20), die den Frequenzwandler so steuert, daß er beim Anlassen des Motors eine Anfangsfrequenz, die voraussichtlich im wesentlichen zu einem Minimalwert des Motorstroms im Freilauf führt, sowie eine Anfangsspannung erzeugt die für den Betrieb des Motors zu klein ist,

2) eine zweite Einrichtung (20), die die Ausgangsspannung des Frequenzwandlers allmählich von der Anfangs-

spannung aus mit der Anfangsfrequenz erhöht, und

3) eine dritte Einrichtung (30), die die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung unter praktischer Konstanthaltung ihres Verhältnisses auf einem vorgegebenen Wert erhöht, nachdem die Ausgangsspannung einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Einrichtung (20) als Anfangsfrequenz eine Frequenz bestimmt, die der von einem Drehzahlgeber (12) ermittelten Motordrehzahl entspricht.
10. Steuervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch
eine erste Einrichtung (20) mit

1.1) einer vierten Einrichtung, die die Ausgangsspannung als eine für den Motorbetrieb zu geringe Suchspannung benützt und die Ausgangsfrequenz und die Suchspannung unter Konstanthaltung ihres Verhältnisses auf einem vorgegebenen Wert verändert,

1.2) einer fünften Einrichtung, die während der Veränderung der Ausgangsfrequenz um einen vorgegebenen Wert einen Prüfschritt zur Erfassung des Motorstroms erzeugt,

und

1.3) eine sechste Einrichtung, die als Anfangsfrequenz eine Ausgangsfrequenz erzeugt, die dem durch die fünfte Einrichtung gemessenen Minimalwert des Motorstroms entspricht.

". 3

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von Wechselstrommotoren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Wechselstrommotoren, die über einen Frequenzwandler wie zB einen Drehzahlwandler oder einen Wechselrichter gespeist werden.

Es ist bereits eine Vorrichtung zur Steuerung von Wechselstrommotoren bekannt, bei der der Wechselstrommotor über einen Frequenzwandler, der aus einem Leistungsgleichrichter (im folgenden als Gleichrichter bezeichnet) und einem Leistungswechselrichter (im folgenden als Wechselrichter bezeichnet) mit der Wechselspannung squel Ie verbunden ist. Damit kann der Wechselstrommotor über den Frequenzwandler gesteuert werden. Bei dieser Steuerung, bei welcher der Wechselstrommotor über den Frequenzwandler betrieben wird, dreht sich der Wechselstrommotor bei Stromausfall allein unter

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der Wirkung seines Trägheitsmoments noch weiter. In zahlreichen Fällen kommt es nun vor, daß bei plötzlich wieder vorliegender Betriebsspannung, während sich der Wechselstrommotor im Freilauf dreht, mit gleicher Frequenz und gleicher Spannung, mit denen der Motor vor dem Spannungsausfall vom Frequenzwandler gespeist wurde, auch bei nur kurzem Stromausfall ein hoher Strom durch den Motor fließt. Diese Erscheinung beruht auf der Beziehung zwischen der Richtung der induzierten Spannung im Wechselstrommotor und der Phase der Betriebsspannung im Moment des Anlegens. Dabei fließt die große Stromstärke durch den Motor immer dann, wenn der Phasenwinkel des Stroms, der durch die induzierte Spannung hervorgerufen wird, mit dem Phasenwinkel des von der Betriebsspannung verursachten Stroms übereinstimmt.

Ferner wird beobachtet, daß ein umso größerer Strom durch den Motor fließt, je größer der Unterschied zwischen der Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers und der Motordrehzahl wird, sobald die Betriebsspannung ihren Wert wieder erreicht hat und der Frequenzwandler seinen Betrieb wieder aufgenommen hat. Aus diesem Grund muß für den Frequenzwandler eine größere Leistung vorgesehen werden, was unwirtschaftlich ist.

Demgemäß fließt dann ein großer Anlaßstrom durch den Motor, wenn die Betriebsspannung eine relativ lange Zeit ausgefallen ist, die Drehzahl des Wechselstrommotors