DE3202906C2

DE3202906C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Wiederanlassen eines Induktionsmotors

Info

Publication number: DE3202906C2
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: 1984-11-29
Also published as: JPH0121715B2; DE3202906A1; JPS57129198A; US4451112A; GB2093288B; GB2093288A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (20) zur Steuerung von Induktionsmotoren (10), an die eine Wechselspannungsquelle (2) über einen Schalter (3) und einen Frequenzwandler (4) angeschlossen ist, wobei die Motordrehzahl durch Steuerung der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsspannung des Frequenzwandlers gesteuert wird. Beim Anlaßbetrieb wird der sich im Freilauf drehende Induktionsmotor mit einer Anfangsspannung bei einer vorgegebenen Frequenz gespeist, unter der Annahme, daß die vorgegebene Frequenz einen minimalen oder nahezu minimalen Stromfluß durch den Motor verursacht, worauf dann die Versorgungsspannung allmählich vom Wert der Anfangsspannung bei konstantgehaltener, gegebener Anfangsfrequenz erhöht wird. Sobald die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers einen vorbestimmten Wert erreicht hat, werden dessen Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung allmählich bei einem konstantgehaltenen vorgegebenen Verhältnis erhöht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wiederanlassen eines Induktionsmotors gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.

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 Wechselspapriungsquelle 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 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 übereinstimmi.

Ferner wird beobachtet, daß ein umso größerer Strom durch den Motor fließt, je größer der Unterschied zwischen der Ausgangsfrequenz des Frequenzwandler 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 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 beschrie ben. Da jedoch bei diesem Verfahren Drehzahl und Phasenwinkel des Wechselstrommotors während des Stromausfalls, d.h. während der Desaktivierung des Motors, erfaßt werden müssen, kann es zwar bei Synchronmotoren, nicht aber bei Induktionsmotoren ange wandt werden.

Schließlich ist durch die DE-AS 29 26 378 ein Verfahren zum Wiederanlassen eines Induktionsmotors bekanntgeworden, bei dem die Drehzahl des freilaufenden Motors durch die Auswertung der durch ihn erzeugten Rest-EMK ermittelt wird. Mit dieser Drehzahl wird dann die Stromquelle mit variabler Frequenz synchronisiert, die den Speisestrom für den Motor liefert Dieses Verfahren ist aber nur innerhalb eines kurzen Zeitraums nach dem Netzausfall anwendbar, da die Rest-EMK rasch auf einen so niedrigen Wert absinkt, daß eine Auswertung zuverlässig nicht mehr möglich ist Nach Ablauf einer Zeit von wenigen Sekunden muß daher der Motor gestoppt und völlig neu angelassen werden. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Wiederanlassen eines Induktionsmotors anzugeben, mit dem ein unter der Wirkung seines Trägheitsmomentes weiterlaufender Motor solange mit kleinem Anlaßstrom wieder angelassen werden kann, als er jo sich freilaufend dreht.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Verfahrensschritte gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gej5 kennzeichnet, daß folgende Schritte aufeinanderfolgen: An den Motor wird eine Spannung als Suchspannung angelegt, die zum Antrieb des Motors nicht ausreicht. Gleichzeitig wird die Frequenz des Frequenzwandlers variiert. Während der Variierung der Frequenz wird der Strom durch den freilaufenden Motor gemessen und die Frequenz der Suchspannung ermittelt, die mit der Drehzahl des freilaufenden Motors übereinstimmt. Diese so ermittelte Frcoucnz wird als Anfangsfrequenz festgelegt. Daraufhin wird an den Motor eine Spannung angelegt, die nicht zum Antrieb des Motors ausreicht, wobei diese Spannung mit der Anfangsfrequenz zugeführt wird. Sodann wird von der Anfangsspannung aus, bei Beibehaltung der Anfangsfreqtienz, die Spannung allmählich erhöht und dann die Frequenz und die Spanso nung auf vorgegebene Werte gesteigert, so daß der Motor normal betrieben wird.

Im Anspruch 8 ist eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.

Die folgenden Zeichnungen erläutern die Erfindung; es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung;

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung und der Ausgangsfrew) quenz des Frequenzwandlers beim Anlassen des Induktionsmotor;

I-ig.3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangspannung und der Frequenz des Wechselrichters;

b^r) Fig.4 ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsweise einer ersten Ausführung der Erfindung darstellt;

F i g. 5 ein Steuerungsdiagramm, das die Arbeitsweise des Ablaufdiagramms von F i g. 4 erläutert;

Fig.6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters und dem Motorstrom bei der ersten Ausführung;

F i g. 7 ein Blockschaltbild, das die Funktionsweise der Zentraleinheit verdeutlicht, und -i

Fig.8 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführung der Erfindung.

Im folgenden wird die Steuervorrichtung des Induktionsmotors gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Das Blockschaltbild in F i g. 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 2 über einen Schalter 3 mit einem Leistungsgleichrichter 4 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 Steuerung des Frequenzwandlers, der hier aus dem Gleichrichter und dem Wechselrichter 8 besteht, findet ein Mikrocomputer 20 Verwendung. Der Mikrocompu- jo ter 20 besteht aus einer Zentraleinheit (HCPU) 22, einem Speicher 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.

Ein Oszillator 16 erzeugt Taktimpulse von konstanter Frequenz, die an die Eingangsschaltung 28 angelegt werden. Eine von einem Drehzahlstcller 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 gespeicherter, Daten und dem im ROM gespeicherten Programm führt die Zentraleinheit die vorbestimmten Berechnungen aus. Das Ergebnis der Berechnungen wird über die Ausgangsschaltung 30 einer Phasensteuerung 36 und einem Phasenteiler 32 zugeführt.

Der Gleichrichter 4 wird von der Phascnsteuerschal- ίο tung 36 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

Ein übliches Verfahren zum Anlassen von Induktionsmotoren besteht darin, daß man das Verhältnis der am Motor anliegenden Spannung V zu ihrer Frequenz / konstanthält.wobei.wieFig.2zeigt,Motorspannung V μ und Frequenz /längs einer Geraden 40 gesteigert werden. Dieses Anlaßverfahren wird bei der Steuervorrichtung nach der Erfindung ebenfalls benutzt.

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

Die /weile Zeilkonstanle Tdes Motors ist durch die Gleichung T = (LM + LZ)ZR₂ gegeben. Darin stellen LMd\e Erregungsinduktivität, LZdie Streuinduktivität und /?2 den Sekundärwiderstand des Motors dar. Im allgemeinen beträgt die zweite Zeitkonstante 0,2 bis 1,0 s.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Motorstrom durch das Abtasten der Wcchselrichtcr-Ausgangsfrequenz /) gemessen. Dabei wird diejenige Ausgangsfrequenz f„ des Wechselrichters, die cen Motorstrom minimiert, für das Wiederanlassen des Motors benützt. Folglich zeigt die Ausgangsfrequenz /„ des Wechselrichters einen Wert an, der der Motordrehzahl entspricht.

Nachstehend wird die erste Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf das Blockschaltbild von I" ig. 1, das Ablaufdiagramm von F i g. 4 und das Steuerdiagramm von F i g. 5 beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird für den Betrieb des Frequenzwandlcrs ein Pulsamplitudenmodulationssystem verwendet.

Der Stromfühler 13 mißt den Motorstrom am Ausgang des Wechselrichters 8. 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 ersten Ausführung der Erfindung wird im folgenden anhand des Ablaufplans in F i g. 4 beschrieben. Zunächst liest die Zentraleinheit im Schritt 100 die Ausgänge des Transformators 15 und des Drehzahlstellcrs 18. Falls der Ausgang des Drehzahlstellers gleich Null ist, ist damit angezeigt, daß der Motor nicht angetrieben werden soll, und die Steuerung kchn zürn Schritt !00 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 v, vom Drehzahlsteller 18 cinliest und die zugehörige Führungsspannung V_s und die zugehörige Führungsfrequenz Γ, 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 /« des Wechselsrichters 8. Diese optimale Frequenz h wird durch allmähliches Erniedrigen der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters ausgehend von einer maximalen Wechselrichter-Ausgangsfrcquenz fi(i - uuk), die der maximalen Motordrehzahl entspricht, entlang der Geraden 98 in Fig.3 ermittelt In diesem Fall kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters l/m (beispielsweise m = 10) der bei Normalbelrieb des Motors erzeugten Ausgangsspannung betragen, wie die Gerade % in F i g. 3 zeigt, da der Motor hier kein Ausgangsdrehmoment erzeugen muß. Demgemäß ist die Steigung der Geraden 98 gleich Mm der Steigung der Geraden 96. Wenn die Ausgangsfrequenz und die Aus-

gangsspannung des Wechselrichters länge der Geraden 98 erniedrigt werden, verändert sich der Motorstrom in Abhängigkeit der Wechselrichter-Ausgangsfrequenz, wie Kurve 142 in F i g. 6 zeigt.

Die Kurve 140 zeigt die Veränderung des Motorstroms, wenn die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung des Wechselrichters längs der Geraden 96 in Fig.3 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, 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 F i g. 3 verändert werden, erreicht der Motorstrom dann ein Minimum, wenn die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters der Frequenz der im Motor induzierten Spannung entspricht, wie in Kurve 142 von Fig.6 dargestellt ist. Demgemäß kann ein vorübergehend übermäßiger Stromfluß im Motor vermieden werden, wenn der Motor beim Wiederanlassen mit der Ausgangsfrequenz f_a des Wechselrichters gespeist wird.

Die Funktionsweise der oben erwähnten Frequenzsuche wird in Einzelheiten anhand des Ablaufplans von F i g. 4 erläutert.

Zunächst wird in Schritt 102 die Ausgangsfrequenz /j/- ma»;des Wechselrichters,die der maximalen Motordrehzahl entspricht, als Anfangssuchfrequenz verwendet, und die Zentraleinheit liest aus dem RAM das der Anfangssuchfrequenz /# _ _mu> entsprechende Signal der Führungsfrequenz und gibt diesen Wert über die Ausgangsschaltung an den Phasenteiler 32. Die Zentraleinheit liest aus dem RAM auch die der Anfangssuchfrequenz fj(j _ _miX) entsprechende Ausgangsspannung des Wechselrichters V# . _max) entsprechend der Geraden 40 in F i g. 2 oder der Geraden 96 in F i g. 3. Eine Spannung, d.h. Mm der Wechselrichter-Ausgangsspannung, d.h. Yjü - mix), dient als Anfangssuchspannung, 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 Mm V^, _ „_mj, und am Wechselrichterausgang wird die Frequenz fxj-_mn) erzeugt. In diesem Stadium besitzt der Ausgang des Wechselrichters keine zum Betrieb des Motors ausreichende Leistung.

Im nächsten Schritt 104 werden die Taktimpuise des Oszillators 16 im RAM gezählt; sobald der Zählerstand einen vorbestimmten Wert erreicht hat, d. h. 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 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 fjg _ ,„,»; entsprechende Motorstrom/mj^-. m»;ermittelt wird.

In Schritt 108 wird durch Subtraktion eines vorbestimmten Frequenzinkrements Af, das im RAM gespeichert ist, d. h. iü-1) von der momentanen Suchfrequenz fjO-max) die neue Suchfrequenz ermittelt Die neue Suchspannung wird durch Subtraktion einer vorgegebenen Spannung Mw ■ AV, d. h. Mm · (Vj — AV), von der momentanen Suchspannung erhalten. Aus dem RAM liest die Zentraleinheit das Signal der Suchfüh-

s rungsfrcquenz und das Signal der Suchführungsspannung, die der neuen Suchfrequenz f_(t.-1) bzw. der neuen Suchspannung Mm ■ V^■_ i) entsprechen, und legt diese Signale über die Ausgangsschaltung 30 an den Phasentciler 32 bzw. die Phasensteuerung 36 anstatt der vorher

ίο angelegten Suchführungsfrequenz bzw. Suchführungsspannung an. Beim Schritt 110 wird wieder eine Zeitverzögerung um eine vorbestimmte Zeitspanne Al wie beim Schritt 104 erzeugt.
In Schritt 112 wird dann ein der Suchfrequenz /Jy _ i)

is entsprechender Motorstrom hvj- \)festgestellt.

In Schritt 114 vergleicht die Zentraleinheit den Wert des vorher gemessenen und im RAM abgespeicherten Motorslroms Imj mit dem momentanen Motorstrom Imu- i), der in Schritt 112 ermittelt wurde. Falls der Strom Imj kleiner ist als der Strom Imu - i), d. h., wenn der Motorstrom entsprechend der Erniedrigung der Suchfrequenz angewachsen ist, fährt die Steuerung mit dem Schritt 116 fort. Falls der Strom l_Mj jedoch größer als der Strom Imu - i) ist, d. h. 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 fj und die Suchspannung Mm ■ Vj längs der Geraden 98 in Fig.3 abgenommen haben, und der Motorstrom Imj, der zu jeder Zeit ermittelt wird, sich ebenfalls allmählich erniedrigt, wie die Kurve 142 in F i g. 6 zeigt Wenn währenddessen die Suchfrequenz einen vorbestimmten Wert erreicht, beispielsweise f/j _ i^ _ ,> steigt der Motorstrom Imu - i)£/ - <·)^m Vergleich mit dem bei der vorher gemessenen Suchfrequenz fujü-»h (<*· h. h - f(,- ο + Af) fließenden Strom Imxj-u) an. Somit wächst der Motorstrom mit der Abnahme der Suchfrequenz wieder an und der Motorstrom Imjo- ο erreicht seinen Minimalwert auf der Kurve 142 in Fig. 6. Demgemäß fährt die Steuerung mit dem Schritt 116 zur Beendigung der Frequenzsuche fort, sobald in Schritt 114 der Strom Imj kleiner als Imu - i) wird. Folglich entspricht dem Motorstrom /«„ die entsprechende Suchfrequenz f, der Frequenz der im Motor induzierten Spannung, weshalb bei Verwendung dieser Frequenz als Anfangsführungsfrequenz beim Wiederanlassen ein Minimum des

so Motorstroms erreicht wird. Die Motordrehzahl nimmt während dem Vorgang* welcher zur Zeit h mit dem Wiedereinschalten der Spannungsversorgung beginnt und bis zum Ende der Frequenzsuche zur Zeit f₃ andauert, allmählich ab.

Im nächsten Schritt 116 dient dann die Suchfrequenz /■„ als Anfangsführungsfrequenz zum Wiederanlassen des Motors, und die Zentraleinheit erhält die der Anfangsfuhrungsfrequenz /, entsprechende Ausgangsspannung V, des Gleichrichters 4 aus der Beziehung der

Geraden 40 in F i g. 2, und speichert sie im RAM ab. Im Schritt 118 liest die Zentraleinheit aus dem RAM das der Anfangsführungsspannung ty,·, η entsprechende Signal der Führungsspannung, mit der der Motor gespeist werden soll, und legt diese über die Ausgangs-

schaltung 30 an die Phasensteuerung 36 an. Gleichzeitig liest die Zentraleinheit aus dem RAM das Signal der Führungsfrequenz, die der Führungsfrequenz f_ä entspricht, und sendet diese an den Phasenteiler 32. Der

ίο

Motor wird dann mit der Führungsspannung Vt und der Führungsfrequenz f„ aus dem Wechselrichter 8 gespeist. Die Führungsspannung wird bei konstantgehaltener Frequenz f., allmählich längs der Geraden 94 in F i g. 3 erhöht, bis die Spannung den Wert V« erreicht. Dieser Vorgang ist in der F i g. 5 in der Zeitspanne zwischen t_} und U 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, d.h. die Führungsfrequenz f„ entspricht 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 f« ihren Wert V₁₁ erreicht hat, nehmen sowohl die Führungsfrequenz als auch die Führungsspannung zu, wobei jedoch ihr Verhältnis auf dem vorgegebenen Wert bleibt, wie aus der Geraden % in F i g. 3 hervorgeht. Folglich nimmt auch die Motordrehzahl allmählich, wie in der Kurve B in F i g. 5 dargestellt ist, zu. Wenn die Führungsfrequenz die Stellfrequenz f_s im Schritt 100 zur Zeit h erreicht hat, geht die Steuerung in den Dauerbetrieb über. Dabei erreichen die Führungsfrequenz den Wert /j und die Führungsspannung den Wert V_s. Natürlich ist diese Ausführungsform der Erfindung auch anwendbar, wenn der Motor vom Stillstand aus angelassen wird. Dabei werden nämlich in den Schritten 116 bis 120 die Führungsspannung entlang der Geraden 95 mit einer konstanten Frequenz und anschließend 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 Jmj, der beim Schritt 106 gemessen wird, über einen vorgegebenen Wert liegt.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Anfangsführungsfrequenz f., durch Erniedrigung der Suchfrequenz vom maximalen Wert (_Al _ ,„,„;gesucht, jedoch kann zu diesem Zweck die Suchfrequenz auch von einem minimalen Wert fe - m/n; aus erhöht werden.

Die Ausführungsform der Erfindung wurde für den Fall beschrieben, daß die Spannung zur Zeit t\ ausfällt und die Frequenzsuche zur Zeit ti gestartet wird, bei der die Spannungsversorgung wieder einschaltet. Dieses Verfahren und diese Vorrichtung können jedoch auch verwendet werdtn, wenn der Wechselrichter zur Zeit t\ von Hand abgeschaltet wird, worauf sich der Motor im Freilauf dreht, und dann später zur Zeit h der freilaufende Motor von Hand wieder angelassen wird. Die Funktionen des Mikrocomputers 20 der oben erläuterten ersten Alisführungsform der Erfindung sind im Blockdiagramm mit den Blöcken 150 bis 168 in Fig.7 veranschaulicht Die Angaben in den Blöcken geben die den Blöcken entsprechende Funktion im Ablaufdiagramm der Flg.4an.

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

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30 Spanntings/Frcquenzsteuerungsschaltkrcises 162 allmählich anwachsen. Das Signal für die Führung.sspannung und die Führungsfrequenz werden jeweils an den Phascnteiler 32 und die Phasensteuerschaltung 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 Ausgangsspantiung 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 Spannungsunterdrückungsschaltung 166. Die SpannungstinterdnickungsschalHing 166 teilt das Analogsignal der Führungsspannung durch den Faktor ni, wonach die so gestellte Führungsspannung an der Phasensteuerung 36 anliegt. Dann wird entlang der Geraden 98 in F i g. 3 die Frequenzsuche durchgeführt.

Der von dem Stromfühlcr 13 gemessene Strom wird in diesem Stadium in einen Motorströrnvergleicher 154 über die Mcßschaltung 14 sequentiell eingelesen, so daß die neue Stromstärke mit der vorigen Stromstärke 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 Jviotorstromstärke 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 3^r» des Motorstroms entspricht. Dazu wird ein Anlasser 168 für abgeschwächte Spannung so betrieben, daß die Führungsspannung allmählich entlang der Geraden 94 in F i g. 3 anwächst. Sobald die Führungsspannung einen vorbestimmten Wert erreicht, werden die Schalter 160 und 164 in die Stellung cgebracht, worauf die Führungsspannung und die Führungsfrequenz entlang der Geraden 96 in F i g. 3 in Entsprechung mit der Schaltung für sanftes An- und Auslaufen 158 erhöht werden. Sobald die Fi'ihrungswerte die vorbestimmte Größe erreicht haben, wird die Steuerung in den Dauerbetrieb übergeführt.

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

F i g. S zeigt ein Blockschaltbild einer zweiter. 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, d. h. dem Signa! der Führungsspannung, verändert Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters wird gemäß dem Ausgangssignal des Phasentcilers 32, d. h. dem Signal der Führungsfrequenz, das über den Torimpulsverstärker 234 angelegt wird, gesteuert Die übrige Schaltungsan-

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Ordnung ist mit der von F i g. I identisch. In F i g. 8 sind die gleichen Bezugszeichen für identische Teile wie in Fig. 1 benutzt. Bei der in Fig.8 dargestellten Ausführungsform wird der Motor aus dem Freilauf in derselben Weise wie bei der Vorrichtung von F i g. 1 wieder angelassen; entsprechend gilt auch hier der Ablaufplan der F i g. 4.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Wiederanlassen eines Induktionsmotors, der sich infolge seines Trägheitsmo- ments dreht, wobei beim Wiederanlassen eine Wechselspannungsquelle über einen Frequenzwandler an den Motor angeschlossen und die Motordrehzahl durch Steuerung der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsspannung des Frequenzwandler gesteuert wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Einstellung einer Ausgangsspannung von zum Antrieb des Motors nicht ausreichender Größe am Frequenzwandler, und Verwendung dieser Ausgangsspannung als Suchspannung, wobei die Frequenz dieser Ausgangsspannung variiert wird,

b) Messung des Stromes des freilaufenden Motors während der Frequenzvariation,

c) Bestimmung der Frequenz des Frequenzwandlers als Anfangsfrequenz, die mit der Drehzahl des freilaufenden Motors aufgrund des gemessenen Wertes des Motorstromes überein- stimmt,

d) Einstellung einer Ausgangsspannung des Frequenzwandlers von zum Antrieb des Motors nicht ausreichender Größe als Anfangsspannung mit der Anfangsfrequenz im Zeitpunkt des jo Wiederanlassens,

e) allmähliche Erhöhung der Ausgangsspannung des Frequenzwandlcrs, ausgehend von der Anfangsspannung unter Beibehaltung der Anfangsfrequenz, und

f) Erhöhung der Ausgangsfrequenz und der Ausgangsspannung des Frequenzwandlers nach Fürreichen einer vorgegebenen Ausgangsspannung, wobei das Verhältnis dieser beiden Größen praktisch auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt a) die Ausgangsfrequenz und die Suchspannung variiert werden, wobei das Verhältnis der beiden Größen auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) die Ausgangsfrequenz, die im wesentlichen mit dem Minimum des Motorstromes übereinstimmt, das bei der Messung im Schritt b) festgestellt wurde, als Anfangsfrequenz des Frequenzwandlers bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) die Ausgangsfrequenz und die Suchspannung allmählich erniedrigt werden, wobei ihr Verhältnis auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, und

in Schritt c) der momentane Motorstrom, der der t>o momentanen Ausgangsfrequenz des Frequenzwandler entspricht, mit dem vorherigen Motorstrom verglichen wird, der der vorher am Motor anliegenden Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers entspricht, die um einen bestimmten Betrag grö- η^γι Ber als die momentane Ausgangsfrequenz ist, und als Anfangsfrequenz die vorherige Aiisgangsfrcqtien/. ermittelt wird, bei der der vorherige Motorstrom im Vergleich mit dem der momentanen Ausgangsfrequenz entsprechenden Motorstrom erstmals ansteigt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

in Schritt a) die Ausgangsfrequenz und die Suchspannung des Frequenzwandlers allmählich erhöht werden, wobei ihr Verhältnis auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, und in Schritt c) der momentane Motorstrom, der der momentanen Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers entspricht, mit dem vorherigen Motorstrom verglichen wird, der der vorher am Motor anliegenden Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers entspricht, die um einen bestimmten Betrag kleiner als die momentane Ausgangsfrequenz ist, und als Anfangsfrequenz die vorherige Ausgangsfrequenz ermittelt wird, bei der der vorherige Motorstrom im Vergleich mit dem der momentanen Ausgangsfrequenz entsprechenden Motorstrom erstmals ansteigt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ausführung des Schrittes e) benötigte Zeitdauer nicht kleiner ist als die aus dem Quotienten von der Summe aus Erregungsinduktivität und Streuinduktivität zu Sekundärwiderstand gebildete zweite Zeitkonstante des Induktionsmotors.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt f) die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung so lange erhöht werden, bis beide jeweils vorgegebene Werte erreichen, und danach auf den vorgegebenen Werten gehalten werden.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung besteht aus:

a) einem Mikrocomputer (20) mit einer Zentraleinheit (22),

einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff RAM

einem Festwertspeicher ROM (26) und

einer Eingangsschaltung (28) mit einem Analog/

Digitalwandler,

b) einem einen Meßwert abgebenden Stromfühler (13) zur Messung des Motorctromes am Ausgang eines Leistungswechselrichters (8),

c) einem Transformator (15) zur Abgabe des Spannungswertes der Wechselspannungsquelle (2),

d) einem Drehzahlsteller (18),

e) einem Oszillator (16) zur Erzeugung von Taktimpulsen, wobei die unter b) bis e) genannten Werte bzw. Impulse der Eingangsschaltung (28) des M ikrocomputers (20) zugeführt sind,

f) einer Phasensteucrschaltung (36) zur Einstellung der Ausgangsspannung eines Leistungsgleichrichters (4), und

g) einem Phasenteilcr (32) zur Einstellung der Frequenz des Leistungswechselrichters (8) wobei Phascnsteuersehaliung (36) und Phasenteiler (32) abhängig von Ausgangssignalen des Mikrocomputers (20) gesteuert sind(Fi g. I).