DE3523529A1 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung der eisen- und kupferverluste eines induktionsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung der Eisen- und Kupferverluste eines Induktionsmotors, der mit seiner Statorwicklung über mindestens einen Festkörperschalter an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und der einen mit einer Last verbundenen Rotor aufweist, wobei die Schließzeit des Festkörperschalters in Abhängigkeit von dem auf den Rotor einwirkenden Lastmoment veränderbar ist, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bereits eine Regelschaltung zur Verminderung der Eisen- und Kupferverluste von Induktionsmotoren bekannt, die unterschiedlich große Lasten antreiben (DE-OS 31 25 675). Bei dieser Regelschaltung wird der Statorstrom während einer gewissen Zeit nach dem Beginn einer Stromwelle gemessen. Die Anstiegszeit und die Größe des Einschaltstroms während dieser Zeit, die einige hundert Mikrosekunden beträgt, sowie die zeitliche Lage des Beginns der Stromwelle sind Parameter, die für den Wirkungsgrad des Induktionsmotors maßgebend sind. Die vorstehend angegebenen Größen werden gemeinsam demoduliert und zu einem Signal vereinigt, das ein Maß für den Wirkungsgrad ist. Der an die Strommeßeinrichtung angeschlossene Demodulator gibt ein Gleichspannungssignal ab, dessen Höhe der Last proportional ist, wenn die Speisespannung des Induktionsmotors die Nennspannung ist. Änderungen der Speisespannung verschlechtern daher den Wirkungsgrad der bekannten Anordnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend weiterzuentwickeln, daß für verschiedene Lasten mit großer Genauigkeit ein für den Betrieb der jeweiligen Last ausreichender, minimaler Strom in den Induktionsmotor eingespeist wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Mit den in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen wird nach Änderungen des vom Rotor aufzubringenden Lastmoments in relativ kurzer Zeit wieder die einen hohen Wirkungsgrad zeigende Betriebsweise erreicht. Der Magnetisierungsstrom wird auf den für den Antrieb der jeweiligen Last notwendigen, minimalen Wert eingestellt. Damit ergibt sich eine geringe Blindleistung, so daß der Leistungsfaktor verbessert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird beim jeweiligen Zündwinkel der Laststrom des Induktionsmotors gemessen und mit einem oberen und unteren, gespeicherten Stromwert verglichen, wobei beim Überschreiten des oberen Grenzwertes die Erregung des Induktionsmotors durch Verkleinerung des Zündwinkels erhöht wird, während bei der Unterschreitung des unteren Grenzwertes die Erregung durch Vergrößerung des Zündwinkels vermindert wird. Mit dieser Maßnahme wird der Induktionsmotor bei veränderlichen Lasten fortlaufend auf optimale Betriebsbedingungen, d. h. den für die jeweilige Last günstigen Wirkungsgrad, eingestellt. Der gespeicherte obere Stromwert ist vorzugsweise ungefähr 60% und der gespeicherte untere Stromwert 40% des beim Kippmoment für die dem Zündwinkel entsprechende Klemmenspannung auftretenden Stroms.

Vorzugsweise wird nach dem Anlegen des stillstehenden Induktionsmotors an die Spannungsquelle der Zündwinkel nach einer vorgegebenen Abhängigkeit zwischen Anlaufstrom und Anlaufdrehzahl verändert. Mit dieser Maßnahme wird ein Sanftanlauf des jeweiligen Induktionsmotors erreicht. An den Induktionsmotor wird nicht sofort die volle Spannung, sondern eine geringere Spannung durch Phasenanschnitt- bzw. Phasenabschnittsteuerung gelegt. Diese Spannung ruft einen geringeren Anlaufstrom hervor, so daß die Netzbelastung kleiner ist. Die Zündwinkel für die Steuerung des Induktionsmotors beim Hochlaufen sind so gewählt, daß das Anzugsmoment das Lastmoment um ein gewisses Maß übersteigt, so daß ein schnelles Hochlaufen auf die Nenndrehzahl gewährleistet ist.

Es ist günstig, den Zündwinkel in Abhängigkeit von der Zeitkonstante des Rotors nach einem D-Verhalten zu verändern.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird der Laststrom aus der Quadratwurzel der Differenz der Quadrate der Momentanwerte des Gesamtstroms und des Leerlaufstroms bestimmt. Diese Bestimmung berücksichtigt die an Hand des Kreisdiagramms ersichtliche Abhängigkeit zwischen Gesamtstrom und Leerlaufstrom. Die so erhaltenen Werte des Laststroms sind für die Reduzierung der Verluste des Induktionsmotors und der Erzielung eines möglichst kleinen Magnetisierungsstroms und einer kleinen Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung ausreichend genau.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der in einem der Ansprüche 1 bis 4 beschriebenen Verfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß ein Stromwandler zwischen der Spannungsquelle und dem Induktionsmotor an einen Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist, der mit einem Mikrorechner verbunden ist, der einen Speicher enthält, in dem für eine Reihe von Zündwinkeln die Momentanwerte der Leerlaufströme des Induktionsmotors gespeichert sind und der ausgangsseitig mit einem in Reihe mit dem Stromwandler gelegten Festkörperschalter verbunden ist. Mit dieser Anordnung können mehrere Werte der jeweiligen Welle des Gesamt- und des Leerlaufstroms zur Bestimmung des Laststroms verwendet werden. Es ist daher eine gute Abstimmung auf die jeweiligen Gegebenheiten des Induktionsmotors und der Last möglich.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 6 bis 11 beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zur Erzielung eines möglichst guten Wirkungsgrads eines mit veränderlichen Lasten beaufschlagbaren Dreiphasen-Induktionsmotors,

Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Spannungen und Strömen einer in Phasenanschnittsteuerung von Spannungen beaufschlagten Statorwicklung des Induktionsmotors gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Schema der Art der Speicherung des zeitlichen Verlaufs der Leerlaufströme des Induktionsmotors gemäß Fig. 1 in Abhängigkeit vom Zündwinkel der Phasenanschnittsteuerung,

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für den Induktionsmotor gemäß Fig. 1.

Fig. 5 ein Schaltbild einer Anordnung zur Erzielung eines möglichst guten Wirkungsgrads eines mit veränderlichen Lasten beaufschlagbaren Dreiphasen-Induktionsmotors.

Ein dreiphasiger Induktionsmotor 1 enthält drei Statorwicklungen 2, 3, 4, die je über einen Stromwandler 5, 6, 7 und einen Festkörperschalter 8, 9, 10 an einen dreipoligen Schalter 11 angeschlossen sind, der eingangsseitig mit den drei Phasen einer Spannungsquelle 12 verbunden ist, bei der es sich z..B. um ein Niederspannungs-Drehstromnetz handelt. Die Steuerelektroden der Festkörperschalter 8 bis 10, die z.B. Thyristoren in Antiparallelschaltung oder Triacs sind, stehen mit den Ausgängen eines Mikrorechners 13 in Verbindung, der einen Multiplexer 14 enthält, der mit je einem Eingang an eine Sekundärwicklung der Stromwandler 5, 6 und 7 angeschlossen ist. Der Multiplexer 14 ist mit einem Analog-Digital-Wandler 15 verbunden, an den ein Prozessor 16 angeschlossen ist, der weiterhin an einem Speicher 17 angeschlossen ist, bei dem es sich z.B. um ein PROM handelt. Der Prozessor 16 ist ferner mit Eingabeelementen 18, z.B. Schaltern, verbunden. Der Induktionsmotor 1 weist einen Rotor 19 auf, an den eine Last 20 angekoppelt ist, bei der es sich z.B. um eine Arbeitsmaschine handelt.

Die Statorwicklungen 2, 3, 4 werden in Phasenanschnitt- bzw. Phasenabschnittsteuerung mittels der Festkörperschalter 8, 9, 10 an die Netzspannung gelegt. Die Festkörperschalter 8, 9, 10 arbeiten als Wechselstromsteller. Es erfolgt eine symmetrische Zündung in den positiven und negativen Halbwellen der Netzspannung. Die Fig. 2 zeigt für einen Zündverzögerungswinkel von 90° gegenüber dem Nulldurchgang der Spannung den Verlauf des jeweils über die Stromwandler 5, 6, 7 fließenden Gesamtstrom I sowie die Spannung U an den Statorwicklungen 2, 3, 4. Ferner sind in Fig. 2 der Leerlaufstrom I _o und der auf die Statorseite bezogene Laststrom I _q dargestellt. In dem Diagramm gemäß Fig. 2 sind in Abszissenrichtung die Zeit t und in Ordinatenrichtung die jeweiligen Strom- und Spannungswerte aufgetragen. Bei dem Leerlaufstrom I _O handelt es sich um die Summe aus einem Strom, der als Blindstrom die Magnetisierung hervorruft und aus einem Strom, der die Eisenverluste und Reibungsverluste deckt. Es wird davon ausgegangen, daß die Leerlauf- EMK bei gleichem Zündwinkel näherungsweise im Bereich der auftretenden Belastungen des Induktionsmotors 1 im wesentlichen konstant bleibt.

Für die verschiedenen Zündverzögerungswinkel, die der Einfachheit halber auch als Zündwinkel bezeichnet sind, ergeben sich jeweils unterschiedliche Kurven der Leerlaufströme I _O. Die Periode von 360° ist z.B in 16 diskrete Abschnitte aufgeteilt, an denen der jeweilige Wert des Leerlaufstroms festgestellt und digital gespeichert wird. Für einen Zündwinkel von α ₁ ergeben sich demnach sechzehn Werte für den Leerlaufstrom I _O, dessen Amplituden an den sechzehn Abschnitten der Periode wiederum in sechzehn Stufen quantisiert sein können. Die Kurven der Leerlaufströme für die verschiedenen Zündwinkel a sind zu dem entsprechenden Induktionsmotor 1 im Speicher 17 in Form einer Tabelle enthalten.

In Fig. 3 sind in einer Z-Achsenrichtung Stromwerte I _q dargestellt, die jeweils wiederum zwei Gruppen von Strömen umfassen können, nämlich maximal zulässige Ströme und optimale Ströme für den jeweiligen Zündwinkel α und den Abschnitt der Periode. Die maximal zulässigen Ströme und die optimalen Ströme legen vorzugsweise für einen gegebenen Zündwinkel α und einen bestimmten Abschnitt der Periode den Bereich fest, innerhalb dessen der Strom ohne Änderung des Zündwinkels bei veränderlichen Belastungen des Induktionsmotors schwanken darf. Die Zündwinkel α, die Periodenabschnitte und die zugeordneten Ströme sind vorzugsweise in Form von Matrizen gespeichert.

In Fig. 4 ist das Ersatzschaltbild des Induktionsmotors 1 dargestellt. L _x1 und L _x2, stellen die Streublindwiderstände des Stators und (auf die Statorseite umgerechnet) der Rotorwicklung dar. r ₁ und r ₂/s sind die Wirkwiderstände des Stators und (auf die Statorseite umgerechnet) des Rotors. R stellt einen den Eisenverlusten entsprechenden Widerstand dar. L _H ist der dem Widerstand des ganzen magnetischen Kreises entsprechende Blindwiderstand. Der Wirkwiderstand des Rotors 19 ist proportional dem ohmschen Widerstand r ₂ der Rotorwicklung und umgekehrt proportional zum Schlupf s des Induktionsmotors. Hieraus ist ersichtlich, daß der Laststrom I _q eine Funktion des Schlupfes s und der Magnetisierung ist. Die Phasenverschiebung zwischen der Statorspannung und dem Gesamtstrom I ist ebenfalls vom Schlupf s abhängig. Daraus ergibt sich, daß der Schlupf und die Magnetisierung, d.h. der Fluß, eine Funktion der Last ist.

Der Induktionsmotor 1 wird so in Phasenanschnitt- bzw. Phasenabschnittsteuerung betrieben, daß für die jeweilige Last, z.B. einen Teil der Nennlast, unter Aufrechterhaltung der für die Last vorgesehenen Drehzahl der Gesamtstrom I durch Verminderung des Anteils des Leerlaufstroms I _O möglichst klein gehalten wird. Für den gerade vorhandenen Zündwinkel α wird die gespeicherte Kurve des Leerlaufstroms I _O mit den Werten des Gesamtstroms I verglichen, die über die Stromwandler 5, 6, 7, den Multiplexer 14 und den A/D-Wandler 15 festgestellt werden. Aus dem Gesamtstrom I und dem Leerlaufstrom I _o wird der Laststrom I _q nach folgender Beziehung bestimmt:

Der Laststrom I _q wird für den Antrieb der jeweiligen Last benötigt. Anschließend wird der Zündwinkel α verändert, um den Anteil des Leerlaufstroms I _o am Gesamtstrom zu vermindern. Damit wird der Gesamtstrom I verkleinert. Anschließend wird aus dem neuen, durch Messung festgestellten Gesamtstrom I und demjenigen Leerlaufstrom I _O, der dem geänderten Zündwinkel zugeordnet ist, der Laststrom berechnet. Wenn der Laststrom I _q unverändert geblieben ist, wird der geänderte Zündwinkel beibehalten, da sich hierbei kleinere Verluste im Induktionsmotor 1 ergeben, d.h. der Wirkungsgrad des Induktionsmotors 1 wird größer. Falls der Laststrom I _q durch Veränderung des Zündwinkels ebenfalls geändert wird, wird der Zündwinkel in umgekehrten Sinne neu eingestellt, bis der minimale Gesamtstrom I für einen bestimmten Laststrom I _q erreicht ist.

Die Änderung des Zündwinkels α wird vorzugsweise unter Berücksichtigung des Übertragungsverhaltens des Rotors 19 durchgeführt. Der Rotor 19 bildet eine schwingungsfähige Einrichtung, die eine gewisse Trägheit hat. Damit unerwünscht große Überschwingungen vermieden werden, wird der Zündwinkel α nur in kleinen Schritten verändert.

Die Erregung des Induktionsmotors 1 hängt vom Wert der angelegten Spannung ab. Die angelegte Spannung läßt sich durch die Anschnitt- und/oder Abschnittsteuerung auf gewünschte Werte einstellen. Die Erregung des Induktionsmotors verändert sich demnach mit dem Zündwinkel. Entsprechend verändert sich das Kippmoment und der zulässige Laststrom mit dem Zündwinkel. Gegeben sind für einen bestimmten Induktionsmotor die Nenndaten, d. h. die Nennspannung und die Nennleistung bzw. der Nennstrom. Der Nennstrom beinhaltet einen Laststrom und einen Leerlaufstromanteil. Auf der Grundlage der Nenndaten werden für verschiedene Zündwinkel und damit für die Spannungen und Erregungen, die diesen Zündwinkeln zugeordnet sind, die Kippmomente sowie die maximal zulässigen Ströme gemessen bzw. berechnet. Die maximal zulässigen Ströme und Kippmomente werden dann in Abhängigkeit von den jeweiligen Zündwinkeln abgespeichert.

Falls auf den Induktionsmotor 1 unterschiedliche Lastmomente einwirken, ist eine fortlaufende Anpassung des Zündwinkels und damit des Leerlaufstroms an die jeweiligen Belastungsgegebenheiten notwendig, um einen möglichst hohen Motorwirkungsgrad zu erreichen. Hierzu wird der Laststrom mit Grenzwerten verglichen. Diese Grenzwerte sind vorzugsweise auf den beim jeweiligen Kippmoment auftretenden Strom I _kipp bezogen. Die obere Grenze des Laststroms kann beispielsweise 60% des beim Kippmoment auftretenden Stroms betragen. Die untere Grenze des Laststroms ist z. B. mit 40% des beim Kippmoment auftretenden Stroms vorgegeben.

Unterschreitet der Laststrom bei einem bestimmten Zündwinkel α die untere Grenze, d. h. 0,4 I _kipp , dann kann die Erregung verkleinert, d. h. die Zündung zu einem späteren Zeitpunkt ausgelöst werden. Für diesen neuen Zündwinkel wird dann erneut der Vergleich mit dem zugeordneten Strom beim Kippmoment durchgeführt. Wenn im Zuge einer Erhöhung des Lastmoments der Laststrom die obere Grenze, d. h. 0,6 I _kipp, überschreitet, dann wird die Erregung über eine frühere Zündung der steuerbaren Gleichrichter erhöht. Damit ergibt sich eine andere Drehmomentcharakteristik der Induktionsmaschine 1, wobei z. B. das Kippmoment ansteigt. Aufgrund dieser anderen Drehmomentcharakteristik ergibt sich auch ein anderer, beispielsweise kleinerer Laststrom.

Aufgrund der Rotorzeitkonstante ändert sich der magnetische Fluß des Drehfeldes des Induktionsmotors 1, d. h. die Erregung des Induktionsmotors bei einer sprunghaften Änderung der angelegten Spannung erst mit einer gewissen Zeitvergrößerung. Zum Ausgleich dieser Zeitverzögerung wird die angelegte Spannung bei einer Änderung über die Zündwinkel nach einem Differential-Verhalten vorgegeben. Damit lassen sich Pendelungen des Rotors vermeiden.

Es ist günstig, wenn beim Hochfahren des Rotors 19 aus dem Stillstand nicht die volle Phasenspannung an die Statorwicklungen 2, 3, 4 gelegt wird. Die Festköperschalter 8 bis 10 werden beim Anlaufen des Rotors 19 deshalb in Phasenanschnittsteuerung durch den Mikrorechner 13 angesteuert. Die Anlaufkurve kann in Form von verschiedenen Zündwinkeln für aufeinanderfolgende Perioden der Netzspannung im Speicher 17 enthalten sein. Beim Schließen des Schalters 11 wird z. B über einen Meldekontakt 21 der Mikrorechner 13 zur Abgabe entsprechender Steuersignale an die Festkörperschalter 8 bis 10 aktiviert.

Die Maßnahmen zur Verminderung der Eisen- und Kupferverluste werden erst durchgeführt, wenn der Induktionsmotor 19 seine der jeweiligen Last bzw. Teillast entsprechende Drehzahl zumindest ungefähr erreicht hat. Deshalb wird die Erreichung einer für die Freigabe zweckmäßigen Drehzahl überwacht. Dies geschieht durch die laufende Messung des Motorstroms und den Vergleich des Motorstroms mit einem vorgegebenen Strom.

Der Schlupf des Induktionsmotors 1 läßt sich aus folgender Beziehung gewinnen: wobei k eine Konstante und Iµ der Magnetisierungsstrom ist, der in etwa dem Leerlaufstrom I _o entspricht. Zu jedem Zündwinkel ist nicht nur der Leerlaufstrom I _o, sondern auch ein Maximalstromwert für I _q gespeichert. Dieser Maximalstromwert ist für einen Schlupfwert charakteristisch, der zwischen dem Kippschlupf und dem Nennschlupf liegt. Während z. B. der Kippschlupf und damit das Kippmoment beim zweieinhalbfachen des Nennmomentes für eine bestimmt Klemmenspannung auftreten, ergibt sich der für den Maximalstromwert typische Schlupfwert in etwa bei einem Moment, das um den Faktor 1,8 über dem Nennmoment liegt. Wenn beim Hochlaufen des Induktionsmotors 1 beim Vergleich des in den Motor fließenden Stroms mit dem gespeicherten Maximalstrom festgestellt wird, daß der Strom den Maximalstrom erreicht oder überschritten hat, wird das als das Ende des Hochlaufs berücksichtigt. Anschließend werden die Verfahrensschritte zur Verminderung der Eisen- und Kupferverluste freigegeben.

Im Speicher 17 sind vorzugsweise für verschiedene Frequenzen, z.B. 50 Hz und 60 Hz, in Tabellen die Werte von Leerlaufströmen I _O in Abhängigkeit von verschiedenen Zündwinkeln α gespeichert. Je nach der Frequenz der Spannungsquelle 12 werden die entsprechenden Speicherwerte durch Betätigung der Eingabeelemente 18 ausgewählt. Weiterhin ist es zweckmäßig, in Tabellen die Werte von Leerlaufströmen I _O in Abhängigkeit von verschiedenen Zündwinkeln a für Motoren mit verschiedenen Leistungen zu speichern. Die entsprechenden Speicherwerte können dann mittels der Eingabeelemente 18 dem jeweiligen Motortyp zugeordnet werden. Mit den oben beschriebene Maßnahmen läßt sich bei Laständerungen eine kurze Reaktionszeit in Verbindung mit einer hohen dynamischen Stabilität erreichen. Der minimale Stromverbrauch bei der jeweiligen Belastung wird über eine leistungsbezogene Flußregelung erreicht. Damit ergibt sich automatisch ein optimaler Wert für den Leistungsfaktor. Da mit einfachen Mitteln ein Sanftanlauf zu erreichen ist, läßt sich die Netzanschlußleistung begrenzen, d.h. der Aufwand für den Anschluß an das Netz ist geringer.

In Weiterbildung der oben angegebenen Maßnahmen kann der Mikrorechner 13, der die Stromwandler 5, 6, 7 zyklisch und synchron zu den drei Phasenspannungen abfragt, die gemessenen Werte des Gesamtstroms im Hinblick darauf auswerten, ob ein Wegfall des Stroms einer oder zweier Phasen eine Störung in den Zuleitungen zum Induktionsmotor 1 anzeigt. Der Mikrorechner 13 kann in diesem Falle eine entsprechende Meldung ausgeben und z.B. die Festkörperschalter 8 bis 10 sperren. Weiterhin ist es möglich, über die gemessenen Ströme festzustellen, ob die jeweiligen Phasenspannungen auch in der richtigen Reihenfolge noch vorhanden sind.

Der Drehsinn des Motors ist jeweils vorab eingespeichert und an die Einstellung des Motors angepaßt.

Mit dem Mikrorechner 13 kann ferner die vom Induktionsmotor 1 der Spannungsquelle 12 entnommene Leistung bestimmt werden. Der Spannungswert kann dem Mikrorechner über die Eingabeelemente 18 zugeführt werden. Es ist auch möglich, die Spannung ständig zu messen und dem Mikrorechner über entsprechende Analog-Digital-Umsetzeinrichtungen zuzuführen. Der Mikrorechner 13 bestimmt dann die Scheinleistung nach folgender Beziehung:

N _s = 1,73 · I · U,

worin U die Phasenspannung der Spannungsquelle 12 bedeutet.

Eine Temperaturüberwachung mit Hilfe des Mikrorechners 13 ist ebenfalls möglich. Aus den Quadraten der gemessenen Ströme können mit Hilfe des Mikrorechners die Stromwärmeverluste über vorgegebene Zeiträume ermittelt werden. Unter Berücksichtigung der durch natürliche oder zwangsweise Kühlung abgeführten Wärme läßt sich feststellen, ob im Induktionsmotor 1 Übertemperaturen vorhanden sind. In diesem Fall wird eine entsprechende Meldung erzeugt. Die Stromverluste werden aus den Widerständen des Induktionsmotors 19 berechnet. Für die Berechnung wird vorzugsweise folgende Beziehung ausgenutzt: Unter der Voraussetzung einer bestimmten Wärmeabgabe an die Umgebung durch Kühlung wird die Differenz der erzeugten Stromwärmeverluste und der Wärmeabfuhr gebildet. An Hand der Differenz kann festgestellt werden, ob sich der Induktionsmotor 19 fortlaufend erwärmt bzw. eine kritische Schwelle überschreitet.

Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung enthält im wesentlichen die gleichen Bauelemente wie die Anordnung gemäß Fig. 1. Gleiche Bauelemente in den Fig. 1 und 5 sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Zu den als Triacs ausgebildeten Festkörperschaltern 8, 9 und 10 sind jeweils Varistoren 22 parallel geschaltet. Die Stromwandler 5, 6, 7sind sekundärseitig je mit Bürdenwiderständen 23 verbunden. Der Mikrorechner 13 enthält den Multiplexer 14 mit nachgeschaltetem A/D-Wandler 15, der an einen Bus 24 für Daten und Adressen angeschlossen ist. Mit dem Bus 24 ist ein Mikroprozessor 26 ein Speicher 27, z.B. ein PROM, ein Zeitgeber 28 und eine Eingabe-/Ausgabeschaltung 29 verbunden. Die Eingabe-/Ausgabeschaltung 29 steht über eine Impulsformerstufe 30 mit den Steuerelektroden der Festkörperschalter 8 bis 10 in Verbindung. An die Eingabe-/Ausgabeschaltung 29 ist ferner ein Bedienfeld 31 angeschlossen, das Anzeige- sowie Eingabeelemente enthält, die nicht näher dargestellt sind.

Claims (15)

1. Verfahren zur Verminderung der Eisen- und Kupferverluste eines Induktionsmotors, der mit seiner Statorwicklung über mindestens einen Festkörperschalter an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und der einen mit einer Last verbundenen Rotor aufweist, wobei die Schließzeit des Festkörperschalters in Abhängigkeit von dem auf den Rotor einwirkenden Lastmoment veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zünden des Festkörperschalters der in die Statorwicklung fließende Gesamtstrom gemessen und mit einem Stromwert verglichen wird, der dem bei dem jeweiligen Zündwinkel fließenden Leerlaufstrom des Induktionsmotors entspricht, daß danach aus dem Stromwert des Leerlaufstroms und dem Gesamtstrom der Laststrom bestimmt wird und daß anschließend der Zündwinkel im Sinne einer Verminderung des Gesamtstroms unter Aufrechterhaltung des für den Betrieb der Last erforderlichen Laststroms verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim jeweiligen Zündwinkel der Laststrom des Induktionsmotors gemessen und mit einem oberen und unteren, gespeicherten Stromwert verglichen wird und daß beim Überschreiten des oberen Grenzwertes die Erregung des Induktionsmotors durch Verkleinerung des Zündwinkels erhöht wird, während bei der Unterschreitung des unteren Grenzwertes die Erregung durch Vergrößerung des Zündwinkels vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Grenzwert etwa 60% und der untere Grenzwert etwa 40 % des beim Kippmoment des Induktionsmotors (1) für den jeweiligen Zündwinkel auftretenden Stroms ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anlegen des stillstehenden Induktionsmotors an die Spannungsquelle der Zündwinkel nach einer vorgegebenen Abhängigkeit zwischen Anlaufstrom und Anlaufdrehzahl verändert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündwinkel für den Hochlauf des Induktionsmotors auf die einer bestimmten Last entsprechende Drehzahl zumindest allmählich bis auf einen vorgebbaren Wert vermindert wird, daß der jeweilige Motorstrom gemessen und mit einem für den jeweiligen Zündwinkel vorgegebenen Strom verglichen wird und daß nach dem Erreichen oder Unterschreiten dieses Stroms die Schritte zur Verminderung des Gesamtstroms unter Aufrechterhaltung des Laststroms freigegeben werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgebbare Wert des Stroms etwa um den Faktor 1,8 größer als der beim jeweiligen Zündwinkel fließende Nennstrom ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündwinkel in Abhängigkeit von der Zeitkonstante des Rotors zur Einstellung eines D-Verhaltens verändert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Laststrom aus der Quadratwurzel der Differenz der Quadrate der Momentanwerte des Gesamtstroms und des Leerlaufstroms bestimmt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehendenAnsprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromwandler (5, 6, 7) zwischen der Spannungsquelle (12) und dem Induktionsmotor (1) an einen Analog-Digital-Wandler (15) angeschlossen ist, der mit einem Mikrorechner (13) verbunden ist, der einen Speicher (17) enthält, in dem für eine Reihe von Zündwinkeln die Momentanwerte der Leerlaufströme des Induktionsmotors (1) gespeichert sind, und der ausgangsseitig mit einem in Reihe mit dem Stromwandler (5, 6, 7) gelegten Festkörperschalter (8, 9, 10) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsmotor ein dreiphasiger Asynchronmotor ist, dessen drei Statorwicklungen (2, 3, 4) über in Reihe geschaltete Festkörperschalter (8, 9, 10) und Stromwandler (5, 6, 7) an die Spannungsquelle (12) anschließbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Speicher (17) jeweils für Speisespannungen von 50 Hz und 60 Hz die Zündwinkel in Abhängigkeit von den Werten der zugehörigen Leerlaufströme tabellenartig gespeichert sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Tabellen der Zündwinkel in Abhängigkeit von den Werten der zugehörigen Leerlaufströme für verschiedene Motornennleistungen im Speicher (17) enthalten sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwandler (5, 6, 7) mit einer Anordnung zur Leistungsüberwachung verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl und/oder Reihenfolge der mit den Stromwandlern gemessenen Ströme überwachbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromwärmeverluste berechnet und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden.