DE3726295C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlregelung von mittels eines Umrichters mit veränderbarer Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung gespeisten Asynchronmotoren mit lastabhängigem Schlupf, insbesondere zur Regelung der Drehzahl von durch je einen Asynchronmotor angetriebenen Spindeln einer Textilmaschine, sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es ist bei Textilmaschinen, deren Spindeln von je einem Asynchronmotor angetrieben werden, bekannt (DE-OS 31 13 909), die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung eines Umrichters, an den die Asynchronmotoren angeschlossen sind, mittels einer Ansteuerlogik vorzugeben, die an einen Frequenzsteller angeschlossen ist. Durch den lastabhängigen Schlupf bedingte Drehzahlunterschiede der einzelnen Asynchronmotoren lassen sich dabei nicht vermeiden.

Letzteres gilt auch für eine bekannte Bandbearbeitungsanlage (Brown Boveri Mitt. 10/11-73, S. 468-474), bei der mehrere Motoren mittels eines einzigen Thyristorstellgliedes drehzahlgeregelt betrieben werden, wobei nur einem dieser Motoren ein Tachogenerator zur Bildung des Drehzahlistwertes zugeordnet ist.

Zur Erzielung schneller Drehzahländerungen bei einem Asynchronmotor, der aus einem Umrichter gespeist wird, ist es bekannt (Heumann, Thyristoren, 2. Auflage 1970, Seite 257, Teubner Verlag), eine Stromregelung vorzunehmen und die Schlupffrequenz vorzugeben.

Ferner ist es bei Fahrzeugen, deren Achsen von je einem Asynchronmotor angetrieben werden, bekannt (US-PS 43 27 313), nicht nur jedem Motor, sondern auch einer nicht angetriebenen Achse einen Drehzahlgeber zuzuordnen, einen Mittelwert der Motordrehzahlen zu bilden, eine für alle Motoren geltende Schlupffrequenz vorzugeben und unter Berücksichtigung dieser Schlupffrequenz und einem dem Geschwindigkeits-Istwert entsprechenden Frequenzsignal die Ausgangsspannung und die Ausgangsfrequenz eines Umrichters vorzugeben, von dem alle Motoren gespeist werden. Es ist hierdurch möglich, das Drehmoment der Motoren so zu regeln daß die Adhäsion der angetriebenen Räder nicht verloren geht. Bei derartigen Schaltungsanordnungen ist es ferner bekannt (US-PS 44 18 301), den Motoren digitale Frequenzgeber zuzuordnen.

Da, wie beim Antrieb der Spindeln einer Textilmaschine, Drehzahlunterschiede infolge des lastabhängigen Schlupfes von Asynchronmotoren erheblich und deshalb störend sein können, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es mit einfachen Mitteln erlaubt, die Drehzahlunterschiede so weit zu reduzieren, daß sie nicht mehr störend sind.

Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dieses Verfahren beruht auf der Überlegung, daß man für die Steuerung des Umrichters in ausreichend kurzen Zeitabständen den augenblicklichen Mittelwert der unterschiedlichen Rotationsfre­ quenzen als Steuersignal zur Verfügung hat, wenn man in ent­ sprechend kurzen Zeitabständen von einem repräsentativen Teil der Asynchronmotoren die Rotationsfrequenz bestimmt und denjenigen Wert als Steuersignal für den Umrichter auswählt, der zu den kleinsten Drehzahlabweichungen führt. In der Regel wird dies der Mittelwert der ermittelten Rotationsfrequenzen sein. Um den als Steuersignal für den Umrichter auszuwählenden Frequenzwert nicht berechnen zu müssen, werden die einzelnen Meßwerte in größenmäßi­ ger Ordnung erfaßt. Da die Frequenzermittlung bei allen Motoren gleichzeitig erfolgt, liegt als erster Wert derjenige für die höchste Rotationsfrequenz, als zweiter Wert derjenige für die zweithöchste Rotationsfrequenz usw. vor. Sobald diese Meßwert­ reihe bis zu den ausgewählten Stellen, also beispielsweise bis zu dem vierten Meßwert, vorliegt, wird dieser Meßwert an die Umrich­ tersteuerung weitergegeben. Es braucht also nicht gewartet zu werden, bis die Rotationsfrequenzen aller zu der ausgewählten Gruppe gehörenden Motoren bestimmt worden ist. Dadurch kann die Zeit bis zum Beginn des nächsten Meßvorganges wesentlich verkürzt werden, was einen erheblichen Vorteil darstellt.

Wieviel Motoren die ausgewählte Gruppe umfassen muß, hängt davon ab, mit welcher Genauigkeit die höchste Rotationsfrequenz bestimmt werden muß und wie groß die Stufen zwischen der höchsten und der niedrigsten Rotationsfrequenz sein dürfen, um mit ausreichender Genauigkeit den repräsentativen Frequenzwert ermitteln zu können.

Sofern damit gerechnet werden muß, daß wenigstens einer der Motoren der ausgewählten Gruppe zeitweilig stillsteht, wie dies bei Textilmaschinen der Fall ist, kann das Verfahren so lange unverändert durchgeführt werden, als die ausgewählte Gruppe noch die erforderliche Anzahl von Meßwerten zu liefern vermag. Aller­ dings wird hierbei die Qualität der Ermittlung des repräsentati­ ven Frequenzwertes mit geringer werdender Zahl laufender Motoren reduziert. Laufen weniger Motoren als Meßwerte erforderlich sind, bis die Messung abgebrochen werden kann, dann kann das Verfahren dahingehend modifiziert werden, daß während eines Meßvorganges Meßwerte der laufenden Motoren mehrfach erfaßt werden, bis die erforderliche Anzahl von Meßwerten vorliegt.

Da nicht ausgeschlossen werden kann, daß gleichzeitig alle Moto­ ren der ausgewählten Gruppe stillstehen, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß dann an die Umrichtersteuerung die Rotationsfrequenz eines zusätzlich vorgesehenen Motors wei­ tergegeben wird.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Diese Auf­ gabe löst eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des An­ spruches 5.

Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht nicht nur darin, daß der erforderliche Aufwand gering ist. Wesentlich ist ferner, daß sich sehr kurze Meßzyklen erreichen lassen, so daß in äußerst kurzen Zeitabständen an die Umrichtersteuerung der neueste, repräsentative Frequenzwert weitergeleitet werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Schaltungsanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 6 bis 7.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, dessen Schaltung die einzige Figur zeigt.

Bei einer nicht dargestellten Spinnmaschine mit 500 Spindeln, von denen jede mittels eines Asynchronmotors angetrieben wird, er­ folgt die Energieversorgung dieser Asynchronmotoren mittels eines Umrichters, der eine veränderbare Ausgangsfrequenz sowie eine veränderbare Ausgangsspannung hat. Ausgangsfrequenz und Ausgangs­ spannung werden über eine Umrichtersteuerung eingestellt. Damit der lastabhängige Schlupf der Asynchronmotoren durch eine Span­ nungsregelung bei konstanter Frequenz konstant gehalten werden kann, ist es notwendig, der Umrichtersteuerung ständig einen Frequenzwert als Sollwert vorzugeben. Dieser Frequenzwert muß, damit die Abweichungen der Motoren von der Solldrehzahl möglichst gering ist, dem Mittelwert zwischen der höchsten und der niedrig­ sten Rotationsfrequenz entsprechen.

Von den 500 Spindeln sind im Ausführungsbeispiel sechs Spindeln als sogenannte Leitspindeln ausgewählt. Man kann davon ausgehen, daß wenigstens eine dieser Leitspindeln ungefähr eine Rotations­ frequenz hat, die annähernd gleich der augenblicklichen höchsten Rotationsfrequenz ist, die eine der Spindeln hat. Außerdem ist eine Unterteilung des Bereiches zwischen der höchsten und der niedrigsten Rotationsfrequenz in sechs bis acht Stufen normaler­ weise ausreichend, um den Mittelwert der Rotationsfrequenz mit ausreichender Genauigkeit zu erhalten. Den sechs Leitspindeln oder ihren Motoren ist je ein digitaler Frequenzgeber zugeordnet. Es handelt sich hierbei um Impulsgeber mit einer der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit proportionalen Anzahl von Impulsen. Die Rotationsfrequenzen dieser acht Leitspindeln sind mit f ₁ bis f ₆ bezeichnet.

Wie die Figur zeigt, ist jeder dieser digitalen Frequenzgeber mit dem Eingang eines Impulszählers verbunden. Diese Impulszähler sind mit 1 bis 6 gekennzeichnet. Sie sind alle gleich ausgebildet und vermögen im Ausführungsbeispiel maximal 256 Impulse zu zäh­ len. Der 256. Impuls löst einen Ausgangsimpuls aus. Da alle Im­ pulszähler 1 bis 6 gleichzeitig zu zählen beginnen, gibt derjen­ ige Impulszähler als erster einen Ausgangsimpuls ab, der der Leitspindel mit der höchsten Rotationsfrequenz zugeordnet ist. Derjenige Impulszähler, welcher der Leitspindel mit der zweit­ höchsten Rotationsfrequenz zugeordnet ist, gibt als nächster ei­ nen Ausgangsimpuls ab. Danach folgt der Ausgangsimpuls des der Leitspindel mit der dritthöchsten Rotationsfrequenz zugeordneten Impulszählers usw.

Um so weit wie möglich zu vermeiden, daß sich die Ausgangsimpulse zeitlich überlappen, ist jedem Impulszähler 1 bis 6 ein IC nach­ geschaltet, welcher aufgrund der ansteigenden Flanke des Aus­ gangsimpulses des Impulszählers einen extrem kurzen Ausgangsim­ puls erzeugt. Diese IC sind alle gleich ausgebildet und mit 7 bis 12 gekennzeichnet.

Wie die Zeichnung zeigt, sind die Ausgänge der IC an eine aus fünf ODER-Gattern 13 bis 17 bestehenden ODER-Schaltungen ange­ schlossen. Dabei sind die Ausgänge der beiden IC 7 und 8 an die beiden Eingänge des ODER-Gatters 13 und dessen Ausgang an den einen Eingang des ODER-Gatters 14 angeschlossen. Der andere Ein­ gang ist mit dem Ausgang des IC 9 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gatters 14 ist mit dem einen Eingang des ODER-Gatters 15, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des IC 10 verbunden. Ent­ sprechend sind die Verbindungen zwischen den IC 11 und 12 sowie den ODER-Gattern 15 bis 17 ausgeführt. Der Ausgang des ODER-Gat­ ters 17 ist mit dem Eingang eines Impulszählers 18 verbunden.

Der Impulszähler 18 vermag drei, bei acht Leitspindeln vier Eingangsimpulse zu zählen. Beim dritten Impuls tritt im Ausführungsbeispiel an seinem Ausgang ein Impuls auf, der auch als Reset-Impuls für ihn und die Impulszähler 1 bis 6 dient. Daher ist dieser Ausgang mit dem Reset-Eingang der Impulszähler 1 bis 6 verbunden. Aufgrund der logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der IC 7 bis 12 mittels der durch die ODER-Gatter 13 bis 17 gebildeten Logik erreichen nacheinander diejenigen Ausgangsimpulse der IC 7 bis 12 den Impulszähler 18, welche den drei höchsten Rotationsfrequenzen zugeordnet sind. Der Impulszähler 18 erzeugt deshalb dann einen Ausgangsimpuls, wenn der dritthöchste Wert der Rotationsfrequenzen der Leitspindeln vorliegt. Da der Ausgangsimpuls des Impulszählers 18 ihn und die Impulszähler 1 bis 6 zurückstellt, wird durch diesen Ausgangsimpuls ein neuer Zählvorgang eingeleitet, bei dem erneut alle Impulszähler 1 bis 6 gleichzeitig zu zählen beginnen.

Der Ausgang des Impulszählers 18 ist mit dem einen Eingang je eines logischen Verknüpfungsgliedes 19 bis 24 verbunden. Ein derartiges, als Zeitglied wirkendes Verknüpfungsglied, das durch ein taktzustandgesteuertes D-Flip-Flop (U. Tietze, CH. Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, 8. Auflage, Springer Verlag 1986) gebildet sein kann, behält denjenigen Ausgangszustand, in den es beim gleichzeitigen Auftreten je eines Signals an beiden Eingängen übergeht, bei, bis an die beiden Eingänge ungleichzeitig auftretende Signale gelangen. Ein zweiter Eingang des logischen Verknüpfungsgliedes 19 ist mit dem Ausgang des IC 7 verbunden. Entsprechend sind die zweiten Eingänge der logischen Verknüpfungsglieder 20 bis 24 mit den Ausgängen der IC 8 bis 12 verbunden. Beim Auftreten eines Ausgangsimpulses des Impulszählers 18 liefert dasjenige logische Verknüpfungsglied ein Ausgangssignal, das mit demjenigen IC verbunden ist, der den den Ausgangsimpuls des Impulszählers 18 auslösenden Impuls abgegeben hat.

Der Ausgang jedes der logischen Verknüpfungsglieder 19 bis 24 ist mit dem einen Eingang eines UND-Gatters verbunden. Diese UND-Gatter sind mit 25 bis 30 gekennzeichnet. Der zweite Eingang jedes UND-Gatters 25 bis 30 ist mit dem Ausgang desjenigen Impulsgebers verbunden, dem der vorgeschaltete Impulszähler zugeordnet ist. Der zweite Eingang ist deshalb mit f 1, f 2, f 3, f 4, f 5 bzw. f 6 gekennzeichnet. Die UND-Gatter 25 bis 30 bewirken, daß diejenige Rotationsfrequenz f 1 bis f 6 durchgeschaltet wird, die denjenigen Impuls geliefert hat, welcher den Ausgangsimpuls des Impulszählers 18 bewirkt hat.

Die Ausgänge der UND-Gatter 25 bis 30 sind mit je einem Eingang eines NOR-Gatters 31 verbunden, da im Ausführungsbeispiel für die Ansteuerung der Umrichtersteuerung das inverse Frequenzsignal be­ nötigt wird. Der Ausgang des NOR-Gatters 28 liefert so lange an die nachgeschaltete, nicht dargestellte Umrichtersteuerung den durchgeschalteten Frequenzwert, bis bei einer nachfolgenden Mes­ sung ein anderer Frequenzwert als Steuergröße ermittelt worden ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Drehzahlregelung von mittels eines Umrichters mit veränderbarer Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung gespeisten Asynchronmotoren mit lastabhängigem Schlupf, insbesondere zur Regelung der Drehzahl von durch je einen Asynchronmotor angetriebenen Spindeln einer Textilmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in ständiger Wiederholung und bei stets gleichzeitigem Zählbeginn mit von der Rotationsfrequenz abhängigem Zähltakt von einer aus der Gesamtzahl der vorhandenen Asynchronmotoren ausgewählten Gruppe von Asynchronmotoren gegen einen für jede Zählung gleichen Endwert hin gezählt wird und die Rotationsfrequenz desjenigen Asynchronmotors als Steuergröße an die Umrichtersteuerung dann weitergegeben wird, wenn ein n-ter Endwert erreicht ist, wobei n ein vorgegebener Wert ist, der kleiner ist als die Zahl der die ausgewählte Gruppe bildenden Asynchronmotoren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert n zumindest ungefähr gleich der halben Anzahl der die ausgewählte Gruppe bildenden Asynchronmotoren ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Anzahl rotierender Asynchronmotoren der ausgewählten Gruppe, die kleiner ist als der vorgegebene Wert n, solange die Messung der Rotationsfrequenz der rotierenden Asynchronmotoren wiederholt wird, bis der n-te Endwert erreicht ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Umrichtersteuerung weitergegebene Rotationsfrequenz durch den an einem zusätzlich vorgesehenen Asynchronmotor erfaßten Meßwert ersetzt wird, sofern alle Asnychronmotoren der ausgewählten Gruppe stillstehen.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) jedem Asynchronmotor der ausgewählten Gruppe ein digitaler Frequenzgeber zugeordnet ist,
• b) jedem digitalen Frequenzgeber ein aufgrund eines Rückstellsignals auf den Wert 0 zurückstellbarer erster Impulszähler (1 bis 6) nachgeschaltet ist, die alle beim Erreichen eines für alle Impulszähler (1 bis 6) gleichen Zählerstandes an einem Ausgang einen Impuls abgeben,
• c) die Ausgänge der Impulszähler (1 bis 6) durch eine ODER-Schaltung (13-17) miteinander verknüpft sind,
• d) an den Ausgang der ODER-Schaltung (13 bis 17) ein zweiter Impulszähler (18) angeschlossen ist, der mit dem Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes einen Ausgangsimpuls abgibt,
• e) an denjenigen Ausgang des zweiten Impulszählers (18), an dem der Ausgangsimpuls auftritt, der Reset-Eingang des zweiten Impulszählers (18) und aller ersten Impulszähler (1 bis 6) sowie der eine Eingang je eines logischen Verknüpfungsgliedes (19 bis 24) mit zwei Eingängen angeschlossen ist, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des zugeordneten ersten Impulszählers (1 bis 6) verbunden ist, wobei das logische Verknüpfungsglied (19 bis 24) als Zeitglied derart wirkt, daß bei gleichzeitigem Auftreten von einem Impuls des ersten und einem Impuls des zweiten Impulszählers (1 bis 6 bzw. 18) am Ausgang des logischen Verknüpfungsgliedes (19 bis 24) ein Ausgangssignal bis zum Abschluß des nächsten Zählvorgangs ansteht,
• f) der Ausgang jedes logischen Verknüpfungsgliedes (19 bis 24) mit dem einen Eingang je eines UND-Gatters (25 bis 30) verbunden ist, deren anderer Eingang an je einen der Frequenzgeber angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem ersten Impulszähler (1 bis 6) und der ihm nachgeschalteten ODER-Schaltung (13 bis 17) je eine Impulsverkürzungsschaltung (17 bis 12) vorgesehen ist.

7. Schaltungsanordung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der UND-Gatter (25 bis 30) mit je einem Eingang einer NOR-Schaltung (31) verbunden sind.