DE4036842A1

DE4036842A1 - Regeleinrichtung fuer einen asynchronmotor

Info

Publication number: DE4036842A1
Application number: DE4036842A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Hirano; Mitunori Yamashina; Tetsuo Etoh
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-11-25
Filing date: 1990-11-19
Publication date: 1991-05-29
Also published as: US5021724A; JPH03169291A

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für einen Asynchronmotor.

Bei einer allgemein üblichen Regeleinrichtung für einen Asynchronmotor wird dieser so geregelt, daß sein Drehmoment konstant ist, wenn die Drehzahl unter einer Basisdrehzahl liegt. Weiterhin wird so geregelt, daß die Ausgangsleistung des Motors konstant ist, wenn seine Drehzahl über der Basis drehzahl liegt. Das Regeln auf konstantes Drehmoment erfolgt dadurch, daß der Sekundärmagnetfluß konstant gehalten wird, wenn die Motordrehzahl unter der Basisdrehzahl liegt. Rege lung auf konstante Ausgangsleistung wird dadurch ausgeführt, daß der Sekundärmagnetfluß umgekehrt proportional zur Dreh zahl des Motors verringert wird, wenn die Drehzahl über der Basisdrehzahl liegt. In der Regeleinrichtung für den Asyn chronmotor ändert sich eine Anschlußspannung des Motors ab hängig von seiner Last, und der Maximalwert der Anschluß spannung des Motors wird so geregelt, daß er eine Maximal spannung nicht überschreitet, die von einem mit dem Asyn chronmotor verbundenen Steuerumrichter ausgegeben wird, wenn der Motor bei maximaler Last und maximaler Drehzahl betrie ben wird. Die Anschlußspannung des Asynchronmotors wird da her mit ausreichender Sicherheitsspanne für die Spannung ge regelt, so daß diese gewöhnlich relativ niedrig ist, wodurch auch der Wirkungsgrad des Motors sehr klein wird. Ein Bei spiel für eine derartige Vorrichtung ist in der japanischen Patentveröffentlichung 60-14 593 (1985) beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Asynchron motor mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben.

Diese Aufgabe wird durch die Regeleinrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche. Hierzu gehört insbe sondere, daß der Spitzenwert der Anschlußspannung des Asyn chronmotors als Funktion der Drehzahl simuliert wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer Regeleinrichtung für einen Asynchronmotor;

Fig. 2 und 3 Diagramme für Charakteristiken der Einrich tung gemäß Fig. 1; und

Fig. 4 ein Blockdiagramm für eine andere Ausführungsform einer Regeleinrichtung für einen Asynchronmotor.

Anhand des Gesamtblockschaltbildes von Fig. 1 für eine Re geleinrichtung für einen Asynchronmotor wird nun ein Ausfüh rungsbeispiel für eine solche Einrichtung näher beschrieben. Es sind ein Asynchronmotor 1 und ein Drehzahldetektor 2 vor handen. Letzterer ist mit dem Asynchronmotor verbunden und gibt ein Istdrehzahlsignal ω_r aus. Ein Drehzahlregler 3 gibt ein Drehmoment-Stromsollsignal I_q* entsprechend der Regelab weichung zwischen dem Istdrehzahlsignal ω_r und einem Soll drehzahlsignal ω_r* aus. Eine Magnetflußberechnungsschaltung 4 erzeugt einen Magnetfluß Φ₂ auf Grundlage des Istdrehzahl signals _r, und eine Erregerstrom-Einstellschaltung 5 er zeugt ein Erregerstrom-Sollsignal I_d* auf Grundlage des Mag netflusses Φ₂. Eine Schlupffrequenz-Berechnungsschaltung 6 gibt eine Schlupffrequenz ω_s* und einen Primärstrom im Asyn chronmotor 1 aus, der auf Grundlage der Summe der Schlupf frequenz ω_s und des Solldrehzahlsignals ω_r bestimmt wird. Ein Integrator 7 gibt ein Phasensignal R für den Primärstrom des Asynchronmotors 1 auf der Grundlage von Differenzen einer seits zwischen dem Drehmoment-Stromsollwertsignal I_q* und einer q-Achsen-Stromkomponente I_q und andererseits des Mag netfluß-Stromsollwertsignals I_d* und einer d-Achsen-Strom komponente I_d durch Vergleich mit der Phase R aus. Eine Stromregelschaltung 9 gibt ein Anschlußspannungs-Sollwert signal V₁* auf Grundlage der Differenz zwischen dem Strom sollwert i₁h* und eines Primärstrom-Istsignals i₁ vom Asyn chronmotor 1 aus, um dadurch einen Steuerumrichter 10 zu steuern und den Asynchronmotor 1 mit Primärstrom zu versor gen. Das Primärspannungs-Istsignal v_1B des Asynchronmotors 1 wird durch einen Spannungsdetektor PT festgestellt und durch einen 3/2-Phasenumformer 11 in die d-Achsenspannung V_d und die q-Achsenspannung V_q umgewandelt. Eine Schlupffrequenz- Regelabweichung Δω_s wird von einer Fehlerkorrekturschaltung 12 auf Grundlage der d-Achsenspannung V_d und der q-Achsen spannung V_q erzeugt. Sie dient zum Korrigieren der Frequenz ω* des Primärstroms des Asynchronmotors. Das Primärstrom- Sollwertsignal i_1FB des Asynchronmotors 1 wird durch einen weiteren 3/2-Phasen-Umformer 11 in die d-Achsen-Stromkompo nente I_d und die q-Achsen-Stromkomponente I_q umgewandelt. Ein Transformator TR dient zum Zuführen elektrischer Span nung zum Steuerumrichter 10.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 geht ein erfindungs gemäßes Merkmal dahin, daß eine Magnetfluß-Abregelung für den Asynchronmotor 1 vorhanden ist, die den Sekundärmagnet fluß des Motors abhängig von der Drehzahl N desselben und den Spitzenwert V₁ der Anschlußspannung des Motors ändert, um dafür zu sorgen, daß der Spitzenwert V₁ die maximale Aus gangsspannung V_max des Steuerumrichters 10 hält. Im allge mein bekannten Regelsystem eines Asynchronmotors wird dage gen die Anschlußspannung desselben so geregelt, daß sie er heblich niedriger ist als die maximale Ausgangsspannung V_max, damit diese maximale Ausgangsspannung nicht über schritten wird, während der Sekundärmagnetfluß des Motors so geregelt wird, daß er bei maximaler Drehzahl N_t und normaler maximaler Last verringert wird. Das erfindungsgemäße Sekun därmagnetfluß-Abregelungssystem, wie oben beschrieben, be treibt demgegenüber den Asynchronmotor 1 mit höherem Wir kungsgrad als das allgemein bekannte Regelungssystem, das den Sekundärmagnetfluß nur auf Grundlage der Drehzahl ver ringert. Der höhere Wirkungsgrad wird erzielt, da der Spit zenwert V₁ der Anschlußspannung V₁ des Asynchronmotors 1 bei der Erfindung so geregelt wird, daß die maximale Ausgangs spannung V_max vom Steuerumrichter 10 im Bereich der Magnet fluß-Abregelung des Asynchronmotors 1 gehalten wird.

Eine Spitzenwert-Berechnungsschaltung 13, wie in Fig. 1 ein gezeichnet, berechnet den Spitzenwert V₁ der Anschlußspan nung v₁ des Asynchronmotors 1 aus der d-Achsenspannung V_d und der q-Achsenspannung V_q, welche Werte vom 3/2-Phasen- Umformer 11 geliefert werden. Das Berechnen erfolgt mit der folgenden Gleichung:

Das Sekundärmagnetflußmuster, wie es von der Magnetfluß-Be rechnungsschaltung 4 berechnet wird und umgekehr proportio nal zur Drehzahl N des Asynchronmotors 1 variiert wird, wird anhängig von Spitzenwert V₁ der gemessenen Anschlußspannung v₁ des Asynchronmotors 1 so verändert, daß der Spitzenwert V₁ der maximalen Ausgangsspannung V_max des Steuerumrichters 10 entspricht. Das heißt, daß das Sekundärmagnetflußmuster von der Magnetflußberechnungsschaltung 4 auf Grundlage der Drehzahl N und des Spitzenwerts V₁ der gemessenen Anschluß spannung v₁ des Asynchronmotors 1 so variiert wird, daß der Spitzenwert V₁ so geregelt wird, daß er der maximalen Aus gangsspannung V_max des Steuerumrichters 10 entspricht, wenn der Asynchronmotor 1 so geregelt wird, daß der Sekundärmag netfluß auf Grundlage der Drehzahl verringert wird.

Der Sekundärmagnetfluß Φ₂ wird auf einen konstanten Wert ge regelt, wie in Fig. 2 dargestellt, und das Drehmoment des Asynchronmotors 1 wird konstant, wenn die Drehzahl N des Motors unter einer Basisdrehzahl N_B liegt. In diesem Zustand wird die Anschlußspannung des Asynchronmotors 1 entsprechend seiner Drehzahl so gesteuert, daß sie sich entlang einer Kurve D ändert, wenn der Asynchronmotor 1 mit 100% Last be trieben wird, dagegen entlang einer Kurve C ändert, wenn der Motor 1 mit maximaler Last betrieben wird, wie in Fig. 3 dargestellt. Wenn der Sekundärmagnetfluß Φ₂ so gesteuert wird, daß er entlang einer Kurve A bei 100% Last und ent lang einer Kurve B bei maximaler Last abnimmt, wie in Fig. 2 für einen Bereich oberhalb der Basisdrehzahl N_B dargestellt, wird der Spitzenwert V₁ der Anschlußspannung v₁ des Asyn chronmotors 1 so geregelt, daß er die maximale Ausgangsspan nung V_max des Stromumrichters 10 hält, wie in Fig. 3 darge stellt.

Da, wie oben ausgeführt, gemäß der Erfindung der Asynchron motor 1 bei Halten der Anschlußspannung auf hohem Wert be trieben wird, während er so geregelt wird, daß der Sekundär fluß entsprechend der Drehzahl absinkt, wird er mit höherem Wirkungsgrad geregelt, und der Gesamtleistungsfaktor des Asynchronmotor-Antriebssystems wird verbessert.

Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Regeleinrichtung für einen Asynchronmotor. Bei die ser Ausführungsform wird das an den Steuerumrichter 10 ge lieferte Spannungs-Sollwertsignal v₁* statt der Anschluß spannung des Asynchronmotors 1 gemessen. Das heißt, daß der 3/2-Phasen-Umformer 11 das Spannungs-Sollwertsignal v₁* in eine d-Achsenspannung V_d′ und eine q-Achsenspannung V_q′ um wandelt und die Spitzenwertberechnungsschaltung 13 von Fig. 4 den Spitzenwert V₁ der Anschlußspannung v₁ des Asynchron motors 1 mit Hilfe der eben genannten Achsenspannungen auf Grundlage folgender Gleichung berechnet:

Der Sekundärmagnetfluß des Asynchronmotors 1 wird gemäß einer der Kurven A oder B von Fig. 2 eingestellt, und die Anschlußspannung des Motors wird so geregelt, daß sie die maximale Ausgangsspannung V_max hält. Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 weist dieselben Vorteile auf wie dasjenige von Fig. 1.

Darüber hinaus ist es möglich, den Sekundärmagnetfluß des Asynchronmotors 1 gemäß der Kuve A oder B von Fig. 2 durch Simulation einzustellen, indem die Drehzahl des Asynchron motors 1 gemessen wird, ohne daß die Anschlußspannung v₁ oder das Spannungs-Sollwertsignal v₁* gemessen werden.

Claims

1. Regeleinrichtung für einen Asynchronmotor mit

- einem Umrichter (10) zum Zuführen elektrischer Leistung zum Motor,
- und einem Detektor (2) zum Messen der Drehzahl des Motors,

gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (3, 6 - 9, 11, 12) zum Regeln des Umrich ters so, daß dieser die Drehzahl des Asynchronmotors kon stant hält, solange seine Drehzahl geringer ist als eine vorgegebene Drehzahl, und zum Verringern des Sekundärmag netflusses des Motors entsprechend der Drehzahl, während diese über der vorgegebenen Drehzahl liegt,
- und eine Einrichtung (4, 5, 13) zum Verändern des Sekun därmagnetflusses abhängig von der Anschlußspannung des Asynchronmotors auf solche Weise, daß diese auf einem vor gegebenen konstanten Wert gehalten wird, solange die Dreh zahl höher ist als die vorgegebene Drehzahl.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung (4, 5, 13) zum Verändern des Sekun därmagnetflusses den Spitzenwert der gemessenen Anschluß spannung des Asynchronmotors berechnet und den Sekundärmag netfluß auf Grundlage des Spitzenwerts verändert.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Verändern der Sekundärmagnet flußdichte eine Simulationseinrichtung ist, zum Simulieren der Sekundärmagnetflußdichte entsprechend der Anschlußspan nung, um diese durch Messen der Drehzahl auf einem vorgege benen Wert zu halten.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung (4, 5, 13) zum Verändern der Sekun därmagnetflußdichte die Last des Asynchronmotors ermittelt und die Sekundärmagnetflußdichte auf Grundlage der Last ver ändert.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung (4, 5, 13) zum Verändern der Sekun därmagnetflußdichte die Anschlußspannung auf der maximalen Ausgangsspannung des Umrichters (10) hält, solange die Dreh zahl des Motors über der vorgegebenen Drehzahl liegt.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung (4, 5, 13) zum Verändern der Sekun därmagnetflußdichte diese auf Grundlage einer gemessenen An schlußspannung des Motors verändert.

7. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung (4, 5, 13) zum Verändern der Se kundärmagnetflußdichte diese auf Grundlage der Sollspannung für den Umrichter (10) ändert.