DE4113068A1 - Ascertaining or regulating RPM of async. motor - altering frequency of variable voltage or current source until characteristic signal indicates switching between motor and generator modes - Google Patents

Ascertaining or regulating RPM of async. motor - altering frequency of variable voltage or current source until characteristic signal indicates switching between motor and generator modes

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DE4113068A1
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Abstract

A current or voltage source (23..25) is applied having a variable frequency that provides a characteristic signal when switching from generator to motor operation and vice versa. The frequency of the current or voltage source is varied until the characteristic signal is supplied. Pref. the frequency of the current or voltage source is increased or reduced from a given value, the characteristic signal pref. being provided as a zero transition of the machine current. USE/ADVANTAGE - Async. machine for turbomolecular pump. Does not require revolution counter.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.

Turbomolekularpumpen werden mit hoher Drehgeschwindigkeit betrieben und weisen we­ gen ihres komplexen mechanischen Aufbaus oft mehrere kritische Resonanzfrequenzen auf. Diese kritischen Resonanzfrequenzen liegen zwischen der Drehzahl Null und der Nenndrehzahl. Damit keine bleibenden Schäden an einer Turbomolekularpumpe entstehen, darf sie nicht für längere Zeit mit ihren Resonanzfrequenzen oder -drehzahlen betrieben werden. Dies kann dadurch erreicht werden; daß sie möglichst schnell auf ihre Nenndreh­ zahl gebracht wird.Turbomolecular pumps are operated at a high rotational speed and show how Due to their complex mechanical structure, they often have several critical resonance frequencies on. These critical resonance frequencies are between zero speed and Rated speed. To prevent permanent damage to a turbomolecular pump, it must not be operated at its resonance frequencies or speeds for a long period of time will. This can be achieved; that they get to their nominal rotation as quickly as possible number is brought.

Die Drehzahl einer Asynchronmaschine ist allerdings lastabhängig, so daß es bei einer ent­ sprechenden Last durchaus vorkommen kann; daß eine ohne spezielle Regelung versehene Asynchronmaschine exakt auf einer Resonanzstelle verharrt.The speed of an asynchronous machine is, however, dependent on the load, so that it ent speaking load can occur; that one without special regulation Asynchronous machine remains exactly on one resonance point.

Mit Hilfe einer Drehzahlregelung mittels einer frequenzvariablen Drehfeldvorgabe, die un­ abhängig von der jeweiligen Last die Nenndrehzahl oder eine andere Drehzahl außerhalb der Resonanzbereiche ansteuert, kann das Verharren in einer Resonanzstelle vermieden werden. With the help of a speed control by means of a frequency variable rotating field specification, the un depending on the load, the nominal speed or another speed outside of the resonance areas can be avoided in a resonance point will.  

Für eine solche Drehzahlregelung sind allerdings Drehzahlgeber erforderlich, welche die Ist-Drehzahl feststellen. Solche Drehzahlgeber sind relativ aufwendig und werden deshalb nicht gerne verwendet.For such a speed control, however, speed sensors are required, which the Determine actual speed. Such speed sensors are relatively expensive and are therefore not happy to use.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die Ankerdrehzahl eines über einen Frequenzumrichter gespeisten Asynchronmotors ohne Verwendung eines Drehzahlgebers zu ermitteln.The invention is therefore based on the object, the armature speed of one Frequency converter fed asynchronous motor without using a speed encoder to determine.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved in accordance with the features of patent claim 1.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Drehzahl eines Asynchronmotors sowie sein Schlupf auch ohne Drehzahlgeber überwacht werden können.The advantage achieved by the invention is in particular that the speed of a Asynchronous motor and its slip can also be monitored without a speed sensor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol­ genden näher beschrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is shown in the drawing and is in fol described in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Turbomolekularpumpe mit einem Asynchronmotor; Fig. 1 is a turbomolecular pump with an asynchronous motor;

Fig. 2 eine Steueranordnung für den Asynchronmotor gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a control arrangement for the asynchronous motor according to FIG. 1;

Fig. 3 eine Spannungs-Frequenz-Kennlinie; Fig. 3 is a voltage-frequency characteristic;

Fig. 4 den Frequenzverlauf von Statorspannung und Rotordrehzahl während des Hochfahrens auf eine Enddrehzahl des Motors;4 shows the frequency response of stator and rotor speed during start-up to a final rotational speed of the engine.

Fig. 5 die Schlupfermittlung während der Hochlaufphase des Motors; Figure 5 shows the slip determination during the start-up phase of the engine.

Fig. 6 die Drehzahlregelung nach Erreichen der Enddrehzahl des Motors. Fig. 6, the speed control after reaching the final speed of the engine.

In der Fig. 1 ist eine Turbomolekularpumpe 1 dargestellt; die von einem Drehstromasyn­ chronmotor 2 angetrieben wird. Mit einem Pfeil 3 ist die Ansaugrichtung des abgepumpten Gases angedeutet; während mit einem Pfeil 4 die Austrittsrichtung des angesaugten Gases bezeichnet ist.In Fig. 1, a turbo molecular pump 1 is shown; which is driven by a three-phase asynchronous chronomotor 2 . The direction of suction of the pumped gas is indicated by an arrow 3 ; while an arrow 4 denotes the exit direction of the sucked gas.

Die Turbomolekularpumpe 1 weist ein Gehäuse 5 auf, in dem eine Rotorwelle 6; ein Rotor 7 und ein Stator 8 vorgesehen sind. Am Umfang des Rotors 7 sind mehrere Rotorscheiben 9, 10, 11 angeordnet; die in entsprechende Aussparungen des Stators 8 eingreifen. Die Ro­ torwelle 6 ist in Lagern 12, 13 gelagert und mit ihrem einen Ende in ein Ölbad 14 getaucht, das sich in einer Wanne 15 befindet; die von einem Träger 16 des Lagers 13 abgeschlossen wird.The turbomolecular pump 1 has a housing 5 in which a rotor shaft 6 ; a rotor 7 and a stator 8 are provided. A plurality of rotor disks 9 , 10 , 11 are arranged on the circumference of the rotor 7 ; which engage in corresponding recesses in the stator 8 . The ro torwelle 6 is mounted in bearings 12 , 13 and with one end immersed in an oil bath 14 which is located in a tub 15 ; which is completed by a carrier 16 of the bearing 13 .

An die Rotorwelle 6 ist der Rotor 17 des Asynchronmotors 2 angeflanscht, dessen Stator 18 um den Rotor 17 herum angeordnet und mit dem Turbopumpen-Stator 8 verbunden ist.The rotor 17 of the asynchronous motor 2 is flanged to the rotor shaft 6 , the stator 18 of which is arranged around the rotor 17 and is connected to the turbopump stator 8 .

Bei dem Asynchronmotor 2 handelt es sich vorzugsweise um einen Käfig- oder Kurz­ schlußläufer, der keine Schleifringe benötigt. Die Drehzahl eines solchen Asynchronmo­ tors kann über den Schlupf, die Standerfrequenz und die Polpaarzahl geändert werden, da diese drei Größen über die GleichungThe asynchronous motor 2 is preferably a squirrel-cage or short-circuit rotor that does not require slip rings. The speed of such an asynchronous motor can be changed via the slip, the stator frequency and the number of pole pairs, since these three quantities are based on the equation

n = (1-s) fs/pn = (1-s) f s / p

wobei
n = Drehzahl
s = Schlupf
fs = Ständerfrequenz
p = Polpaarzahl
die Drehzahl bestimmen.in which
n = speed
s = slip
f s = stator frequency
p = number of pole pairs
determine the speed.

Der Schlupf s ist eine Zahl, die in Prozenten oder unmittelbar angibt, um wieviel bei einer Induktionsmaschine die mechanische Drehzahl des Läufers von der Drehzahl des Dreh­ felds im Luftspalt abweicht. Die in jedem Strang einer Läuferrichtung induzierte Spannung ist proportional dem Schlupf. Unter Polpaarzahl versteht man die Zahl der Polpaare, wel­ che die Frequenz einer Induktionsmaschine festlegt.The slip s is a number that indicates in percent or directly how much at one Induction machine the mechanical speed of the rotor from the speed of rotation fields in the air gap deviates. The voltage induced in each strand of a rotor direction is proportional to the slip. The number of pole pairs means the number of pole pairs, wel determines the frequency of an induction machine.

In der Fig. 2 ist der Asynchronmotor 2 als elektrisches Prinzipschaltbild eines Dreiphasen­ Asynchronmotors dargestellt, dessen Phasen U, V, W an den Versorgungsleitungen 20 bis 22 liegen. Diese Versorgungsleitungen 20 bis 22 sind jeweils mit einer Halbbrückenschal­ tung 23, 24, 25 verbunden, die zwei steuerbare Feldeffekttransistoren 26,27; 28, 29; 30, 31 aufweist, deren Steuerelektroden mit einer Mikroprozessorsteuerung 32 verbunden sind, welche die Steuerelektrode mit phasenverschobenen Impulsen beaufschlagt. Eine an der Halbbrückenschaltung 23-25 anliegende Gleichspannung Uz, die aus einer Gleich­ Stromversorgung 33 kommt, wird durch die gesteuerten Feldeffektansistoren 26 bis 31 zerhackt und in drei verschiedene Wechselströme umgeformt. Die Gleichstromversorgung 33 wird ihrerseits durch ein ein- oder dreiphasiges Netz versorgt.In FIG. 2, the induction motor 2 is shown as an electrical schematic diagram of a three-phase induction motor, the phases U, V, W are connected to the supply lines 20 to 22. These supply lines 20 to 22 are each connected to a half-bridge device 23 , 24 , 25 , the two controllable field effect transistors 26 , 27 ; 28 , 29 ; 30 , 31 , the control electrodes of which are connected to a microprocessor controller 32 , which applies phase-shifted pulses to the control electrode. A DC voltage U z applied to the half-bridge circuit 23-25 , which comes from a DC power supply 33 , is chopped by the controlled field-effect transistors 26 to 31 and converted into three different AC currents. The DC power supply 33 is in turn supplied by a single or three-phase network.

Die Mikroprozessorsteuerung 32 erfaßt sowohl die am Ausgang 34, 35 der Gleichstrom­ versorgung 33 anstehende Gleichspannung Ua als auch den Gleichstrom J, der aus der Gleichstromversorgung 33 zu den Halbbrücken 23 bis 25 fließt. Die Stromversorgung der Mikroprozessorsteuerung 32 selbst erfolgt ebenfalls aus der Gleichsstromversorgung 33, und zwar über Leitungen 36 bis 38. Als Mikroprozessor kann beispielsweise ein Siemens­ Prozessor 80537 verwendet werden, der einen Pulsbreitenmodulator Marconi MA 818 (Three Phase Pulse Width Modulated Wave Form Generator) ansteuert.The microprocessor control 32 detects both the DC voltage U a pending at the output 34 , 35 of the DC power supply 33 and the DC current J which flows from the DC power supply 33 to the half bridges 23 to 25 . The microprocessor controller 32 itself is also supplied with power from the direct current supply 33 , specifically via lines 36 to 38 . A Siemens processor 80537 can be used as the microprocessor, for example, which controls a Marconi MA 818 pulse width modulator (Three Phase Pulse Width Modulated Wave Form Generator).

Mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 ist es somit möglich, die von einer Gleich­ Stromversorgung 33 gelieferte Ausgangsspannung dreiphasig zu zerhacken, so daß drei steuerbare Wechselspannungen an den Phasen U, V, W anstehen.With the circuit arrangement according to FIG. 2, it is thus possible to chop the output voltage supplied by a DC power supply 33 in three phases, so that three controllable AC voltages are present at the phases U, V, W.

Anstelle der in Fig. 2 dargestellten Halbbrückensteuerung unter Verwendung von Feld­ effektransistoren kann beispielsweise auch eine Schaltungsanordnung mit Gate-Turn-Off­ Thyristoren oder IGBTs (= Isolated-Gate-Bipolar-Transistoren) zur Anwendung kommen.Instead of the half-bridge control shown in FIG. 2 using field effect transistors, a circuit arrangement with gate turn-off thyristors or IGBTs (= isolated gate bipolar transistors) can also be used, for example.

In der Fig. 3 ist eine Spannungs-Frequenz-Kennlinie 40 dargestellt, wobei U die am Stän­ der des Motors anliegende Spannung und fS deren Frequenz ist. Eine solche Kennlinie wird angestrebt, um über den gesamten Frequenzbereich ein möglichst hohes Motordreh­ moment zu erzeugen (vgl. Franz Zach: Leistungselektronik, 2. Auflage, 1987, S. 318, Abb. 4.127) Damit ein solches hohes Drehmoment erreicht wird, muß der Motor 2 mit konstan­ tem magnetischem Fluß arbeiten, denn das an dem Läufer eines Asynchronmotors angrei­ fende innere Moment ist zeitunabhängig, proportional dem Produkt der Amplituden von Drehfeld- und Läuferstrombelagswelle und dem Cosinus des Phasenwinkels zwischen den beiden Wellen; Bei kleinem Schlupf nehmen Läuferstrombelag und Drehmoment linear mit dem Schlupf zu, wobei die Flußdichte näherungsweise als konstant angesehen werden kann.In Fig. 3 is a voltage-frequency characteristic curve 40 is shown, where U is the applied voltage of the motor, and f S is the frequency at the STAs. Such a characteristic is sought in order to generate the highest possible engine torque over the entire frequency range (cf.Franz Zach: Power Electronics, 2nd edition, 1987, p. 318, Fig. 4.127) Motor 2 work with constant magnetic flux, because the internal torque attacking the rotor of an asynchronous motor is time-independent, proportional to the product of the amplitudes of the rotating field and rotor current coating wave and the cosine of the phase angle between the two waves; In the case of small slip, the rotor current and the torque increase linearly with the slip, the flux density being approximately constant.

Um den Fluß konstant zu halten, muß bei einer Änderung der Speise- oder Ständerfre­ quenz fS zur Verstellung der Winkelgeschwindigkeit auch die Speisespannung frequenz­ proportional verändert werden. Es gilt: In order to keep the flow constant, the supply voltage frequency must also be changed proportionally when the feed or stator frequency f S is changed in order to adjust the angular velocity. The following applies:

Φ=const. ∼Iµ = const U/2π fs LH∼ U/fs Φ = const. ∼I µ = const U / 2π f s L H ∼ U / f s

wobei
Φ = Fluß
Iµ = Magnetisierungsstrom
fs = Speisefrequenz
LH = Induktivität der Ständerwicklungin which
Φ = river
I µ = magnetizing current
f s = supply frequency
L H = inductance of the stator winding

Man erkennt hieraus, daß der für den magnetischen Fluß verantwortliche Magnetisierungs­ strom gleich der Ständerspannung geteilt durch den induktiven Wechselstromwiderstand ist, der seinerseits von der Frequenz abhängt. Bei konstanter Spannung und wachsender Frequenz nimmt folglich der Fluß ab. Um den Fluß konstant zu halten, muß deshalb auch die Spannung linear mit der Frequenz zunehmen. Die U/f-Kennlinie gemäß Fig. 3 zeigt ei­ ne solche lineare Spannungszunahme im Bereich f0 bis fN, wobei fN die Nennfrequenz ist. Im Anfangsbereich 41 der Spannungs-Frequenz-Kurve 40, d h. zwischen der Frequenz 0 und f0 findet eine I. R-Kompensation statt, weil bei niedriger Anfangsfrequenz der ohm­ sche Widerstand, der bei höheren Frequenzen vernachlässigt wird, stark in das Dreh­ moment eingeht. Der Standerwiderstand bedingt, daß im unteren Frequenzbereich 41 die Spannungs-Frequenz-Kennlinie nicht linear ist.It can be seen from this that the magnetizing current responsible for the magnetic flux is equal to the stator voltage divided by the inductive AC resistance, which in turn depends on the frequency. With constant voltage and increasing frequency, the flow consequently decreases. In order to keep the flow constant, the voltage must therefore increase linearly with the frequency. The U / f characteristic of FIG. 3 shows ei ne such a linear increase in voltage in the range of f 0 to f N, where f N is the nominal frequency. In the initial region 41 of the voltage-frequency curve 40 , i.e. an I. R compensation takes place between the frequency 0 and f 0 , because at low starting frequency the ohmic resistance, which is neglected at higher frequencies, is strongly influenced by the torque. The stator resistance means that the voltage-frequency characteristic curve is not linear in the lower frequency range 41 .

In der Fig. 4 ist graphisch dargestellt, wie sich die Drehfeld- oder Statorfrequenz fs(Stator) der dem Asynchronmotor 2 zugeführten Spannung sowie der Drehzahl nRotor des Rotors nach dem Aufschalten über der Zeit verändern. Die Steigung der Drehzahlkennlinie ist hierbei kleiner als die Steigung der Statorfrequenz, und zwar unterscheiden sich beide Kennlinien durch einen konstanten Schlupf. Hierbei ist angenommen, daß sich der Rotor des Asynchronmotors 2 mit einer zunächst unbekannten Frequenz dreht und das Aufschal­ ten während dieses Drehens erfolgen soll.In FIG. 4 is shown graphically how changing the rotating field or stator frequency f s (stator) of the induction motor 2 supplied voltage and the rotational speed n of the rotor after the rotor Intrusion over time. The slope of the speed characteristic curve is smaller than the slope of the stator frequency, and both characteristic curves differ by a constant slip. It is assumed here that the rotor of the asynchronous motor 2 rotates with an initially unknown frequency and the Aufschal th should take place during this rotation.

Um ein solches Aufschalten während des Betriebs vornehmen zu können, wird der Asyn­ chronmotor 2 kurzzeitig mit der maximalen Statorfrequenz fmax beaufschlagt, die dann sehr schnell, z. B. innerhalb von 50 ms abgesenkt wird, bis eine untere Statorfrequenz fu erreicht ist. Die Absenkung erfolgt deshalb sehr schnell, damit der Motor aufgrund seiner Trägheit nicht auf eine Drehzahl hochläuft, die der Frequenz fmax entspricht. Die Stator- Minimalfrequenz fmin liegt mit Sicherheit unter der aktuellen Rotordrehzahl, die mit nakt(Rotor) bezeichnet ist. Liegt die Rotordrehzahl nakt(Rotor) über der Statorfrequenz fu(Stator), so herrscht Generatorbetrieb, der durch eine Stromerfassung erkannt wird. In order to be able to carry out such an intrusion during operation, the Asyn chronomotor 2 is briefly acted on with the maximum stator frequency f max , which is then very fast, e.g. B. is reduced within 50 ms until a lower stator frequency fu is reached. The lowering is therefore very quick so that the motor does not run up to a speed corresponding to the frequency f max due to its inertia. The minimum stator frequency f min is certainly below the current rotor speed, which is denoted by n act (rotor) . If the rotor speed n act (rotor) is above the stator frequency f u (stator) , there is generator operation, which is recognized by a current detection.

Nachdem der Übergang vom Motor- auf den Generatorbetrieb erkannt worden ist, wird die Statorfrequenz f(stator) linear erhöht. Die Rotordrehzahl n(Rotor) folgt der Statorfrequenz f(Stator) in geringem Abstand, wobei dieser Abstand den Beschleunigungsschlupf sa defi­ niert, der bei veränderlicher Frequenz konstant bleiben soll. Zu Beginn der Drehzahlerhö­ hung schneidet die Statordrehzahlkurve die Rotordrehzahlkurve im Punkt fs0, welcher den Schlupf Null definiert. Von diesem Schlupf Null beginnend wird der Rotor auf die ge­ wünschte Enddrehzahl nEnd gebracht. Damit wird der Motor von einer definierten Stelle aus, nämlich vom Schlupf s = 0, auf seinem Betriebskreis betrieben, so daß das Risiko einer Kippung entfällt.After the transition from motor to generator operation has been recognized, the stator frequency f (stator) is increased linearly. The rotor speed n (rotor ) follows the stator frequency f (stator) at a short distance, this distance defining the acceleration slip s a , which should remain constant at a variable frequency. At the beginning of the speed increase, the stator speed curve intersects the rotor speed curve at point f s0 , which defines zero slip. Starting from this slip zero, the rotor is brought to the desired final speed n end . The motor is therefore operated from a defined point, namely from the slip s = 0, on its operating circuit, so that the risk of tipping does not apply.

Sobald die Ist-Drehzahl bei f = fs0 festgestellt worden ist, kann die Schlupfregelung ge­ mäß Fig. 5 beginnen. Diese Schlupfregelung soll, wie oben bereits erwähnt, bewirken, daß der Schlupf beim Hochfahren der Frequenz konstant bleibt. Durch das Konstanthalten des Schlupfes wird der cosϕ und damit der Wirkleistungsanteil stabilisiert, d. h. bei niedrigem, konstantem Schlupf ergibt sich ein guter Wirkungsgrad für die notwendige magnetische Erregung des Motors.As soon as the actual speed has been determined at f = f s0 , the slip control can begin according to FIG. 5. As already mentioned above, this slip control is intended to ensure that the slip remains constant when the frequency is ramped up. By keeping the slip constant, the cosϕ and thus the active power component is stabilized, ie when the slip is low and constant, the efficiency required for the necessary magnetic excitation of the motor is good.

In der Fig. 5 ist ein relativ kleiner Zeitbereich aus der Kurve gemäß Fig. 4 dargestellt, der sich unmittelbar an den Übergang vom Motor- zum Generatorbetrieb anschließt. Man er­ kennt hierbei, daß die mittlere Statorfrequenz fm(Stator) eine etwas größere Steigung als die mittlere Rotordrehzahl nm(Rotor) aufweist. Dieser Unterschied in den Steigungen ist so festgelegt, daß sich ein konstanter Schlupf über alle Zeiten t1 . . . t4 ergibt. Um diesen Schlupf zu berechnen und dann konstant zu halten, pendelt die aktuelle Statorfrequenz fakt(Stator) fortwährend um ihren Mittelwert fm(Stator), wobei sie von einem konstanten Wert f1 abrupt zu einem Wert f1min abfällt und dann sehr schnell auf einen konstanten Wert f2 hochgeführt wird. Dieser Vorgang, bei dem jedesmal kurzfristig vom Motor- auf den Generatorbetrieb umgeschaltet wird, wiederholt sich mehrfach, so daß aufgrund der festgestellten Motor/Generator-Übergänge die mittlere Motordrehzahl fm(Motor) errechnet werden kann. Auch die einzelnen Schlupfwerte zu den Zeitpunkten t1 . . . t4 sind ermittel­ bar, so daß auf einen konstanten Schlupfwert geregelt werden kann.In FIG. 5, a relatively small time range from the curve 4 is shown in FIG. Shown, which directly adjoins the transition from motor to generator operation. It is known here that the mean stator frequency f m (stator) has a somewhat larger slope than the mean rotor speed n m (rotor) . This difference in the gradients is determined in such a way that there is constant slip over all times t 1 . . . t 4 results. In order to calculate this slip and then keep it constant, the current stator frequency f akt (stator) oscillates continuously around its mean value f m (stator) , abruptly falling from a constant value f 1 to a value f 1min and then increasing very quickly a constant value f 2 is brought up. This process, in which each time there is a brief switchover from engine to generator operation, is repeated several times, so that the average engine speed f m (engine) can be calculated on the basis of the determined engine / generator transitions. The individual slip values at times t 1 . . . t 4 can be determined so that it can be regulated to a constant slip value.

Es handelt sich somit um eine Art digitalen Abtastbetrieb, bei dem gewissermaßen die Motordrehzahl mit Hilfe der Statorfrequenzen abgetastet wird.It is therefore a kind of digital scanning operation, in which the Motor speed is sampled using the stator frequencies.

Wie bereits erwähnt, wird durch kurzzeitiges Absenken der Statorfrequenz unter die Rotor­ frequenz die Rotordrehzahl ermittelt. Für diese Rotordrehzahl wird nun unter Berücksichti­ gung eines gewählten Schlupfs eine Beschleunigungsstatorfrequenz berechnet und an den Stator gelegt. Eine Beschleunigungsstromgrenze verhindert etwaige Überlastungen da­ durch, daß die Statorfrequenz zurückgenommen wird. Derartige Überlastungen treten in der Regel auf, wenn der eingestellte Schlupf für die anliegende Last zu groß war.As already mentioned, by briefly lowering the stator frequency under the rotor  frequency determines the rotor speed. For this rotor speed is now taken into account a selected slip, an acceleration stator frequency is calculated and sent to the Stator. An acceleration current limit prevents any overloads by reducing the stator frequency. Such overloads occur usually when the set slip was too large for the applied load.

Während in der Fig. 5 der Anfangsbereich des beschleunigten Hochfahrens des Motors auf eine Enddrehzahl und die Schlupfregelung im Verlaufe dieses Hochfahrens dargestellt ist, zeigt die Fig. 6 den Vorgang der Drehzahlregelung, wenn die Enddrehzahl des Motors er­ reicht ist. Man erkennt hierbei, daß die tatsächliche Motordrehzahl nakt(Motor) um einen idealen Wert nid(Motor) schwankt. Dieser kann, um ein praktisches Zahlenbeispiel zu nen­ nen, 600 Hz betragen. Die maximale Abweichungsbandbreite der tatsächlichen Motordreh­ zahl nakt(Motor) von der idealen Motordrehzahl nid(Motor) ist mit ±Δn bezeichnet. Hier­ bei wird der Schlupf s lastabhängig standig so verändert, daß die Rotordrehzahl konstant gehalten wird. Die Enddrehzahl bewegt sich innerhalb des Toleranzbereichs ±Δn. Der Re­ gelvorgang wird auch hier durch Strom- und Schlupfgrenzgrößen-Kontrollen überwacht.While FIG. 5 shows the initial range of accelerating the engine to an end speed and the slip control during this start-up, FIG. 6 shows the process of speed control when the end speed of the engine is sufficient. It can be seen here that the actual engine speed n act (motor) fluctuates around an ideal value n id (motor) . To give a practical numerical example, this can be 600 Hz. The maximum range of deviation of the actual engine speed n act (engine) from the ideal engine speed n id (engine) is denoted by ± Δn. Here, the slip s is constantly changed depending on the load so that the rotor speed is kept constant. The final speed is within the tolerance range ± Δn. The control process is also monitored here by current and slip limit value controls.

Die Statorfrequenz f(Stator) wird während des Betriebs des Motors auf seiner Enddrehzahl fortwährend abrupt nach oben und nach unten geschaltet, so daß sie eine Art Abtast­ frequenz für die Motordrehzahl bildet. Die Impulsbreite der Abtastung kann z. B. 0,25 % der oben erwähten 600 Hz betragen. Dabei unterscheiden sich die Amplituden der einzel­ nen Stator-Frequenzpulse f10 . . . f16 voneinander. Da der Abstand der jeweiligen Fre­ quenzamplituden f10 . . . f16 zur End-Motordrehzahl nEnd den Schlupf definiert, zeigen die einzelnen Abstände den jeweiligen Schlupf an.The stator frequency f (stator) is continuously abruptly switched up and down during operation of the motor at its final speed, so that it forms a kind of sampling frequency for the motor speed. The pulse width of the scan can e.g. B. 0.25% of the above-mentioned 600 Hz. The amplitudes of the individual stator frequency pulses f 10 differ. . . f 16 from each other. Since the distance between the respective frequency amplitudes f 10 . . . f 16 at the end engine speed n End defines the slip, the individual distances indicate the respective slip.

Der Abtastvorgang erfolgt im einzelnen in der Weise, daß z. B. die Statorfrequenz zuerst bei f10 abgesenkt wird und dort die aktuelle Drehzahlkurve nakt(Rotor) noch nicht er­ reicht. Es wird deshalb bei der nächsten Abtastung bei f11 eine tiefere Absenkung vorge­ nommen, so daß nun die abgesenkte Statorfrequenz sehr nahe an die nakt-Kurve kommt, aber immer noch nicht schneidet. Erst bei der darauffolgenden f12 -Absenkung, die noch etwas weiter nach unten geht, wird die nakt Kurve geschnitten. Jetzt kann die nachfolgen­ de Absenkung bei f13 etwas geringer sein.The scanning process takes place in detail in such a way that, for. B. the stator frequency is first lowered at f 10 and there the current speed curve n act (rotor) is not yet sufficient. It is therefore made a lower decrease at the next scan at f 11 , so that the reduced stator frequency now comes very close to the n act curve, but still does not intersect. The n act curve is not cut until the subsequent f 12 lowering, which goes a little further down. Now the subsequent decrease at f 13 can be somewhat less.

Claims (12)

1. Verfahren zur Ermittlung oder Regelung der Drehzahl einer Asynchronmaschine, die über eine Strom- oder Spannungsquelle mit veränderlicher Frequenz gespeist wird und die beim Übergang vom Motor- zum Generatorbetrieb und umgekehrt ein charakteristisches Signal liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fS) der Strom- oder Span­ nungsquelle (23 bis 25) so lange verändert wird, bis das charakteristische Signal auftritt.1. A method for determining or regulating the speed of an asynchronous machine which is fed via a current or voltage source with a variable frequency and which delivers a characteristic signal during the transition from motor to generator operation and vice versa, characterized in that the frequency (f S ) the current or voltage source ( 23 to 25 ) is changed until the characteristic signal occurs. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das charakteristische Signal der von der Drehstrommaschine (2) aufgenommene Strom (J) ist, der beim Übergang vom Motor- zum Generatorbetrieb und umgekehrt den Wert Null annimmt.2. The method according to claim 1, characterized in that the characteristic signal is the current drawn by the three-phase machine ( 2 ) (J), which assumes the value zero during the transition from motor to generator operation and vice versa. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fS) der Strom- oder Spannungsquelle (23 bis 25) von einem bestimmten Wert (fmax bzw. fu) aus­ gehend erhöht bzw. erniedrigt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the frequency (f S ) of the current or voltage source ( 23 to 25 ) from a certain value (f max or f u ) is increased or decreased outgoing. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgenommene Strom (1) der Strom eines Gleichstromzwischenkreises (33) ist.4. The method according to claim 2, characterized in that the current consumed ( 1 ) is the current of a DC link ( 33 ). 5. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufrechterhaltung eines konstanten Drehmoments der Asynchronmaschine (2) die Spannung (U) linear mit der Fre­ quenz (fS) der Strom- oder Spannungsquelle (23 bis 25) verändert wird.5. The method according to claim 12, characterized in that in order to maintain a constant torque of the asynchronous machine ( 2 ), the voltage (U) is changed linearly with the frequency (f S ) of the current or voltage source ( 23 to 25 ). 6. Verfahren zur Ermittlung oder Regelung der Drehzahl einer Asynchronmaschine, die über eine Strom- oder Spannungsquelle mit veränderlicher Frequenz gespeist wird und die beim Übergang vom Motor- zum Generatorbetrieb und umgekehrt ein charakteristisches Signal liefert, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • a) die Strom- oder Spannungsquelle (23 bis 25) schaltet eine maximale Frequenz (fmax) auf den Stator einer Asynchronmaschine (2);
  • b) die Frequenz der Strom- oder Spannungsquelle (23 bis 25) wird innerhalb einer sehr kurzen Zeit auf einen solchen Wert (fu) verringert, daß die Asynchronmaschine (2) vom Motor- zum Generatorbetrieb gelangt;
  • c) die Frequenz der Strom- oder Spannungsquelle (23 bis 25) wird von ihrem untersten Wert (fu) ausgehend bis zu derjenigen Frequenz (fEnd) erhöht, bei welcher die Asynchron­ maschine (2) ihre Nenndrehzahl einnimmt.
6.Procedure for determining or regulating the speed of an asynchronous machine which is fed by a current or voltage source with a variable frequency and which delivers a characteristic signal during the transition from motor to generator operation and vice versa, characterized by the following steps:
  • a) the current or voltage source ( 23 to 25 ) switches a maximum frequency (f max ) to the stator of an asynchronous machine ( 2 );
  • b) the frequency of the current or voltage source ( 23 to 25 ) is reduced within a very short time to such a value (f u ) that the asynchronous machine ( 2 ) passes from motor to generator operation;
  • c) the frequency of the current or voltage source ( 23 to 25 ) is increased from its lowest value (f u ) up to that frequency (f end ) at which the asynchronous machine ( 2 ) assumes its nominal speed.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fS) der Strom- oder Spannungsquelle (23 bis 25) nach Erreichen des untersten Werts (fu) linear er­ höht wird, wobei innerhalb einer vorgegebenen Zeit und unmittelbar nach Beginn der Er­ höhung der Frequenz die Frequenz (f1, f2, f3, f4) um einen Mittelwert (fm) pendelt.7. The method according to claim 6, characterized in that the frequency (f S ) of the current or voltage source ( 23 to 25 ) is linearly increased after reaching the lowest value (f u ), being within a predetermined time and immediately after the start the increase in frequency oscillates the frequency (f 1 , f 2 , f 3 , f 4 ) around an average (f m ). 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenzstufe f1... f4) vor dem Anstieg auf einen höheren Wert (z. B. von f2 auf f3) auf einen Wert (z. B. f2min) abgesenkt wird, der unterhalb der Drehzahl des Rotors der Asynchronmaschine (2) liegt.8. The method according to claim 7, characterized in that a frequency stage f 1 ... f 4 ) before rising to a higher value (z. B. from f 2 to f 3 ) to a value (z. B. f 2min ) is lowered, which is below the speed of the rotor of the asynchronous machine ( 2 ). 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlupf (s) auf einen konstanten Wert geregelt wird.9. The method according to claim 1, characterized in that the slip (s) on one constant value is regulated. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist- Schlupf durch Vergleich der Frequenz der an den Stator der Asynchronmaschine (2) ange­ legten Spannung mit der beim Absenken der Frequenz auf den unteren Wert (z. B. f2min) ermittelten Ist-Drehzahl des Rotors der Asynchronmaschine (2) ermittelt wird.10. The method according to claims 8 and 9, characterized in that the actual slip by comparing the frequency of the on the stator of the asynchronous machine ( 2 ) voltage with that when lowering the frequency to the lower value (z. B. f 2min ) determined actual speed of the rotor of the asynchronous machine ( 2 ) is determined. 11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (fS) der Strom- und Spannungsquelle (23 bis 25) nach Erreichen des obersten Werts (FEnd), der die Soll-Drehzahl (nEnd) der Asynchronmaschine bestimmt, die Ist-Drehzahl dieser Asyn­ chronmaschine (2) pulsweise abtastet.11. The method according to claim 6, characterized in that the frequency (f S ) of the current and voltage source ( 23 to 25 ) after reaching the uppermost value (F End ), which determines the target speed (n End ) of the asynchronous machine, samples the actual speed of this Asyn chron machine ( 2 ) in pulses. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Asynchronmaschine (2) für den Antrieb einer Turbomolekularpumpe (1) verwendet wird.12. The method according to claim 1, characterized in that the asynchronous machine ( 2 ) is used for driving a turbomolecular pump ( 1 ).
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