DE4310485A1 - Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Abbremsens und der Drehzahl eines Drehstrom-Asynchronmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Schal­ tungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Abbremsens und der Drehzahl eines Drehstrom-Asynchronmotors umfassend einen Regler, dessen erster Eingang mit einer Einrichtung zur Erfassung der Ist-Dreh­ zahl des Motors verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einer Einrich­ tung zur Vorgabe der Soll-Drehzahl verbunden ist und dessen Ausgang mit einer Mehrzahl von gegengerichtet parallel geschalteten Thyristorpaaren verbunden ist, um über eine Phasenanschnittsteuerung die den Motorwin­ dungen von den Klemmen des Motors zugeführte Drehstromeinspeisung zu steuern, wobei weiterhin eine Drehrichtungs-Umkehrschaltung derart vor­ gesehen ist, daß die Zuordnung wenigstens zweier Phasen zu zwei Motor­ windungen durch Auf- bzw. Zusteuern der jeweiligen Thyristorpaare mit­ tels der Steuer- und Regelanordnung vertauschbar ist erfolgt.

Zum Abbremsen von mit einer Phasenanschnittsteuerung betriebenen Dreh­ strom-Asynchronmotoren ist es bekannt, durch Umschalten der Thyristor­ paare entsprechend der Umschaltung bei der Drehrichtungsumkehr ein Drehmoment zu erzeugen, welches dem ursprünglichen Drehmoment entge­ gengerichtet ist und dementsprechend eine Bremswirkung hervorzurufen.

Dieses Bremsverfahren hat den Vorteil einer guten Regeldynamik durch die Möglichkeit, die Momentenrichtung innerhalb einer Netzperiode umzukehren, wohingegen es den Nachteil aufweist, daß durch das Gegenstrombremsen eine erhöhte thermische Beanspruchung des Motors bedingt ist und bei manchen Motortypen nur ein schlechtes Bremsmoment erreicht wird.

Eine andere bekannte Möglichkeit des Abbremsens besteht im Gleichstrom­ bremsen. Dabei wird eine Vollwellengleichrichtung zweier Phasen der Ein­ gangsspannung mittels einer Gleichrichterschaltung vorgenommen, wobei der erzeugte Gleichstrom durch zwei Anschlüsse der Motorwicklung fließt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die thermische Beanspruchung des Motors aufgrund deutlich geringerer Verluste als beim Gegenstrombremsen geringer ist. Andererseits hat dieses Verfahren den Nachteil, daß der Gleichstrom mit einer relativ langen Abklingzeitkonstanten von typischer­ weise 4 bis 5 Netzperioden behaftet ist und zum Umschalten von Treiben auf Bremsen abgewartet werden muß, bis der Gleichstrom auf annähernd 0 abgeklungen ist. Es muß dann eine gesonderte Schaltung zum Abkommutie­ ren des Gleichstroms verwendet werden. Für den Drehrichtungswechsel sind zusätzliche Richtungs-Schütze erforderlich. Bei kleiner Drehzahl wird nur ein geringes Bremsmoment erreicht. Mit einem Verfahren der in Betracht stehenden Art beschäftigt sich beispielsweise EP-B1-0 216 143.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß das Abbremsen des Motors derart optimiert wird, daß einerseits eine gute Dynamik erzielbar und andererseits die thermische Beanspruchung des Motors möglichst ge­ ring ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Bremsen wahlweise mit Gleichstrombremsen derart gearbeitet wird, daß von den parallel geschalteten anti-parallelen Thyristorpaaren der beiden hinsicht­ lich ihrer Zuordnung zu den Motorwindungen zur Drehrichtungsumkehrung austauschbaren Phasen jeweils ein Thyristor jedes Paares aktiviert und jeweils ein Thyristor gesperrt ist, wobei die jeweils aktivierten Thyri­ storen jeder Phase gegengerichtet sind, und wobei beide Thyristoren der fest mit der jeweiligen Motorwicklung verbundenen Phase gesperrt sind, oder ein Bremsen mit Gegenstrombremsung derart erfolgt, daß von den pa­ rallel geschalteten Thyristorpaaren der in ihrer Zuordnung zu den Motor­ windungen umkehrbaren Phasen die beim motorischen Betrieb gesperrten Thyristorpaare aktiviert und die beim motorischen Betrieb aktivierten Thyristorpaare deaktiviert werden, wobei bei Thyristoren der fest mit einer Motorwicklung verbundenen Phase aktiviert sind.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Ist-Drehzahl mit einer vorgegebenen Umschaltdrehzahl verglichen wird, wobei bei einem Bremsen aus einer hö­ heren Drehzahl oberhalb der Umschaltdrehzahl mit Gleichstrombremsen der­ art gearbeitet wird, und daß beim Abbremsen aus Drehzahlen unterhalb der Umschaltdrehzahl das Bremsen mit Gegenstrombremsung erfolgt.

Gemäß der Erfindung wird also bei Bremsvorgängen ausgehend von höhe­ ren Drehzahlen mit Gleichstrombremsen gearbeitet, wobei die Vorteile des Gleichstrombremsens hinsichtlich minimaler Verluste im Motor voll ausge­ nutzt werden. Demgegenüber wird beim Bremsen aus kleinen Drehzahlen mit Gegenstrombremsen gearbeitet und es werden die Vorteile der schnellen Umschaltdynamik genutzt. Unabhängig hiervon ist es in jedem Fall mög­ lich, den Motor in zwei entgegengesetzten Drehrichtungen zu betreiben und aus diesen Drehrichtungen abzubremsen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es nicht erforderlich, eine ge­ sonderte Gleichrichterschaltung vorzusehen, so daß trotz der erheblichen Verbesserung des Bremsverhaltens kein erhöhter Schaltungsaufwand getrie­ ben werden muß.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei­ spieles in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Betrieb in Momentrichtung 1 entsprechend der möglichen Betriebsart motorisch bzw. Gegenstrombremsung dar­ gestellt ist,

Fig. 2 den die Phasenanschnittsteuerung betreffenden Teil von Fig. 1 in der Betriebsart Momentenrichtung 2 mit den möglichen Betriebsarten motorisch bzw. Gegenstrombremsen und

Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung in der Betriebsart Gleich­ strombremsung.

In Fig. 1 ist schematisch eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei wel­ cher das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann. Diese Schal­ tungsanordnung dient zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Ab­ bremsens und der Drehzahl eines Drehstrom-Asynchronmotors M. An dem Motor M ist ein Tachogenerator T zur Erfassung der Ist-Drehzahl ange­ ordnet, welche an der Vergleichsstelle VS eines Reglers R mit einem vor­ gegebenen Sollwert verglichen wird. Über den Regler R wird eine Phasen­ anschnittsteuerung PhS angesteuert, welche im Ausführungsbeispiel auf zehn Leistungsthyristoren einwirkt, die eine Phasenanschnittsanordnung PhA bilden. Die Phasenanschnittsanordnung PhA ist zwischen den Klemmen L1, L2, L3 für den Drehstromanschluß und den Motorwindungen UVW ange­ ordnet und dient dazu, einerseits je nach Zünddauer der Thyristoren die Leistungszufuhr zu dem Motor M zu steuern und andererseits die Klemmen L1 und L3 wahlweise mit den Motorwindungen U und W oder umgekehrt zu verbinden und auf diese Weise eine Drehmomentrichtungsumkehr entspre­ chend der Erzeugung eines Bremsmomentes oder einer Drehrichtungsumkehr zu bewerkstelligen.

Die Phasenanschnittssteuerung PhS ist in der Lage, einzelne Thyristoren vollständig zu deaktivieren, d. h. diese Thyristoren werden in diesem Zu­ stand überhaupt nicht gezündet, wohingegen andere Thyristoren entspre­ chend der Leistungsvorgabe bzw. -anforderung zu einem bestimmten Pha­ senwinkel periodisch gezündet werden. Die Erstgenannten sind in Umrissen gezeichnet und die Letztgenannten sind zur Veranschaulichung des jewei­ ligen Betriebzustandes voll gezeichnet.

Im Ausführungsbeispiel ist es möglich, durch Aktivieren der jeweils ge­ gengerichtet parallel geschalteten Thyristorpaare 1.1, 1.2; 5.1, 5.2 die Klemme L1 mit der Motorwicklung U und die Klemme L3 mit der Motorwick­ lung W entsprechend der Erzeugung einer ersten Drehmomentrichtung zu verbinden. Durch das gegengerichtet parallel geschaltete Thyristorenpaar 3.1, 3.2, welches aktiviert ist, ist die Klemme L2 mit der Motorwick­ lung V verbunden. Dieser Betriebszustand ist in Fig. 1 dargestellt.

In Fig. 2 ist ein Zustand dargestellt, der der Erzeugung eines Drehmo­ ments in entgegengesetzter Richtung dient, wobei wiederum durch Aktivie­ ren der Thyristoren 3.1, 3.2 die Klemme L2 mit der Motorwicklung V ver­ bunden ist, nun aber die Klemme L1 mit der Motorwicklung W und die Klemme L3 mit der Motorwicklung U verbunden ist.

Erfindungsgemäß kann der Betriebszustand gemäß Fig. 2 beim Anlaufen des Motors zur Vorgabe einer gegenüber dem Betriebszustand nach Fig. 1 entgegengesetzten Drehrichtung herangezogen werden, oder aber zum Ab­ bremsen des Motors durch sogenanntes Gegenstrombremsen aus der Fig. 1 entsprechenden Betriebsphase, wenn das Steuersignal zum Abbremsen aus einer Ist-Drehzahl unterhalb einer Umschaltdrehzahl erfolgt, d. h. aus­ gehend von vergleichsweise niedrigen Drehzahlen. Umgekehrt kann natür­ lich ausgehend von einem Betriebszustand und einer Drehrichtung entspre­ chend dem Zustand nach Fig. 2 ein Gegenstrombremsen durch Umschalten in den Betriebszustand nach Fig. 1 ebenfalls wieder ausgehend von ver­ gleichsweise niedrigen Drehzahlen erfolgen.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß beim Abbremsen aus einer Ist-Dreh­ zahl oberhalb der Umschaltdrehzahl, also beim Bremsen aus vergleichs­ weise hohen Drehzahlen, mit Gleichstrombremsen gearbeitet, wobei dieser Betriebszustand in Fig. 3 dargestellt ist. Dabei werden die Thyristoren so angesteuert, daß sie im Effekt eine Gleichrichterschaltung bilden. Zu diesem Zweck ist vorgesehen, daß das Thyristorpaar 3.1, 3.2 völlig de­ aktiviert ist, d. h. die Verbindung von der Klemme L2 zur Motorwindung V ist in diesem Zustand permanent unterbrochen. Von den Thyristorpaaren, die den Klemmen L1 und L3 nachgeschaltet sind, ist jeweils ein Thyristor jedes Paares, im Ausführungsbeispiel 1.1, 2.2. sowie 4.1, 5.2, aktiviert, wohingegen der jeweils andere Thyristor jedes Paares, im Ausführungsbei­ spiel 1.2, 2.1 und 4.2, 5.1, deaktiviert ist. Dementsprechend sind also jeder Klemme L1 bzw. L3 gegengerichtete Thyristoren 1.1 und 2.2 bzw. 4.1 und 5.2 nachgeordnet und es wird die Ausbildung eines Bremsgleichstroms ermöglicht.

Claims (2)

1. Verfahren zum Betrieb einer Schaltungsanordnung zur Steuerung bzw. Regelung des Anlaufens, Abbremsens und der Drehzahl eines Drehstrom- Asynchronmotors umfassend einen Regler (R), dessen erster Eingang mit einer Einrichtung zur Erfassung der Ist-Drehzahl des Motors verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einer Einrichtung zur Vorgabe der Soll- Drehzahl verbunden ist und dessen Ausgang mit einer Mehrzahl von ge­ gengerichtet parallel geschalteten Thyristorpaaren (1-5) verbunden ist, um über eine Phasenanschnittsteuerung (PhS) die den Motorwindungen von den Klemmen des Motors zugeführte Drehstromeinspeisung zu steuern, wobei weiterhin eine Drehrichtungs-Umkehrschaltung derart vorgesehen ist, daß die Zuordnung wenigstens zweier Phasen (L1, L3) zu zwei Motorwindungen (U,V) durch Auf- bzw. Zusteuern der jeweiligen Thyristorpaare (1, 2 bzw. 5, 6) mittels der Steuer- und Regelanordnung vertauschbar ist erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bremsen wahlweise mit Gleichstrombremsen derart gearbeitet wird, daß von den parallel ge­ schalteten anti-parallelen Thyristorpaaren (1, 2 und 4, 5) der beiden hinsichtlich ihrer Zuordnung zu den Motorwindungen zur Drehrichtungsum­ kehrung austauschbaren Phasen (L1, L3) jeweils ein Thyristor (1.2, 2.1 und 4.2, 5.1 oder 1.1, 2.2 und 4.1, 5.2) jedes Paares aktiviert und je­ weils ein Thyristor gesperrt ist, wobei die jeweils aktivierten Thyristoren jeder Phase (L1, L3) gegengerichtet sind, und wobei beide Thyristoren (3.1, 3.2) der fest mit der jeweiligen Motorwicklung (V) verbundenen Phase (L2) gesperrt sind, oder ein Bremsen mit Gegenstrombremsung derart erfolgt, daß von den parallel geschalteten Thyristorpaaren der in ihrer Zuordnung zu den Motorwindun­ gen umkehrbaren Phasen die beim motorischen Betrieb gesperrten Thyri­ storpaare aktiviert und die beim motorischen Betrieb aktivierten Thyri­ storpaare deaktiviert werden, wobei bei Thyristoren (3.1, 3.2) der fest mit einer Motorwicklung (V) verbundenen Phase (L2) aktiviert sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ist-Dreh­ zahl mit einer vorgegebenen Umschaltdrehzahl verglichen wird, wobei bei einem Bremsen aus einer höheren Drehzahl oberhalb der Umschaltdrehzahl mit Gleichstrombremsen derart gearbeitet wird, und daß beim Abbremsen aus Drehzahlen unterhalb der Umschaltdrehzahl das Bremsen mit Gegen­ strombremsung erfolgt.