DE1151051B - Einrichtung zur Verminderung des Ungleichfoermigkeitsgrades der Drehzahl eines drehzahlgeregelten Elektromotors fuer Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhaengigem Lastmoment - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Verminderung des Ungleichförmgkeitsgrades der Drehzahl eines drehzahlgeregelten Elektromotors für Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhängigem Lastmoment Für Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhängigem Arbeitsmomerif wird häufig ein Antrieb mit geringem Ungleichförmigkeitsgrad der Drehzahl gewünscht. Dies gilt besonders für Antriebe von Kolbenkompressoren, die in der chemischen Industrie angewendet werden. Zur Verkleinerung des Ungleichförmigkeitsgrades hat man bisher auf der Welle des Antriebsmotors Schwungscheiben angeordnet. Wird die Drehzahl des Antriebs in einem weiten Bereich geändert, so steht die Trägheit der Schwungmassen der Forderung nach schneller Drehzahländerung entgegen. Diese Schwierigkeiten werden durch die neue Steuereinrichtung beseitigt, da keine zusätzlichen Schwungmassen bei einem vorgegebenen kleinen Ungleichförrpigkeitsgrad erforderlich . sind oder zumindest die Masse der Schwungscheiben gegenüber den bisher verwendeten bei gleichem Ungleichförmigkeitsgrad stark verkleinert werden kann.
• Es sind Einrichtungen zur Steuerung von elektrischen Werkzeug- oder Arbeitsmaschinenantrieben bekanntgeworden, bei denen zum Ausgleich kurzzeitiger Belastungsstöße der Einspeisung des Antriebsmotors in Abhängigkeit vom Einsatz der stoßartigen Belastung Zusatzgrößen zugeführt werden, so daß die Drehzahl des Antriebsmotors konstant ist. Die bisherigen Lösungen genügen jedoch nicht den Erfordernissen, die an hochwertige Antriebe gestellt werden, da diese Zusatzgrößen durch Versuche festgestellt werden und somit eine bestmögliche Lösung nur schwer erreichbar ist.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verminderung des Ungleichförmigkeitsgrades der Drehzahl eines drehzahlgeregelten Elektromotors für Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhängigem Lastmoment, bei der die Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von einer Steuergröße geregelt wird, die der Summe aus der Regelabweichung und Zusatzgrößen proportional ist. Die Erfindung besteht darin, daß. die Zusatzgrößen zur Nachbildung des Drehmomentverhaltens der Arbeitsmaschine durch mehrere Spannungsgeber gebildet werden, deren Spannungen nach Größe und Phasenlage entsprechend der Fourieranalyse des vorliegenden Drehmomentverlaufs der Arbeitsmaschine bemessen sind.
• Nimmt das Drehmoment in Abhängigkeit vom Drehwinkel einen nicht rein sinusförmigen Verlauf, so werden zur Nachbildung des Kurvenverlaufs mehrere Spannungsgeber verwendet, deren Spannungen nach Größe und Phasenlage entsprechend der Fourieranalyse des gegebenen Drehmomentverlaufs bemessen sind. Die Summe der einzelnen Ausgangsspannungen der Spannungsgeber entspricht dann dem Drehmomentverlauf. Auf diese Weise ist es möglich, praktisch jede periodische Kurvenform nachzubilden.
• Zur Bildung der Zusatzgrößen werden bei rein sinusförmig verlaufendem Drehmoment nur zwei Geber mit der Motorwelle gekuppelt, bei denen an den Ausgangsklemmen des einen eine dem Sinus und an den Ausgangsklemmen des anderen eine dem Kosinus des Drehwinkels T, proportionale Spannung liegt. Ferner ist mit der Motorwelle ein Gleichstromtachodynamo gekuppelt, dessen Erregerwicklung über eine phasengetreue Gleichrichterschaltung an den Kosinus-q;-Geber angeschlossen ist, während der Sinus-@p-Geber über eine ebenfalls phasengetreue Gleichrichterschaltung mit der Ankerwicklung des Tachodynamos in Reihe geschaltet ist, so daß die resultierende Spannung dieser Reihenschaltung den Zusatzgrößen proportional ist. Die als resultierende Spannung wiedergegebenen Zusatzgrößen werden in Reihe mit einer die Differenz zwischen Soll- und Istdrehzahl, also die Regelabweichung, wiedergebenden Spannung gelegt. Die Summe aus beiden Spannungen wirkt als Steuergröße auf ein Steuergerät, das die Drehzahl des Antriebsmotors beeinflußt.
• Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, die in einem Ausführungsbeispiel die Schaltung der neuen Steuereinrichtung für einen Kolbenkompressorantrieb wiedergibt, bei dem ein mit dem Drehwinkel rein sinusförmig verlaufendes Drehmoment als gegeben unterstellt wird.
• Mit 1 ist ein Drehstromnetz; mit 2 ein Gleichstromnetz bezeichnet. An die Hauptleiter des Drehstromnetzes ist ein Transformator 3 für ein gittergesteuertes sechsanodiges Gleiphrichtergefäß 4 angeschlossen. Die Anoden des Gleichrichtergefäßes 4 sind mit den Sekundärwicklungen des Transformators 3 verbunden. Der Anker 5 eines Gleichstrommotors ist an die Kathode des Gleichrichtergefäßes 4 und an den Sternpunkt der Sekundärwicklungen des Transformators 3 angeschlossen. Die Erregerwicklung -6 des Antriebsmotors ist an ein Gleichstromnetz 2 angeschlossen. Mit der Welle des Gleichstrommotors ist ein Kolbenkompressor 7 gekuppelt. Mit der Welle des Gleichstrommotors sind ferner ein Tachodynamo 8 zur Bildung einer der Drehzahl proportionalen Spannung und ein Tachodynamo 9, 16 gekuppelt. Die Erregerwicklung des Tachodynamos 8 ist an das Gleichstromnetz 2 angeschlossen. Ferner sind über je ein Getriebe 10 und 11 ein Kosinus-qg-Geber 12 und ein Sinus-99-Geber 13 mit der Welle des Antriebsmotors gekuppelt. Der Kosinus-q9-Geber 12 und der Sinus-9p-Geber 13 sind an ein nicht dargestelltes Wechselstromnetz angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der beiden Geber 12 und 13 sind je für sich mit einer phasengetreuen Gleichrichterschaltung 14 und 15 verbunden. Mit den Ausgangsklemmen der Gleichrichterschaltung 14 ist die Erregerwicklung 16 des Tachodynamos 9, 16 verbunden. Die Ausgangsklemmen der Gleichrichterschaltung 15 liegen in Reihe mit der Ankerwicklung 9 des Tachodynamos 9, 16, der Ankerwicklung des Tachodynamos 8 und den Abgriffen eines einstellbaren Widerstandes 17. Der einstellbare Widerstand 17 ist seinerseits an eine nicht dargestellte Gleichspannungsquelle angeschlossen. Ferner liegen in dem beschriebenen Kreis die Eingangsklemmen eines Gittersteuergerätes 18. Das Steuergerät 18 beeinflußt die Gitterspannung des Gleichrichtergefäßes 4.
• Die Wirkungsweise der neuen Einrichtung beruht darauf, daß der Differenz aus der Spannung an dem Tachodynamo 8 und der Sollwertspannung am einstellbaren Widerstand 17 Zusatzgrößen zugeführt werden, die dem Ausdruck sin 9p -I- p - cos 99 proportional sind. Durch diese Zusatzgrößen wird der Verlauf des drehwinkelabhängigen Drehmomentes der Arbeitsmaschine wiedergegeben und als Führungsgröße in den Steuerkreis eingeführt. Dabei bildet der Geber 13 eine Spannung, die dem Sinus des Drehwinkels (p proportional ist. Diese Spannung wird phasengetreu in der Gleichrichterschaltung 15 gleichgerichtet. An der Erregerwicklung 16 des Tanchodynamos 9, 16 liegt eine Spannung, die dem Kosinus des Drehwinkels 9p proportional ist. Sie wird gebildet durch die Gleichrichterschaltung 14, die ihrerseits an den Ausgangsklemmen des Kosinus-(p-Gebers 12 angeschlossen ist. Da die Ankerwicklung 9 des Tachodynamos 9, 16 auf der Welle zwischen Motor 5 und Kompressor 7 angeordnet ist, dreht sie sich mit der Drehzahl des Antriebsmotors 5. In der Ankerwicklung 9 wird somit eine Spannung induziert, die dem Ausdruck (p - cos q7 proportional ist.
• Wird an Stelle eines Gleichstrommotors für den Antrieb einer Arbeitsmaschine mit periodisch drehwinkelabhängigem Arbeitsmoment ein Drehstrommotor vorgesehen, so sind folgende Änderungen gegenüber der Anordnung nach dem Ausführungsbeispiel erforderlich: Bei Speisung des Drehstrommotors durch einen Frequenzumformer wirkt das Steuergerät auf die Frequenzverstelleinrichtung des Frequenzumformers. Bei einer Regelung der Drehzahl des Drehstrommotors durch die Ständerspannung ist ein Stelltransformator zwischen der Primärwicklung des Antriebsmotors und dem speisenden Netz erforderlich. Das Steuergerät 18 wirkt dann auf die Stelleinrichtung des Stelltransformators. Bei Verwendung eines Drehstrommotors, dessen Drehzahl durch Änderung des Läuferwiderstandes geregelt wird, wirkt das Steuergerät 18 auf die Verstelleinrichtung für den Läuferwiderstand.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Verminderung des Ungleichförmigkeitsgrades der Drehzahl eines drehzahlgeregelten Elektromotors für Arbeitsmaschinen mit periodisch drehwinkelabhängigem Lastmoment, bei der die Drehzahl des Motors in Abhängigkeit von einer Steuergröße geregelt wird, die der Summe aus der Regelabweichung und Zusatzgrößen proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzgrößen zur Nachbildung des Drehmomentverhaltens der Arbeitsmaschine durch mehrere Spannungsgeber gebildet werden, deren Spannungen nach Größe und Phasenlage entsprechend der Fourieranalyse des vorliegenden Drehmomentverlaufs der Arbeitsmaschine bemessen sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Zusatzgrößen zwei Geber mit der Motorwelle gekuppelt sind, bei denen an den Ausgangsklemmen des einen eine dem Sinus und an den Ausgangsklemmen des anderen eine dem Kosinus des Drehwinkels 9p pro- portionale Spannung liegt und daß ferner mit der Motorwelle ein Gleichstromtachodynamo gekuppelt ist, dessen Erregerwicklung (16) über eine phasengetreue Gleichrichterschaltung (14) an den Kosinus-99-Geber-(12) angeschlossen ist, während der Sinus-99-Geber (13) über eine ebenfalls phasengetreue Gleichrichterschaltung (15) mit der Ankerwicklung (9) des Tachodynamos in Reihe geschaltet ist, so daß die resultierende Spannung dieser Reihenschaltung den Zusatzgrößen proportional ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem über gittergesteuerte Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotor als Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße auf die Gittersteuerung der Gleichrichtergefäße des Gleichstrommotors einwirkt.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Drehstrommotor als Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße auf die Frequenzverstelleinrichtung eines Frequenzumformers für die Speisung des Drehstrommotors einwirkt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Drehstrommotor als Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße auf einen Stelltransformator für die Speisung des Drehstrommotors einwirkt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einem Drehstromschleifringläufermotor als Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuergröße auf die Verstelleinrichtung für den Läuferwiderstand des Drehstromschleifringläufermotors einwirkt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Sinus-cp-Geber und als Kosinus-9-Geber induktive Geber verwendet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 817 622.