DE1940123A1 - Stabilisiertes Antriebssystem mit einstellbarer Drehzahl - Google Patents
Stabilisiertes Antriebssystem mit einstellbarer DrehzahlInfo
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- DE1940123A1 DE1940123A1 DE19691940123 DE1940123A DE1940123A1 DE 1940123 A1 DE1940123 A1 DE 1940123A1 DE 19691940123 DE19691940123 DE 19691940123 DE 1940123 A DE1940123 A DE 1940123A DE 1940123 A1 DE1940123 A1 DE 1940123A1
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Stabilisierung von ,iVechselstrom-Induktionsmotoren,
die von einerVphasengeateuerten
Spannung geapeist werden. Insbesondere betrifft dieErfindung einen Motorregelkreis für einen Einphasen-Wechaelstrom-Induktionsmotor
mit Betriebakondenaator oder einen Mehrphasen-iVeGhselatrom-Induktionsmotor
rnii; jeweils einstellbarer Drehzahl, um dem ulotor eine phasengesteuerte Spannung
in der Weise zuzuführen, daß der Motor stoßfrei läuft.
Üin wirksamer Weg zur iiiinstellung der Drehzahl eines üblichen
Wechselstrom-Induktionsmotors liegt in der Regelung
der Spannung, die an die Statorwicklung angelegt wird. Dies
wird zweckmä!3igerweise durch Phasenregelung der leitungs—
spannung erreicht. Üblicherweise wird ein gesteuerter Festkörper-Schalter, wie z.B. ein Thyristor, mit der
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Statorwicklung des Iviotors in Reihe geschaltet und. in jeder
Halbschwingung wird die Schaltvorrichtung bei einer festgelegten
Phase der Leitungsspannung leitend gemacht. Die Schaltvorrichtung bleibt dann für den liest der Halb schwingung
der Leitungswechselspannung leitend und"wird abgeschaltet,
wenn aer Strom, durch die Vorrichtung unter den Haltewert
abfällt. Der Durchscnnittswert der der kotorwiellung
zugeführten Spannung ändert sich dann gemä3 dem Leitwinkel
der Schaltvorrichtung und den Betriebsbedingungen des LiOtors.
Diese Art der Phasensteuerung ist billig, da für die Tayrtstören
Keine Kouimu tie rungs schaltune vorgesehen v/erden mu3,
wenn als Schaltvorrichtungen Thyristoren verwendet v/erden, und diese Art ist auch 3ehr wirksam, um einen weiten Spanh
für die Regelung der Motordrehzahl zu erzeugen.
iiinige kleine iiinphasen-Inuuktionsmotoren und übliche Llehrphasen-Inäuktionsmotoren
weisen jedoci eine Instabilität:
auf, wenn sie von einer phasengesteuerten Spannung gespeist
werden. Mn "üinphasen-Induktionsmo-tor mit ^etriebskondensator
ist kurz umrissen ein liiotor mit quasi zv/eiphasigen Statorwicklungen, von denen eine yVicklun& mit einem permanent
eingeschalteten Reihenkondensator in Terbinaung steht, um
die Phase des Stromes in dieser Wicklung relativ zu dem
Strom in der anderenWicklung zu veränaern, um auf diese
Weise geeignete Anlauf- und Betriebsbedingungen zu schaffen. Die erwähnte Instabilität erzeugt Drehmomentschwankungen
(Pendelmomente), ein Bremsmoment, ein hörbares Geräusch und
erhöhte Verluste. Um diese Instabilität zu beseitigen, wird
gegenwärtig der Luftspalt zwischen den Rotor- und den Sta—
torwicklungen vergrößert, um die Magnetisierungsreaktanz des
Motors zu verkleinern. Diese Maßnahme verkleinert aber die Leistungsfähigkeit des Motors und ist unerwünscht, da für
eine gegebene MotorgroSe weniger Leistung zur Verfügung
steht.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden ürfindung,
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. , 194Q123
einen verbesserten Llotorregelkrei s iür einen iVechselstrom-Induktionsmotor
mit eins teilbarer Drehzahl zu schaffen, der von einer phaseiikesLeuerten Spannung gespeist wird. Weiterhin
beinhaltet die ürfinuung die Verwendung einer Weehselstrom-Phasenregelschaltung
für einen Betriebskondensatoroder kehrphasen-Induktionsmotor mit stabilisiertem Liotorbe- ■
trieb. Schließlich ist es Aufgabe der -Erfindung, ein wirtschaftliches
antriebssystem mit einstellbarer .Drehzahl zu
schaffen, das einen Wechselstrommotor aufweist. Uieser lüotor
wird mittels eines in Seihe geschalteten Thyristors und einer
zugehörigen Phasensteuerschaltung mit einer variablen Spannung
gespeist, die-sich durch einen G-egenkopplungspfad auszeichnet,
um einen stoßfreien Lauf des Lotors sicherzustellen . - _ ,-
^ umia'3t ein stabilisiertes Antriebssystem mit
einstellbarer Drehzanl einen Leistungskreis mit einem lYechselstrommotor
und einer in zwei Richtungen leiteiiden Tliyristor-VozTichtung
oder einer anderen steuerbaren Festkörper-Schaltvorrichtung,
die als Reihenschaltung an eine ί/echsels.troin-Leistun£squelle
geschaltet sind, lerner ist eine Phasensteuerschaltung
zur Zuführung von Steuersignalen zur Thyristor-Vorrichtung, um diese leitend zu macnen, vorgesehen,
die ganz allgemein auf -Mittel zur Abtastung der Spannung
der Leistungsquelle, Mittel zur Abtastung eines elektrischen
Parameters in dem Leistungskreis wie z.B. die Spannung an der Thyristor-Vorrichtung und kittel zur Zuleitung, eines bestimmten
Steuersignals für eine einstellung der Zeitverzögerung reagiert. Obwohl die Erfindung mit verschiedenen Phasensteuerschaltungen
ausführbar ist, ist diese Schaltung vorzugsweise eine Phasensteuerung in Form einer integrierten
Schaltung, deren Zeitbezug durch die Spannung an einem Kondensator
in einem RC-Glied geschaffen wird, die mit der Spannung
der Leistungsquelle im wesentlichen gleichphasig ist; Ji'ine Gegenkopplung mit einer Impedanz ist mit einem Knotenpunkt zwischen dem Motor und der Thyristpr-Vorrichtung verbunden,
um die Kondensatorspannung, und folglich den
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- Zeitbezug, -als.'-Punktion der Leitfähigkeitsperiode der-i
ri stör-6 Vorrichtung* in der vorhergehenden Halb welle zu verändern.
.Auf diese"Weise sind die Leitfähigkeitsperioden der
Thyristor-Vorrichtung und die Phasenwinkel der Steuersignale im wesentlichen gleich und der Motor ist.stabilisiert.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und
der Zeichnung von drei Ausführungsbeispielen näher erläutert. "■ ' - ■ " - - -·.".-..
Pigur 1;ist ein vereinfachtes Schaltbild -eines Wechselstrom—
Induktionsmotors mit Betriebskonuensator und einer
' erfindungsgemäß aufgebaute Phasensteuerschaltung.
Pigur 2 ist ein genaueres Schaltbild einer geeigneten Phasensteuerschaltung wie sie in Pigur 1 als Block gezeigt
ist, zusammen mit ihren Anschlüssen an die
"-."■' anderen in Pigur 1 gezeigten Elemente,.'« . ...-
Pigur 3ä und 3b zeigen die Spannungsformen, die an verschiedenen
-Punkten der Schaltung gemäß Pigur 1 erhalten
werden," wenn · ■ :.- _. --;·
' a) der Schalter geöffnet ist und kein.Gegenköpplungs-
■ pfad Vorhanden ist und ■-:- . : .-■/,:>:■
.--'""'-.-, b) wenn der Schalter geschlosse^i und ein .stabilisierter
Motorbetrieb erhalten ist. ■" ■ ■ · "
Pigur 4 und 5 sind scheiaatische Schaltbilder von anderen
Schaltüngsarten für eine Phasensteuerung, die mit
einem abgewandelten Gegenkopplungskreis versehen. ■ - - ' -' ' sind:. ■'-.·■ ■ - .,-.-■ ■ - .· · : ■- '■
In Pigur 1 ist ein Einphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor
mit Betriebskondensator gezeigt, der in Reihe mit einem Pest-
- körper-Triac 11 an ein Klemmenpaar 12 und 13 für die Wech-
• selströmleistung angeschlossen ist. Wie bereits oben erwähnt
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wurde, weist der Induktionsmotor 10 ein Paar Statorwicklungen 14 und 15 auf, die zweiphasig gewickelt und parallel
zueinander geschaltet sind. Damit zu Anlauf- und Betriehszwecken
der Strom in der einen Motorwicklung einen unterschiedlichen Phasenwinkel aufweist zu dem -Strom in der anderen
Motorwicklung, ist ein Kondensator mit einer der Wicklungen,
beispielsweise der Wicklung 15» in Reihe geschaltet.
Obwohl der Motor von einer einphasigen V/echselstromquelle
gespeist wird, läuft der iviotor 10 tätsächlich zweiphasig.
Der Wechselstrom-Induktionsmotor mit Betriebskonaensator ist
in der Technik allgemein bekannt und wird im allgemeinen in kleineren Motorgrößen in dem Bereich von etwa 1/3 - 5 PS
hergestellt.
Das Triac 11 ist ein bilateraler Triode-Thyristor mit einem
Paar Lastkleminen a und-b und einer Steuerelektrode, der ein
Steuerimpuls zugeführt wird, wenn das Triac leitend gemacht
werden soll. Das Triac kann in zwei Richtungen leitend sein
und kann am Beginn jeder Halbwelle der Wechselstromspeisung oder bei einem ausgewählten Phasenverzögerungswinkel eingeschaltet
werden. Es bleibt dann leitend, bis der Strom durch das Triac unter den Haltewert abfällt. Der volle Wert der
WechselStromspannung wird dem Motor 10 dann über die Leistungsklemmen
12, 13 aufgedrückt, wenn das Triac 11 für volle 180° einer jeden Halbwelle der Leistungseinspeisung
leitend ist. Wenn jedoch das Triac 11 in jeder Halbwelle für
weniger als volle 100° leitend gemacht ist, verringert sich
gewöhnlich die durchschnittliche an den Motor 10 abgegebene
Spannung, indem der Phasenverzögerungswinkel vergrößert wird» Bei einer derartigen Speisung des Motors 10 mit einer
phasengesteuerten Spannung ist die Drehzahl des Motors 10
über einen groSen Bereich einstellbar, wobei die maximale
Drehzahl dann auftritt, wenn dem Motor die volle Spannung
zugeführt wird.
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Die Steuerimpulse werden dem Triac 1.1 durch eine geeignete
Wechselstrom-Phasensteuerschaltung zugeführt. In der bevor-"zugten
Ausführungsform umfaßt das Triac eine monolithische integrierte Phasensteuerschaltung, die ihre Leistung von
einem HC-Glied abnimmt, das an die iVechselspannungsklemmen'
... 12 und 13 angeschlossen ist und eine Reihenschaltung aus
einem Widerstand 18 und einem Kondensator 19 aufweist. Während
jeder Halbwelle der Wechselstromeinspeisung wird der
Kondensator 19 über den Y/iderstand 1Ö aufgeladen, wobei die
Eingangskiemmen der Phasensteuerschaltung 17 parallel zu dem
Ψ Kondensator 19 geschaltet sind. Lie Steuerung bzw. das Timing
der Phasensteuerschaltung 17 beginnt, wenn die Spannung an dem Verbindun6spunkt c zwischen dem widerstand 18 und dem
Kondensator 19 durch null läuft oder, genauer gesagt, wenn die Spannung an dem Kondensator 19 einen Null-Jurchgang aufweist. Zu einer einstellbaren Zeit nach dem dteuerungsbeginn,
die einem bestimmten Phasenwinkel entspricht, wird der Steuerelektrode des Triacs 11, die über einen Leiter 20 mit
dem Ausgang der Steuerschaltung 17 verbunden ist, ein Steuerimpuls zugeführt. Die Lastklemme a des Triacs 11 ist mittels eines Leiters 21 mit einer induktiven Logikschaltung
innerhalb der Phasensteuerschaltung' 17 verbunden, um die Zuführung
eines Steuerimpulses zu dem Triac 11 zu verhindern,
wenn dieses leitend ist.
Die Phasensteuerungs-Zündschaltung 17 ist zweckmäSigerweise
eine als integrierte Schaltung ausgeführte Phasensteuerung,
wie sie unter der Bezeichnung PA 436 von der General Electric Company,.. Electronics Park, erhältlich, ist. Obwohl ein vollständiges
Verständnis der Phasensteuerschaltung PA 436» die
auch im Beschreibungsblatt Nr. 85,31 vom März 1968 beschrieben
ist, nicht für nötig befunden wird, so ist dennoch zum besseren Verständnis der »/eilenformen, wie sie noch später
anhand der Figur 3 erklärt werden, in Figur 2 ein Blockdiagramm der integrierten Schaltung angegeben. In Figur 2 wird
die Betriebsspannung für die Phasensteuerschaltung durch den
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Widerstand, 18 und einen Dioden^Brüekenglei.chrichter 22 erhalten.
■ Die auf diese ,WeIse -erhaltene. ,Gleichspannung .wird
durch-eine-Zenerdiode 23 auf .den -gewünschten Wert begrenzt-, ■
die' den ·: Gl e ich spann ung s klemmen 24 und 25. parallel geschaltet
ist. Ein .Tlmingv-Kondensator .2,6 wird durch-eine regelschaltung (ramp· and .pedestal cir.cuit) .27 ,geladen, die in' Reihen-
- -schaltung mit dem Timimg-Kondensator parallel zu den Gleichspannungskl'emmen
.24 .und 25 geschaltet ist.- Ein der Pegel-
' schaltung-271 üb er--.einen ,Eingang 28 -zugeführtes Steuersignal
bestimmt die. Hohe des an den Timing-Kondensator.26 angelegten
Spannungspegels und.-steilt somit den Phasenwinkel des. er-,
zeugten. Steuersignale.s- ein. ,Ein Differenzverstärker 29 vergleicht
die Spannung; an dem.Timing—Kondensator 26 mit einer
Vergleichs spannung, die In einem .Vergleichskreis 30 abgeleitet-wird.
Wenn: nun die ' Spannung an. dem Timing-Kondensator
die-Verbleichsspannung übersteigt,· wird der Steuerelektro.de
; eines bilateralen Siliziumschalters 31. ein Aus gangs signal
zugeführt., das-den Schalter 31 leitend macht. Der bilaterale
·.Siliziumschalter umfa3t tatsächlich zwei gesteuerte Silizium-
- schalter in LIini a tür aus führung, die antiparallel geschaltet
sind,ν und-/er, wirkt als; Schalter für, beide Polaritäten der
^..angelegten Spannung. -vVenn, der Schalter 31 eingeschaltet ist,
-^entlädt, sich-der ,Kondensator 19.· über deji Verbinaungsweg von
der Steuerelektrode zu der Lastklemme b des Triacs 11. Auf diese V/eise wird der Steuerelektrode des Triacs ein Steuerimpuls:
zugeführt .und das Triac: leitet- den St.roja in einer
. Richtung. Die ,.tatsächliche Richtung ist davon abhängig, ob
:die Lastklemme a oder -die Lastklemme b positiv ist bezüglich
-der anderen-Klemme., . ' - ;. ; . - - - .,
Ein wesentliches, Merkmal der .-monolith!sehen integrierten .
Phasensteuerungsschaltung 17 liegt darin, da3 das Timing :-für
die^Phasenwinkelverzö'gerung zum Einschalten des Schalters 31»
der wiederum den Steuerimpuls für .das Triac 11 triggert, . dann beginnt, wenn die Spannung,an dem,Kondensator 19 während
• einer jeden Halbwelle beim -Polaritätswee.hsel einen Nulldurch-
• gang aufweist. Die Anordnung innerhalb der integrierten
' 90 9887:/ -12 at- ::-,-
■■■■■ ; '■;- - 8 - ■' ..-■■■■■ : :
Schaltung PA 416, die dieBe Betriebsart sicherstellt, enthält
einen Shunt-Transistor 32, dessen Emitter und Kollektor auf entsprechende Weise mit den entgegengesetzten Polen des
Timing-Kondensators 26 verbunden sind. Lie Basis dieses
Transistors tat mit einem Einschaltkreis 33 verbunden, um
ein Durchlaßpotential an den Transistor 32 zu legen, wenn
die Spannung an dem Kondensator 19 den Nullpunkt durchläuft. In der integrierten Schaltung PA 436 enthalten der Einschaltkreis 33 und die das Vergleichspotential liefernde Schaltung
30 für den Differenzverstärker 20 tatsächlich zahlreiche in
Reihe geschaltete Spannungsteilerwiderstände, die den Klemmen 24 und 25 für die Gleichstromenergie kleiner Spannung
parallel geschaltet sind. Wenn die Spannung an dem Kondensator
19 null ist, so ist offensichtlich die Spannung an diesen
Gleichstrom-Leistungsklemmen 24 und 25 und somit auch die Spannung an dem Einschaltkreis 33 null. Jer Transistor 32
ist somit leitend gemacht und entlädt den Timing-Kondensator 26, wobei er für die nächste Halbwelle betriebsbereit gemacht
wird. Der oben erwähnte Leiter 21 zwischen der Lastklemme a
und der Phasenateuerschaltung 17 ist innerhalb der integrierten Schaltung mit einer induktiven Logikschaltung 34 verbunden, die dem Differenzverstärker .?9 entgegenwirkt, wenn das
Triac 11 leitend tat, d.h. wenn in dem Leiter 21 kein Steuerstrom
fließt. Diese Schaltung verhindert eine vorzeitige Auftastung (gating) das Triac 11, wenn es in Verbindung mit
induktiven Lasten verwendet wird, und baut eine minimale Triac-Sperrspannung vor der Auftastung auf. Es dei zusätzlich
erwähnt, daß die als integrierte Schaltung ausgeführte
Phasensteuerung PA 436 vollständig aus Dioden, Transistoren
und Widerständen aufgebaut ist und auf jeder Halbwelle der
Speisewechselspannung nahezu symmetrisch arbeitet.
Wenn die Motorsteuersohaltung gemäß Figur 1 als gewöhnliche
Wechselstrom-Phasensteuerschaltung zur Auftastung oder Zündung
eines in zwei Richtungen leitenden Thyristors geachal- ·
tet ist, der mit dem Motor 10 in Serie liegt, tritt eine
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Motorinatabilität auf. Uta nun den elektrischen Verlauf dieaer
Motorinatabilität zu erklären, sei angenommen, daß der Schalter 35 in Figur 1 geöffnet iat. Die Zeitkonstante dea
HC-Gliedes, das aus der Reihenschaltung dea iViderstandes 1Ö
und des Kondensators 19 besteht, iat relativ klein, so da3 die Phasenverschiebung über dem Kondensator 19 an dem Punkt c
vernachlässigbar ist im Vergleioh zur Phase der Leitungsspannung.
Diese beiden Spannungen können als praktisch gleichphasig betrachtet werden. Beispielsweise hat fur eine Spannungsquelle
von 117 Volt und 60 Hz der Widerstand 18 einen Wert von 10 kA und der Kondensator 19 hat eine Kapazität
von 0,05 Mikrofarad. Die entsprechenden Wellenformen sind in Figur 3a dargestellt. Die Spannungswelle eQ an dem Punkt
c ist durch die Zenerdiode 23 innerhalb der Phasensteuerschaltung
17 abgeschnitten und schneidet die Spannungsordinate
an dem Punkt 36 im wesentlichen gleichphasig mit der sich sinusförmig ändernden Leitungsspannung- β^ΪΑ· Die Spannung an
dein Verbindungspunkt d in Figur 1 zwischen dem Motor 10 und
dem Triac 11 ist durch die Wellenform e^ wiedergegeben. Der
an dem Punkt 37 erzeugte Steuerimpuls tritt zu einer einstellbaren Zeit nach dem Nulldurchgang der Kondensatorspannung
e oder der Leitungsspannung auf, und das Triac 11 beginnt
dann zu leiten. Während das Triac 11 leitend ist, tritt die gesamte Spannung an dem Motor 10 auf und an dem
Triac liegt bis zu dem Punkt 38 keine Spannung. Wenn die Spannung an diesem Punkt des Verlaufes ankommt, wird daa
Triac nichtleitend gemacht, da der Strom durch das Triao unter den Halteetrom abfällt. Zu dieser Zeit steigt die Spannung
an dem Punkt d schnell an, da die Sperrspannung dee Triaos 11 steil ansteigt. Die Spannung erreicht dann einen
oszillierenden Wert, wie er durch das Kurvensegment 39 dargestellt ist. Das Triao sperrt dann bis der entsprechende
Punkt 37 in der nächsten Halbwelle erreicht ist, in dem daa Triao leitend gemaoht wird. Wie durch den Doppelpfeil auf
dem Abschnitt der Wellenform ed gezeigt ist, der den aohnellan
Anstieg der Sperrspannung dee Triacs an dem Punkt 38
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darstellt, ist die Periode der Leitfähigkeit des Triaca 1T1
von einer Halbwelle zur anderen Halbwolle nicht atabil und· neigt zu einer im großen unu ganzen poriodischen Schwingung
um einen Durchschnittswert, bei dem daa Triac nichtleitend' wird. In analoger Weiae iat der Kurvonabschnitt 39, der di·1
Sperrspannung an dem Triac 11 daratellt, von Halbwelle zu
Halbwelle veränderlich, hr beaitzt aber gewöhnlich die Fo i™
einer Schwingungakurve, wie ea in Figur 3a dargeatellt iaic·
Aua den in Figur 3a gezeigten .yelleniOrmenv/ird deutlich,
da.3 der Phasenwinkel der Einschaltung des Triaca 11 (Punkt
37), wenn er einmal auf einen bestimmten './ert eingestellt
iat, in jeder folgenden Halbwelle bezüglich dem Nulldurch~
gang der Leitungsapannunfc, (Punkt 36) unveränderlich oder
stetig ist. Andererseits iat die Periode der Leitfähigkeit
dea Triaca 11 in jeder Halbwelle variabel, da 'alcn" der Pun
38, an dem daa Triac nichtleitend gemacht wird, von Kalbwelle
zu Halbwolle verändert, obwohl ea acheint, daß ein
Durchschnittswert besteht. Die phyaikaliachen Grundlagen
für dieae elektrischen Charakteriatiken liegen darin, üaiJ
Weoheelatrom-Induktionamotoren mit Betriebakondensator ein
Instabilität aufweiaen, wenn aie von einer phaaengeateuert
Spannung geapeiat werden, die von der iVechaelatrom-Phaaenateuerachaltung
üblicher Art zugeftlhrt wird (unter der Annahme, daß der Schalter 35 geöffnet iat). Diese Instabilit
führt zu Schwingungen dea Drehmomentes und sie erzeugt ein
hörbares Garäuach." Die exakten Gründe für diese elektrisch
Charakteriatiken, die diese mechanische Instabilität hervo
rufen, und insbesondere fiir den Verlauf der «Vellenform e,
sind nioht mit Bestimmtheit bekannt. Es wird jedoch angenoi
men; da3 eine verständliche Erklärung darin zu suchen ist,
daß die zwei Motorwioklungen H und 15 sowie der in Reihe
schaltete Kondensator 16 zusammen einen Schwingkreis bildei
dessen Periode wesentlich anders 1st als die Periode der a
den ,Wechaelspannungaleiatungsklemmen 12 ujid 13 auftretender
Leitungßspannung. Da der Strom in diesem geschlossenen
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Schwingkreis mit einer Frequenz Hießt, die nicht auf den
Quellenatrom und die Quellenspannung bezogen iet, ist anzunehmen,
daß der Strom durch den Leitungskreis mit dem Motor 10 und dem Triac 11 in jeder Halbwelle an einem unterschiedlichen
Punkt - gemessen von dem Nulldurchgang der Leitungsepannung
- unter den Haltewert des Triacs 11 abfällt. Folglich ist die Durchlaßperiode des Triacs von Halbwelle zu
Halbwelle nicht konstant. Aufgruna des gleichen Phänomens verschiebt sich die Sperrspannung an dem Triac 11, siehe
das kurvensegn;ent 39 in Fi(jur 3, von Halbwelle zu Halbwelle
mit einer oszillierenden ''VMenforra.
Gemäß der vorliegenden Erfindung .vird der Induktionsmotor
durch eine Gegenkopplung zwischen den Punkten d und c in Fi(cur 1 stabilisiert. Dies wird vorzugsweise durch die einschaltung
eines .Yiderstandes 4U direkt zwischen die Punkte
d und c erzielt, wobei der Schalter 35 geschlossen ist. In einigen Fällen kann auch ein KLC-Netzwerk (Reihen-Parallelkreis)
verwendet werden. Die Wirkung der kinfügu^g der Kiickkopplungsimpedanz
40 liegt darin, daß der Kondensator 19 zusätzlich
zu der Ladung durch den Strom über den Widerstand 1b auch durch diese Impedanz geladen wird. Durch die Impedanz
40 fliegt nur dann ein Strom hindurch, wenn das Triac gesperrt ist, siehe Figur 3b. Aua der Wellenform e^ wird
deutlich, daß dieser zusätzliche Ladestrom gegenüber dem
Ladestrom durch den Widerstand 18 voreilt, wobei der Ladestrom
durch den Widerstand 18 als nahezu gleichphasig mit der Leitungsspannung betrachtet werden kann, da die Zeitkonstante
des HC-Gliedes aus dem Widerstand 1Ö und dem kondensator
19 relativ klein ist. Da der zusätzliche RUckkopplungastrom
gegenüber dem Strom durch den Widerstand 18 voreilt, ist zu erwarten, daß der Nulldurchgang der Kondensatorspannung
an dem Punkt α in jeder Halbwelle eher durchlaufen wird als derjenige der Leitungsspannung. Dies ist in Figur
3b dargestellt, wo der Stromnulldurchgang i6 der Wellenform
e nun vor dem Stromnulldurohgan^ des Wellenverlaufes O1 ,
C Li Ug
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der Leitungsspannung liegt. Die Große des zusätzlichen Ladestromes
durch die Hückkopplungsimpedanz 40 ist weiterhin von der Länge der leitenden Periode des Triacs in der vorhergehenden
Halbwelle abhängig. Wenn in der vorhergehenden Halbwelle das Triac 11 für eine längere Periode leitet als
sie dem Durchschnittswert entspricht, dann ist auch der zusätzliche Ladestrom größer und der Nulldurchgang 36 der Eondensatorspannung
wird vorverlegt. Wenn andererseits die Periode der Leitfähigkeit des Triacs in der vorhergehenden
Halbwelle kurzer ist als der Durchschnittswert, dann fließt
" ■ ein kleinerer zusätzlicher Ladestrom durch den Rückkopplungspfad, und der Null durchgang 36 besitzt gegenüber dem
Nulldurchgang der Leitungsspannung eine kleinere Voreilung.
Die Wirkung des Rückkopplungspfades ist dann negativ oder gegenkoppelnd. Durch Auswahl des richtigen Rückkopplungsgrades kann die Spannungsform e des Triacs stabilisiert
werden und es kann auch dafür gesorgt werden, daß sie sich
von Periodezu Periode wiederholt. AIa Folge sind die
• Schwingungen des Drehmomentes und das hörbare Geräusch stark
vermindert. Der Wert der Rückkoppiungsimpedanz 40 scheint
nicht so kritisch zu sein und für das oben angegebene Beispiel kann dasülement 40 ein Ohmscher Widerstand seih,
, dessen Wert bei zufriedenstellenden Resultaten zwischen 18
und 33 kil schwanken kann.
Bei einem richtigen Gegenkopplungsgrad können die Wellenformen der in Figur 3b gezeigten Art erhalten werden. Die Perioden der Leitfähigkeit des Triacs 11 sind in etwa gleich, d.h»
die Abstände zwischen den Punkten 37 und 38 sind in ;jeder
Halbwelle etwa gleich. Darüber hinaus ist der - N.ulldurchgangspunkt
36 der Kondensator spannung e_ bezüglich der Lei—
tungsspannung in jeder Halbwelle der gleiche, so daß die
Phase, bei der das Triac leitend wird (Punkt 37), etwa kon-',.
. " stant ist. Wenn aber die Leitfähigkeitsperioden des Triacs
. ' und die Phasenwinkel, bei denen das Triac leitend gemacht ·
• wird, gleich sind, so ist offensichtlich, daß die dem Motor
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10 zugeführte phasengesteuerte Spannung von Periode zu
Periode konstant ist und daraus folgt ein stoßfreier Lauf
des Motors. Aus einem Vergleich von Figur 3b mit Figur 3a
wird ersichtlich, daß jetzt der Punkt 38 in Figur 3b an
einer praktisch konstanten Stelle liegt und daß das Kurvenseginent
39 f auch wenn es eine oszillierende Wellenform aufweist, sich nicht in der oben beschriebenen Weise verschiebt.
Es sind nun mehrere Modifikationen der in Figur 1 gezeigten
Schaltung denkbar, So kann z.B. das Triac 11 durch andere
Arten in zwei'Richtungen leitender Thyristor-Vorrichtungen
ersetzt werden. Hierfür käme beispielsweise ein Paar antiparallel geschalteter steuerbarer SiIi ziuinglei chri cht er oder
eine Diacvorrichtung in Frage. Der steuerbare Siliziumgleichrichter
ist ein in einer Richtung leitender Triode-Thyristor,
der, ähnlich wie das Triac, eine Steuerelektrode aufweist,
dem ein Steuerimpuls zugeführt wird, wenn die Vorrichtung
leitend gemacht werden soll. Das Diac andererseits weist
keine Steuerelektrode auf und wird durch Zuführung eines Hochspäfinurigsimpulses oder eines großen du/dt-Impulses zu
den Lastklemmen oder durch Erhöhung der Gleichspannung auf
einen ausreichend großen Wert leitend gemacht. Zur Erfüllung
dieser veränderten Steuerungserfordernisse müßten dann entsprechende Schaltungsänderungen vorgenommen werden. Die steuerbaren Festkörperschalter können weiterhin Transistoren
sein, wenn entsprechende Schaltungsänderungen vorgenommen
werden. Anstatt des, Anschlusses des Gegenkopplungspfades zur Veränderung der Spannung an dem Punkt c ist es auch, möglich,
die Spannung an dem Punkt c unverändert zu lassen, wobei dies
die Vergleichsspannung für die Steuerung der Phasensteuerungsschaltung
17 ist, und dafür ein entsprechendes Element oder eine Elementengruppe innerhalb der Phasenateuerungsschaltung
17 zu verändern, um die gleiche Gegenkopplungswirkung zu erhalten. Diese Maßnahmen werden jedoch nicht im
einzelnen erläutert, da sie nicht als so wünschenswert betrachtet werden. . .
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Die Figuren 4 und 5 zeigen andere Arten von Wechselstrom—
Phasensteuerungsschaltungen, die aus diskreten Komponenten aufgetaut sind, die so abgewandelt sind, da*3 sie einen Gegenkopplungspfad
für die Motorstabilisierung aufweisen. Diese
Schaltungen sind Abwandlungen der üblichen Vollweg-Phasen-"
Steuerungsschaltungen, wie sie in § 9.4»2 im SGRIuanual, 4.
Auflage, der General Electric beschrieben sind und die auch
von der Anmelderin erhältlich sind. In iigur 4 umfaßt die
Zeitgeber- oder Timing-3chaltung die Reihenschaltung aus dem
Widerstand 43, dem veränderlichen Widerstand 46 und dem Kondensator
44. Die Spannung an dem Verbindungspunkt zwischen
den Widerständen 43 und 48 ist für jeae Polarität der Wechselspannungseinspeisung an ein Paar Gegentakt-Zenerdioden
und 46 gelegt. Die Schaltvorrichtung 47 ist in diesem Falle
ein Signaldiac oder eine bilaterale Triggerdiode, die dann in ihren IeItfähigen Zustand versetzt wird,, wenn eine Triggerspannung in beiden Polaritäten überschritten wird. Die
Wirkungswelse dieser Art einer Phasensteuerschaltung ist bekannt,
und wenn.'der-Wert der Spannung an dem Punkt c die
Triggerspannung für die Vorrichtung 47 überschreitet, wird
die Schaltvorrichtung 47 leitend gemacht und sie gibt ein
Steuersignal an die Steuerelektrode'des Triacs 11, womit
dieses eingeschaltet wird. Die zwischen die Punkte d und c
geschaltete Rückkopplungsimpedanz 40 verändert ähnlich gegenkoppelnd
die Spannung an dem Punkt c, indem die Phase, bei der das Signaldiac 47 eingeschaltet wird, in der Weise verschoben wird, daß die Triacspannung und die Leitfähigkeitsperloden des Triacs 11 stabilisiert sind. Die Schaltung gemäß Jl gur 5 ist ähnlich, außer daß der Widerstand 43 zur
Einstellung des Phasenwinkels veränderlich ist und der Widerstand
48 weggelassen ist. In dieser Schaltung sind aber keine Zenerdioden 45 und 46 verwendet, um die Spannung der
Phasensteuerungsschaltung entsprechend herabzusetzen. Folg— '
lieh schaltet das Signaldiac 47 bei einer höheren Spannung
als es in der Schaltung gemäß Figur 4 der Fall ist, aber ansonsten ist die Wirkungsweise die gleiche. In diesen beiden
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Phasensteuerungsschaltungen kann die Phasejnicht über die
dem Leistungsfaktor der Last entsprechenden Winkel hinaus verschoben werden. Jis ist leicht ersichtlich, daß, wie in
Figur 1, der zeitliche Bezug durch den Nulldurchgang der
Spannung ari dem Kondensator 44 gewonnen wird, obwohl die
Zeitgebervorrichtung jetzt allein die Kondensa.torspannung
ist, anstatt daß sie in der Steuerschaltung 17 gemäß Figur enthalten ist.
Zusammenfassen*! ist festzustellen, daß ein Wechselstrom-Induktionsmotor
mit einstellbarer Drehzahl, der von einer
phasengesteuerten Spannung gespeist wird, ohne eine, erforderliche
Vergrößerung des Luftspaltes zwischen dem Stator und dem Rotor durch eine W'echselstrom-Phasensteuerungsschaltung
stabilisiert wird, die eine Gegenkopplungsschaltung aufweist, so daß die Kondensatorspannung in einem-RC^Glied
als Zeitbezug als Funktion der Leitfähigkeitsperiode einer in zwei fiichtungen leitenden Thyristorvorrichtung oder einer
anderen gesteuerten Festkörper-Schaltvorrichtung oder anderen mit dem Motor in Eeihe geschalteten Vorrichtungen verändert
wird. Folglich wird die Steuerung des nächsten an die Schaltvorrichtung
gegebenen Steuersignales durch die Leitfähigkeit sunt erb rechung in der vorhergehenden Halbschwingung moduliert,
um im wesentlichen gleiche Leitfähigkeitsperioden und
gleiche Einschaltphasenwinkel zu erhalten. In den vorstehenden
Ausführungen ist zwar die Korrektur der Instabilität von Einphasen—Induktionsmotoren mit Betriebskondensator betont
worden, das Problem der Instabilität wird jedoch auch unter
bestimmten Lastbedingungen bei einigen üblichen Mehrphasen— Induktionsmotoren ohne Betriebskondensator festgestellt und
es ist nützlich und vorteilhaft, auch diese Instabilität zu korrigieren.
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Claims (4)
- AnsprücheStabilisiertes Antriebssystem mit Drehzahlregelung, das eine Wechselstromquelle und einen Leistungskreis aufweist, der einen Wechselstrommotor und eine in zwei Richtungen leitende Thyristor-Vorrichtung umfaßt, die in Reihenschaltung an die Wechselstromquelle gelegt sind, gekennzeichnet■ durch Quellensensoren (18, 19) zur Abtastung der Spannung der Qechselstromquelle, Schaltungssensoren (21, 34) zur Abtastung von mindestens einem elektrischen Parameter in demP .Leistungskreis, Signalgeber für ein bestimmtes Steuersignal und einer Phasensteuerungsschaltung (17), die so geschaltet ist, daß sie auf die Quellensensoren (1b, 19), die Schal- ■ tungssensoren (21, 34) und den Signalgeber reagiert, so daß der Thyristor-Vorrichtung (11) zur Zündung Steuersignale ■"..-', zuführbar sind.
- 2. Antriebssystem nach, Anspruch 1, da d u rc h g e — -..■.-- kennzeichnet, daß der durch die Schaltungssensoranordnung (21, 34) abgetastete elektrische Parameter die Spannung an der Thyristor-Vorrichtung (11) ist.
- 3. Antriebssystem nach Anspruch 1, d a du r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Phasensteuerungsschaltung■ (17) zwischen die Leistungsklemmen (12, 13) geschaltet ist und der Thyristor (11) eine Schaltvorrichtung mit einer Zeitgeber- oder Timing-Anordnung (C, 18, 19, 26, 31) ist zur Steuerung der Urzeugung von Auftast- oder Zündsignalen, derart, daß die Schaltvorrichtung bei einem bestimmten Phasenwinkel einer jeden Halbschwingung des elektrischen Poten-, . tials für eine Leitfähigkeitsperiode leitend ist, die beieinem Abfall des Stromes auf etwa null endet, und daß eine Gegenkopplung mit einer Impedanz (40) vorgesehen ist, die an einem Verbindungspunkt (d) zwischen den Induktionsmotor " (10) und die Schaltvorrichtung (H) geschaltet ist, so daß · • ' die Zeitgeberanordnung als ^Funktion der Leitfähigkeitsperiode■9.0 98 8-7/1 2 31der Schaltvorrichtung in der vorhergehenden Halbschwingung beeinflußbar ist, wodurch die Leitfähigkeitsperioden der Schaltvorrichtung und die Phasenwinkel, bei denen die Steuersignale' erzeugt sind, im wesentlichen gleich sind und der Motor (10) stabilisiert ist.
- 4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitgeberanordnung eine zwischen die Leistungsklemmen (12, 13) geschaltete Reihenschaltung mit einem ohm1sehen Widerstand (18) und einem Kondensator (19) aufweist, die eine relativ kleine Zeitkonstante besitzt, so daß die Spannung an dem Kondensator (19) und das elektrische Potential an den Leistungsklemmen (12, 13) im wesentlichen gleichphasig sind, und daß die Zeitgeberanordnung mit Steuermitteln (22-34) versehen ist, die als monolithische integrierte Schaltung hergestellt und dem Kondensator (19) parallel geschaltet sind, so daß die Kondensat or spannung ein Zeitbezug für die Zeitgeberanordnung ist.909887/123 1
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