DE2501786A1

DE2501786A1 - Regelvorrichtung fuer einen ueber einen stromrichter gespeisten motor

Info

Publication number: DE2501786A1
Application number: DE19752501786
Authority: DE
Inventors: Alois Dipl Ing Goller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-01-17
Filing date: 1975-01-17
Publication date: 1976-07-22
Also published as: JPS5197711A

Description

Regelvorrichtung für einen über einen Stromrichter gespeisten Motor Die Erfindung betrifft eine Regelvorrichtung für einen über einen Stromrichter gespeisten Motor bestehend aus einem Drehzahlregler, einer Begrenzerstufe, die dem Ausgang des Drehzahlreglers nachgeschaltet ist, und einem Stromregler, der mit dem Ausgang der Begrenzerstufe verbunden ist, dessen Ausgang der Steuersatz für den Stromrichter nachgeschaltet ist.
Solche Regelvorrichtungen zur Drehzahlregelung mit unterlagerter Stromregelung sind beispielsweise aus dem Buch von D.rnst und D.Ströhle, "Industrieelektronik" Springer-Verlag 1973, beispielsweise S. 150, S. 169 und S. 178 bekannt. Dabei kann der Motor ein Gleichstrommotor, eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein. Der genannten Literaturstelle ist auch zu entnehmen, daß als Drehzahl- und Stromregler in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung Regler -unterschiedlicher Charakteristik eingesetzt werden können.
Bei solchen Antrieben kann es erforderlich sein, den Motor in der Anlaufphase mit einem Anlaufstrom zu speisen, der größer als der Dauerstrom des Motors ist. Die Strombegrenzung ist entsprechend auszulegen.
Es besteht die Aufgabe, eine Regelvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dadurch bedingte Überlastungen vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strombegrenzungswert der Begrenzerstufe mit einer Umschalteinrichtung stufenweise einstellbar ist und daß die Umschalteinrichtung ein Zeitglied enthält, daq eine Umschaltung von einem Strombegrenzungswert auf einen anderen nach einer vorgegebenen Zeitspanne auslöst, die auf den Einschaltzeitpunkt des Motors bezogen ist.
Mit dieser zeitabhängigen Strombegrenzung, bei der der Strombegrenzungswert auf einen kleineren Wert umgeschaltet wird, wenn die Anlaufphase des Antriebs abgeschlossen ist, werden Überlastungen durch den höheren Strom, der in der Anlaufphase erforderlich ist, im Dauerbetrieb vermieden.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Regelvorrichtung beispielhaft anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Regelvörrichtung, wobei über den Stromrichter ein Gleichstrommotor gespeist ist. Es ist nochmals zu betonen, daß sich die erfindungsgemäße Regelvorrichtung auch bei Drehstrommotoren einsetzen läßt, wie der obengenannten Literaturstelle zu entnehmen ist. Die Figur 1 zeigt einen Gleichstrommotor 1, der über einen Stromrichter 2 gespeist wird, dessen Thyristoren von einem Steuersatz 3 angesteuert werden. Mit der Antriebswelle 4 des Gleichstrommotors 1 ist ein Tachodynamo 5 verbunden, dessen Spannung über eine Leitung 6 einer Addierstufe 7 als Drehzahlistwert zugeführt ist. Über eine Klemme 8 wird der Addierstufe 7 eine Spannung zugeführt, die den Drehzahlsollwert repräsentiert. Die Addierstufe 8 ist mit einem Drehzahlregler 9 verbunden, dem eine Strombegrenzerstufe 10 nachgeschaltet ist. Mit der Strombegrenzerstufe 10 ist eine Umschalteinrichtung 11 verbunden, mit der der Strombegrenzungswert der Strombegrenzerstufe 10 stufenweise einstellbar ist.
Der Ausgang der Strombegrenzerstufe 10 ist mit einer zweiten Addierstufe 12 verbunden, der über eine Leitung 13 der mit einer Stromerfassungsstufe 14, beispielsweise einem Stromwandler, erfaßte Istwert des Speisestroms des Motors 1 zugeführt ist. Die Addierstufe 12 ist mit einem Stromregler 15 verbunden, dessen Ausgang am Steuersatz 3 liegt und mit dem diesem Steuersatz eine veränderliche Steuergleichspannung zugeführt ist, mit der die Zeitfolge der Zündimpulse und damit die Zündzeitpunkte der Thyristoren des Stromrichters 2 zu steuern sind.
Mit der Umschaltstufe 11 kann der Strombegrenzungswert der Begrenzerstufe 10 auf unterschiedliche Werte umgeschaltet werden und damit die Strombegrenzung unterschiedlichen Betriebszuständen angepaßt werden. Insbesondere ist es möglich, mit der Umschalteinrichtung den Strombegrenzungswert zeitabhängig so auf einen kleineren Wert umzuschalten, daß der höhere Strom, der zum Losbrechen des Motors in der Anfahrphase oder ZllM schnellen Beschleunigen einer großen Masse erforderlich ist, im späteren Dauerbetrieb zu keinen Überlastungen führt. Hierzu ist die Umschalteinrichtung 11 mit einem Zeitglied ausgestattet, das zu einem vorgegebenen und einstellbaren Zeitpunkt nach dem Einschalten des Antriebs die Umschaltung auf einen kleineren Strombegrenzungswert selbsttätig vornimmt.
Figur 2 zeigt ein detailliertes Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Als Drehzahlregler 9 ist ein PI-Regler vorgesehen, der mit einem Operationsverstärker 9a realisiert ist, dessen Ausgang über einen Kondensator 9b und einen Widerstand 9c zu seinem invertierenden Eingang rückgeführt ist und dessen nichtinvertierender Eingang über einen Widerstand 9d- mit Nullpotential verbunden ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers ist auch mit der Additionsstufe 7 verbunden, der der Drehzahlistwert n über die Leitung 6, ein Potentiometer 16 und ein Glättungsglied 17 und der Drehzahlsoll-* wert n über die Klemme 8 ein Potentiometer 18 und ein Glättungsglied 19 zugeführt ist. Die Glättungsglieder 19 und 17 sind T-Glieder, die aus den Widerständen 17a und 17b bzw. 19a und 19b und den Kondensatoren 17c bzw. 19c aufgebaut sind.
Die Begrenzungsstufe 10 ist mit einem Diodengatter und dem Begrenzungseingang des Operationsverstärkers 9a realisiert, mit dem es verbunden ist. Im Ausführungsbeispiel ist das Diodengatter aus zwei Begrenzerdioden 10a und 10b aufgebaut. Die Kathode der Begrenzerdiode 10a ist mit dem Abgriff eines Potentiometers 10c verbunden und liegt damit- an einer einstellbären, konstanten Spannung. Mit der Kathode der Begrenzerdiode lOb ist der Ausgang der Umschalteinrichtung 11 verbunden, auf die noch näher eingegangen wird.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 9a ist über ein Glättungsglied 20 mit der Addierstufe 12 verbunden, der über ein weiteres Glättungsglied 21 und die Leitung 13 der mit dem Stromwandler 14 erfaßte Istwert des Motorspeisestromes zugeführt ist. Auch die Glättungsglieder 20 und 21 sind mit Widerständen 20a und 20b bzw. 21a und 21b und je einem Kondensator 20c bzw. 21c als T-Filter ausgeführt. Der Stromregler 15 ist beim Ausführungsbeispiel ebenfalls ein PI-Regler. Der PI-Regler ist mit einem Operationsverstärker 15a aufgebaut, dessen Ausgang über einen Kondensator 15b und einen Widerstand 15c auf seinen invertierenden Eingang zurückgeführt ist, der auch mit der Addierstufe 12 verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 15a liegt über einem Widerstand 15d am Nullpotential. Am Ausgang des Operationsverstärkers 15a steht die Steuerspannung an, die dem Steuersatz 3 über eine Leitung 22 zugeführt ist.
Die Umschaltstufe 11 enthält ein Zeitglied 23, dem beim Ausführungsbeispiel eine bistabile Kippstufe 24 nachgeschaltet ist. Das Zeitglied 23 ist beim Ausführungsbeispiel ein Integrator, der mit einem Operationsverstärker 23a aufgebaut ist, dessen Ausgang über einen Kondensator 23b zu seinem invertierenden Eingang zurückgeführt ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 23a ist über einen Widerstand 23c mit Nullpotential verbunden. Über den Begrenzungseingang 23d kann die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 23a begrenzt werden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 23a ist über einen Widerstand 25 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 24a verbunden, mit dem die bistabile Kippstufe 24 realisiert ist. Der Operationsverstärker 24a ist mit dem Widerstand 24b mitgekoppelt, der den Ausgang des Operationsverstärkers 24a mit seinem nichtinvertierenden Eingang verbindet. Der invertierende Eingang ist über den Widerstand 24c mit einer Klemme 25 verbunden, die mit. negativer Spannung beaufschlagt ist. Der Begrenzungseingang 24d des Operationsverstärkers 24a ist mit der Anode einer Bégrenzungsdiode 24e und mit der Kathode einer weiteren Begrenzungsdiode 24f verbunden. Die Kathode der Begrenzungsdiode 24e liegt über den Abgriff eines Potentiometers 24g und die Klemme 24h an positiver Spannung und die Anode der Begrenzungsdiode 24f über den Abgriff eines Potentiometers 24i und eine Klemme 24k ebenfalls an positiver Spannung. Der Ausgang des Operationsverstärkers 24a ist mit der Kathode der Begrenzungsdiode 1Ob der Strombegrenzerstufe 10 verbunden.
An dem invertierenden Eingang des-Operationsverstärkers 23a des Zeitgliedes 23 kann über einen Widerstand 26, einen Schalter 27 und eine Klemme 28 negative Spannung gelegt werden. Der Schalter 27 ist mit dem Hauptschalter des Motors 1 verbunden und wird beim Einschalten des Motors 1 geschlossen. Das Ausgangspotential des Operationsverstärkers 23a steigt dann infolge der Integration langsam in positiver Richtung an. Erreicht das Ausgangspotential einen bestimmten Wert, der von den Widerstandswerten der Widerstände 25, 24c und 24b abhängt, so kippt die bistabile Kippstufe in ihren zweiten stabilen Zustand, in dem sie eine negative Spannung an die Begrenzungsdiode 1Ob legt. Der Schaltbereich der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 24a kann mittels der Potentiometer 24g und 24i eingestellt werden. Im Ausführungsbeispiel ist der Schalter 27 als Umschalter bezeichnet, der beim Ausschalten des Motors eine Klemme 29, die an positiver Spannung liegt, über die Diode DB mit dem Kondensator 23b verbindet. Damit wird eine schnelle Rückstellung des Zeitgliedes beim Ausschalten des Motors bewirkt, um eine sofortige Bereitschaft der Umschaltstufe sicherzustellen.
Die Höhe der Strombegrenzung am Ausgang des Operationsverstärkers 9a hängt von der Höhe des Potentials am Begrenzungseingang 9e des Operationsverstärkers 9a ab. Im Einschaltzeitpunkt befindet sich die bistabile Kippstufe in einem Schaltzustand, in dem ihr Ausgang mit positiver Spannung beaufschlagt ist. Der Begrenzungseingang 9e liegt daher über die Begrenzungediode 1Oa an der negativen Spannung des Abgriffs des Potentiometers 10c. Kippt die bistabile Kippstufe 24 in ihren zweiten stabilen Schaltzustand, so ist der Ausgang des Operationsverstärkers 24a mit einer negativen Spannung beaufschlagt, die mit Hilfe der Potentiometer 24g und 24i so eingestellt werden kann, daß sie negativer als die Spannung am Abgriff des Potentiometers 10c ist. Nun sperrt die Diode 1Oa und das negativere Potential wird über die Diode 1Ob am Begrenzungseingang 9e wirksam und verkleinert den Wert der Strombegrenzung. Damit wird die Strombegrenzung an den Betriebszustand angepaßt, wie bereits mehrfach erwähnt wurde. Hervorzuheben ist nochmals, daß auch eine mehrfache, selbsttätige Umschaltung möglich ist, womit die Strombegrenzung an unterschiedliche Betriebszustände angepaßt werden kann. Hierzu sind in der Umschalteinrichtung weitere Umschaltglieder vorzusehen, die analog dem Beschriebenen aufgebaut sind und mit entsprechenden Zeitverzögerungen ausgerüstet sein müssen.
4 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche Regelvorrichtung für einen über einen Stromrichter gespeisten Motor bestehend aus einem Drehzahlregler, einer Begrenzerstufe, die dem Ausgang des Drehzahlreglers nachgeschaltet ist und einem Stromregler, der mit dem Ausgang der Begrenzerstufe verbunden ist und dessen Ausgang der Steuersatz für den Stromrichter nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strombegrenzungswert der Begrenzerstufe (10) mit einer Umschalteinrichtung (11) stufenweise einstellbar ist und daß die Umschalteinrichtung ein Zeitglied (23) enthält, das eine Umschaltung von einem Strombegrenzungswert auf einen anderen nach einer vorgegebenen Zeitspanne auslöst, die auf den EinschaLtzeitpunkt des Motors (1) bezogen ist.
2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zeitglied (23) eine bistabile Kippstufe (24) nachgeschaltet ist, deren Ausgang mit der Begrenzerstufe (10) verbunden ist.
3. Regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (23) ein Integrator (23a, 23b) ist.
4. Regelvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzerstufe (10) zwei Begrenzerdioden (10a, 1Ob) enthält, daß die eine Begrenzerdiode (1Oa) an einer einstellbaren, konstanten Spannung liegt und daß die andere Begrenzerdiode (1 Ob) mit dem Ausgang der bistabilen Kippstufe (24) verbunden ist.

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