DE3015196C2

DE3015196C2 - Verfahren und Anordnung zum Betrieb eines Wechselstrommotors bei Stillstand

Info

Publication number: DE3015196C2
Application number: DE3015196A
Authority: DE
Inventors: John Hoffman Roanoke Va. Cutler; Loren Haines Salem Va. Walker
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-04-24
Filing date: 1980-04-19
Publication date: 1985-11-14
Also published as: IT1141463B; SE8003043L; US4311951A; IT8021452A0; JPS5915478B2; GB2047028B; FR2455390A1; JPS55166490A; GB2047028A; DE3015196A1

Description

— daß ein Stillstandsteuersignal erzeugt wird, wenn der Motor im wesentlichen die Drehzahl null und das Drehmoment null aufweist und

— daß abhängig von diesem Stillstandssteuersignal der Motor mit einem Strom konstanter Frequenz, die wesentlich größer als die Nennschlupffrequenz ist, gespeist ist und

— daß die Amplitude dieses Stromes konstanter Frequenz einen solchen konstanten Wert hat, daß der Motor ein Drehmoment entwickelt, das etwas kleiner als das Losbrechmoment ist

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1

mit einem Wechselstrommotor, der von einem eine Induktivität enthaltenden und mit Phasefolgelöschung kommutierenden Gleichstrom-Zwischenkreis-Umrichter mit Strömen variabler Amplitude und Frequenz gespeist ist,

mit einem Drehzahlreferenz- und einem Drehzahlistwertgebci,

mit einem Vergleichrx, der ms dem Drehzahlreferenz- und dem Drehzahlistwertsignal ein Drehzahldifferenzsignal bildet, das einer- Drehzahlregler vorgegeben ist, von dessen, eine DrehmomentführungsgröBe darstellendem Ausgangssignal Steuersignale zur Bestimmung der Amplitude und der Frequenz der Ströme abgeleitet sind, gekennzeichnet durch

— eine Einrichtung (10) zur Bildung eines Stillstandssteuersignales, wenn die Drehmomentführungsgröße und von den die Drehzahlreferenz, die Istdrehzahl und die Drehzahlreferenz darstellenden Signalen wenigstens zwei kleiner als zwei vorbestimmte Werte sind,

— vom Stillstandssteuersignal abhängig gesteuerte Umschalter (158,172), über die die Steuersignale für die Amplitude und Frequenz auf die Steuereingänge des Umrichters geführt sind, und

— wobei die Umschalter beim Auftreten des Stillstandssteuersignals die Steuereingänge auf Steuersignale für konstante Amplitude und konstante Schlupffrequenz umschalten (F i g. 6).

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens • nach Anspruch 1,

— mit einem Wechselstrommotor, der von einem eine Induktivität enthaltenden und mit Phasenfolgelöschung kommutierenden Gleichstrom-Zwischenkreis-Umrichter mit Strömen veränderbarer Amplitude und Frequenz gespeist ist,

— mit einem Drehmomentsollwertgeber, von dessen Drehmomentreferenzsignal Steuersignale zur Bestimmung der Amplitude und Frequenz des Stromes abgeleitet sind, und

— mit einem Drehzahlistwertgeber,

gekennzeichnet durch

— eine Einrichtung (200) zur Bildung eines Stillstandssteuersignals, wenn das Drehmomentreferenzsignal und das Drehzahlistwertsignal kleiner als vorbestimmte kleine Werte sind,

— vom Stillstandssteuersignal abhängig gesteuerte Umschalter (158, 172), über die die Steuersignale für die Amplitude und Frequenz auf die Steuereingänge des Umrichters geführt sind, und

— wobei die Umschalter beim Auftreten des Stillstandssteuersignals die Steuereingänge auf Steuersignale für konstante Amplitude und konstante Schlupffrequenz umschalten (F i g. 9).

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stillstandssteuersignal über eine Verzögerungsstufe (144,344) geleitet ist.

Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit 0,1 Sekunden beträgt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs i. Ferner betrifft die Erfindung Anordnungen zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Für drehzahlveränderliche Antriebe mit hohem Drehmoment hat man früher im allgemeinen Gleichstrommotoren benutzt. Gleichstrommotoren weisen jedoch eine Reihe von wesentlichen Nachteilen auf, zu welchen hohe Wartungskosten und HF-Störprobleme gehören, die durch Lichtbogenbildung und dadurch verursachte mechanische Abnutzung der in solchen Motoren benutzten Bürsten hervorgerufen werden.
Der Trend geht daher in üen teuton Jahren bei drehzahlveränderlichen elektrischen Antriebssystemen für hohe Drehmomente zur Verwendung von Wechselstrommotoren. Wechselstrommotoren sind technisch und kommerziell attraktiv, weil sie keine Bürsten aufweisen und robust sind.

Eine ausgezeichnete Untersuchung der Theorie und der Arbeitsweise sowie der Eigenschaften und Nachteile von Gleichstrom- und Wechselstrommotoren finde», sich in »Electrica' Machinery, the Processes, Devices and Systems of Electromechanical Energy Conversion«,

3. Auflage, von A. E. Fitzgerald et al, McGraw-Hill Book Company, New York, 1971.

Ein Typ von Wechselstrommotor der in drehzahlveränderlichen Wechselstromantriebssystemen zur Erzeugen eins beträchtlichen Drehmoments benutzt wird, ist der Wechselstrominduktions- oder Asynchronmotor.

Bei Antriebssytemen der oben erwähnten Art wird der Asynchronmotor mit einem Strom veränderlicher Größe und Frequenz gespeist. Dieser Speisestrom wird typischerweise von einem frequenzveränderlichem Wechselrichter geliefert, Der Wechselrichter formt einen Gleichstrom steuerbarer Größe in den Speisestrom veränderlicher Größe und Frequenz um. Im Fall eines Thyristorwechselrichters wird der Speisestrom durch Anlegen von Steuersignalen an die Steuerelektroden der Thyristoren erzeugt. Der Wechselrichter hat typischerweise Kommutierungskondensatoren, die zum automatischen Kommutieren der Thyristoren benutzt s,' werden. Diese automatische Kommutierung, die durch

die Kommutierungskondensatoren erzeugt wird, erfordert jedoch eine Ladung geeigneter Größe und Polarität auf jedem Kommutierungskondensator.

Der Gleichstrom steuerbarer Größe, der dem Wechselrichter zugeführt wird, kann von irgendeiner Gleichstrommquelle geliefert werden, typischerweise wird er aber durch einen Gleichrichter über einen eine Drossel enthaltenden Gleichstromzwischenkreis geliefert

Aus den EBC-Nachrichten 1978, Heft 1, S. 485—492 und der US-PS 39 62 614 sind Antriebssysteme mit einem Asynchronmotor bekannt, die ein beträchtliches Drehmoment bei der Drehzahl null zu erzeugen vermögen. Ein Weg, um das zu erreichen, besteht darin, den Asynchronmotor mit konstanten Schlupf zu betreiben. Das Schlupfprinzip ist weiter unten ausführlich erläutert, aber für die vorliegenden Zwecke ist es ausreichend, festzustellen, daß der Schlupf s ausgedrückt wird durch

s = "^l~ ⁿ

20

wobei η die Drehzahl des Läufers des Motors in Umdrehungen pro Minute (U/min), n_x die Synchrondrehzahl des Ständerfeldes des Motors in U/min und m die Synchrondrehzahl des Ständerfeldes bei der Motornenndrehzahl ist Diesbezüglich wird auf die S. 188—89 des oben erwähnten Buches von Fitzgerald et al verwiesen.

Wenn das Antriebssystem bei Stillstand e;n wesentliches Drehmoment erzeugen soll, indem der Asynchronmotor mit konstantem Schlupf betrieben wird, wird die Größe des erzeugten Drehmoments gesteuert, indem die Größe des Speisestroms verändert wird. Zum Erzeugen eiens wesentlichen Drehmoments muß der Schlupf einen sehr niedrigen Wert haben, beispielsweise von 0,02, damit der Asynchronmotor in dem erforderlichen Bereich seiner Drehmoment/Schlupf-Kennlinie arbeitet.

Aus dem Betriebszustand mit der Drehzahl null und wesentlichem Drehmoment heraus ist ein schnelles Beschleunigen wegen des Motorläufers aus drei Gründen möglich. Erstens wird eine ausreichende Ladung geeigneter Polarität auf jedem Kommutierungskondensator aufrechterhalten, obwohl die Frequenz des Speisestroms sehr niedrig, beispielsweise 1—2 Hz, aber nicht gleich 0 Hz ist, weil die Größe des Speisestroms hoch ist. Zweitens ist der im Rotor zum Erzeugen des Drehmoments benötigte Flußwert wegen der hohen Stärke des Speisestroms hoch. Schließlich ist die Stärke des durch die Drossel des Gleichstromzwischenkreises fließenden Stroms bereits hoch, weshalb keine wesentliche Stromänderungsgeschwindigkeit erforderlich ist

Wenn der Asynchronmotor in der Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null betrieben werden soll, werden herkömmlicherweise die Stärke und die Frequenz des Speisestroms im wesentlichen auf null verringert Das bringt hinsichtlich der Systemleistungsfähigkeit mehrere Probleme mit sich. In Hochleistungsantriebsystemen ist es wesentlich, daß der Asynchronmotor in der Lage eo ist, auf Befehl hin schnell aus dem Zustand mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null heraus schnell zu beschleunigen. Diese schnelle Beschleunigung ist bei den bekannten Wechsclstrommotorant.iebssystemen gegenwärtig aus zwüi Gründen jedoch nicht möglich.

Erstens muß zum Erzeugen von im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment nuil die Frequenz des Speisestroms einen sehr niedrigen Wert haben, typischerweise 0 Hz. Das ist in F i g. 4 gezeigt, in welcher die Abhängigkeit des längs der vertikalen Achse aufgetragenen Schlupfs von dem längs der horizontalen Achse aufgetragenen Drehmoment dargestellt ist Diese niedrige Frequenz hat jedoch zur Folge, daß die erforderliche Ladung von den Kommutierungskondensatoren abfließt, weil der Wechselrichter nicht kommutiert wird. Die unzulängliche Ladung auf den Kommutierungskondensatoren führt zu einer unbefriedigenden Kommutierung, wenn das Antriebssystem schnell aus dem Zustand mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null hochgefahren werden solL

Das zweite Problem besteht darin, daß die verlangte Verringerung der Stärke des Speisestroms bewirkt, daß der Wert des Gleichstroms in der.· Wechselrichter mit der Gleichstromquelle verbindenden Gleichstromzwischenkre's sehr niedrig ist Der Gleichstromzwischen kreis enthält typischerweise, wie -/-,en erwähnt, eine in Reihe zwischen die Gleichstromquelle und den Wechselrichter geschaltete Drossel. Bekanntlich kann sich der Strom in einer Drosselspule nicht augenblicklich ändern, vielmehr ist eine endliche Zeit erforderlich, um den Wert des durch die Drosselspule fließenden Stroms wesentlich ansteigen zu lassen. Es wird daher auch eine Zeitverzögerung in einem herkömmlichen System wegen der Drossel in dem Gleichstromzwischenkreis hervorgerufen, wenn das System aus desn Zustand mit im wesentlichen der Drehzall null und im wesentlichen dem Drehmoment null hochgefahren wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß der Motor in der Lage ist, aus dem Stillstand, d. h. Drehzahl und Drehmoment im wesentlichen null, heraus sehr schnell zu beschleuniger..

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs > gelöst Vorteilhafte Anordnungen zur Durchführung dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null, bei der die Amplitude und die Frequenz des Speisestroms im wesentlichen jeweils null sind, wird durch ein Stillstandsteuersignal angezeigt. In der Version des Antriebssystems, bei der ein Drehzahl Zahlsollwert benutzt wird, wird das Stillstandsteuersignal geliefert, wenn die Drehmomentführungsgröße und von den Drehzahlreferenz-, Drehzahlistwert- und Drehzahldifferenzsignalen wenigstens zwei Signale kleiner als vorbestimmte Werte sind. In der Version des Antriebssystems, in welchem ein Drehmomentsollwert benutzt wird, wird das Stillstandste-ürsignal geliefert, wenn das Drehzahlistwertsignal und die Drehmomentführungsgröße kleiner als vorbestimmte Werte slfrd oder, statt dessen, wenn das Drehzahlistwertsignal und das Drehmomentreferenzsignal kleiner als vorbestimmte Werte sind.

Bei der Anordnung und dem Verfahren nach der Evfindung werden die Amplitude des Speisestroms und die Frequenz des Speisestroms im wesentlichen gleichzeitig und schnell auf höhere Werte angehoben, wenn das Stillstandsteuersignal vorhanden ist. Der höhere Frequenzwert wird so gewählt, daß sich ein Einheitsschlupfwert 5 ergibt, der prößer als 0,1 ist, und der vorbestimmte Speisestromwert wird so gewählt, daß der Strom im Motor auf einem Sollwert gehalten wird. Die schnelle Änderung der Amplitude des Speisestroms und die schnelle Anhebung der Frequenz des Speisestroms be-

wirken, daß der Motor mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeitet, weil er in dem Gebiet hohen Schlupfes seiner Drehmoment-Schlupf-Kurve betrieben wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild eines als Beispiel gewählten Motorantriebssystems mit einer dreiphasigen Wechselstromquelle, einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem autosequentiell kommutierten, gesteuerten Wechselrichter, der mit einem Wechselstrommotor verbunden ist. welcher für die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung geeignet ist,

F i g. 2 in Diagrammen 2A, 2B, und 2C die längs der Ordinate aufgetragenen Größen des Quellenstroms As, des Motorstroms Aw bzw. der Motorspannung (L-N) als Funktion der der Zeit für den Gleichrichter, den Gleichstromzwischenkreis bzw. den Wechselrichter von Fig. 1,

F i g. 3 den längs der Ordinate aufgetragenen Fluß als Funktion des längs der Abszisse aufgetragenen Drehmoments des Motors bei Betrieb mit konstanten Schlupf,

F i g. 4 den längs der Ordinate aufgetragenen Schlupf in Hertz (Hz) in Abhängigkeit von längs der Abszisse aufgetragenen dem Drehmoment, das durch einen mit konstantem Schlupf arbeitenden Motor erzeugt wird,

F i g. 5 das längs der Ordinate aufgetragene normierte Drehmoment in Abhängigkeit von dem längs der Abszisse aufgetragenen Schlupf für Drehmoment-Drehzahl-Kurven, die durch einen herkömmlichen Induktionsmotor erzeugt werden, der mit fester Frequenz betrieben wird, wobei die Kurve A die Drehmoment-Drehzahl-Kurve für Nennspeisespannung, die Kurve B die Drehmoment-Drehzahl-Kurve für einen konstanten normierten Spcisciirüni / = 1,0 und die Kurve C die Drehmoment-Drehzahl-Kurve für einen konstanten normierten Speisestrom / = 0,5 ist.

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung für den Betrieb eines Wechselstrommotors mit hohem Schlupf bei im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null in einem Wechselstrommotorantriebssystem, das mit einem Drehzahlsollwert arbeitet,

F i g. 7 das längs der Ordinate aufgetragene Drehmoment in Abhängigkeit von der längs der Abszisse aufgetragenen Drehzahl eines Induktionsmotors, wobei die Kurve A die Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines durch einen normierten konstanten Speisestrom A = 1,0 gespeisten Motors zum Erzeugen eines Zustandes mit hohem Drehmoment und im wesentlichen der Drehzahl null, die Kurve B die Drehmomentdrehzahl-Kennlinie eines durch einen konstanten normierten Strom A = 0,2 gespeisten Motors und nach einem plötzlichen Frequenzsprung des Motorspeisestroms zum Erzeugen eines Betriebes mit hohem Schlupf bei im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null gemäß dem Verfahren nach der Erfindung darstellen,

Fig.8 in fünf gesonderten Diagrammen, in denen gleiche Zeitspannen längs den Abszisen aufgetragen sind, während längs den Ordinaten die Werte des Drehzahiistwerisignäis, der DrehmomentführungsgröBe, des Drehmoments, des Motorständerstroms bzw. des Stillstandsteuersignals für den Fall aufgetragen sind, daß das Antriebssystem gemäß der Anordnung und dem Verfahren nach der Erfindung in die Betriebsart mit hohem Schlupf, im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null eintritt, anhält, und dann diese Betriebsart verläßt,

F i g. 9 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausfüh rungsform einer Anordnung zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens zum Betreiben eines Wechselstrommotors mit hohem Schlupf bei im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null in einem Wechselstrommotorantriebssystem, in welchem mit einem Drehmomentsollwert gearbeitet wird.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild für eine typische Anordnung aus einem an eine dreiphasige Wechselstromquel-Ie angeschlossenen Gleichrichter 22, einem Gleichstromzwischenkreis 24 und einem mit Phasenfolgelöschung kommutierten, selbstgeführien Wechselrichter 14 in einem Wechselstrommotorantriebssystem, das einen Wechselstrommotor ie aufweist. F i g. 2 zeigi in den Diagrammen 2A, 2B und 2C die Amplitude des Quellenstroms As, des Motorstroms Aw bzw. der Motorspannung (L-N)'m Abhängigkeit von der Zeit für den Gleichrichter 22 und den Wechselrichter 14 von Fig. 1.
Gemäß den Diagrammen 2A und 2B ist die Frequenz des durch die Wechselstromquelle 28 an den Gleichrichter 22 abgegebenen Quellenstroms Is im wesentlichen konstant, beispielsweise 60 Hz, während der Motoroder Speisestrom Im veränderlicher Amplitude und Frequenz, den der Wechselrichter 14 liefert, beispielsweise von 0 bis 90 Hz verändert werden kann.

Die Drehzahl π des Läufers de:» Wechselstrommotors wird gemäß der Frequenz des Speisestroms Im und gemäß der Amplitude des zu erzeugenden Drehmoments verändert.

Die Schlupffrequenz eines Asynchronmotors ist (n\—n) U/min, wobei π die Drehzahl des Läufers in Umdrehungen pro Minute {U/min) und n-, die Drehzahl des Ständerfeldes in U/min ist. Es wird angenommen, daß die Drehung des Läufers und des Ständerfeldes in der gleichen Richtung erfolgen.

Die Schlupffrequenz wird häufig auf die Synchrondrehzahl /Ji, des Ständerfeldes bei der Motornenndrehzahl normiert, d. h. als das Verhältnis der Schlupffrequenz zur Synchrondrehzahl, nämlich

_ Πι ~ Π

ausgedrückt, wobei π die Drehzahl des Läufers des Motors in U/min, n\ die Synchrondrehzahl des Ständerfeldes des Motors in U/min und /Jj, die Synchrondrehzahl des Ständerfeldes bei Motornenndrehzahl ist. Wenn der normierte Wert s des Schlupfes von 0 bis 1 ansteigt, nimmt also der Wert der Drehzahl η des Läufers gegenüber der Drehzahl /Ji des Ständerfeldes ab.

F i g. 5 zeigt den Wert des Drehmoments gegenüber dem normierten Schlupf 5 für einen mit konstanter Frequenz erregten Asynchronmotor für den Fall, daß der Motor durch ein Speisesignal mit Nennspannung (Kurve A), durch einen Speisestrom mit einem konstanten normierten Wert A= 1,0 (Kurve B) bzw. durch einen Speisestrom mit einem konstanten normierten Wert A = 0,5 (Kurve C) gespeist wird. »Normiert« bedeutet, daß die damit bezeichnete Größe auf einen Basiswert, wie beispielsweise das Nenr.drehmoment, den Nennstrom oder die Nennspannung, bezogen ist

Die Kurve A zeigt daß im Falle eines Speisesignals mit Nennspannung das durch den Motor erzeugte

Drehmoment zuerst zwischen Schlupfwerten von 0 bis 0,275 ansteigt und dann mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit zwischen Schlupfwerten von 0,3 bis 1,0 abfällt. Die Kurve B zeigt, daß, wenn der Motor mit einem Speisestrom versorgt wird, der einen konstanten Wert / = 1,0 hat, das Drehmoment zwischen den Schlupfwerten von 0 bis 0,04 schnell ansteigt, dan.ι sehr schnell zwischen den Schlupfwerten von 0,05 bis 0,3 abfällt und dann mit einer viel allmählicheren und konstanten Geschwindigkeit zwischen den Schlupfwerten von 0,3 bis 1,0 abfällt.

Die Kurve C zeigt das Drehmoment, das durch den Elektromotor erzeugt wird, der mit einem Strom gespeist wird, welcher einen kosntanten Wert / = 0,5 hat. Die Kurve Czeigt, daß das Drehmoment, das durch den Motor in bezug auf den Schlupf erzeugt wird, im wesentlichen gleich dem Drehmoment ist, das gemäß der Kurve B durch den Motor erzeugt wird, mit der Ausnahme, daß der Drehmomentwert für jeden entsprechenden Schlupfwert ungefähr im Quadrat des Wertes des Speisestroms verringert ist. Es gibt offensichtlich eine ganze Schar von Kurven für Speiseströme von 1,0 bis 0 zwischen der Kurve B und der Abszisse von F i g. 5.

Herkömmliche Elektromotorantriebssysteme liefern typischerweise die gewünschten Werte für das Drehmoment und die Drehzahl, indem sie einen niedrigen Wert für den Schlupf beispielsweise 0,01 bis 0,03, dadurch aufrechterhalten, daß sie die Größe und/oder die Frequenz des Speisestroms verändern.

Die Kurve A von F i g. 7 zeigt das Drehmoment in Abnängigkeit von der Drehzahl bei Betrieb mit konstanten Schlupf in frequenzveränderlichen Elektromotorantriebssystemen zum Erzeugen eines hohen Drehmoments bei im wesentlichen der Drehzahl null des Motors unter Verwendung eines Speisestroms mit einem hohen konstanten Stromwert von / = 1,0, wie es oben beschrieben worden ist. Die Kurve A zeigt, dao die Drehzahl des Motors im wesentlichen null ist, wenn mit einer Schlupffrequenz von ungefähr 2 Hz gearbeitet wird. Die Verwendung eines konstanten Schlupfes zum Erzeugen eines hohen Drehmoments bei im wesentlichen der Drehzahl null zeigt auch das Diagramm von Fig. 4.

Oben wurde erläutert, daß bekannte frequenzveränderliche Elektromotorantriebssysteme, in denen ein gesteuerter Wechselrichter benutzt wird, nicht mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeiten können, ohne daß das Vermögen des Systems, diesen Zustand zu verlassen und aus diesem heraus schnell zu beschleunigen, nachteilig beeinflußt wird, weil die Amplitude des Speisestroms in der Betriebsart mit konstantem Schlupf im wesentlichen auf null verringert werden muß oder weil die Frequenz des Wechselrichters im wesentlichen auf null verringert werden muß, was bewirkt, daß die Ladung von den Kommutierungskondensatoren abfließt

Die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung überwinden diese Nachteile, indem sie den Wechselstrommotor bei hohem Schlupf betreiben, um im wesentlichen die Drehzahl null und im wesentlichen das Drehmoment null zu halten. Ein Betrieb mit hohem Schlupf gestattet es die Frequenz des Speisestroms ausreichend hoch zu machen, um die gewünschte Ladung auf den Kommutierungskondensatoren zu erhalten. Darüber hinaus ermöglicht diese Betriebsart eine höhere Amplitude des Speisestroms trotz des gewünschten Zustandes mit im wesentlichen der Drehzahl null Drehung und im wesentlichen dem Drehmoment nulL Weil der Speisestrom eine größere Amplitude hat (deren Wert so gewählt ist, daß der Motor ein Drehmoment entwickelt, das etwas kleiner als das Losbrechmoment ist), hat der durch die Drossel des Gleichstromzwischenkreises fließende Strom ebenfalls einen höheren Wert. Die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung überwinden somit die beiden oben erläuterten Nachteile, die bei herkömmlichen Wechselstrommotorantriebssystemen vorhanden sind, die mit im wesentlichen der

ίο Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeiten.

Die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung werden nun zuerst in summarischer Form beschrieben, anschließend werden dann bevorzugte Ausführungsformen zur Realisierung der Erfindung ausführlich erläutert.

Das Elektromotorantriebssystem wir durch ein entsprechendes Drehzahlsollwertsignal oder Drehmomentsollwertsignal wie üblich in den Zustand mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null gebracht. An diesem Punkt liefert das Speisesystem dann einen Speisestrom, dessen Frequenz im wesentlichen null ist. Unmittelbar nach dem Erreichen dieses Zustandes bewirken jedoch die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung, daß im wesentlichen gleichzeitig die Amplitude des Speisestroms auf eine vorbestimmte Größe geändert und die Frequenz schnell auf einen höheren Frequenzwert angehoben wird, so daß der Motor mit einem Einheitsschlupf von größer als 0,1 arbeitet, wie es die Kurve B in Fi g. 7 zeigt. Da dem Motor ein Speisestrom zugeführt wird, dessen Amplitude und Schlupf die Kurve B von F i g. 7 zeigt, ergeben sich im wesentlichen die Drehzahl null und im wesentlichen das Drehmoment null. Die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung überwinden somit die bei herkömmlichen Systemen vorhandenen Nachteile durch wirksames Ausnutzen des nicdngen Drehmoments, das durch einen Asynchronmotor erzeugt wird, dem ein Speisestrom wesentlicher Größe zugeführt wird, wenn der Motor mit hohem Einheits schlupf arbeitet.

F i g. 6 zeigt ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Anordnung für den Betrieb eines Wechselstrommotors mit hohem Schlupf bei im wesentliehen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null nach der Erfindung, die in einem Wechselstrommotorantriebssystem benutzt wird, bei dem mit einem Drehzahlsollwert gearbeitet wird. Die Anordnung nach der Erfindung ist in einer bevorzugten Ausführungsform in einem gestrichelten Kasten 10 darges'.ellt; die Schaltung außerhalb des Kastens 10 ist die eines herkömmlichen Wechselstrommotorantriebssystems, bei dem mit einem Drehzahlsollwert als Führungsgröße gearbeitet wird.

Die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung können auch bei anderen Arten von elektrischen Antriebssystemen benutzt werden. Das in Fig.6 gezeigte System dient nur zur Veranschaulichung und gleicht dem System, das den Gegenstand der deutschen

Patentanmeldung P 29 14 595 der Anmelderin bildet, auf die hier Bezug genommen wird. Ein weiteres geeignetes Elektromotorantriebssystem ist in einer Arbeit von A. B. Plunkett, J. D. D'Atre, T. A. Lipo, »Synchronous Control of a Static AC Induction Motor Drive,« in IEEE/IAS Annual Meeting Conference Record, 1977, auf S. 609—15, beschrieben.

Bei dem Antriebssystem gemäß F i g. 6 liefert ein frequenzveränderlicher Wechselrichter 14 ein Ausgangssi-

gnal, wie beispielsweise einen Speisestrom, veränderlicher Größe und Frequenz über eine Leitung 16 an eine Belastung, wie einen Wechselstrommotor 18. Der Wechselstrommotor 18 kann von irgendeinen geeigneten Typ sein, vorzugsweise ist es aber ein Asynchronmotor.

Der Wechselrichter 14 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein und dient zum Umformen eines Gleichstromeingangssignals in einen Speisestrom veränderlicher Frequenz unter der Steuerung eines frequenzveränderlichen Steuersignals, das auch als Frequenzsteuersignal bezeichnet wird, auf einer Eingangsleitung 20. Eine bevorzugte Ausführungsform für den Wechselrichter 14 ist ein mit Phasenfolgelöschung kommutierter, stromgesteuerter Wechselrichter mit einer 6-Thyristor-Brücke, wie der Wechselrichter 14 von F i g. 1, der den Speisestrom veränderlicher Amplitude und Frequenz entsprechend der Ansteuerung der Thyristoren erzeugt.

Der Ein^Hn^s^leichstrom des ^Wechselrichters 14 kend arbeitet und hpi

einstellbaren Drehwiderstand 38, der einen Schleiferarm 40 hat, der .nit einem von dem Benutzer oder der Bedienungsperson zu betätigenden Drehzahlstellhebel (nicht gezeigt) Verbunden ist, erzeugt wird.

Das Drehzahlreferenzsigna! vom Schleiferarm 40 wird einem ersten Eingang eines Summierpunktes 42 zugeführt. Das Istdrehzahlsignal wird negativ rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierpunktes 42 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierpunk· tes 42 ist ein Drehzahldifferenzsignal, das eine etwaige Differenz zwischen dem Drehzahlreferenzsignal und dem Drehzahlistwertsignal darstellt und dem Eingang eines Drehzahlreglers 44 zugeführt wird. Der Drehzahlregler 44 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein und liefert einer Leitung 46 eine Drehmomentführungsgröße in Abhängigkeit vom Drehzahldifferenzsignal. Fine geeignete Form des Drehzahlreglers 44 ist ein Operationsverstärker, der so geschaltet ist, daß er verstär-

kann von irgendeiner geeigneten veränderlichen Gleichstromquelle geliefert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der veränderlichen Gleichstromquelle ist ein Gleichrichter 22, der einen Gleichstrom veränderlicher Größe über einen Gleichstromzwischenkreis 24 an den Eingang des Wechselrichters 14 abgibt. Der Gleichrichter 22 formt einen ihm über Klememn 28 zugeführten Wechselstrom unter der Steuerung von phasengesteuerten Steuersignalen auf Leitungen 26 in einen Gleichstrom veränderlicher Größe um. Die phasengesteuerten Steuersignale werden hier auch als Stromsteuersignale bezeichnet. Der Gleichrichter 22 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, im typischsten Fall wird es aber ein phasengesteuerter 6-Thyristor-Gleichrichter sein, dessen Thyristoren wie bei dem Gleichrichter 22 von F i g. 1 mit Steuerimpulsen durch das Stromsteuersignal auf der Leitung 26 versorgt werden.

Der Gleichstrom veränderlicher Größe (Iac) wird dem Wechselrichter 14 über den Gleichstromzwischenkreis 24 zugeführt. Der Gleichstromzwischenkreis 24 kann irgendeine geeignete Form haben, vorzugsweise enthält er aber eine Drossel 30, die in Reihe zwischen den Gleichrichter 22 und den Wechselrichter 14 geschaltet ist. Die Drossel 30 dient als Filter.

Die Amplitude des Speisestroms, der durch den Wechselrichter 14 auf der Leitung 16 geliefert wird, wird daher durch das Stromsteuersignal gesteuert, das dem Gleichrichter 22 zugeführt wird, und die Frequenz des Speisestroms wird gemäß dem Frequenzsteuersignal verändert, das dem Wechselrichter 14 auf der Leitung 20 zugeführt wird.

Das Elektromotorantriebssystem, das in Fig.6 gezeigt ist, enthält einen geschlossenen Regelkreis mit folgenden Rückführungswegen. Die Istdrehzahl des Motors 18 wird abgefühlt, um ein Istdrehzahlsignal auf einer Leitung 34 zu erzeugen, das der mechanischen Drehung proportional ist Eine geeignete Form zum Erzeugen des Istdrehzahlsignals ist ein Gleichstromtachometer 32. Eine weitere Möglichkeit zum Erzeugen des Istdrehzahlsignals besteht darin, die Frequenz des Speisestroms abzufühlen. Weiter sind im Rahmen der Erfindung andere Lösungen zum Erzeugen des Istdrehzahlsignals möglich.

Ein Drehzahlsollwert wird benutzt, um ein dazu proportionales Drehzahlreferenzsignal zu bilden. Der Drehzahlsollwert kann entweder durch einen Systemoder einen Benutzerbefehl erzeugt werden und im typischsten Fall hat er die Form eines Benutzerdrehzahlbefehls der durch einen von einer Bedienungsperson tion k—2— ^nat· wobei Δ der La-Place-Operator, t eine Zeitkonstante und k eine Verstärkungskonstante ist.

Die Leitung 46 ist mit dem Eingang 165 eines elektronischen Schalters 164 verbunden. Der elektronische Schalter 164 ist, wie weiter unten erläutert, für die Erfindung, wesentlich. Der elektronische Schalter 164 verbindet seinen Ausgang 166 effektiv mit elektrisch Masse auf ein Schaltsignal oder Stillstandsteuersignal hin, das an einen Schalteingang 167 angelegt wird, so daß die Drehmomentführungsgröße effektiv einen Wert von im wesentlichen null annimmt. Der elektronische Schalter 164 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Bipolartransistor- oder Feldeffekttransistorschalter oder ein elektromechanisches Relais.

Die Drehmomentführungsgröße wird über die Leitung 46 an den Eingang einer Absolutwertstufe 156 herkömmlicher Bauart angelegt. Die Absolutwertversion der Drehmomentführungsgröße am Ausgang der Absolutwertstufe 156 wird an den Eingang eines elektronisehen Schalters 158 angelegt. Der elektronische Schalter 158 ist, wie weiter unten erläutert, für d^:->. Erfindung wesentlich. Der elektronische Schalter 158 verbindet normalerweise seinen Eingang mit einem ersten Ausgang 159, aber auf ein an einen Schalteingang 161 angelegtes Schaltsignal oder Stillstandsteuersignal hin verbindet er seinen ersten Ausgang 159 mit einem zweiten Eingang 160. Der elektronische Schalter 158 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Bipolartransistor- oder Feldeffekttransistorschalter oder ein elektromechanisches Relais. Wenn der erste Ausgang 159 des elektronischen Schalters 158 mit dem zweiten Eingang 160 verbunden ist, wird der Wert der Führungsgröße am ersten Ausgang 159 auf einen Wert gebracht, der einem vorbestimmten Stromwert entspricht wodurch die Amplitude des Speisestroms auf einen vorbestimmten Wert gebracht wird.

Der erste Ausgang 159 ist mit dem ersten Eingang eines Summierers 152 herkömmlicher Bauart verbunden. Ein Shunt 168 ist vorgesehen, um die Größe des Gleichstroms Idc auf der mit dem Wechselrichter 14 verbundenen Seite der Drossel 30 abzufohlen. Der Shunt 168 liefert auf einer Leitung 169 ein Signal, das den Wert dieser Größe angibt Das Signal auf der Leitung 169 wird negativ rückgeführt und an einem zweiten

es Eingang des Summierers 162 angelegt Das Ausgangssignal des Summierers 162 bildet ein Eingangssignal 48 einer Stromsteuerstufe 50, d. h. ein Signal, das die Differenz zwischen der Absolutwertversien der Drehmo-

mentführungsgröße und d?m die Größe des Gleichstroms /«-angebenden Signal darstellt.

Die Stromsteuerstufe 50 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Stromsteuersigna! auf der Leitung 26 gemäß dem Signal an dem Eingang 48 zu erzeugen. Eine geeignete Form für die Stromsteuerstufe 50 ist die einer Rampen- und Sockelsteuerung (ramp and pedestal gating control) herkömmlicher Bauart.

Die Drehmomentführungsgröße auf der Leitung 46 wird außerdem an den ersten Eingang eines Summierers 170 herkömmlicher Bauart angelegt. Das lstdrehzahlsignai wird positiv rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierers 170 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierers 170, welches ein zu der Summe der Drehmomentführungsgröße und des Drehzahlistwertsignals proportionales Signal ist, wird an den Eingang eines elektronischen Schalters 172 angelegt. Der elektronische Schalter 172 ist für die Erfindung wesentlich. Der Schalter 172 verbindet normalerweise den Eingang mit seinem Ausgang, er ist aber so ausgebildet, daß er den Ausgang mit einer Quelle für ein Referenzsignal erhöhter Frequenz (»Frequenzreferenzsignalquelle«) verbindet, wenn eine Frequenzführungsgröße oder ein Stillstandsteuersignal über eine Leitung 173 an seinen Schalteingang 174 angelegt wird. Der elektronische Schalter 172 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Bipolar- oder Feldeffekttransistorschalteroder ein elektromechanisches Relais. Wenn der Schalter 172, wie weiter unten ausführlich erläutert, veranlaßt wird, seinen Ausgang mit dor Frequenzreferenzsignalquelle zu verbinden, bewirkt das Signal an seinem Ausgang, daß eine Frequenzsteuerstufe 54 den Wechselrichter 14 zwingt, die Frequenz des Speisestroms auf einen höheren Frequenzwert anzuheben, um den gewünschten hohen Schlupf zu erzeugen.

Der Ausgang des elektronischen Schalters 172 ist mit einem Eingang 52 der Frequcnzsteuerätuic 54 verbunden. Die Frequenzsteuerstufe 54 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Frequenzsteuersignal in Abhängigkeit von dem Signal zu erzeugen, c¹ zu der Summe der Drehmomentführungsgröße unv. .„ Drehzahlistwertsignals proportional ist. Das Frequenzsteuersignal wird dem Wechselrichter 14 über die Leitung 20 zugeführt. Eine geeignete Form für die Frequenzsteuerstufe 54 ist die eines spannungsgeregelten Oszillators und eines nichtzirkulierenden Schieberegisters, die in der US-PS 42 58 416 beschrieben ist. Eine weitere geeignete Form für die Frequenzsteuerstufe 54 ist die eines spannungsgeregelten Oszillators und eines Ringzählers.

Das herkömmliche Steuersystem, das in Fig.6 gezeigt ist, gestattet, die Drehzahl und das Drehmoment des Asynchronmotor«; 18 gemäß dem Drehzahlsollwert zu steuern. F i g. 8 zeigt in fünf gesonderten Diagrammen wichtige Antriebssystemparameter, für die Fälle, daß der Speisestrom bewirkt, daß der Motor 18 in die Betriebsart mit hohem Schlupf, im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null eintritt, in dieser anhält und diese verläßt.

Die Abszissen stellen in jedem der Diagramme SA — SE die gleichen Zeitspannen im Betrieb des Antriebssystems dar, wobei die Zeitspanne links von 7Ί die Verhältnisse in dem an den Motor 18 Speisestrom liefernden Antriebssystem zeigt, bei denen der Motor veranlaßt wird, in die herkömmliche Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null einzutreten, wobei die Frequenz des Speisestroms im wesentlichen null ist. Die Zeitspanne zwischen T\ und T^ stellt die Zeitspanne dar, in welcher das Antriebssystem dem Motor 18 einen Speisestrom zuführt und den Motor veranlaßt, bei mäßig hohem Strom und bei hohem Schlupf in der Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null Drehung ui,d itn wesentlichen dem Drehmoment null zu bleiben. Die Zeitspanne rechts von T2 stellt die Zeitspanne dar, in der das Antriebssystem dem Motor 18 einen Speisestrom zuführ' und den Motor veranlaßt, die Betriebsart mit hohem Schlupf im wesentlichen der Drehzahl null sowie im wesentlichen dem Drehmoment null zu verlassen und aus dieser Betriebsart heraus zu beschleunigen.

Im Diagramm SA ist längs der Ordinate der Wert des Drehzahlistwertsignales aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß das Drehzahlistwertsignal ungefähr null ist, wenn das Antriebssystem den Motor 18 veranlaßt, in der Betriebsart bei hohem Schlupf mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null anzuhalten.

In F i g. 8B ist längs der Ordinate der Wert der Drehmomentführungsgröße aufgetragen die ungefähr null ist, wenn das Antriebssystem den Motor 18 veranlaßt, in der Betriebsart bei hohem Schlupf im wesentlichen der Drehzahl null sowie im wesentlichen dem Drehmoment null anzuhalten.

In F i g. 8C ist längs der Ordinate der Wert des Drehmoments aufgetragen, das durch den Motor 18 erzeugt wird und ungefähr null ist, wenn das Antriebssystem den Motor 18 veranlaßt, in der Betriebsart mit hohem Schlupf, im wesentlichen der Drehzahl null sowie im wesentlichen den Drehmoment null anzuhalten.

In Fig.8D ist längs der Ordinate der Wert des Motorständerstroms für eine Wicklung eines mehrphasigen Motors 18 aufgetragen. Das Diagramm SD zeigt, daß dieser Ständerstrom eine hohe Frequenz und eine mäßige Größe hat, wenn der Motor 18 in der Betriebsart mit hohem Schlupf, im wesentlichen der Drehzahl nuii sowie im wesentlichen dem Drehmoment null arbeitet.
In dem Elektromotoraniriebssystem von Fig.6 wird ein Stillstandsteuersignal erzeugt, wenn sich das System in der herkömmlichen Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null befindet, wobei die Frequenz des. Speisestroms im wesentlichen gleich null ist. Eine Anordnung und ein Verfahren zum Erzeugen des Stillstandsteuersignals ist in der DE-OS 30 15 156 beschrieben, auf die hier Bezug genommen wird.

In dem Fall eines Antriebssystems, in welchem ein Drehzahlsollwert benutzt wird, wird das Stillstandsteuersignal erzeugt, wenn die Drehmomentführungsgröße und von den Signalen der Drehzahlreferenz, des Drehzahlistwerts und der Drehzahlreferenz wenigstens zwei kleiner als vorbestimmte Werte sind. Bei einem Antriebssystem, in welchem ein Drehmomentsollwert benutzt wird, wie es in F i g. 9 gezeigt ist, wird andererseits das Stillstandsteuersignal erzeugt, wenn das Drehzahlistwertsignal und das Drehmomentreferenzsignal kleiner als entsprechende vorbestimmte Werte sind.

Im Diagramm der F i g. 8E ist längs der Ordinate das Stillstandsteuersignal aufgetragen. Das Stillstandsteuersignal ist im L-Zustand, wenn das Antriebssystem nicht in der Betriebsart mit hohem Schlupf, im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeitet, und geht in den Η-Zustand, wenn das System in den herkömmlichen Zustand mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null eintritt

Fig.6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der

Anordnung nach der Erfindung für ein Antriebssytem das mit einem Drehzahlsollwert arbeitet Die Drehmomentführungsgröße auf der Leitung 46 wird über eine Leitung 102 einem Eingang einer AbsolutgröBenschaltung 100 zugeführt Die Absolutgrößenschaltung 100 liefert auf einer Ausgangsleitung 104 eine Absolutgrößenversion der Drehmomentführungsgröße.

Die AbsoiutgröBenversion der Drchmomenuührungsgröße wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 106 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit einer Referenzspannungsquelle 108 verbunden ist Der Wert der Referenzspannung entspricht dem vorbestimmten Wert, unter dem der Absolutwert der Drehmomentführungsgröße liegen muß, damit das System in der Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeiten '.cinn.

Der Spannungsvergleicher 106 liefert ein erstes Ausgangssignal auf einer Leitung 110, wenn die Absolutgrößenversion der Drehmomentführungsgröße kleiner als der Wert der Reierenzspannungsquelle 108 ist Als Spannungsvergleicher 106 kann z. B. ein als Spannungsvergleicher geschalteter Operationsverstärker v_Twendet werden.

Das Drehzahlistwertsignal wird von der Leitung 34 über eine Leitung 114 dem Eingang einer zweiten Absolutgrößenschaltung 112 zugeführt, die auf einer Ausgangsleitung 116 eine Absolutgrößenversion des Drehzdhlistwertsignals liefert Die Absolutgrößenversion des Drehzahlistwertsignals auf der Leitung 116 wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 118 zugeführt Der zweite Eingang des Vergleichers 118 ist mit der Referenzspannungsquelle 108 verbunden. Der Vergleicher 118 liefert an einem Ausgang 120 ein zweites Ausgangssignal, wenn die Größe der Absolutgrößenversion des Drehzahlistwertsignals kleiner als der Wert der Referenzspannung von der Referenzspannungsquelle 108 ist

Das Drehzahlreferenzsignal vom Schleiferarm 40 wird dem Eingang einer dritten Absolutgrößenschaltung 122 über eine Eingangsleitung 124 zugeführt. Die Absolutgrößenschaltung 122 liefert auf einer Ausgangsleitung 126 eine Absolutgrößenversion des Drehzahlreferenzsignals. Die Absolutgrößenversion des Drehzahlreferenzsignals auf der Leitung 126 wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 128 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit der Referenzspannungsquelle 108 verbunden ist. Der Vergleicher 128 erzeugt auf einer Ausgangsleitung 130 ein drittes Ausgangssignal, wenn die Absolutgröße des Drehzahlreferenzsignals kleiner als der Wert des Referenzspannungssignals ist.

Das Drehzahldifferenzsignal wird vom Ausgang des Summierers 42 über eine Leitung 182 dem Eingang einer vierten Absolutgrößenschaltung 180 zugeführt, die eine Absolutgrößenversion des Drehzahldifferenzsignals auf einer Ausgangsleitung 184 erzeugt. Die Absolutgrößenversion des Drehzahldifferenzsignals auf der Leitung 184 wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 186 zugeführt. Der Vergleicher 186 ist mit seinem zweiten Eingang mit der Referenzspannungsquelle 108 verbunden und liefert an einem Ausgang 190 ein viertes Ausgangssignal, wenn die Absolutgröße des Drehzahldifferenzsignals kleiner als der Wert der Referenzspannung von der Referenzspannungsquelle 108 ist.

Die Spannungsvergleicher 106, 118, 128 und 186 könnten jeweils mit einer anderen Referenzsignalquelle verbunden sein, die Referenzsignale mit unterschiedlichen Werten liefern. Die Verwendung von unterschiedlichen Referenzsignalquellen ist ein Weg, um unterschiedliche vofbestimmte Werte zu erzeugen unter denen die Drehmomentführungsgröße und wenigstens zwei der Signale den der Drehzahlreferenz des Drehzahlistwertes und der Drehzaldifferenz liegen müssen, danui das Süliständsicücfsignäl erzeugt wird.
Die Ausgangsignale der Spannungivergleicher 106, 118, 128 und 186 auf den Leitungen 110, 120,130 bzw. 190 werden, wie dargestellt, einer Logikschaltung 140 zugeführt, die das Stillstandsteuersignal nur dann liefert, wenn das erste Vergleicherausgangssignal und von dem zweiten bis vierten Vergleicherausgangssignal zwei Signale vorhanden sind. Die Erfindung kann selbstverständlich auch so ausgebildet werden, daß das Stillstandsteuersignal geliefert wird, wenn alle vier Vergleicherausgangssignale vorhanden sind Normalerweise werden vom zweiten bis vierten Vergleicherausgangssignal aber nur zwei benutzt, weil die Information m dem unbenutzten Vergleicherausgangssignal in den beiden benutzten Vergleicherausgangssignalen vorhanden ist Die Logikschaltung 140 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein UND-Gatter oder ein NAND-Gatter. Das Ausgangssignal der Logikschaltung 140 auf einer Leitung 142 ist das Stillstandsteuersignal welches anzeigt, daß sich das Antriebssystem im Betriebszustand mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null befindet

Eine Verzögerung von vorbestimmter Zeitdauer kann eingeführt werden, bevor das Stillstandsteuersignal erzeugt wird, um zu verhindern, daß das Stillstandsteuersignal kurzzeitig erzeugt wird, wenn das Antriebssystem vorübergehend durch den herkömmlicher Betriebszustand mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null hindurchgeht Diese Verzögerung vorbestimmter Zeitdauei kann erzeugt werden, indem das Stillstandsteuersignal auf der Leitung 142 einer Verzögerungsstufe 144 züge führt wird, die von irgendeiner geeigneten Bauart seir kann, z. B. ein monostabiler Multivibrator und ein Gat ter. Die Verzögerungsstufe 144 erzeugt eine Verzögerung bei Anstieg und keine Verzögerung beim Abfall beispielsweise 0,1 s beim Anstieg.

Das Stillstandsteuersignal auf der Ausgangsleitunj 150 der Verzögerungsstufe 144 bewirkt drei Funktio nen, die durch einen Block 148 dargestellt sind. Dei Block 148 stellt die drei Funktionen dar, die durch da! Signal auf der Leitung 150 bewirkt werden. Konstruktiv kann der Block 148 einfach drei Leitungen entsprechen die das Signal auf der Leitung 150, wie dargestellt, zi drei Schaltern leiten.

Die erste Funktion, die durch den Block 148 darge stellt wird, besteht darin, ein Schaltsigna!, d. h. ein Still Standsteuersignal auf einer Leitung 173 einem elektroni sehen Schalter 172 zuzuführen, um die Frequenz de! Speisestroms schnell auf einen höheren Frequenzwen anzuheben (gemäß dem Signal, das durch die Frequenz referenzquelle geliefert wird), um den gewünschten hohen Schlupf zu erzeugen. Das Stillstandsteuersignal aul der Leitung 173 kann bewirken, daß die Frequenzsteu erstufe 54 die Frequenz des Speisestroms auf einen vor gewählten höheren Frequenzwert gemäß dem durch di< Frequenzreferenzquelle gelieferten Signal anhebt ode:

daß die Frequenzsteuerstufe einen höheren Frequenz wert erzeugt, um den Schlupf größer als 0,1 zu machen In jedem Fall bewirkt das Stillstandsteuersignal auf dei Leitung 173, das dem elektronsichen Schalter 172 züge

führt wird, daß dieser das Signal von der Frequenzreferenzquelle an den Eingang 52 der SLeuerstufe 54 legt, wodurch diese veranlaßt wird, die Frequenz des Speisestroms anzuheben, damit der gewünschte Schlupf von größer als 0,1 erzeugt wird. Ein geeigneter Wert für den höheren Frequenzwert ist 12 Hz, wenn die durch den Stromrichter 14 gelieferte Maximalfrequenz 60 Hz ist

Die zweite Funktion, die durch den Block 148 dargestellt wird, besteht darin, ein Schaltsignal, d. h. das Stillstandsteuersignal über eine Leitung 1176 dem elektronisehen Schalter 158 zuzuführen, um die Amplitude des Speisestroms schnell auf eine vorbestimmte Größe zu ändern, die durch den vorbestimmten Stromwert festgelegt ist Das Stillstandsteuersignal auf der Leitung 176 zum schnellen Ändern der Amplitude des Stroms kann die Stromsteuerstufe 50 veranlassen, (Jen Strom willkürlich auf eine vorgewählte Größe gemäß dem vorbestimmten Stromwert zu ändern. Die vorbestimmte Größe bewirkt, wie oben erwähnt, daß der Wert der Spannung auf den Kommutierungskondraisatoren in dem Wechselrichter auf einen gewünschten Wert gehalten wird.

In einem weiteren Aspekt der Anordnung und des Verfahrens nach der Erfindung kann eine durch den Block 148 dargestellte dritte Funktion vorgesehen sein, die ein Schaltsignal, d. h. ein Stillstandsteuersignal auf einer Leitung 177 an den elektronischen Schalter 164 liefert, das bewirkt, daß der Schalter 164 schließt, so daß die Drehmomentführungsgröße schr.dl auf im wesentlichen null verringert wird. Gemäß Fig.6 erfolgt diese Verringerung auf im wesentlichen mit dadurch, daß der elektronische Schalter 164 die Leitung 166 mit Masse verbindet Die Verringerung der Drefcmomentführungsgröße auf null, wenn das Antriebssystem in der Betriebsart bei hohem Schlupf, im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeitet, verhindert, daß plötzliche Einscl'iwingvorgänge in der Antriebssystemleistung auftreten, wenn das Antriebssystem diese Betriebsart verläßt.

Selbstverständlich kann die Erfindung den gewünschten Zustand des Motors mit hoher Schlupfdrehzahl in der Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null unter Verwendung von anderen Formen der Steuersignalgabe und unter Verwendung von verschiedenartigen Wechselstrommotorantriebssystemen erzeugen.

In F i g. 9 ist innerhalb eines gestrichelten Kastens 200 eine bevorzugte Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung zur Verwendung in einem Wechselstrommotorantriebssystern, in welchem eine Drehmomeritsollwertführungsgröße benutzt wird, gezeigt. Das herkömmliche Wechselstrommotorantriebssystem, bei dem eine Drehmomentsollwertführungsgröße benutzt wird, ist in Fig.9 außerhalb des gestrichelten Kastens 200 gezeigt und gleicht dem Antriebssystem, das in der oben erwähnten DE-OS 29 14 595 beschrieben ist. In den Fig.6 und 9 tragen gleiche Teile gleiche Bezugssahlen; nur unterschiedliche Teile werden hier erläutert

Ein Drehmomentreferenzsignal, das einem Drehmomentsollwert proportional ist, wird auf einer Leitung 300 erzeugt. Dieses Drehmomentreferenzsignal kann durch das Antriebssystem oder durch ein durch eine Bedienungsperson einstellbaren Drehwiderstand 302 mit einem Schleiferarm 304 gelieferi werden. Die Position des Schleiferarms 304 entspricht dem Drehmomentsollwert, der durch die Stellung eines durch die Bedienungsperson zu bedienenden Drehmomentstellhebels (nicht gezeigt) angezeigt wird.

Das Drehmomentreferenzsignal bildet ein Eingangssignal eines Drehmomentreglers 306. der eine Drehmomentführungsgröße auf der Leitung 46 als Funktion des Drehmomentreferenzsignals erzeugt Der Drehmomentregler 30€ kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um die Drehmomentführungsgröße gemäß dem Drehmomentreferenzsignal zu erzeugen. Eine geeignete Form für den Drehmomentregler 306 ist ein Operationsverstärker herkömmlicher Bauart, der so geschaltet ist daß er als Verstärker mit geeignetem Verstärkungsfaktor arbeitet

in dem Antriebssystem, in welchem mit einem Drehmomentsollwert gearbeitet wird, wird das Stillstand-Steuersignal erzeugt wenn das Drehzahlistwertsignal und das Drehmomentreferenzsignal kleiner als vorbestimmte Werte sind. Die vorbestimmten Werte können für die Drehmomentführungsgröße und das b.chzahlistwertsignal unterschiedlich sein, die Werte zeigen jedenfalls an, wann das Antriebssystem in der herkömmlichen Betriebsart mit im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeitet und die Frequenz des Speisestroms einen sehr niedrigen Wert hat, so daß die Betriebsart mit konstantem Schlupf erzeugt wird.

Gemäß Fig.9 wird das Drehzahlistwertsignal über eine Leitung 322 einer Absolutgrößenschaltung 320 zugeführt. Die Absolutgrößenschaltung 320 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein und erzeugt auf einer Ausgangsleitung 324 eine Absolutgrößenversion des Istdrehungssignals.

Die Absolutgrößenversion des Drehzahlistwertsignals wird dem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 326 zugeführt Ein zweiter Eingang des Spannungsvergleichers 326 ist mit einer Referenzspannungsquelle 328 verbunden, die ein Referenzsignal mit einem Wert liefert, der gleich dem vorbestimmten Wert ist Der Spannungsvergleicher 326 liefert ein zweites Ausgangssignal, wenn die Absolutgrößenversion des Drehzahlistwertsignals kleiner als der vorbestimmte Wert ist. Der Spannungsvergleicher 326 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Operationsverstärker, der als Spannungsvergleicher geschaltet ist. In einer alternativen Ausgestaltung, die in F i g. 9 gezeigt ist, wird das Signal auf einer Leitung 171 statt des Drehzahlistwertsignals auf der Leitung 34 über eine gestrichelte Leitung 308 als Eingangssignal an der Leitung 322 benutzt. Das Signal an der Leitung 171 ist normalerweise der der Istfrequenz anstatt der Istdrehzahl proportional.

Das Drehmomentreferenzsignal auf der Leitung 300 wird einer Eingangsleitung 330 einer Absolutgrößenschaltung 332 zugeführt. Die Absolutgrößenschaltung 332 liefert eine Absolutgrößenversion der Drehmomentführungsgröße auf einer Leitung 334, die mit dem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 336 verbunden ist. Der zweite Eingang des Spannungsvergleichers 336 ist mit der Referenzspannungsquelle 328 verbunden. Der Spannungsvergleicher 336 erzeugt ein erstes Ausgangssignal, wenn der Wert der Absolutgrößenversion der Drehmomentführungsgröße kleiner als das Referenzspannungssignal ist, das gleich dem durch die Referenzspannungsquelle 328 gelieferten vorbestimmten Wert ist. Der Spannungsvergleicher 336 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Operationsverstärker, der als Spannungsvergleicher geschaltet ist.

Das erste Ausgangssignal vom Spannungsvergleicher

336 und das zweite Ausgangssignal vom Spannungsvergleicher 326 werden einer Logikschaltung 340 zugeführt, die das Stillstandsteuersignal als Ausgangssignal auf einer Leitung 342 liefert, wenn beide Spannungsvergleicherausgangssignale im Η-Zustand sind. Die Logikschaltung 340 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Stillstandsteuersignal zu liefern, wenn jedes der beiden Spannungsvergleicherausgangssignale in dem Η-Zustand ist, beispielsweise ein UND-Gatter oder ein NAND-Gatter.

Wie in dem Fall der in F i g. 6 gezeigten Ausführungsform bewirkt das Stillstandsteuersignal am Ausgang 346 der Verzögerungsstufe 344, daß durch den Block 348 drei Funktionen ausgeübt werden. Es sei bemerkt, daß das Stillstandsteuersignal ohne Verzögerung über die Leitung 342 direkt dem Block 348 zugeführt werden kann, der ähnlich dem Block 148 in F i g. 1 nur ein Funktionsdarstellungsblock sein kann.

Die erste Fnntkion, die durch den Block 348 bewirkt wird, besteht4arin, ein Schaltsignal, d. h. das Stillstandsteuersignal auf der Leitung 173 dem elektronischen Schalter 172 zuzuführen, damit effektiv die Frequenz des Speisestroms schnell auf einen höheren Frequenzwert gemäß dem durch die Frequenzreferenzquelle gelieferten Signal angehoben wird, um den gewünschten hohen Schlupf zu erzeugen. Das Stillstandsteuersignal auf der Leitung 173 kann bewirken, daß die Frequenzsteuerstufe 54 die Frequenz des Speisestroms effektiv auf einen vorgewählten höheren Frequenzwert gemäß dem durch die Frequenzreferenzquelle gelieferten Signal anhebt oder daß die Frequenzsteuerstufe einen höheren Frequenzwert erzeugt, da.'jit ein Einheitsschlupf erzeugt wird, der größer air 0,1 ist In jedem Fall bewirkt das über die Leitung 173 an den elf ironischen Schalter 172 angelegte Leerlaufsteuersignal, daß der Schalter 172 das Signal aus der Frequenzreferenzqueiie an den Eingang 52 der Frequenzsteuerstufe 54 legt und diese effektiv veranlaßt, die Frequenz des Speisestroms zu erhöhen, damit der gewünschte Schlupf von mehr als 0,1 erzeugt wird. Ein geeigneter Wert für den höheren Frequenzwert ist 12 Hz, wenn die durch den Stromrichter 14 gelieferte Maximalfrequenz 60 Hz ist.

Die zweite Funktion, die durch den Block 348 erzeugt wird, besteht darin, ein Schaltsignal, d. h. das Leerlaufsteuersignal über eine Leitung 176 an den elektronischen Schalter 158 abzugeben, damit die Größe des Speisestroms schnell auf einen vorbestimmten Wert verändert wird, der durch den vorbestimmten Stromwert festgelegt ist. Das Stillstandsteuersignal auf der Leitung 176 zum schnellen Ändern der Größe des Stroms kann bewirken, daß die Stromsteuerstufe 50 willkürlich den Strom auf eine vorgewählte Größe gemäß dem vorbestimmten Wert ändert. Die vorbestimmte Größe bewirkt, wie oben erwähnt, daß der Wert der Spannung auf den Kommutierungskondensatoren in dem Wechselrichter auf einem gewünschten Wert gehalten wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Anordnung und des Verfahrens nach der Erfindung kann eine dritte Funktion durch den Block 348 bewirkt werden, wenn er ein Schaltsignal, d. h. ein Stillstandsteuersignal über eine Leitung 177 an den elektronischen Schalter 164 abgibt, welches bewirkt, daß der Schalter 164 schließt, so daß die Drehmomentführungsgröße schnell auf im wesentlichen null verringert wird. Gemäß Fig.6 erfolgt diese Verringerung auf im wesentlichen null dadurch, daß der elektronische Schalter 164 die Leitung 166 an Masse legt. Die Verringerung der Drehmomentführungsgröße auf null, wenn das Antriebssystem in der Betriebsart mit hohem Schlupf bei im wesentlichen der Drehzahl null und im wesentlichen dem Drehmoment null arbeitet, verhindert, daß in der Antriebssystemleistung plötzliche Stoßvorgänge auftreten, wenn das Antriebssystem diese Betriebsart verläßt

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betrieb eines Ober einen eine Induktivität enthaltenden und mit Phasefolgelöschung kommutierenden Gleichstromzwischenkreis-Umrichter mit Strömen variabler Amplitude und Frequenz gespeisten Wechselstrommotors im Stillstand, dadurchgekennzeichnet,