DE3223655A1

DE3223655A1 - Einrichtung zur regelung eines wechselstrom-induktionsmotors

Info

Publication number: DE3223655A1
Application number: DE19823223655
Authority: DE
Inventors: Nicholas G. Palm Harbor Fla. Muskovac
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1981-06-24
Filing date: 1982-06-24
Publication date: 1983-01-13
Also published as: GB2100894A; FR2508737B1; JPS586091A; GB2100894B; FR2508737A1

Description

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Einrichtung zur Regelung eines Wechselstrom- Induktionsmotor

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung der einem Wechselstrom-Induktionsmotor zugeführten Leistung.

Die Umwandlung elektrischer Energie findet bei der Entwicklung und Anwendung von Wechselstrommotoren zunehmend größere Beachtung. Um einen besseren Wirkungsgrad beim Betrieb derartiger Motore zu erhalten, werden immer feinere Regelsysteme verwendet, wie sie z. B. aus der US-PS 4- 052 64-8 bekannt sind. Diese Druckschrift beschreibt eine Regelschaltung, mit welcher die Leistungsverluste bei einem Wechselstrom-Induktionsmotor unter Verwendung der abgetasteten Verlustleistung bzw. der Phasennacheilung zwischen Spannung und Strom verringert werden. Diese abgetastete Information wird dazu benutzt, um die mittlere, an den Motor angelegte Spannung zu ändern und einen konstanten optimalen Leistungsfaktor bei ändernder Last und ändernder Netzspannung aufrechtzuerhalten.

Die in dieser Druckschrift beschriebenen Modifikationen führen zu einer größeren Anwendungsmöglichkoit von Regelschaltungen zur Beeinflussung des Leistungsfaktors

WS330P-2501 und ferner

und ferner zu einem wesentlich besseren Schutz der geregelten Motore. Weitere wünschenswerte Maßnahmen sollten den Einschaltstrom begrenzen, die Überstromkapazität und Abschaltung verbessern und einen geregelten Anlauf bzw. die Feststellung von Phasenverlusten ermöglichen. Unter bestimmten Bedingungen wie z. B. extrem hohen Lasten und starken Laständerungen ist es möglich, daß der Regler durch Abtasten der Änderung des Leistungsfaktors nicht in der Lage ist, einen zufriedenstellenden Betrieb zu gewährleisten, so daß der Motor unter Umständen stehenbleibt. Außerdem ergeben sich Stabilitätsprobleme bei bestimmten Lastzuständen, wenn der Motorregler mit dem Leistungsfaktor arbeitet. Um diese Stabilitätsprobleme zu verringern und auf ein Minimum herabzudrü'cken, wird für die meisten auf dem Leistungsfaktor beruhenden Reglern die Ansprechzeit begrenzt. Es ist daher wünschenswert, einen Regler zu schaffen, der ein stabiles Verhalten über einen großen Betriebsbereich gewährleistet und auch auf Laständerungen rasch anspricht. In bestimmten industriellen Umgebungen ergeben sich sehr häufig Überspannungen im Netz. Aufgrund dieser Überspannungen wird in laufenden Motoren eine größere Energie verbraucht als für den lastabhängigen Antrieb benötigt wird. Es ist daher wünschenswert, einen Regler vorzusehen, der den Energieverbrauch in einem Elektromotor unter diesen Bedingungen einer Netzüberspannung reduziert.

Für bestimmte Anwendungen, z. B. im Bergwerksbetrieb und in der Industrie, können Lastbedingungen auftreten, die ein Überdrehen oder Überholen des Motors auslösen. Diese Fälle treten z. B. auf, wenn das an einem Kran hängende Gewicht auf den Motor derart einwirkt, daß

WS33OP-25O1 dieser sich

dieser sich mit einer größeren Drehzahl als der Synchrondrehzahl zu drehen versucht. Regler, welche auf dem Leistungsfaktor basieren, lassen den Motor gelegenheitlich unter solchen Bedingungen in unerwünschten Zuständen laufen. Deshalb ist es wünschenswert, einen Motorregler zu schaffen, der in der Lage ist, ein lastabhängiges Überdrehen vorteilhaft auszunützen, um dadurch Energie zu sparen und Leistung ins Netz Zurückzuspeisen. Ein derartiger Regler soll für viele unterschiedliche Anwendungsfälle einsetzbar sein und mit geringem Aufwand eine verbesserte Motorregelung möglich machen.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Schlupferfassungsschaltung, mit welcher in Abhängigkeit von dem Schlupf des Motors ein Schlupfsignal erzeugt wird, ein Bezugsspannungswerk, welches ein dem gewünschten Motorbetriebszustand entsprechendes Signal liefert, eine Rückkopplungsschaltung, welche mit der Schlupferfassungsschaltung und dem Bezugsspannungsnetzwerk verbunden ist und das Schlupfsignal mit dem Bezugssignal für den Motorbetriebszustand vergleicht, um ein der Differenz entsprechendes Ansteuerungssignal zu liefern, und Steuereinrichtungen, welche in Serie zwischen den Phasenleitungen und dem Motor liegen und die mittlere, an den Motor angelegte Spannung in Abhängigkeit von dem Ansteuerungssignal einstellen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Der Regler wird vorzugsweise für einen Dreiphasen-Induktionsmotor verwendet, wobei in jeder Phase ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar iingeordnet ist. Die Spannung, welche an den Thyristoren anliegt, wird gleichgerichtet und integriert. Die miteinander

W5330P-2501 verknüpften Spannungen

verknüpften Spannungen bilden das Schlupfsignal. Ferner wird über Stromwandler der jeder Phase des Motors zugeführt e Strom gemessen, welcher nach einer Gleichrichtung als Gleichstromsignal zur Verfugung steht. Das Schlupfsignal und das GJ.eichstromsignal werden mit einem Bezugsspannungssignal, welches von der Netzspannung abgeleitet wird, verknüpft, um ein Rückkopplungssignal zu liefern, das über eine Triggerschaltung auf die Thyristoren wirkt. Eine derartige Thyristorschaltung kann gemäß der US-Patentanmeldung 161 327 aufgebaut sein.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Gleichstrom-Netzbezugssignal vorgesehen, welches proportional der von der Stromversorgung gelieferten Netzspannung ist. Diese von der an den Thyristoren liegenden Spannung abgeleitete Gleichspannung wird vom Netzbezugssignal subtrahiert und liefert das Schlupfsignal .

Eine nach den Merkmalen der Erfindung aufgebaute Regelung ermöglicht eine sehr genaue Regelung eines Wechselstrom-Motors, ohne daß dieser ausfällt, selbst wenn sehr extreme Lastzustände und insbesondere Lastwechsel vom lastfreien zum Vollastbetrieb auftreten. Bei sehr hohen Lasten bewirkt der Regler einen sehr wirtschaftlichen ' und sicheren Betrieb des Motors. Überdies läßt sich auch bei einer den Motor überdrehenden Last regenerative Energie gewinnen und ins Netz zurückspeisen.

Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand von auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. I eine Kurvenschar, aus der die SrIi I upf geschwindigkeit in Abhängigkeit der Motorl<u;t hei sich ändernder Mo tor spannung hervorgeht;

WS33OP-25O1 I ig. 2

Fig. 2 in graphischer Darstellung den Verlauf der Motorspannung in Abhängigkeit von der Last des Motors, welcher gemäß der Erfindung geregelt ist;

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der Motorregelung gemäß der Erfindung;

Fig. 4· ein Prinzipschaltbild einer dreiphasigen Motorregelung gemäß der Erfindung;

I i (|. ¹J c I π Seht) i 1.1) i I (I der Sch I up l'cr l'.i;. .suini.'.s I u Cc , des Sch I up fs J giid 1 generators _l des Uezugsspdnnunqsnetzwerkes und der Stromerfassungsstufe gemäß Fig. 4-;

I iq. f'i ild'j Si'hii M 1)11 d einer riickgckoppe J t eti Verstärkerstufe, an welcher die Schaltung gemäß Fig. angeschlossen ist.

Der nachfolgend beschriebene energiesparende Regler wird zusammen mit einem Wechselstrom-Induktionsmotor betrieben, bei welchem der Schlupf gemessen und ein Signal entsprechend dem Motorschlupf erzeugt wird. Dieses Schlupfsignal wird mit einer Bezugsspannung verglichen und das sich daraus ergebende Verqleichssignal zur Änderung der an den Motor angelegten Spannung benutzt, um den Motor auf einer verhältnismäßig schlupfkonstanten Geschwindigkeit zu halten.

In dem Diagramm gemäß Fig. 1 ist der Schlupf des Motors über der Last für eine Vielzahl von Motorspannungen aufgetragen. Ein nach den Merkmalen der Erfindung ausgebildeter Regler kann die mit b bezeichnete I3etriebskurve

WS330P-2501 einstellen, bei

einstellen, bei welcher dir an den Motor angelegte Spannung zwischen 100 % bei 100 % Last bis 40 % im lastfreien Zustand veränderbar ist. Der Schlupf des Motors ändert sich also nur etwa zwischen 5 % und etwa 3 %. Die Minimalspannung im lastfreien Zustand wird durch die Einstellung der Bezugsspannung bestimmt, wie nachfolgend noch näher erläutert wird. Der Verlauf der Motorspannung in Abhängigkeit von der Last geht auch aus Fig. 2 hervor.

In Fig. 3 ist ein Prinzipschaltblld eines Dreiphasen-Induktionsmotors dargestellt, der mit einem Regler gemäß der Erfindung zusammenarbeitet. Die Dreiphasenleitungen A, B und C sind an entsprechende Wicklungen des Dreiphasen-Induktionsmotors 50 angeschlossen. In jeder Phase ist ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar vorgesehen, welche mit den Bezugszeichen 42 bis 47 versehen sind. Das Gate 10 jedes der Thyristoren 42 bis 47 wird von einer Triggerschaltung 40 beaufschlagt, die in geeignetem Takt Gateimpulse an die Thyristoren überträgt, um die mittlere, von jeder Phase aus dem Induktionsmotor 50 zugeführte Spannung einzustellen.

Diese mittlere Spannung kann in bekannter Weise für jede Phase des Motors durch Ändern des Tastverhältnisses der Thyristoren geregelt werden. Um die volle Netzspannung der Phase dem Induktionsmotor 50 zuzuführen, werden die Gates von der Triggerschaltung aus derart angesteuert, daß ein voller 360 -Zyklus der Wechselstromschwingung anliegt. Die mittlere Spannung kann durch eine entsprechende Reduzierung des Tastverhältnisses der Thyristoren dadurch verringert, werden, dal? nur während einem Bruchteil einer Periode die Wechselstrom-

WS330P-2501 - spannung anliegt.

spannung anliegt. Die Schwingungsform einer am Motor 5u wirksamen Phase ist in Fig. 3 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 12 gekennzeichnet. Diese Spannung V^ liegt an den Thyristoren 4-6 und 57 der Phase C an.

Diese Spannung V~ ist proportional dem Motorschlupf.

Wie man aus dem mit 15 bezeichneten Detail der Fig. 3 entnehmen kann, verursacht ein hoher Schlupfwert für den Motor 50 einen entsprechend hohen Wert der Spannung V',

Diese Spannung V₁- wirkt auf einen Transformator 17 und wird auf einen Wert heruntertransformiert, der eine Verarbeitung durch logische Schaltungen nach einer Gleichrichtung möglich macht. Die Gleichrichtung erfolgt mit Hilfe eines Brückengleichrichters 19, so daß am Ausgang des Gleichrichters eine Impulsfolge entsteht, wie sie aus 15a in Fig. 3 hervorgeht. Diese Impulse werden an den negativen Eingang eines Verstärkers A angelegt, dessen positiver Eingang mit einem Bezugsspannungsnetzwerk 21 verbunden ist, an welchem die Netzspannung V liegt. Die nach der Gleichrichtung erhaltenen Impulse werden durch den Verstärker A1 von der Bezugsspannung des Netzwerkes 21 subtrahiert. Das Ergebnis wird durch den Verstärker A1 invertiert und ausgangsseitig zum Verbindungspunkt 23 übertragen. Eine Abstimmstufe 22 für die Motorspannung liefert ein Bezugssignal über ein Potentiometer 18 ebenfalls an den Verbindungspunkt 23. Von einem Stromwandler 25 aus kann an den Verbindungspunkt 23 eine Stromrückkopplung \orgesehen sein, welche über eine Diode 27, einen Verstärker A2 und ein Potentiometer 29 sowie eine Diode 31 auf den Verbindungspunkt wirkt. Das Ausgangssignal des Verstärkers A2 wird mit Hilfe des Potentiometers 29 eingestellt, um die maximale Motorspannung festzulegen, welche unter

WS330P-2501 Vollast dem

Vollast dem Motor zugeführt wird. Diese Spannung kann von der Netzspannung verschieden sein, da der Induktionsmotor 50 überdimensioniert sein kann und wesentlich wirtschaftlicher mit einer verringerten Spannung läuft. Damit läßt sich zusätzlich Energie sparen.

Die Abstimmstufe 22 legt eine Spannung an den Verbindungspunkt 23 an, welche dieselbe Polarität wie das motorstromabhängige Ausgangssignal des Verstärkers A2 hat. Durch die Abstimmung mit Hilfe des Potentiometers 18 wird die minimale Motorspannung eingestellt, für den Fall, daß der Motor im wesentlichen lastfrei läuft.

Das Ausgangssignal des Rückkopplungsverstärkers 20 ist eine positiv verlaufende analoge Gleichstromspannung, welche als Eingangssignal für die Triggerschaltung A-O Verwendung findet. 3e größer diese Spannung ist, umsomehr werden die Thyristoren 4-2 bis 4-7 eingeschaltet und umso höher ist die mittlere, an den Induktionsmotor angelegte Spannung.

Die Verstärker A1 und A2 werden auch zum Filtern der Rückkopplungsspan nun gen benutzt, so daß eine Spannung mit geringer Welligkeit dem Rückkopplungsverstärker zugeführt wird. Die Grenzfrequenz und die Übertragungszeit wird derart ausgewählt, daß die gewünschte Stabilität für alle Betriebsbedingungen des Induktionsmotors erhalten werden.

Obwohl das Rückkopp lungs signal vom Verstärke r A ?. für die Wirkungsweise der Erfindung nicht erforderlich ist, kann die Stabilität und der Betriebsbereich des Motors mit Hilfe dieses Signals verbessert wer ei on.

WS330P-2501 In \ U]. k

In Fig. 4 ist in einem Blockdiagramm ein Mο torregler nach den Merkmalen der Erfindung gezeigt, der eine dreiphasige Prüf- und Schutzschaltung hat. Die dreiphasige Schaltung führt im wesentlichen die gleiche Funktion wie die einphasige Schaltung gemäß Fig. 3 aus, so daß gleiche, jedoch mit dem Buchstaben a gekennzeichnete Bezugszeichen Verwendung finden können.

Der Dreiphasen-Induktionsmotor 50 gemäß Fig. 4- kann im Stern- oder Dreieckbetrieb angeschlossen sein. Abweichend von bekannten Reglern muß der Regler gemäß der Erfindung nicht zwischen die logische Masse und den Nulleiter im Sternbetrieb geschaltet sein. Deshalb braucht der Nulleiter des Motors auch rticht aus diesem herausgeführt und an die Systemmasse bzw. an Erdmasse angelegt werden. In jeder Phase liegt ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar, wobei das Gate der Thyristoren von der Triggerschaltung 40 angesteuert wird. Die Lastseite der Thyristorpaare ist mit A¹, B¹ und C' bezeichnet und mit einer Schlupferfassungsstufe 13a verbunden. Diese Schlupferfassungsstufe 13a liegt ferner an der Netzseite der Thyristorpaare und tastet damit die Spannung V~ an jedem Thyristorpaar ab. Dieses Dreiphasensignal wird gleichgerichtet, so daß man nach einer entsprechenden Filterung ein Gleichstromsignal erhält, welches den Motorschlupf repräsentiert. Das Bezugsspannungsnetzwerk 21a für die Netzfrequenz ist ebenfalls auf der Netzseite mit den Thyristorpaaren verbunden. Dieses Bezugsspannungsnetzwerk 21a liefert ein Bezugssignal in Form einer Netzgleichspannung an den Schlupfsignalgenerator 33. Dieser Schlupfsignalgenerator 33 subtrahiert das von der Schlupferfassungsstufe 13a gelieferte Signal von dem Signal des Bezugsspannungsnetzwerkes 21a und liefert ein Sch 1 up friick-

WS330P-2501 kopplunq.·;:· i

kopplungssignal, welches über den Verbindungspunkt 2 dem Rückkopplungsverstärker 20 zugeführt wird. Das von der Abstimmstufe 22 für die Motorspannung gelieferte Signal wird ebenfalls dem Rückkopplungsverstärker über den Verbindungspunkt 23 zugeführt. Ein Statussignal für den Rückkopplungsverstärker 20 kann durch ein Verknüpfen des SchlupfSignals mit dem Ausgangssignal der Stromerfassungsstufe 16 gebildet werden, welche über Stromwandler 25 lastseitig an die Phasenleitungen A¹, B' und C' angeschlossen ist. Diese Stromwandler können selbstverständlich auch netzseitig angekoppelt werden.

Der Rückkopplungsverstärker 20 liefert über den Verbindungspunkt 30 ein Steuersignal an die Triggerschaltung A-O. Die Betriebsspannung für den Induktionsmotor 50 im lastfreien Zustand wird mit Hilfe des Potentiometers 18 eingestellt, welches das von der Abstimmstufe 22 für die Motorspannung an den Rückkopplungsverstärker 20 angelegte Signal verändert. Die maximale Motor spannung für den Vollastbetrieb wird mit Hilfe des Potentiometers 29 eingestellt, welches der Stromerfassungsstufe 16 zugeordnet ist. Damit wird eine gewisse mittlere Spannung an den Induktionsmotor 50 für den Vollastbetrieb über die Thyristoren 4-2 bis 4-7 angelegt. Im lastfreien Zustand tendiert der Schlupf des Motors 50 und der dadurch gezogene Strom dazu, abzunehmen. Die Änderung des Schlupfes manifestiert sich selbst als Änderung der Spannung V^ an den Thyristoren 4-2 bis 47. Diese Spannungsänderung wird von der Schlupferfassungsstufe abgetastet, die die an den Schlupfsignalgenerator angelegte Spannung verringert.·Damit vergrößert sich das durch den Schlupfsigna].generator 33 an den Verbindungspunkt 23 angelegte Signal. In entsprechender Weise

WS330P-2501 wird der

wird der Rückgang des Stromes durch die Motorv\icklungen mit Hilfe der Stromwandler 25 erfaßt. Diese Information wird der Stromerfassungsstufe 16 zugeführt. Damit wird ein größeres Signal über den Verbindungspunkt 23 an den Rückkopplungsverstärker 20 angelegt. Dies wiederum erzeugt ein größeres Rückkopplungssignal über den Verbindungspunkt 30 an der Triggerschaltung 40_; Diese Triggerschaltung 4-0 erzeugt in Abhängigkeit von der Änderung des Rückkopplungssignals ein entsprechendes Impulsmuster zur Ansteuerung der Gate 10 der Thyristorpaare 42 bis 47, um den Anteil der Wechselstromnetzspannung, welcher über die Thyristoren fließt, zu verkleinern. Damit reduziert sich die mittlere Spannung an den Wicklungen des Induktionsmotors 50 und der Energieverbrauch des Motors während geringer Lastzustände.

Eine Anzahl weiterer Betriebs- und Schutzmaßnahmen werden durch den Regler gemäß Fig. 4 vorgesehen. So ist z. B. der während der Anlaufzeit des Motors gezogene Strom um ein Vielfaches größer als der Strom bei der normalen Vollast. Dies löst nicht nur die bekannten unerwünschten Effekte einer momentanen Reduzierung der Spannung an den Dreiphasenleitungen des Motors aus, sondern kann auch zu einer wesentlichen Vergrößerung der Energiekosten durch Triggerung höherer Lastanforderungen führen, die durch elektrische Geräte ausgelöst sind. Der Strombegrenzer 34 reduziert den Einschaltstrom, welcher durch den anlaufenden Motor ausgelöst wird, indem ein Signal an den Verbindungspunkt 32 gegeben wird, welches mit anderen Signalen verkoppelt wird, um zusätzlich über den Verbindungspunkt 30 die Triggerschaltung 40 zu beeinflussen.

WS330P-2501 Der Strombegren/er

Der Strombegrenzer 34 ist mit einer Auslöseschaltung verbunden, die das Auftreten gefährlicher Überlastzustände feststellt, welche die Wicklungen des Motors beschädigen könnten. Beim Ermitteln derartiger Zustände erzeugt die Auslöseschaltung 36 ein augenblicklich wirksames Auslösesignal über die Verbindungspunkte 32 und 30, welches an der Triggerschaltung 40 wirksam ist und unmittelbar die Erregung des Motors abschaltet. Unter diesen gefährlichen Überlastbedingungen kann die Auslöseschaltung 36 auch ein verzögertes Auslösesignal erzeugen, welches über eine entsprechende Zeitschaltung 28 eine Abschaltung des Motors bewirkt, jedoch erst nach dem Ablauf einer vorgegebenen Verzögerung. Die Zeitschaltung 28 stellt einen Anlaufzustand des Motors fest und läßt die Abschaltfunktion der Auslöseschaltung 36 während Anlaufzustände des Motors nicht wirksam werden, wenn der vom Motor gezogene Strom normalerweise größer als der übliche Vollaststrom ist. Von einer Stromversorgung 24 aus wird der für den Betrieb des Reglers notwendige Strom zur Verfugung gestellt.

Eine Phasenfühlerstufe 26 ist netzseitig an die Leitungen A, B und C angeschlossen und stellt fest, wenn auf einer dieser Leitungen die Phase ausfällt. Die Phasenfühlerstufe 26 liefert ein entsprechendes Signal über den Verbindungspunkt 30 an die Triggerschaltung 40, um augenblicklich den Motor abzuschalten.

Der Regler gemäß Fig. 4 umfaßt somit verschiedene Stufen wie z. B. den Strombegrenzer 34, die Auslöseschaltung 36, die Zeitschaltung 28, die Stromversorgung 24, die Phasenfühlerstufe 26 und die Triggerschaltung 40.

WS33OP-25O1 In Fig. 5

In-Fig. 5 ist ein Detailschaltbild der Schlupferfassunq^- stufe 13a des Bezugsspannungsnetzwerkes 21a, des Schlupfsignalgenerators 33 und der Stromerfassungsstufe 16 dargestellt. Die Schlupferfassungsstufe 13a liegt über die Phasenleitungen A, B und C bzw. A', B¹ und C parallel zu den antiparallel geschalteten Th_\ ristorpaaren 42-43, 44-45 und 46-47. Die Netzleitungen bzw. Phasenleitungen sind über Endkopplungswiderstände 41 an die positiven bzw. negativen Anschlüsse der Verstärker 143, 145 und 147 angeschlossen. 3eder dieser Verstärker mit dem zugeordneten Netzwerk hat die Funktion des Transformators 17 gemäß Fig. 3 und bringt einen wesentlichen Kosten vor teil. Die positive und negative Versorgungsspannung für jeden der Verstärker ist gleich. Sie sind deshalb nur für den Verstärker T43 dargestellt. Ein Rückkopplungstransistor 49 liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers und dem negativen Eingang und dient der Einstellung der Verstärkung. Die Ausgangssignale der Verstärker 143, 145 und 147 werden über eine Diodenmatrix 51 gleichgerichtet, so daß diese impulsförmigen Ausgangssignale auf den Verstärker 53 wirken. Ausgangsseitig ist der Verstärker 53 über einen Widerstand 55 an den Schlupfsignalgenerator 33 angeschlossen. Die Verstärkung dieses Verstä'rkers wird ebenfalls durch einen Rückkopplungswiderstand 54 eingestellt. Ein Kondensator 58 ist parallel zu einem Widerstand 56 \orgesehen, um Spannungsspitzen zu unterdrücken und die Schwingungsform zu optimieren.

Von dem Bezugsspannungsnetzwerk 21a wird ein die Netzspannung kennzeichnendes Bezugssignal geliefert. Die netzseitigen Phasenleitungen A, B und C sind an einen Transformator 57 angeschlossen, der ausgangssei tig Dioden 59 ansteuert und eine pulsierende Gleichspannung

WS33OP-25O1 Jioft-rt, welche

liefert, welche proportional der an den Phasenleitern A, B und C liegenden Spannung ist. Diese Spannung wird ausgefiltert und mit Hilfe eines Kondensators 201 geglättet, der eingangsseitig im SchlupfSignalgenerator vorgesehen ist. Die an den SchlupfSignalgenerator angelegte,Spannung wird über eine Diode 60 an einen Spannungsteiler aus den Widerständen 61 und 63 angelegt, von welchem aus ein Verstärker 65 angesteuert wird. In diesem Verstärker 65 wird das von der Schlupferfassungsstufe 13a gelieferte Signal von der Netzbezugsspannung abgezogen, die vom Bezugsspannungsnetzwerk 21a aus angelegt wird. Auf diese Weise entsteht das Schlupfrückkopplungssignal, welches am Verbindungspunkt 23 anliegt. Dieses Schlupfrückkopplungssignal wird mit Hilfe der Widerstände 67, 69 und 71 sowie des Kondensators 73 geglättet und anschließend über die Diode 75 von dem Verbindungspunkt 23 dem Rückkopplungsverstärker 20 zugeführt.

In Fig. 5 ist auch die Stromerfassungsstufe 16 dargestellt. Die Signale von den Stromwandlern 25 werden

als Ströme I , I, und I über Dioden 77 zugeführt und a D c

für die Einspeisung in den Verstärkern 79 gleichgerichtet. Eine Widerstandsbank 81 liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers 79 und einem Eingang, um dessen Verstärkung auf verschiedene Werte einstellen zu können. Auf diese Weise ist eine Anpassung an die Toleranz der Transformatoren und die Leistung des Motors möglich. Um am Ausgang des Verstärkers 19 für verschiedene Motorleistungen bei 100 % Last dieselbe Spannung zu erhalten, werden entsprechende Widerstände zugeschaltet. Das Ausgangssignal des Verstärkers 79 wird über Widerstände 83 und 85 an den negativen Eingang eines Verstärkers 87

WS33OP-25O1 anqesch1ossen .

angeschlossen. Dieser Verstärker filtert und formt das Signal und kehrt dessen Polarität um, so daß ein Anstieg des Motorstromes ein Stromruckkopplungssignal an den Rückkopplungsverstärker 20 auslöst, weiches die Triggerschaltung in der Weise beeinflußt, daß das Tastverhältnis der Transistorpaare vergrößert wird und entsprechend die mittlere, an die Wicklungen des Motors angelegte Spannung zunimmt. In gleicher Weise wird eine Schlupfzunähme des Motors festgestellt, indem die Schlupferfassungsschaltung 13a ein Signal über den Schlupfsignalgenerator 33 erzeugt und an den Rückkopplungsverstärker 20 überträgt. Dieses hat entsprechenden Einfluß über die Triggerschaltung 40 auf die Thyristorpaare, um die mittlere, an den Motor angelegte Spannung zu vergrößern.

Ein Anstieg der Netzspannung auf den Phasenleitungen A, B und C wird durch das Bezugsspannungsnnetzwerk 21a festgestellt. Dieses Netzwerk beeinflußt den Schlupfsignalgenerator 33 und bewirkt über das dem Rückkopplungsverstärker 20 und der Triggerschaltung ^O zugeführte Signal eine Änderung des Tastverhältnisses der antiparallel geschalteten Thyristorpaare um die mittlere, an die Wicklung des Motors angelegte Spannung zu verringern. Damit hat eine Erhöhung der Netzspannung keine entsprechende Zunahme der an den Motor angelegten Spannung zur Folge, so daß der Wirkungsgrad des Motors, verglichen mit einer die Maßnahmen der Erfindung nicht verwirklichenden Regelung, verbessert wird.

Die Stromrückkopplung von der Stromerfassungsstufe 16 und das Schlupfsignal von dem Schlupfsignalqenerator werden im Verbindungspunkt 23 zusammengefaßt und dem

WS330P-2501 Eingang des

Eingang des Rückkopplungsverstärkers 20 zugeführt, der in Fig. 6 im Detail dargestellt ist. Wie man aus dieser Darstellung entnehmen kann, wird das Rückkopplungssignal vom Verbindungspunkt 23 aus dem negativen Eingang des Verstärkers 89 /ugeführt. Mit diesem negativen Eingang ist auch ein die Motorspannung abstimmendes Bezugssignal verbunden, das als geregeltes Gleichstromsignal von der Stromversorgung 24 gemäß Fig. 4 aus zugeführt wird. Dieses die Motorspannung abstimmende Bezugssignal wird mit Hilfe des Potentiometers 29 eingestellt, um eine minimale Durchschnittsspannung für die Ansteuerung des Motors 50 während lastfreien Zuständen vorzusehen. Mit Hilfe des Widerstandes 203 wird die Verstärkung des Verstärkers 89 eingestellt. Der Widerstand 202 und der Kondensator 204 dienen der Kompensation einer von der Motorzeitkonstante verursachten Nacheilung. Der Kondensator 205 stellt ein Tiefpaßfilter dar, mit dem eine Grenzfrequenz bei etwa 60 Hz eingestellt wird. Der positive Eingang des Verstärkers 89 ist über einen Widerstand 206 an die logische Masse bzw. Systemmasse angeschlossen.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 89 wird über einen Widerstand 91 an den Eingang der Triggerschaltung 40 angelegt. Wenn die Last am Motor 50 ansteigt, fällt der Wert des an den rieq.it i ν cn Firnianq den Verstärkers <iiu|c· I c(| I cn Signal a <ib, wom.il .iti.sqanqsse i t i q ein q r ϋ ti ν. r o.;; Ausgangssignal für die Triggerschaltung 40 entsteht. Damit erhöht sich die Leitfähigkeit der Thyristorpaare und entsprechend steigt die mittlere, an den Motor •mqeleqte Spannung an. In gleicher Weise führt eine Verrintjcrung der L ei s t iim Motor !> 0 / u einem ansteigenden Wert, dci) <in den neq<i L i ven I inq.inq (Ic;; Ver s Lei rk«? rs 89

WS330P-2501 angelegten Signals

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angelegten Signals, wodurch eine verringerte mittler; Spannung dem Motor 50 zugeführt wird.

Mit Hilfe des vorausstehend beschriebenen Reglers gemäß der Erfindung läßt sich die Betriebsweise eines Motors wesentlich verbessern. Insbesondere wird ein sehr effizienter Betrieb über eine große Variationsbreite der wirksamen Last erzielt, ohne daß der Motor kippt, d. h. seine Drehzahl zusammenbricht. Auch wird das Ansprechen auf Laständerungen wesentlich beschleunigt. Der Regler ist wesentlich stabiler für Motore mit geringeren Trägheitslasten. Außerdem wird der Betrieb während regenerativer oder überholender Lastzustände, bei welchen die Last versucht, den Motor mit einer größeren Synchrongeschwindigkeit zu drehen, verbessert. Unter diesen Bedingungen kann ein Motor entsprechend der beschriebenen Darstellung Energie zur Stromversorgung zurückliefern. Wenn eine Überhollast anliegt, liefert die Stromerfassungsstufe 16 gemäß Fig. 4- eine Spannung an den Rückkopplungsverstärker 20 und übersteuert das Schlupfrückkopplungssignal vom Schlupfsignalgenerator 33, womit ein größeres Signal vom Rückkopplungsverstärker 20 aus zur Verfügung steht. Dieses größere Signal veranlaßt die Triggerschaltung, die antiparallel geschalteten Thyristorpaare einzuschalten und ermöglicht eine Stromleitung zurück ins Netz. Oe stärker dieser Überholeffekt wirkt, umso mehr Strom können die Thyristoren ins Netz zurückspeisen.

Schließlich ist auch die Einsparung von mehr Energie

möglich als dies bei herkömmlichen Reglern der Fall

ist, da der Motor mit geringeren Spannungen im niederen

Lastzustand oder lastfreien Zustand betrieben werden

WS330P-2501 kann. Außerdem

kann. Außerdem kann der Energiebedarf im Vollastbetrieb reduziert werden, wenn eine hohe Netzspannung anliegt. Der vorausstehend beschriebene Regler gemäß der Erfindung zeichnet sich somit durch einen überragenden Vorteil gegenüber bekannten Maßnahmen aus.

WS330P-2501

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1J Einrichtung zur Regelung der einem Wechselstrom-Induktionsmotor zugeführten Leistung, gekennzeichnet durch

- eine Schlupferfassungsschaltung (13, 13a), mit welcher in Abhängigkeit von dem Schlupf des Motors ein Schlupfsignal erzeugt wird;

- ein Bezugsspannungswerk (21, 21a), welches ein dem gewünschten Motorbetriebszustand entsprechendes Signal liefert;

- eine Ruckkopplungsscchaltung (20), welche mit der Schlupferfassungsschaltung (13, 13a) und dem Bezugspannungsnetzwerk (21, 21a) verbunden ist und das Schlupfsignal mit dem Bezugssignal für den Motorbetriebszustand vergleicht, um ein der Differenz entsprechendes Ansteuerungssignal zu liefern,

- und Steuereinrichtungen (Thyristoren 42 bis 47), welche in Serie zwischen den Phasenleitungen (A, B, C) und dem Motor (50) liegen und die mittlere an den Motor angelegte Spannung in Abhängigkeit von dem Ansteuerungssignal einstellen.

FS/B
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schlupferfassungsschaltung (13, 13a) auf die an den Steuereinrichtungen (Thyristoren k2 bis 4-7) liegende Spannung ansprechende Schaltungseinrichtungen umfaßt, um ein Zwischensignal abzuleiten, das die an den Steuereinrichtungen erscheinende Spannung repräsentiert.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schlupferfassungsschaltung (13, 13a) mit

der Wechselstromquelle verbunden ist, die zur Ansteuerung des Motors dient und von der anliegenden Wechselspannung eine Gleichspannung ableitet,

- und daß die Schlupf^erfassungsschaltung das Schlupfsignal durch Subtraktion des Zwischensignals von der die Spannung der Wechselstromquelle kennzeichnenden mittleren Gleichspannung ableitet.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß als Steuereinrichtungen jeweils zwei antiparallel geschaltete Thyristoren Verwendung finden.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

- daß eine Stromerfassungsschaltung (16) mit der Rückkopplun'gsschal tung verbunden ist, um den zum Motor fließenden Strom abzutasten und ein diesen Strom repräsentierendes Signal zu liefern,

- und d.iß die Hiifikko|>|> I ιιμ(|.ί nHi.i I I uiiq die¹.es 'ιίφι.ιΙ derart in den Regelkreis ei η rühr L, dciß ein Anstieg des dem Motor zufließenden Stromes eine größere, an den Motor angelegte mittlere Spannung verursacht.

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