DE3412205A1 - Anordnung zur steuerung oder regelung der drehzahl und/oder des drehmoments eines induktionsmotors - Google Patents

Anordnung zur steuerung oder regelung der drehzahl und/oder des drehmoments eines induktionsmotors

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DE3412205A1 DE19843412205 DE3412205A DE3412205A1 DE 3412205 A1 DE3412205 A1 DE 3412205A1 DE 19843412205 DE19843412205 DE 19843412205 DE 3412205 A DE3412205 A DE 3412205A DE 3412205 A1 DE3412205 A1 DE 3412205A1
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Description

  • Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl und/oder des
  • Drehmoments eines Induktionsmotors Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmoments eines Induktionsmotors, der an einen Wechselrichter eines Gleichstromzwischenkreisumrichters angeschlossen ist, wobei der Wechselrichter eine Brückenschaltung enthält, die steuerbare elektronische Schalter aufweist, zu denen Dioden parallel geschaltet sind und die jeweils mittels eines Impulserzeugers von impulsförmigen Spannungen beaufschlagt sind, die gegeneinander phasenverschoben sind und deren Frequenz wahlweise veränderbar ist.
  • Zur Einstellung einer gewünschten Drehzahl eines Induktionsmotors wird zum Beispiel die Spannung und die Frequenz der Stromversorgung in der Weise beeinflußt, daß der Effektivwert der Spannung am Motor der Frequenz proportional ist. Mit dieser Maßnahme läßt sich über einen weiten Drehzahlbereich ein annähernd konstantes Ausgangsdrehmoment erzielen. Die Frequenz des Wechselrichters legt die synchrone Drehzahl des Induktionsmotors fest.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß bei einfachem Aufbau der Induktionsmotor in einem weiten Drehzahlbereich bei geräuscharmem Lauf unter Belastung mit hohen Drehmomenten betrieben werden kann, die nicht zu einer unzulässig hohen Erwärmung des Induktionsmotors führen, wobei dem Wechsel- oder Drehstromnetz nur wenig Blindleistung entzogen wird.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen läßt sich die Eingangsspannung des Gleichstromzwischenkreisumrichters zum Beispiel stufenlos auf gewünschte Werte einstellen.
  • Der schaltungstechnische Aufwand im Gleichstromzwischenkreis umrichter kann hierdurch klein gehalten werden. Der Induktionsmotor kann im gesamten Drehzahlbereich mit seinem Nennmoment belastet werden.
  • Daher ist es nicht erforderlich, den Induktionsmotor im Hinblick auf nur eine Betriebsbedingung oder auf bestimmte Betriebsbedingungen größer zu bemessen. Über die Anpassung der Frequenz des Wechselrichters und der Eingangsspannung des Gleichstromzwischenkreisumrichters ist es möglich, den Induktionsmotor im ganzen Drehzahlbereich mit dem gleichen, kleinen Schlupf zu betreiben. Damit ergeben sich auch im gesamten Drehzahlbereich nur geringe Verluste, so daß die Motorerwärmung innerhalb vorgegebener Grenzen bleibt. Insbesondere nimmt die Lagertemperatur mit geringer werdender Drehzahl ab. Das Drehmoment kann über den gesamten Drehzahlbereich konstant gehalten werden. Bei kleineren Drehzahlen ist es über eine entsprechende Einstellung des Transduktors und/oder der Einschaltdauer der kontaktlosen Schalter möglich, den Induktionsmotor mit einem höheren Drehmoment zu belasten. Durch eine entsprechende An- und Abschnittsteuerung der Leistungstransistoren des Wechselrichters läßt sich eine sehr geringe Phasenverschiebung zwischen der Netzspannung und dem vom Gleichstromzwischenkreisumrichter aufgenommenen Strom erreichen. Über die An- und Abschnittsteuerung der Leistungstransistoren kann sogar absichtlich eine kapazitive oder induktive Phasenverschiebung des vom Gleichstrom zwischen Kreisumrichter aufgenommenen Stroms hervorgerufen werden, um die Blindströme von anderen, at das Netz angeschlossenen Verbrauchern zu kompensieren.
  • Der Wirkungsgrad ist im gesamten Drehzahlbereich hoch.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Impulserzeuger ein Mikroprozessor oder Mikrorechner ist, der je mit einem der Leistungstransistoren verbundene Ausgänge aufweist und daß weitere Ausgänge an die Steuereingänge der kontaktlosen Schalter und/oder an Eingänge eines Digital/Analog-Wandlers angeschlossen sind, dessen Ausgänge mit der Steuerwicklung verbunden sind. Diese Ausführungsform läßt sich leicht auf die jeweils gewünschten Betriebsbedingungen und Gegebenheiten einstellen. Sie ist deshalb vielseitig verwendbar. Dabei sind für verschiedene Anwendungsfälle keine Änderungen des schaltungstechnischen Aufbaus notwendig. Aufgrund der vielseitigen Verwendbarkeit ergeben sich höhere Stückzahlen und damit niedrigere Fertigungskosten.
  • Besonders zweckmäßig ist eine Anordnung, bei der zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter des Gleichstromzwischenkreisumrichters ein getakteter Gleichspannungs-Gleichspannungswandler angeordnet ist, der zumindest einen kontaktlosen Schalter aufweist, der mit seinem Steuereingang an einen Taktgeber angeschlossen ist, dessen Taktfrequenz über die Steuerschaltung einstellbar ist. Bei dieser Anordnung läßt sich mit nur einem Steuersignal die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters auf einen für den jeweiligen Betriebsfall des Induktionsmotors benötigten Wert einstellen. Um die Abmessungen und das Gewicht der Drossel klein zu halten, wird die Frequenz des Steuersignals vorzugsweise höher als 10 KHz gewählt. Die Gleichspannung am Eingang des Wechselrichters wird über das Impulspausen/Impulsdauerverhältnis des Steuersignals eingestellt. Die Anordnung kann auch ohne einen Transduktor und ohne die kontaktlosen Schalter im Eingangskreis verwendet werden, da die Kondensatoren im Gleichstromzwischenkreis bereits eine Blindstromkompensation hervorrufen. Die im Wechselrichter angeordneten- Kondensatoren wirken zusätzlich als Kondensatoren. Auch kann die Einschaltdauer und die Phasenlage des Ein- und Abschaltzeitpunkts im Sinne einer Reduzierung der Blindströme beeinflußt werden.
  • Bei einer günstigen Ausführungsform sind als kontaktlose Schalter Brückengleichrichter vorgesehen, deren Gleichspannungsausgänge jeweils an die Source- und Drain-Elektroden eines Leistungs-Feldeffekttransistors angeschlossen sind, dessen Steuerelektrode an die Steuerschaltung gelegt ist. Mit dieser Anordnung kann die auf der jeweiligen Phasenleitung anstehende Wechselspannung schnell auf den Gleichstromzwischenkreisumrichter geschaltet bzw. von diesem abgeschaltet werden. Es können auch größere Ströme in sehr kurzer Zeit abgeschaltet werden.
  • Vorzugsweise sind die Leistungstransistoren Feldeffekttransistoren. Bei dieser Ausführungsform sind kurze Ein- und Ausschaltzeiten erreichbar. Der Wechselrichter kann daher mit höheren Frequenzen betrieben werden. Außerdem treten dabei geringere Verluste auf.
  • Vorzugsweise ist in der Steuerschaltung für jeweils verschiedene Lastmomente die erforderliche Eingangsspannung des Wechselrichters als Funktion der Drehzahl des Induktionsmotors in einer Tabelle gespeichert. Über Eingabeelemente an der Steuerschaltung kann die Drehzahl und das Drehmoment des Induktionsmotors ausgewählt werden.
  • Durch diese Auswahl wird über die Tabelle ein Gleichspannungswert festgelegt. Um diesen Gleichspannungswert zu erreichen, wird die Anschnitt- bzw. Abschnittsteuerung entsprechend eingestellt bzw. es wird ein bei vorgegebener Taktfrequenz des getakteten Gleichspannungs-Gleich spannung swandlers entsprechendes Impuls-.pausen/I mpulsdauerverhältnis eingestellt.
  • Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind in der Steuerschaltung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Induktionsmotors die zur Blindstromkomp ens ation erforderlichen Anschnitt- und Abschnittwinkel in einer Tabelle gespeichert. Über die Auswahl der Drehzahl des Induktionsmotors wird daher zugleich der entsprechende An- bzw.
  • Abschnittwinkel festgelegt, der den Blindstrom des Motors kompensiert.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.
  • Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmoments eines Induktionsmotors, Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs von Steuerspannungen, die von dem Wechselrichter der in Fig. 1 dargestellten Anordnung erzeugt werden, Fig. 3 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform einer Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmoments eines Induktionsmotors, Fig. 4 ein Diagramm der Gleichspannung am Eingang des Wechselrichters der in Fig. 1 oder 3 dargestellten Anordnung in Abhängigkeit von der am Induktionsmotor anstehenden Frequenz und Fig. 5 ein Diagramm des Anschnitt- bzw. Abschnittwinkels der dem Gleichrichter der in Fig. 1 dargestellten Anordnung zugeführten Wechselspannungen in Abhängigkeit von der am Induktionsmotor anstehenden Frequenz.
  • Ein Induktionsmotor 1, z. B. ein Drehstrom-Asynchronmotor, ist mit einen Wechselrichter 5 anseinen Ständerwicklungen 2, 3, 4 an einen Wechselrichter 5 angeschlossen. Die Ständerwicklungen 2, 3, 4 sind im Stern geschaltet.
  • Der Wechselrichter 5 enthält sechs Leistungs-Feldeffekttransistoren 7, 8, 9, 10, 11, 12, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. Zu jedem Feldeffekttransistor 7 bis 12 ist eine Diode 13 parallel geschaltet. Es handelt sich um eine sogenannte Freilaufdiode, mit der jeweils die an den Feldeffekttransistoren während des Abschaltens von der Induktivität des Induktionsmotors 1 hervorgerufene Spannungen klein zu halten sind. Der Wechselrichter 5 wird von einem Gleichrichter 14 gespeist, der eine nicht näher bezeichnete Drehstrom-Brückenschaltung enthält, zu deren Gleichspannungs-Ausgängen ein Widerstand 15 und ein Kondensator 16 in Reihe angeordnet sind.
  • Der Widerstand 16 ist sehr niederohmig und hat zum Beispiel 0,5n Die Drehstrom-Brückenschaltung ist mit ihren drei Eingängen je an eine Wicklung 17, 18, 19 eines Transduktors 20 angeschlossen, der eine Steuerwicklung 21 enthält. Der Transduktor 20 ist mit seinen Wicklungen 17, 18, 19 jeweils an einen kontaktlosen Schalter 36, 37, 38 angeschlossen. Die drei kontaktlosen Schalter 36, 37, 38 sind je an eine Phase R, S, T eines Drehstromnetzes gelegt. Der Wechselrichter 5 kann auch von einem Doppelweggleichrichter gespeist werden, der über einen einphasigen Transduktor und einen kontaktlosen Schalter an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist. In diesem Fall reicht ein kontaktloser Schalter zur Unterbrechung des Stromflusses im Eingangskreis des Gleichrichters aus.
  • Die Steuerwicklung 21 des Transduktors 20 ist mit dem Ausgang eines Digital/Analog-Wandlers 22 verbunden, dessen Eingänge an Ausgänge eines Mikroprozessors 23 oder Mikrorechners angeschlossen sind, der mit einer Eingabeschaltung 24 in Verbindung steht, deren Verbindung zum Mikroprozessor wahlweise gelöst werden kann. Die Auftrennung kann zum Beispiel vorgenommen werden, wenn die Daten im Mikroprozessor 23 von außen nicht mehr verändert werden sollen. Der Mikroprozessor 23 enthält sechs weitere Ausgänge 25, 26, 27, 28, 29, 30, die je an eine Steuerelektrode eines der Feldeffekttransistoren 7 bis 12 gelegt sind. Die Verbindungsleitungen zwischen den Ausgängen 25 bis 30 und den Steuerelektroden der ~ Feldeffekttransistoren 7 bis 12 sind in Fig. 1 der Übersichtlichkeit wegen nur zum Teil dargestellt.
  • Der Mikroprozessor 23 gibt an den Ausgängen 25 bis 30 sechs Impulsfolgen in Form von pulsbreitenmodulierten Rechteckimpulsen ab, die zum Beispiel in der Anlaufphase des Induktionsmotors 1 jeweils eine Impulsbreite von 1800 haben. Das Impulsintervall ist dann ebenfalls 1800. Die Rechteckimpulse sind jeweils gegeneinander um 600 phasenverschoben. Jeweils zwei Feldeffekttransistoren 7, 8 bzw. 9, 10 bzw. 11, 12 werden mit Rechteckimpulsen beaufschlagt, die gegeneinander um 1800 phasenverschoben sind. Die Rechteckimpulse der jeweils an eine der Wicklungen 2, 3, 4 angeschlossenen Paare von Feldeffekttransistoren 7, 8; 9,10; 11, 12 sind gegeneinander um 1200 phasenverschoben. Infolgedessen wird die Wicklung 2 von einer Spannung 31 beaufschlagt, die den in Fig. 2 dargestellten Verlauf hat. Die Spannung 31 ist rechteckförmig. Die Wicklungen 3, 4 werden von rechteckigen Spannungen 32, 33 beaufschlagt. Die Spannungen 31, 32, 33 fallen jeweils an den Wicklungen 2, 3, 4 ab. Die verketteten Spannungen zwischen den Eingangsanschlüssen der Wicklungen 2, 3 bzw. 3, 4 bzw. 2, 4 ändern sich in Abhängigkeit von der Polarität der Spannungen zwischen Eingang und Sternpunkt und wechseln alle 1200 zwischen den in Fig. 2 mit 34 und 35 bezeichneten Kurvenverläufen ab.
  • Die kontaktlosen Schalter 36, 37, 38 haben jeweils Steuereingänge 39, 40, 41, die an Ausgänge 42, 43, 44 des Mikroprozessors 23 angeschlossen sind. Bei dem Mikroprozessor 23 handelt es sich vorzugsweise um den unter der Type 8748 von der Firma Intel Corp.
  • vertriebenen Mikroprozessor.
  • Über die Ausgänge 25 bis 30 und die an den Digital/Analog-Wandler 22 angeschlossenen Ausgänge des Mikroprozessors 23 wird einerseits die Frequenz des Wechselrichters 5 und andererseits die Eingangsspannung des aus dem Gleichrichter 14 und dem Wechselrichter 5 bestehenden Gleichstromzwischenkreisumrichters beeinflußt. Die - Eingangsspannung des Gleichstromzwischenkreisumrichters wird in Abhängigkeit von den mit dem Digital/Analog-Wandler 22 möglichen Quantisierungstufen, d. h. sehr feinstufig, verändert. Die Ausgangsspannungen an den Ausgängen 25 bis 30 werden durch Teilung der Frequenz eines nicht dargestellten hochfrequenten Taktoszillators verändert. Es kann jedoch nicht nur die Frequenz der Rechteckimpulse an den Ausgängen 25 bis 30, sondern auch das Impulsdauer-Impulspausenverhältnis und die Phase des Rechteckimpulses innerhalb einer Periode geändert werden. Die Einstellung der Frequenz der Rechteckimpulse bestimmt die synchrone Drehzahl für den Induktionsmotor 1.
  • Vorzugsweise werden über die Ausgänge 25 bis 30 Steuerimpulse ausgegeben, die jeweils für eine halbe Periode als Rechtecksignale anstehen. Je zwei für eine halbe Periode anstehende Rechtecksignale ergeben eine Periode der an der jeweiligen Phasenwicklung des Induktionsmotors 1 vorhandenen Wechselspannung.
  • Die kontaktlosen Schalter 36, 37, 38 bestehen jeweils aus einem Brückengleichrichter 45, dessen Gleichspannungsausgänge an die Drain- und Source-Elektroden von Feldeffekttransistoren 46 gelegt sind. Die Steuerelektroden der Feldeffekttransistoren 46 sind jeweils an die Steuereingänge 39, 40, 41 gelegt.
  • Der Steuerstrom in der Steuerwicklung 21 und die Frequenz der Rechteck impulse an den Ausgängen 25 bis 30 können unabhängig voneinander verändert werden. Für bestimmte Anwendungsfälle ist jedoch die Beeinflussung in gegenseitiger Abhängigkeit notwendig. Soll beispielsweise das vom Induktionsmotor 1 abgegebene Drehmoment bei unterschiedlichen Drehzahlen gleich sein, dann muß der Steuerstrom in der Steuerwicklung 21 in Abhängigkeit von der Frequenz der Rechteckimpulse an den Ausgängen 25 bis 30 so eingestellt werden, daß die Spannungen an den Wicklungen 2, 3, 4 der Frequenz proportional sind. Bei einer solchen gegenseitigen Einstellung hat der Induktionsmotor 1 trotz unterschiedlicher Drehzahlen immer den gleichen Schlupf.
  • Dies bedeutet, daß im Induktionsmotor 1 bei unterschiedlichen Drehzahlen in etwa die gleichen geringen Verluste auftreten. Der Induktionsmotor 1 kat deshalb unabhängig von der Drehzahl einen hohen Wirkungsgrad.
  • Weiterhin hat der Induktionsmotor 1 einen besonders geräuscharmen Lauf. Der Transduktur 20 ist daher dazu geeignet, über eine entsprechende Beeinflussung der Spannungszeitfläche der dem Gleichrichter 14 zugeführten Spannung die Gleichspannung am Eingang des Wechselrichters 5 auf gewünschte Werte einzustellen. Diese Gleichspannung legt die Höhe der Phasenspannungen des Induktionsmotors 1 fest, die in Verbindung mit der jeweils vorgegebenen Drehzahl für das Lastmoment am Induktionsmotor 1 maßgebend ist.
  • Die kontaktlosen Schalter 36, 37, 38 wandeln die Wechselspannungen der drei Phasen in Gleichspannungen um, deren Ein- und Ausschaltung jeweils mittels eines Feldeffekttransistors 46, vorzugsweise eines Leistungs-Mosfets, schnell und einfach vorgenommen werden kann. Zweckmäßigerweise sind die kontaktlosen Schalter 36, 37, 38 für die Beeinflussung der Phasenlage der vom Netz eingespeisten Ströme vorgesehen. Die Steuereingänge 39, 40, 41 werden von Rechteckimpulsen beaufschlagt, deren Beginn den Anschnittwinkel und deren Ende den Ab schnittwinkel festlegt. Die Anschnitt- und Ab schnittsteuerung der Feldeffekttransistoren 46 erfolgt im Synchronismus mit der Frequenz des Wechsel- oder Drehstromnetzes.
  • Während die an den Wicklungen 2, 3, 4 anstehenden Spannungen rechteckförmig sind und zum Beispiel auch innerhalb einer Impulsperiode mehrere Impulse umfassen können, fließen in den Wicklungen 2, 3, 4 kontinuierliche Ströme. Der Induktionsmotor 1 hat deshalb bei der jeweils eingestellten Drehzahl einen ruhigen Lauf. Durch den hohen Wirkungsgrad ergeben sich geringe Verluste, so daß die Erwärmung des Induktionsmotors 1 im gesamten Drehzahlbereich die zulässigen Grenzen nicht überschreitet.
  • Falls die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Drehzahlregelung eingesetzt werden soll, kann ein Drehzahlgeber mit dem Induktionsmotor 1 verbunden werden. Die Ausgangsspannung des Drehzahlgebers wird mit einem Drehzahlsollwert, zum Beispiel im Mikroprozessor 23 verglichen, der entsprechend der Regelabweichung- die Frequenz der Rechteckimpulse an den Ausgängen 25 bis 30 im Sinne einer Reduzierung der Regelabweichung beeinflußt.
  • Aufgrund des einfachen Aufbaus läßt sich die oben beschriebene Anordnung auch bei Asynchronmotoren kleiner bis mittlerer Leistung anwenden.
  • Bei kleinen Drehzahlen nimmt die Temperatur der Lager des Induktionsmotors sogar ab. Dies ist einerseits auf die geringeren Reibungsverluste zurückzuführen. Es zeigt aber auch an, daß die Verluste im Induktionsmotor 1, zum Beispiel die Ummagnetisierungs-und Wirbelstromverluste bei kleineren Drehzahlen entsprechend niedriger sind.
  • Mit den kontaktlosen Schaltern 36, 37, 38 kann die Spannungszeitfläche der dem Gleichrichter 14 zugeführten Wechselspannung so beeinflußt werden, daß auch ohne Transduktor 20 die Gleichspannung am Wechselrichter 5 auf eine gewünschte Höhe eingestellt werden kann. Für viele Anwendungsfälle reicht daher bereits die Anordnung von kontaktlosen Schaltern 36, 37, 38 zwischen dem Gleichrichter 14 und den Phasen R, S, T des Netzes aus. Es kann dann auf den Transduktor 20 verzichtet werden.
  • Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung ist ein Dreiphasen-Brückengleichrichter 47 eingangsseitig direkt an die Pole R, S, T des Drehstromnetzes gelegt. Der Ausgang des Brückengleichrichters 47 speist einen Gleichspannungs-Gleichspannungswandler 48, der als getaktetes Gerät arbeitet. Der Gleichspannung s-Gleichspannung swandler 48 enthält einen an den positiven Ausgang des Gleichrichters 47 angeschlossenen Leistung s-Feldeffekttransistor 49, dessen Source-Drain-Strecke in Reihe mit einer Drossel 50 angeordnet ist, die mit dem einen Eingang des Wechselrichters 5 verbunden ist. Der negative Ausgang des Gleichrichters 47 ist mit dem anderen Eingang des Wechselrichters 5 und - mit einem Kondensator 51 verbunden, dessen andere Elektrode an die Drossel 50 gelegt ist. Eine Freilaufdiode 52 ist mit der Drossel 50 und dem negativen Ausgang des Gleichrichters 47 verbunden.
  • Der Feldeffekttransistor 49 ist mit seiner Steuerelektrode 53 an einen Taktgeber 54 angeschlossen, der über die Ausgänge 42, 43 des Mikroprozessors so gesteuert wird, daß seine Taktfrequenz und/oder sein 1 mpulspausen/I mpulsdauerverhältnis bedarfsweise geändert wird.
  • Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung kann auch über kontaktlose Schalter 36, 37, 38 an das Drehstromnetz angeschlossen werden, wenn eine Blindstromkompensation verlangt wird.
  • Der Gleichspannungs-Gleichspannungswandler 48 verändert über die Frequenz und/oder das Impulspausen/Impulsdauerverhältnis der an die Steuerelektrode 53 gelegten Impulse die Ausgangsgleichspannung, zu die dem Wechselrichter 5 zugeführt wird. Die Taktfrequenz und/oder das 1 mpulspausen/I mpulsdauerverhältns bestimmt die Ausgangsgleichspannung, die sich nach der Drehzahl des Induktionsmotors 1 und nach dem Lastmoment richtet. Mit dem Kondensator 51 wird ein Teil der Blindströme des Induktionsmotors 1 kompensiert. Einen weiteren Teil der Blindströme kompensieren die als Kondensatoren wirkenden Transistoren 7 bis 12. Auch mit den Transistoren 7 bis 12 kann eine Anschnitt- oder Abschnittsteuerung durchgeführt werden. In einem nicht dargestellten Speicher des Mikroprozessors 23 ist in Form einer Tabelle die Ausgangsgleichspannung U des Gleichspannungs-Gleichspannungswandlers 48 als Funktion der Drehzahl des Induktionsmotors 1 bzw. der an den Induktionsmotor 1 angelegten Frequenz f des Drehstroms gespeichert. Ein Diagramm, das in analoger Darstellung die Abhängigkeit der Gleichspannung U von der Frequenz für verschiedene Momente M1, M2, M3 zeigt, ist in Fig. 4 dargestellt.
  • Für die drei Lastmomente M1, M2, M3 des Induktionsmotors 1 sind, je nach der gewünschten Drehzahl bzw. Frequenz des angelegten Drehstroms unterschiedliche Gleichspannungen am Eingang des Wechselrichters 5 erforderlich. Die Drehzahl bzw. Frequenz des Induktionsmotors und das Moment werden von außen eingegeben. Der Mikroprozessor bestimmt dann anhand der in Fig. 4 dargestellten Funktion die Höhe der Eingangsgleichspannung des Wechselrichters 5. Über die Höhe der Eingangsgleichspannung wird die Frequenz bzw. das Impulsdauer/Impulspausenverhältnis des Steuertakts des Gleichspannungs-Gleichspannungswandlers 48 festgelegt. Der Mikroprozessor 23 ordnet jeweils einer Gleichspannung eine bestimmte Impulsbreite zu, die die Einschaltdauer der Transistoren 7 bis 12 festlegt.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters 5 über den Steuerstrom im Transduktor 20 beeinflußt. Die in Fig. 1 und 3 dargestellten Anordnungen enthalten die in Fig. 4 dargestellten Funktionen in Form digitaler Tabellen. Die Umsetzung des aus der Tabelle erhaltenen Gleichspannungswertes in Steuerimpulse geschieht bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 3 in einer an den Transduktor 20 bzw. den Gleichsp annungs-Gleich spannungswandler 48 angepaßten Form. Das Diagramm gemäß Fig. 4 wird zweckmäßigerweise für den jeweiligen Induktionsmotor bzw. den Typ des Motors empirisch ermittelt.
  • Die Fig. 5 zeigt den Anschnittwinkel 0< und den Abschnittwinkel (3 in Abhängigkeit von der Drehzahl bzw. Frequenz des Drehstroms des Induktionsmotors 1. Die Diagramme gemäß Fig. 5 sind als digitale Tabelle im Mikroprozessor 23 in der Fig. 1 dargestellten Anordnung gespeichert. Um die Blindströme vollständig zu kompensieren, sind bei den verschiedenen Drehzahlen des Induktionsmotors 1 die in Fig. 5 dargestellten Anschnitt- bzw. Abschnittwinkel erforderlich. Anhand des für die jeweilige Drehzahl bzw. Frequenz f aus der Tabelle gemäß Fig. 5 festgestellten Anschnitt- bzw. Ab schnittwinkel o( , 13 erzeugt der Mikroprozessor 23 mit der Netzfrequenz synchronisierte Steuerimpulsfolgen, die an die Steuereingänge 39, 40, 41 festgelegt werden.
  • Die in Fig. 5 gezeigten Diagramme werden für den jeweiligen Motortyp empirisch aufgenommen.
  • Falls Motoren höherer Leistung gespeist werden sollen, können die höheren Ströme durch die Parallelschaltung von Leistungs-Feldeffekttransistoren jeweils zu den Transistoren 7 bis 12 aufgebracht werden.
  • Die in den Fig. 1 und 3 dargestellten Anordnungen lassen sich daher auf einfache Weise an Motoren mit unterschiedlichen Leistungen anpassen.
  • Bei den Transistoren 7 bis 12 und 49 handelt es sich vorzugsweise um MOSFETs.
  • Das Drehmoment des Induktionsmotors 1 ist bei den oben beschriebenen Anordnungen auf einfache Weise an das Moment der Last anzupassen.
  • Wenn zum Beispiel von der Last ein bestimmtes Moment verlangt wird, wird das Ausgangsmoment des Induktionsmotors über -die Eingangsgleichspannung des Wechselrichters 5 so ausgewählt, daß der Laststrom ein Minimum wird.
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Claims (9)

  1. Patentansprüche: Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl und/oder des Drehmoments eines Induktionsmotors, der an einen Wechselrichter eines Gleichstromzwischenkreisumrichters angeschlossen ist, wobei der Wechselrichter eine Brückenschaltung enthält, die steuerbare elektronische Schalter aufweist, zu denen Dioden parallel geschaltet sind und die jeweils mittels eines Impulserzeugers von impulsförmigen Spannungen beaufschlagt sind, die gegeneinander phasenverschoben sind und deren Frequenz wahlweise veränderbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gleichstromzwischenkreisumrichter (5, 14) an die spannungsführenden Pole eines Wechselstrom- oder Drehstromnetzes (R, S, T) über kontaktlose Schalter (36, 37, 38) und/oder über einen Transduktor (20), der eine Steuerwicklung (21) aufweist, angeschlossen ist, daß die Steuereingänge (39, 40, 41) der kontaktlosen Schalter (36, 37, 38) und/oder die Steuerwicklung (21) an eine Steuerschaltung (23) gelegt sind, durch deren Ausgangssignale die Spannungszeitflächen der dem Gleichstromzwischenkreisumrichter zugeführten Wechselspannungen gegebenenfalls über eine Anschnitt- und/oder Abschnittsteuerung in Abstimmung auf die Drehzahl und das Lastmoment des Induktionsmotors (1) veränderbar sind, und daß die steuerbaren elektronischen Schalter Leistungstransistoren (7 bis 12) sind.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Impulserzeuger ein Mikroprozessor (23) oder Mikrorechner ist, der je mit einem der Leistungstransistoren (7 bis 12) verbundene Ausgänge aufweist und daß weitere Ausgänge an die Steuereingänge (39, 40, 41) der kontaktlosen Schalter (36, 37, 38) und/oder Eingänge eines Digital/Analog-Wandlers (22) angeschlossen sind, dessen Ausgänge mit der Steuerwicklung (21) verbunden sind.
  3. 3. Anordnung insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Gleichrichter (47) und dem Wechselrichter (5) des Gleichstromzwischenkreisumrichters ein getakteter Gleichspannungs-Gleichspannungswandler (48) angeordnet ist, der zumindest einen kontaktlosen Schalter (49) aufweist, der mit seinem Steuereingang an einen Taktgeber (54) angeschlossen ist, dessen Taktfrequenz über die Steuerschaltung (23) einstellbar ist.
  4. 4. Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Leistungstransistoren (7 bis 12) Feldeffekttransistoren sind.
  5. 5. Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als kontaktlose Schalter (36, 37, 38) Brückengleichrichter (45) vorgesehen sind, deren Gleichspannungsausgänge jeweils an die Source- und Drain-Elektroden eines Leistungs-Feldeffekttransistors (46) angeschlossen sind, dessen Steuerelektrode an die Steuerschaltung (23) gelegt ist.
  6. 6. Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gleichstromzwischenkreisumrichter (5, 14) einen Gleich- richter (14) in Drehstrom-Brückenschaltung enthält, mit dessen Ausgängen der Wechselrichter (5) und die Reihenschaltung eines Widerstandes (15) und eines Kondensators (16) verbunden sind.
  7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Gleichspannungs-Gleichspannungswandler (48) eine in Reihe mit dem Leistungs-Feldeffekttransistor (49) angeordnete Drossel (50) aufweist, der ein Glättungskondensator (51) nachgeschaltet ist.
  8. 8. Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Steuerschaltung (23) für jeweils verschiedene Lastmomente die erforderliche Eingangsgleichspannung des Wechselrichters -(5) als Funktion der Drehzahl des Induktionsmotors (1) in einer Tabelle gespeichert ist.
  9. 9. Anordnung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß in der Steuerschaltung (23) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Induktionsmotors (1) die zur Blindstromkompensation erforderlichen Anschnitt- und Abschnittwinkel ( 0( , (3 ) als Tabelle gespeichert sind.
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