DE3543941C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl einer noch drehenden Drehfeldmaschine.

Es sind Schaltungen für Asynchronmaschinen im Handel er­ hältlich, mit denen man einen Umrichter auf eine noch dre­ hende Asynchronmaschine zuschalten kann. Dabei prägt der Umrichter der Asynchronmaschine einen Soll-Strom ein, der beispielsweise der Nennstrom der Asynchronmaschine sein kann. Dabei durchfährt der Umrichter von der Frequenz Null Hz beginnend in Richtung Maximalfrequenz das Frequenzband der zu suchenden Asynchronmaschine. Während dieses Hoch­ laufvorganges wird der magnetische Fluß der Maschine be­ rechnet. Solange die Frequenz des Umrichters mehr als der Nennschlupf der Asynchronmaschine von der Maschinenfrequenz abweicht, d. h. außerhalb des Frequenzfensters sich befin­ det, ist der magnetische Fluß sehr klein. Wenn die Abwei­ chung zwischen Umrichterfrequenz und Maschinenfrequenz kleiner wird als der Nennschlupf der zu "suchenden" Asyn­ chronmaschine, baut sich der Fluß mit einer Flußzeitkon­ stanten auf. Überschreitet der Fluß einen vorbestimmten Grenzwert, so wird dies als Kriterium dafür gewertet, daß die Umrichterfrequenz und die Maschinenfrequenz annähernd gleich sind, d. h., der Betriebspunkt der noch drehenden Asynchronmaschine ist gefunden worden. Sobald dieses Kri­ terium erfüllt ist, wird der Umrichter in den Normalbe­ trieb umgeschaltet.

Durch das Suchen des Betriebspunktes der noch drehenden Asynchronmaschine oder einer Synchronmaschine entsteht eine erhebliche Zeitverzögerung. Diese Zeitverzögerung entsteht, weil nur während der Umrichter das Frequenz­ fenster der zu suchenden Drehfeldmaschine durchläuft sich ein ausreichender magnetischer Fluß in der Drehfeldmaschi­ ne aufbauen kann. Nur innerhalb des Frequenzfensters kann der vorbestimmte Wert des magnetischen Flusses überschrit­ ten werden, wenn eine ausreichende Zeit zum Flußaufbau vorhanden ist. Dieses Überschreiten des vorbestimmten Wertes des magnetischen Flusses wird als Kriterium aus­ gewertet, daß der Betriebspunkt der noch drehenden Dreh­ feldmaschine gefunden ist. Wenn man die Suchgeschwindig­ keit erhöht, kann es möglich sein, daß das Frequenzfenster zu schnell durchlaufen wird. Dadurch kann sich kein genü­ gender Fluß aufbauen, so daß der vorbestimmte Wert des magnetischen Flusses nicht überschritten wird. Das Über­ schreiten dieses vorbestimmten Wertes des magnetischen Flusses wird aber als Gefunden-Kriterium ausgewertet. Somit kann der Betriebspunkt der noch drehenden Drehfeld­ maschine nicht gefunden werden und der Umrichter kann nicht auf diese Drehfeldmaschine umgeschaltet werden, um sie beispielsweise wieder zu beschleunigen. Außerdem muß beim Zuschalten von Umrichtern auf noch drehende Drehfeld­ maschinen die Umrichterausgangsspannung bzw. der Umrich­ terausgangsstrom dieselbe Frequenz bzw. sogar dieselbe Phasenlage wie die Drehfeldmaschine besitzen. Da die Dreh­ feldmaschinen meistens keinen Tachogenerator besitzen, ist es nicht möglich, den Umrichter mit der richtigen Frequenz auf die gefundene Drehfeldmaschine zu schalten.

Aus der DE 33 39 299 A1 ist ein Verfahren zum Messen der Drehzahl eines genuteten Ankers einer Drehfeldmaschine und eine Schaltungsanordnung hierzu bekannt. Bei diesem Ver­ fahren zum Messen der Drehzahl wird in einem Strang ein halbwellengleichgerichteter Wechselstrom mit einer Grund­ frequenz eingespeist. Daraus entsteht in der Maschine ein entsprechendes Magnetfeld mit einer Gleichstromkomponente und magnetische Wechselfelder, die den Oberwellen des mehr oder weniger geglätteten Gleichstroms entsprechen. Der rotierende Anker der Drehfeldmaschine verursacht eine zu­ sätzliche Modulation des durch den gespeisten Strang er­ zeugten Magnetfeldes aufgrund seiner Nutung. Der durch die Wechselfelder erzeugten Wechselspannung ist noch wenig­ stens eine weitere Wechselspannung überlagert, deren Fre­ quenz abhängig von der Zahl der Ankernuten und der Dreh­ zahl des Ankers ist. Dieses drehzahlabhängige Frequenz­ signal enthält weitere Oberwellen, die im ganzzahligen Verhältnis zu der durch die Ankernuten hervorgerufenen Grundfrequenz stehen. Die Drehzahl der Drehfeldmaschine erhält man aus dem durch die Ankernuten hervorgerufenen Frequenzsignal. Die Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens weist eingangsseitig ein Hochpaßfilter, insbesondere ein Butterworth-Filter sechster Ordnung auf. Die Grundfrequenz dieses Hochpaßfilters wird je nach zu er­ wartendem Amplitudenverhältnis zwischen der zweiten bzw. dritten Oberwelle aufgrund des ungeglätteten Gleichstroms in dem Strang und der Amplitude der Grundfrequenz des Fre­ quenzsignals, das durch die Ankernuten erzeugt wird, ent­ weder geringfügig über dem zweifachen oder geringfügig über dem dreifachen Wert der Grundfrequenz des durch den Strang fließenden Stromes gelegt. D.h., das Hochpaßfilter generiert aus dem Frequenzsignal ein periodisches Signal, das dann in ein Rechtecksignal gleicher Frequenz, jedoch konstanter Amplitude gewandelt wird.

Aus der DE 32 34 683 A1 ist ein Verfahren zur Messung der Drehzahl eines Gleichstrommotors und eine Schaltungsanord­ nung hierzu bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Span­ nungsspitzen, die durch die Kommutierung im Motor indu­ ziert werden, an einer Eingangsklemme des Motors abgenom­ men. Die Frequenz dieser Spannungsspitzen wird zu einem analogen zur Motordrehzahl proportionalen Signal verarbei­ tet. Hierzu ist an der Eingangsklemme ein Kondensator an­ geschlossen, dessen Ausgang mit einem stark übersteuernden Verstärker elektrisch leitend verbunden ist, wodurch aus den Spannungsspitzen eine Folge von Impulsen mit annähernd rechteckförmigem Verlauf wird. Diese Impulse werden an den Eingang eines Schmitt-Triggers gelegt, dessen rechteckför­ mige Ausgangssignale über eine monostabile Kippstufe einem Integrierglied zugeführt werden. Am Ausgang des Integrier­ gliedes liegt das analoge der Motordrehzahl proportionale Signal an.

Aus der DD-PS 99 231 ist ein Verfahren zur digitalen Dreh­ zahlmessung bekannt, bei der die Betriebsfrequenz eines Antriebsmotors von der Meßschaltung direkt erfaßt und aus­ gewertet wird. Dazu wird diese Frequenz über einen Vor­ schaltbaustein direkt am Antrieb abgegriffen und das Meß­ ergebnis über einen nachgeschalteten Frequenzvervielfacher an einem Digitalzähler optisch sichtbar gemacht. Mittels dem Vorschaltbaustein wird die Frequenz versechsfacht. Durch diese Frequenzvervielfachung wird die gemessene Drehzahl einer Minute in den Zeitzyklus von einer Sekunde umgesetzt. Außerdem können viele mechanische Bauteile ein­ gespart werden, da die Frequenz direkt am Motor abgegrif­ fen wird.

Aus der DE 29 45 952 A1 ist ein Verfahren und eine Vor­ richtung zur Messung der Drehzahl einer noch drehenden Drehfeldmaschine bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Frequenz der Wechselspannung, die in der Spule des Motors vom Anker infolge seines Restmagnetismus induziert wird, mit Hilfe eines an sich bekannten Frequenzzählers gemes­ sen. Dazu werden zwei Phasen der Drehfeldmaschine über Verbindungsleitungen mit dem Frequenzzähler verbunden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart zu verbessern, daß die Drehzahl einer bei niedrigen Drehzahlen noch drehenden Drehfeldma­ schine erheblich schneller ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur schnelleren Ermitt­ lung der Drehzahl einer bei niedrigen Drehzahlen noch dre­ henden Drehfeldmaschine werden aus zwei in den Statorwick­ lungen induzierten Sinusspannungen n Hilfssinusspannungen mit jeweils beliebig einstellbaren Phasenlagen gebildet. Diese n Hilfssinusspannungen werden jeweils in eine symme­ trische Rechteckspannung umgewandelt, wobei die Frequenz und die Phasenlage dieser Rechteckspannungen mit der Fre­ quenz und der Phasenlage der jeweiligen Hilfssinusspannung übereinstimmt. Jede Rechteckspannung wird dann in ein Taktsignal gewandelt, wobei das Puls-Pausenverhältnis die­ ser Taktsignale so gewählt ist, daß die Pulszeiten der Taktsignale voneinander getrennt sind.

Somit kann man die Anzahl der Taktsignale, aus denen ein der Drehzahl proportionales Signal gebildet wird, bestim­ men. Damit wird die Zeit zur Ermittlung der Drehzahl we­ sentlich verringert. Diese Verringerung wirkt sich beson­ ders bei sehr niedrigen Drehzahlen der noch drehenden Drehfeldmaschine aus.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Drehzahl einer noch drehenden Drehfeldmaschine weist n Addierglieder, die jeweils eingangsseitig über Proportio­ nalglieder mit zwei Statorklemmen der Drehfeldmaschine verknüpft sind, n Komparatoren und einen Frequenz-Span­ nungs-Wandler auf, wobei jedem Addierglied ein Komparator und diesen Komparatoren der Frequenz-Spannungs-Wandler nachgeschaltet ist. Somit erhält man eine einfache Schal­ tungsanordnung, mit der man kleinste Drehzahlen des Läu­ fers der noch drehenden Drehfeldmaschine ermitteln kann.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeich­ nung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfin­ dung schematisch veranschaulicht ist.

Die Figur zeigt eine n-phasige Schaltungsanordnung zur Er­ mittlung der Drehzahl einer noch drehenden Drehfeldmaschi­ ne 2, bei der aus zwei in den Statorwicklungen induzierten Sinusspannungen U_S n Hilfsspannungen U_HS1 bis U_HSn mit je­ weils beliebig einstellbaren Phasenlagen gebildet werden. Diese beiden Sinusspannungen U_S werden an den Statorklem­ men 4 und 6 entnommen. Dabei sind für jede Hilfssinusspan­ nung U_HS1 bis U_HSn zwei Proportionalglieder 28 und 30 vor­ gesehen. Eingangsseitig ist jedes Proportionalglied 28 bzw. 30 mit einer Statorklemme 4 bzw. 6 der Drehfeldma­ schine 2 verbunden. Ausgangsseitig sind zwei Proportional­ glieder 28 und 30 mittels eines Addierglieds 32 miteinan­ der verbunden. Diese Addierglieder 32 sind jeweils mit dem nichtinvertierenden Eingang 10 eines nachgeschalteten Kom­ parators 12 verbunden. Jeder Ausgang 16 dieser Komparato­ ren 12 ist mit einem Monoflop 22 verbunden, wobei deren Ausgänge jeweils über einen Widerstand 24 gemeinsam mit einem Kondensator 26 verbunden sind. Die Proportionalglie­ der 28 und 30 können beliebig eingestellt werden. Mit Hil­ fe dieser Proportionalglieder 28 und 30 werden die indu­ zierten Sinusspannungen U_S unterschiedlich gewichtet, so daß jeweils mittels des Addiergliedes 32 eine Hilfssinus­ spannung U_HS1 bis U_HSn gebildet wird, die sich unterein­ ander, insbesondere durch die Phasenlage, unterscheiden. Jede dieser Hilfssinusspannungen U_HS1 bis U_HSn wird mit­ tels der Komparatoren 12 in eine Rechteckspannung U_R1 bis U_Rn umgewandelt. Mit Hilfe des Frequenz-Spannungs-Wandlers 18 werden die Rechteckspannungen U_R1 bis U_Rn in Taktsigna­ le U_T1 bis U_Tn umgewandelt, wobei das Puls-Pausenverhält­ nis dieser Taktsignale U_T1 bis U_Tn so gewählt ist, daß die Pulszeiten der Taktsignale U_T1 bis U_Tn voneinander getrennt sind. Diese Taktsignale U_T1 bis U_Tn werden dann als Summensignal in ein der Drehzahl des Läufers der Dreh­ feldmaschine 2 proportionales Ausgangssignal U_DA umgewan­ delt. Somit erhält man eine einfache Schaltungsanordnung, mit der man kleinste Drehzahlen des Läufers der noch dre­ henden Drehfeldmaschine 2 ermitteln kann.

Claims (3)

1. Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl einer noch drehen­ den Drehfeldmaschine (2), wobei wenigstens zwei der durch die Remanenz des Läufers in den Statorwicklungen induzier­ ten, in ihrer Frequenz der Läuferdrehzahl entsprechenden Sinusspannungen (U_S) ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus diesen beiden in den Statorwicklungen induzierten Sinusspannungen (U_S) n Hilfssinusspannungen (U_HS1 bis U_HSn) mit jeweils beliebig einstellbaren Phasenlagen gebildet werden, daß diese Hilfssinusspannungen (U_HS1 bis U_HSn) jeweils in eine symmetrische Rechteckspannung (U_R1 bis U_Rn) umgewandelt werden, wobei die Frequenz und die Phasenlage dieser Rechteckspannungen (U_R1 bis U_Rn) mit der Frequenz und der Phasenlage der jeweiligen Hilfssinusspannung (U_HS1 bis U_HSn) übereinstimmt, und daß jede Rechteckspannung (U_R1 bis U_Rn) über eine monostabile Kippschaltung in Taktsigna­ le (U_T1 bis U_Tn) gewandelt wird, wobei das Puls- Pausen­ verhältnis dieser Taktsignale (U_T1 bis U_Tn) so gewählt ist, daß die Pulszeiten der Taktsignale (U_T1 bis U_Tn) von­ einander getrennt sind, und daß aus diesen Taktsignalen (U_T1 bis U_Tn) ein deren Frequenz proportionales Ausgangs­ signal (U_DA) gebildet wird.

2. Schaltungsanordnung zum Ermitteln der Drehzahl einer noch drehenden Drehfeldmaschine zur Durchführung des Ver­ fahrens nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwei Statorklemmen (4, 6) der Dreh­ feldmaschine (2) jeweils über Proportionalglieder (28, 30) mit n Addiergliedern (32) zur Bildung von n Hilfssinus­ spannungen (U_HS1 bis U_HSn) verbunden sind, daß der Ausgang jedes Addiergliedes (32) mit einem nichtinvertierenden Eingang (10) eines Komparators (12) verbunden ist, wobei jeweils der invertierende Eingang mit einer Bezugsspannung beaufschlagt ist, daß die Ausgänge (16) der Komparatoren (12) mit jeweils einer monostabilen Kippschaltung (22) eines Frequenz-Spannungs-Wandlers (18) zur Erzeugung von Taktsignalen (U_T1 bis U_Tn) verbunden sind, und daß der Ausgang (20) des Frequenz-Spannungs-Wandlers (18) ein der Frequenz der Taktsignale (U_T1 bis U_Tn) proportionales Ausgangssignal (U_DA) führt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabilen Kipp­ schaltungen (22) des Frequenz-Spannungs-Wandlers (18) je­ weils mit einem Tiefpaß (24, 26) verbunden sind, wobei für die Tiefpässe ein einziger Kondensator (26) vorgesehen ist.