DE3726295A1 - Verfahren zur drehzahlregelung und schaltungsanordnung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Drehzahlregelung von mittels eines Umrichters mit veränderbarer Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung gespeister Asynchronmotoren mit lastabhängigem Schlupf, insbesondere zur Regelung der Drehzahl von durch je einen Asynchronmotor angetriebener Spindeln einer Textilmaschine. Ferner betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei den bekannten Verfahren der eingangs genannten Art lassen sich die durch den lastabhängigen Schlupf bedingten Drehzahlun­ terschiede der einzelnen Asynchronmotoren nicht vermeiden. Da solche Drehzahlunterschiede beispielsweise bei Spindeln von Tex­ tilmaschinen erheblich und deshalb störend sein können, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehen­ den Art zu schaffen, das es mit einfachen Mitteln erlaubt, die Drehzahlunterschiede so weit zu reduzieren, daß sie nicht mehr störend sind.

Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Dieses Verfahren beruht auf der Überlegung, daß man für die Steuerung des Umrichters in ausreichend kurzen Zeitabständen den augenblicklichen Mittelwert der unterschiedlichen Rotationsfre­ quenzen als Steuersignal zur Verfügung hat, wenn man in ent­ sprechend kurzen Zeitabständen von einem repräsentativen Teil der Asynchronmotoren die Rotationsfrequenz bestimmt und denjenigen Wert als Steuersignal für den Umrichter auswählt, der zu den kleinsten Drehzahlabweichungen führt. In der Regel wird dies der Mittelwert der ermittelten Rotationsfrequenzen sein. Um den als Steuersignal für den Umrichter auszuwählenden Frequenzwert nicht berechnen zu müssen, werden die einzelnen Meßwerte in größenmäßi­ ger Ordnung erfaßt. Da die Frequenzermittlung bei allen Motoren gleichzeitig erfolgt, liegt als erster Wert derjenige für die höchste Rotationsfrequenz, als zweiter Wert derjenige für die zweithöchste Rotationsfrequenz usw. vor. Sobald diese Meßwert­ reihe bis zu der ausgewählten Stellen, also beispielsweise bis zu dem vierten Meßwert, vorliegt, wird dieser Meßwert an die Umrich­ tersteuerung weitergegeben. Es braucht also nicht gewartet zu werden, bis die Rotationsfrequenzen aller zu der ausgewählten Gruppe gehörenden Motoren bestimmt worden ist. Dadurch kann die Zeit bis zum Beginn des nächsten Meßvorganges wesentlich verkürzt werden, was einen erheblichen Vorteil darstellt.

Wieviel Motoren die ausgewählte Gruppe umfassen muß, hängt davon ab, mit welcher Genauigkeit die höchste Rotationsfrequenz bestimmt werden muß und wie groß die Stufen zwischen der höchsten und der niedrigsten Rotationsfrequenz sein dürfen, um mit ausreichener Genauigkeit den repräsentativen Frequenzwert ermitteln zu können.

Sofern damit gerechnet werden muß, daß wenigstens einer der Motoren der ausgewählten Gruppe zeitweilig stillsteht, wie dies bei Textilmaschinen der Fall ist, kann das Verfahren so lange unverändert durchgeführt werden, als die ausgewählte Gruppe noch die erforderliche Anzahl von Meßwerten zu liefern vermag. Aller­ dings wird hierbei die Qualität der Ermittlung des repräsentati­ ven Frequenzwertes mit geringer werdender Zahl laufender Motoren reduziert. Laufen weniger Motoren als Meßwerte erforderlich sind, bis die Messung abgebrochen werden kann, dann kann das Verfahren dahingehend modifiziert werden, daß während eines Meßvorganges Meßwerte der laufenden Motoren mehrfach erfaßt werden, bis die erforderliche Anzahl von Meßwerten vorliegt.

Da nicht ausgeschlossen werden kann, daß gleichzeitig alle Moto­ ren der ausgewählten Gruppe stillstehen, ist bei eine bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß dann an die Umrichtersteuerung die Rotationsfrequenz eines zusätzlich vorgesehenen Motors wei­ tergegeben wird.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsan­ ordnung nur Durchführung des Verfahrens zu schaffen. Diese Auf­ gabe löst eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des An­ spruches 5.

Der Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht nicht nur darin, daß der erforderliche Aufwand gering ist. Wesentlich ist ferner, daß sich sehr kurze Meßzyklen erreichen lassen, so daß in äußerst kurzen Zeitabständen an die Umrichtersteuerung der neueste, repräsentative Frequenzwert weitergeleitet werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Schaltungsanordnung sind Gegenstand der Unteransprüche 6 bis 8.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, dessen Schaltung die einzig Figur zeigt.

Bei einer nicht dargestellten Spinnmaschine mit 500 Spindeln, von denen jede mittels eines Asynchronmotors angetrieben wird, er­ folgt die Energieversorgung dieser Asynchronmotoren mittels eines Umrichters, der eine veränderbare Ausgangsfrequenz sowie eine veränderbare Ausgangsspannung hat. Ausgangsfrequenz und Ausgangs­ spannung werden über eine Umrichtersteuerung eingestellt. Damit der lastabhängige Schlupf der Asynchronmotoren durch eine Span­ nungsregelung bei konstanter Frequenz konstant gehalten werden kann, ist es notwendig, der Umrichtersteuerung ständig einen Frequenzwert als Sollwert vorzugeben. Dieser Frequenzwert muß, damit die Abweichungen der Motoren von der Solldrehzahl möglichst gering ist, dem Mittelwert zwischen der höchsten und der niedrig­ sten Rotationsfrequenz entsprechen.

Von den 500 Spindeln sind im Ausführungsbeispiel sechs Spindeln als sogenannte Leitspindeln ausgewählt. Man kann davon ausgehen, daß wenigstens eine dieser Leitspindeln ungefähr eine Rotations­ frequenz hat, die annähernd gleich der augenblicklichen höchsten Rotationsfrequenz ist, die eine der Spindeln hat. Außerdem ist eine Unterteilung des Bereiches zwischen der höchsten und der niedrigten Rotationsfrequenz in sechs bis acht Stufen normaler­ weise ausreichend, um den Mittelwert der Rotationsfrequenz mit ausreichender Genauigkeit zu erhalten. Den sechs Leitspindeln oder ihren Motoren ist je ein digitaler Frequenzgeber zugeordnet. Es handelt sich hierbei um Impulsgeber mit einer der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit proportionalen Anzahl von Impulsen. Die Rotationsfrequenzen dieser acht Leitspindeln sind mit f ₁ bis f ₆ bezeichnet.

Wie die Figur zeigt, ist jeder dieser digitalen Frequenzgeber mit dem Eingang eines Impulszählers verbunden. Diese Impulszähler sind mit 1 bis 6 gekennzeichnet. Sie sind alle gleich ausgebildet und vermögen im Ausführungsbeispiel maximal 256 Impulse zu zäh­ len. Der 256. Impuls löst einen Ausgangsimpuls aus. Da alle Im­ pulszähler 1 bis 6 gleichzeitig zu zählen beginnen, gibt derjen­ ige Impulszähler als erster einen Ausgangsimpuls ab, der der Leitspindel mit der höchsten Rotationsfrequenz zugeordnet ist. Derjenige Impulszähler, welcher der Leitspindel mit der zweit­ höchsten Rotationsfrequenz zugeordnet ist, gibt als nächster ei­ nen Ausgangsimpuls ab. Danach folgt der Ausgangsimpuls des der Leitspindel mit der dritthöchsten Rotationsfrequenz zugeordneten Impulszählers usw.

Um so weit wie mögich zu vermeiden, daß sich die Ausgangsimpulse zeitlich überlappen, ist jedem Impulszähler 1 bis 6 ein IC nach­ geschaltet, welcher aufgrund der ansteigenden Flanke des Aus­ gangsimpulses des Impulszählers einen extrem kurzen Ausgangsim­ puls erzeugt. Diese ICs sind alle gleich ausgebildet und mit 7 bis 12 gekennzeichnet.

Wie die Zeichnung zeigt, sind die Ausgänge der ICs an eine aus fünf ODER-Gattern 13 bis 17 bestehenden ODER-Schaltungen ange­ schlossen. Dabei sind die Ausgänge der beiden ICs 7 und 8 an die beiden Eingänge des ODER-Gatters 13 und dessen Ausgang an den einen Eingang des ODER-Gatters 14 angeschlossen. Der andere Ein­ gang ist mit dem Ausgang des ICs 9 verbunden. Der Ausgang des ODER-Gatters 14 ist mit dem einen Eingang des ODER-Gatters 15, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des ICs 10 verbunden. Ent­ sprechend sind die Verbindungen zwischen den ICs 11 und 12 sowie den ODER-Gattern 15 bis 17 ausgeführt. Der Ausgang des ODER-Gat­ ters 17 ist mit dem Eingang eines Impulszählers 18 verbunden.

Der Impulszähler 18 vermag drei, bei acht Leitspindeln vier Ein­ gangsimpulse zu zählen. Beim dritten Impuls tritt im Ausführungs­ beispiel an seinem Ausgang ein Impuls auf, der auch als Reset-Im­ puls für ihn und die Impulszähler 1 bis 6 dient. Daher ist dieser Ausgang mit dem Reset-Eingang der Impulszähler 1 bis 6 verbunden. Aufgrund der logischen Verknüpfung der Ausgangssignale der ICs 7 bis 12 mittels der durch die ODER-Gatter 13 bis 17 gebildeten Logik erreichen nacheinander diejenigen Ausgangsimpulse der ICs 7 bis 12 den Impulszähler 18, welche den drei höchsten Rotations­ frequenzen zugeordnet sind. Der Impulszähler 18 erzeugt deshalb dann einen Ausgangsimpuls, wenn der dritthöchste Wert der Rota­ tionsfrequenzen der Leitspindeln vorliegt. Da der Ausgangsimpuls des Impulszählers 18 ihn und die Impulszähler 1 bis 6 zurück­ stellt, wird durch diesen Ausgangsimpuls ein neuer Zählvorgang eingeleitet, bei dem erneut alle Impulszähler 1 bis 6 gleichzei­ tig zu zählen beginnen.

Der Ausgang des Impulszählers 18 ist mit dem einen Eingang je ei­ nes Zeitgliedes 19 bis 24 verbunden. Ein zweiter Eingang des Zeitgliedes 19 ist mit dem Ausgang des ICs 7 verbunden. Ent­ sprechend sind die zweiten Eingänge der Zeitglieder 20 bis 24 mit den Ausgängen der ICs 8 bis 12 verbunden. Beim Auftreten eines Ausgangsimpulses des Impulszählers 18 liefert dasjenige Zeitglied einen Ausgangsimpuls, das mit demjenigen IC verbunden ist, der den den Ausgangsimpuls des Impulszählers 18 auslösenden Impuls abgegeben hat.

Der Ausgang jedes der Zeitglieder 19 bis 24 ist mit dem einen Eingang eines UND-Gatters verbunden. Diese UND-Gatter sind mit 25 bis 30 gekennzeichnet. Der zweite Eingang jedes UND-Gatters 25 bis 30 ist mit dem Ausgang desjenigen Impulsgebers verbunden, dem der vorgeschaltete Impulszähler zugeordnet ist. Der zweite Ein­ gang ist deshalb mit f 1, f 2, f 3, f 4, f 5 bzw. f 6 gekennzeichnet. Die UND-Gatter 25 bis 30 bewirken, daß diejenige Rotationsfre­ quenz f 1 bis f 6 durchgeschaltet wird, die denjenigen Impuls ge­ liefert hat, welcher den Ausgangsimpuls des Impulszählers 18 be­ wirkt hat.

Die Ausgänge der UND-Gatter 25 bis 30 sind mit je einem Eingang eines NOR-Gatters 31 verbunden, da im Ausführungsbeispiel für die Ansteuerung der Umrichtersteuerung das inverse Frequenzsignal be­ nötigt wird. Der Ausgang des NOR-Gatters 28 liefert so lange an die nachgeschaltete, nicht dargestellte Umrichtersteuerung den durchgeschalteten Frequenzwert, bis bei einer nachfolgenden Mes­ sung ein anderer Frequenzwert als Steuergröße ermittelt worden ist.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind als wei­ tere Ausgestaltungen Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Claims (8)

1. Verfahren zur Drehzahlregelung von mittels eines Um­ richters mit veränderbarer Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung gespeisten Asynchronmotoren mit lastabhängigem Schlupf, insbeson­ dere zur Regelung der Drehzahl von durch je einen Asynchronmotor angetriebenen Spindeln einer Textilmaschine, dadurch gekennzeich­ net, daß in ständiger Wiederholung und bei stets gleichzeitigem Meßbeginn die Rotationsfrequenz von einer aus der Gesamtzahl der vorhandenen Asynchronmotoren ausgewählten Gruppe von Asynchron­ motoren gemessen und am Ende jedes Meßvorgangs die Rotationsfre­ quenz desjenigen Asynchronmotors als Steuergröße an die Umrich­ tersteuerung weitergegeben wird, dessen Meßwert an einer vorgege­ benen Stelle der durch die einzelnen Meßwerte gebildeten, größen­ mäßig geordneten Wertereihe liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe mit dem Wert größter Rotationsfrequenz beginnend gebildet und der Meßvorgang abgebrochen wird, sobald der Meßwert der ausgewählten Stelle der Reihe vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einer Anzahl rotierender Asynchronmotoren der ausgewählten Gruppe, die kleiner ist als die Ordnungszahl der vorgegebenen Stelle der Meßwertereihe, solange die Messung der Rotationsfrequenz der rotierenden Asynchronmotoren wiederholt wird, bis die Reihe der Meßwerte die erforderliche Anzahl von Meßwerten aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die an die Umrichtersteuerung weitergegebene Rota­ tionsfrequenz durch den an einem zusätzlich vorgesehenen Asyn­ chronmotor erfaßten Meßwert ersetzt wird, sofern alle Asnychron­ motoren der ausgewählten Gruppe stillstehen.

5. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) jedem Asynchronmotor der ausgewählten Gruppe ein digi­ taler Frequenzgeber zugeordnet ist,
• b) jedem digitalen Frequenzgeber ein aufgrund eines Rück­ stellsignals auf den Wert 0 zurückstellbarer erster Impulszähler (1 bis 6) nachgeschaltet ist, die alle beim Erreichen eines für alle Impulszähler (1 bis 6) gleichen Zählerstandes an einem Ausgang einen Impuls abgeben,
• c) die Ausgänge der Impulszähler (1 bis 6) durch eine ODER -Schaltung (13-17) miteinander verknüpft sind,
• d) an den Ausgang der ODER-Schaltung (13 bis 17) ein zwei­ ter Impulszähler (18) angeschlossen ist, der mit dem Erreichen eines vorgegebenen Zählerstandes einen Aus­ gangsimpuls abgibt,
• e) an denjenigen Ausgang des zweiten Impulszählers (18), an dem der Ausgangsimpuls auftritt, der Reset-Eingang des zweiten Impulszählers (18) und aller ersten Impuls­ zähler (1 bis 6) sowie der eine Eingang je eines UND- Gatter (25-30) angeschlossen ist, deren anderer Ein­ gang mit je einem der Frequenzgeber verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem mit dem zweiten Impulszähler (18) verbundenen Eingang jedes UND-Gatters (25 bis 30) ein Zeitglied (19 bis 24) mit zwei Eingängen vorgeschaltet ist, von denen der eine mit dem Ausgang des zweiten Impulszählers (18) und der andere mit dem Aus­ gang des zugeordneten ersten Impulszählers (1 bis 6) verbunden ist.

7. Schaltungsanordung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem ersten Impulszähler (1 bis 6) und der ihm nachgeschalteten ODER-Schaltung (13 bis 17) je eine Impulsverkürzungsschaltung (7 bis 12) vorgesehen ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der UND-Gatter (25 bis 30) mit je einem Eingang einer NOR-Schaltung (31) verbunden sind.