SE452934B - Sett och anordning for att driva en via en vexelriktare varvtalsreglerad asynkronmotor - Google Patents

Description

452 934 10 15 20 25 30 35 2 förutsättning att belastningens varvtalsberoende ej ändras och att förprogrammeringen är korrekt anpassad till detta varvtalsberoende. Om emellertid belastningens varvtalsberoende ändras i tiden, vilket är det normala i många tillämpningar, uppnås ej bästa möjliga verknings- grad till följd av att den förprogrammerade matningsspän- ningen ej blir den rätta.

Som följd av asynkronmotorers olika karakteristik, d v s deras vridmoments beroende av magnetiseringsströmmen, och varierande förluster i växelriktaren är den erfor- derliga spänningen för erhållande av ett önskat utgående vridmoment svår att bestämma. Varvtalsstyrda asynkron- motorer arbetar därför sällan med optimal verkningsgrad. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett sätt och en anordning för sådan drivning av en via en styrd växelriktare varvtalsreglerad asynkron- motor, att optimal verkningsgrad uppnås oberoende av varvtal och belastning.

Vid det uppfinningsenliga sättet uppnås detta ändamål genom att börvärdet av fasskillnaden mellan motorspänning och motorström bestämmas som funktion av den av växel- riktaren avgivna spänningens frekvens samt att den av växelriktaren avgivna spänningens amplitud regleras för att göra ärvärdet av nämnda fasskillnad lika med börvärdet vid aktuell frekvens.

Vid den uppfinningsenliga anordningen uppnås ända- målet genom att anordningen kännetecknas av en detektor för bestämning av ärvärdet av fasskillnaden mellan motor- spänning och motorström, en komparator för bestämning av skillnaden mellan nämnda ärvärde och ett börvärde på nämnda skillnad, vilket börvärde är en funktion av den av växelriktaren avgivna spänningens frekvens, samt en av skillnaden mellan ärvärdet och börvärdet påverkad styrenhet för reglering av den av växelriktaren avgivna växelspänningens amplitud mot likhet mellan ärvärdet och börvärdet vid aktuell frekvens.

Enligt uppfinningen utnyttjas det förhållandet, att vid rätt magnetisering av motorn, d v s vid ideal 10 15 20 25 30 35 452 934' 3 effektfaktor eller fasförskjutning mellan motorspänning och motorström och därmed korrekt magnetiseringsström, det utgående vridmomentet är proportionellt mot produkten av magnetiseringsströmmens toppvärde och kosinus av fasvinkeln mellan motorn påtryckt spänning och motorn tillförd ström. Vidare utnyttjas det förhållandet att den optimala fasvinkeln som funktion av motorns varvtal är bestämbar på förhand utifrån motorns optimala fasvinkel vid normalt varvtal, d v s vid nätspänningens frekvens på 50 eller 60 Hz.

Den vid sättet enligt uppfinningen utförda börvär- desbestämningen upprepas med lämpliga intervall för upprätthållande av korrekt ärvärde oberoende av ändringar i frekvens och motorbelastning. Härvid bestämmes bör- värdesfunktionen utifrån det för den enskilda motorn givna börvärdet vid nominell frekvens. Börvärdesfunktionen lagras lämpligen permanent och aktuellt börvärde framtages ur den lagrade börvärdesfunktionen. Ekvivalent med utnytt- jandet av fasskillnaden är ett utnyttjande av någon funktion av denna, t ex effektfaktorn, som är/Éosinus av fasskillnaden. ' Den uppfinningsenliga anordningen innefattar lämp- ligen ett minne för permanent lagring av börvärdesfunk- tionen, såsom bestämd utifrån det för den enskilda motorn givna börvärdet vid nominell frekvens, vilket minne är adresserbart medelst den av växelriktaren avgivna spänningens frekvens.

Uppfinningen möjliggör således att rätt magnetise- ring av motorn uppnås oberoende av varvtal och belastning.

Motorn arbetar därmed hela tiden med ideal effektfaktor (coso) eller i det närmaste ideal effektfaktor. Det avgivna momentet blir då också lätt beräkningsbart och kan även utnyttjas i regleringssyfte. _Anordningen enligt uppfinningen kan därför med fördel ha en beräkningsenhet, som ger motorns vridmoment som funktion av nämnda ärvärde och motorströmmens ampli- tud. Anordningen har då vidare lämpligen en andra styrenhet 10 15 20 25 30 35 452 934 4 för ändring av den av växelriktaren avgivna spänningens frekvens i beroende av motorns vridmoment. Anordningen kan också förses med en indikator för visning av motorns vridmoment.

Uppfinningen skall beskrivas närmare i det följande under hänvisning till medföljande ritningar. Fig l är ett diagram för åskâdliggörande av motorns vridmoment som funktion av varvtalet. Fig 2 är ett blockschema, som visar en utföringsform av anordningen enligt upp- finningen. Fig 3 åskådliggör förhållandet mellan effekt- faktor och motorns varvtal. Fig 4 är ett blockschema, som visar en möjlighet till utbyggnad av anordningen enligt fig 2.

Diagrammet i fig 1 visar en asynkronmotors vridmoment som funktion av varvtalet vid tvâ olika matningsspän- ningsfrekvenser och för olika motorströmmar. Med kurvor A och B visas också exempel på en belastnings varvtals- beroende.

Om en kurva I i fig 1 antages representera en asyn- kronmotors aktuella momentkurva och motorbelastningen har det utseende som kurvan A anger, arbetar motorn vid ett varvtal nl, d v s med en eftersläpning s = 1 - no/nl, där no är det synkrona varvtalet.

Om vid ett oföränderligt belastningsberoende enligt kurvan A det synkrona varvtalet höjes från no till exem- pelvis n2 fordras en sådan höjning av matningsspänningen att motorns vridmomentskurva överensstämmer med en kurva II i fig l. Härvid blir motorns varvtal lika med n3, varvid för rätt magnetisering gäller att eftersläpningen skall vara väsentligen oförändrad.

Om belastningen på motorn vid oförändrad motorspän- ningsfrekvens ändras fràn ett värde pá kurvan A till ett värde på en kurva B, så måste för upprätthållande av en optimal verkningsgrad i motorn även magnetiserings- strömmen till motorn ändras.

Om motorn exempelvis arbetar i skärningspunkten mellan kurvorna I och A i fig l och motorbelastningen 10 15 20 25 30 35 452 934 5 sjunker till kurvan B i fig 1, skall motorspänningen och därmed motorströmmen ändras för erhållande av ett vridmoment enligt en kurva III i fig l, varigenom efter- släpningen bibehàlles oförändrad och verkningsgraden maximal.

Om motorn i stället har en arbetspunkt motsvarande skärningen mellan kurvorna II och A, så kommer vid en sänkning av motorbelastningen till den enligt kurvan B en reducering av motorns vridmoment enligt en kurva IV att krävas.

Det är således klart, att en fast förprogrammering av den motorn pátryckta spänningens amplitud ej kan ge bästa verkningsgrad hos motorn annat än i undantagsfall.

Varje asynkronmotor har en individuell effektfaktor (coso) som är angiven av fabrikanten för den nominella frekvensen fo, d v s vanligen S0 eller 60 Hz. Med kännedom om detta effektfaktorvärde är det möjligt att bestämma börvärdet på effektfaktorn eller fasskillanden mellan motorspänning och motorström för varje frekvens f inom hela frekvensområdet från likström upp till maximalt varvtal för motorn. Utseendet av denna börvärdesfunktion vad gäller coso framgår av fig 3. Börvärdesfunktionens utseende framtages närmare bestämt med hjälp av frekvens- beroendet hos asynkronmotorns principiella ekvivalent- schema vid nominell belastning samt den givna effekt- faktorn vid nominell frekvens och sagda nominella be- lastning. Den blir sålunda av typen e_k.f, där k är givet av den individuella effektfaktorn vid fo.

Enligt uppfinningen utnyttjas detta att börvärdet på effektfaktorn eller allmänt börvärdet på fasskillnaden mellan motorspänning och motorström är bestämbart för varje frekvens eller varvtal. Genom att framtaga motsva- rande ärvärde samt styra matningsspänningens amplitud i beroende av skillnaden mellan börvärdet och ärvärdet göres så ärvärdet lika med börvärdet vid aktuell frekvens.

Den i fig 2 visade utföringsformen av den uppfinnings- enliga anordningen genomför denna reglering. Anordningen innefattar en till växelströmsnätet ansluten likriktare 10 15 20 25 30 35 452 934 6 l, som matar likspänning till en styrd växelriktare 2, vilken i sin tur driver en asynkronmotor 3. Den av växelriktaren 2 avgivna spänningen bestämmes medelst en spänningsstyrenhet 4, som avger erforderliga styr- pulser till växelriktaren 2 i beroende av två instorheter, nämligen ett börvärde fbör på motorspänningens frekvens samt ett värde Û på motorspänningen. Börvärdet fbör kan inställas manuellt eller automatiskt i beroende av någon parameter i den process eller maskin där motorn 3 arbetar. 7 För framtagning av instorheten Û utnyttjas följande enheter. En spänningsdetektor 5 är ansluten till enhetens 4 utgång för att på sin utgång alstra en signal, vars fas överensstämmer med den motorn pàtryckta spänningens fas. Spänningsdetektorn 5 kan alternativt vara ansluten till ledningarna mellan växelriktaren 2 och motorn 3.

En strdmdetektor 6 är kopplad till en av ledningarna mellan växelriktaren 2 och motorn 3 för alstring av en andra växelspänningssignal, vars fas överensstämmer med fasen för motorströmmen. Utgàngarna från detektorerna 5 och 6 är anslutna till två ingångar till en fasdetektor 7, som är anordnad att på sin utgång avge en signal gär, som representerar ärvärdet av fasskillnaden mellan motorspänning och motorström. Denna signal tillföres en ingång till en komparator 8, vars andra ingång tillföres börvärdet av nämnda fasskillnad. Detta börvärde erhålles från en minnesenhet 9, i vilken börvärdesfunktionen är permanent lagrad. Aktuellt börvärde erhålles på minnes- anordningens 9 utgång genom adressering medelst frekven- sens börvärde fbör på minnesanordningens ingång.

På komparatorns 8 utgång erhålles därmed skillnaden mellan çbör och gär som Am. Denna signal Am tillföres en berâkningsenhet 10, vilken bestämmer en ändring av motorspänningens amplitud på grundval av fasskillnadens Ao storlek och tecken.

Det inses, att den uppfinningsenliga anordningen kommer att reglera den av växelriktaren avgivna spänningens 10 15 20 25 30 35 452 934 7 amplitud på sådant sätt, att ärvärdet av fasskillnaden mellan motorspänning och motorström göres lika med bör- värdet av nämnda fasskillnad vid aktuell frekvens. Därmed uppnås automatiskt rätt magnetiseringsström i motorn oberoende av varvtal och belastning.

Vid en förändring av belastningen eller varvtalet genomför den uppfinningsenliga anordningen således automa- tiskt en injustering av amplituden av växelspänningen från växelriktaren 2 till dess att komparatorns 8 utsignal är noll.

Blockschemat i fig 4 visar en möjlighet till utbygg- nad av regleringen i anordningen enligt fig 2. En beräk- ningsenhet ll är anordnad att beräkna motorns utgående vridmoment T, som vid optimal effektfaktor är propor- tionell mot motorströmmens toppvärde E, exempelvis erhållet från strömdetektorn 6 i fig 2, och effektfaktorn. Enhetens ll utsignal T kan utnyttjas för visning i en indikator l2 och kan även tillföras en andra komparator 13 för jämförelse med ett referensvärde Tref på vridmomentet.

I beroende av resultatet av jämförelsen kan spännings- styrenheten 4 medelst en korrigeringsenhet l4 tillföras ett korrigerat värde f av frekvensen f korr bör' För sambandet mellan ovan beskrivna enheter och anordningen i fig 2 visas i fig 4 även enheterna 4, 8 och l0.

Referensvärdet Tref på motorns vridmoment kan exem- pelvis representera ett maximivärde på detta vridmoment.

Vid ett överskridande av maximivärdet kan korrigerings- enheten 14 exempelvis åstadkomma en momentreducering genom sänkning av frekvensen f i förhållande till f korr bor Korrigeringsenheten 14 kan alternativt vara utformad att reglera fkorr på sådant sätt, att AT göres lika med noll. Detta innebär drivning av motorn vid konstant vridmoment.

Ovan beskrivna utföringsformer av den uppfinningsen- liga anordningen är modifierbara på många sätt inom 452 954 B uppfinningens ram. Uppfinningen är således ej begränsad till det exemplifierade utförandet utan kan exempelvis realiseras med hjälp av en mikroprocessor.

Claims (10)

10 15 20 25 30 452 934 PATENTKRAV

1. l. Sätt att driva en via en styrd växelriktare varvtalsreglerad asynkronmotor, k ä n n e t e c k n a d därav, att börvärdet av fasskillnaden mellan motorspänning och motorström bestämmes som funktion av den av växel- riktaren avgivna spänningens frekvens samt att den av växelriktaren avgivna spänningens amplitud regleras för att göra ärvärdet av nämnda fasskillnad lika med börvärdet vid aktuell frekvens.

2. Sätt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k - n a t därav, att börvärdesfunktionen bestämmes utifrån det för den enskilda motorn givna börvärdet vid nominell frekvens och med hjälp av motorns ekvivalenta schema.

3. Sätt enligt patentkravet 2, n a t därav, att börvärdesfunktionen lagras permanent k ä n n e t e c k - samt att aktuellt börvärde framtages ur den lagrade börvärdesfunktionen.

4. ' 4. Sätt enligt något av patentkraven l-3, k ä n - n e t e c k n a t därav, att effektfaktorn utnyttjas som mätt pà fasskillnaden.

5. Sätt enligt något av patentkraven l-4, k ä n - n e t e c k n a t därav, att börvärdesbestämningen upprepas för upprätthållande av korrekt ärvärde oberoende av ändringar i frekvens och motorbelastning.

6. Anordning för drivning av en via en styrd växel- riktare (2) varvtalsreglerad asynkronmotor (3), k ä n - n e t e c k n a d av en detektor (7) för bestämning av ärvärdet av fasskillnaden mellan motorspänning och motorström, en komparator (8) för bestämning av skill- naden mellan nämnda ärvärde och ett motsvarande börvärde, vilket börvärde är en funktion av den av växelriktaren avgivna spänningens frekvens, samt en av skillnaden mellan ärvärdet och börvärdet påverkad styrenhet (10) för reglering av den av växelriktaren avgivna växel- spänningens amplitud mot likhet mellan ärvärdet och knät..- ..._-M ~. _ _.. ... 10 15 "452 954 10 börvärdet vid aktuell frekvens.

7. Anordning enligt patentkravet 6, k ä n n e - t e c k n a d av börvårdesfunktionen, såsom bestämd utifrån det för av ett minne (9) för permanent lagring den enskilda motorn givna börvärdet vid nominell fre- kvens och med hjälp av motorns ekvivalenta schema, vilket minne är adresserbart medelst den av växelriktaren avgivna spänningens frekvens.

8. Anordning enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n - n e t e c k n a d av en enhet (11) för beräkning av motorns vridmoment som funktion av nämnda ärvärde och motorströmmens amplitud.

9. Anordning enligt patentkravet 8, k ä n n e - t e c k n a d av en andra styrenhet (14) för ändring av den av växelriktaren avgivna spänningens frekvens i beroende av motorns vridmoment.

10. Anordning enligt patentkravet 8 eller 9, k ä n - n e t“e c k n a d av en indikator (l2) för visning aV ITlOtOInS VIidIIlOmeflt .