SE461947B - Foerfarande foer bromsning av en asynkronmotor - Google Patents

Description

461 947 2 l0 15 20 25 30 35 skottet av kinetisk energi i första hand att uppträda i form av en spänningsökning över den nämnda kondensatorn, vilken spänningsökning endast avtar i den takt överskottet av kine- tisk energi kan förbrukas i form av förluster i motorn. En kraftig spänningsökning över kondensatorn kan emellertid ej tillåtas, eftersom den kan medföra, att kondensatorn förstöres, exploderar. Det är vanligt att kräva, att spänningen över kondensatorn ej får överstiga det nominella spänningsvärdet med mer än exempelvis ca 20 %.

Detta kan säkerställas, genom att man under retarderingen av motorn övervakar spänningen över kondensatorn och reducerar växelriktarens frekvens endast i en sådan takt, att spänningen över kondensatorn ej kommer att överstiga tillåtligt värde.

Detta medför emellertid endast en långsam retardering eller bromsning av motorn, som i många sammanhang ej kan accepteras.

För att lösa detta problem och åstadkomma en snabbare re- tardering eller bromsning av motorn är det tidigare känt att under retarderingen av motorn medelst en styrd strömställare koppla in ett motstånd parallellt över kondensatorn, i den utsträckning som erforderas för att kondensatorspänningen ej skall överstiga tillåtet värde. Genom detta motstånd ökas för- lusterna och påskyndas därmed förbrukningen av motorns kine- tiska energi, så att bromsningen eller retarderingen av motorn kan ske snabbare. Detta arrangemang är emellertid förhållande- vis utrymmes- och kostnadskrävande, bl.a. eftersom tillfreds- ställande kylning av motståndet måste säkerställas.

Enligt en annan känd metod, s.k. likströmsbromsning, för- fares på så sätt vid bromsning av motorn, att växelriktaren först slås ifrån helt, dvs. så att ingen ström kan flyta till eller från motorn, varefter man efter någon tids väntan sluter några av växelsriktarens ventiler på sådant sätt att en ren likström kommer att flyta genom motorns lindning. Denna broms- ningsmetod är emellertid ej praktiskt tillämplig annat än då En till- lämpning av metoden för retardering av motorn ned till ett motorn skall retarderas ned till helt stillastående. önskat lägre varvtal skulle kräva ett komplicerat styrsystem.

En liknande metod för att påskynda retarderingen av motorn består däri, att växelriktaren under retarderingen av motorn 10 15 20 25 30 35 461 947 3 styras på ett sådant sätt, att dess frekvens gradvis reduceras samtidigt som dessutom en likströmskomponent kan flyta genom motorns linding. Denna likströmskomponent ger upphov till ökade förluster och därmed en snabbare retardering. Metoden ger emellertid ett förhållandevis ringa resultat, eftersom lik- strömskomponentens storlek måste begränsas med hänsyn till de tillåtliga strömvärdena för växelriktarens ventiler. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstad- komma ett förbättrat förfarande för retardering av en motor av det inledningsvis angivna slaget, vilket förfarande möjlig- gör en väsentligt snabbare retardering ned till vilket som helst önskat lägre varvtal.

Enligt uppfinningen uppnås detta medelst ett förfarande enligt bifogade patentkrav.

I det följande skall uppfinningen närmare beskrivas i anslutning till bifogad ritning, i vilken fig. l såsom exempel visar kopplingsschemat för ett motor- arrangemang, vid vilket uppfinningen kan tillämpas; och fig. 2 är vektordiagram för motorns sammanlänkade statorflöde, vilka diagram kommer att användas för förklaring av uppfinningen.

Pig. l visar såsom exempel en kortsluten asynkronmotor l, som drives från ett växelströmsnät 2 via en frekvensomformare.

Denna frekvensomformare innefattar en till växelströmsnätet 2 ansluten, icke styrbar diodlikriktarbrygga 3 och en från denna diodlikriktare matad, styrbar växelriktare 4, till vars växel- strömsutgång motorn l är ansluten med sin statorlinding. Den styrbara växelriktaren U har en styrenhet 5, som alstrar styr- pulser för växelriktarens styrbara ventiler för bestämning av växelriktarens H frekvens och därmed motorns l varvtal och tändningssekvensen för växelriktarens olika ventiler, dvs. turordning i vilken växelsriktarens ventiler slutes och öppnas.

Eftersom vid ett arrangemang av detta slag ingen ström- och effektåtermatning kan ske till växelströmsnätet 2 genom diod- likriktaren 3, är ett kondensatorbatteri 6 anslutet till lik- spänningsmellanledet över växelriktarens 4 likströmsingång.

Detta kondensatorbatteri 6 tar upp de ström- och spännings- variationer som oundvikligen uppstår vid normal drift av den 461 947 10 15 20 25 30 35 4 motorn l med väsentligen konstant varvtal liksom vid accele- ration av motorn.

Vid retardering eller bromsning av motorn l, vilket sker genom att styrenheten 5 beordras att sänka växelriktarens H frekvens, ökar emellertid spänningen över kondensatorbatte- riet 6 kraftigt som följd av överskottet av kinetisk energi hos motorn l. Denna kinetiska energi kan såsom nämnts ej matas tillbaka till växelströmsnätet 2 via diodlikriktaren 3 utan måste förbrukas i form av förluster i motorn l. Innan den ki- netiska energin hunnit förbrukas på detta sätt, kommer den att uppträda i form av en kraftig spänningshöjning över kondensa- torbatteriet 6. tid ej tillåtas, eftersom den kan leda till att kondensator- batteriet 6 förstöres.

En sådan kraftig spänningshöjning kan emeller- Normalt tillåtes en spänningshöjning över kondensatorbatteriet 6 om exempelvis 20 % över nominellt spänningsvärde. Om inga speciella åtgärder vidtages, kan så- lunda växelriktarens U frekvens och därmed motorns varvtal l endast sänkas i en sådan långsam takt, att nämnda tillåtna maximala spänningsvärde över kondensatorbatteriet 6 ej över- skrids.

För att kunna åstadkomma en snabbare retardering av mo- torn l, utan att den maximalt tillåtna spänningen över konden- satorbatteriet 6 överskrides, förfares enligt föreliggande uppfinning på följande sätt.

Under normal drift av motorn med väsentligen konstant varv- tal liksom under accelerering av motorn styres växelriktaren U medelst styrenheten 5 med en sådan frekvens och ett sådant tändningssekvensmönster för växelriktarens ventiler, att grund- frekvensen för växelriktarens växelström motsvarar det önskade varvtalet för motorn l och så att övertonsströmmar med högre frekvens har en ringa amplitud och därigenom ger upphov till små förluster i motorn.

Vid retardering av motorn däremot styres växelriktaren 4 medelst styrenheten 5 på ett sådant sätt, att växelriktarens grundfrekvens på i och för sig känt sätt gradvis minskar ned till den mot det önskade lägre motorvarvtalet svarande frek- vensen i en sådan takt, att kondensatorbatteriets 6 spänning ej överskrider det maximalt tillåtna värdet. Samtidigt ändras 10 15 20 25 30 35 461 947 5 emellertid även det av styrenheten 5 bestämda tändnings- sekvensmönstret för växelriktarens ü ventiler relativt det vid normal drift med konstant varvtal eller vid acceleration av motorn använda tändningssekvensmönstret på sådant sätt, att övertonsströmmar med en högre frekvens än nämnda grund- frekvens och med en betydande amplitud uppträder i motorns l lindning. Dessa överfrekventa strömmar med stor amplitud ger upphov till avsevärt ökade förluster i motorn l som följd av sin stora amplitud och den av den högre frekvensen förorsakade strömförträngningen. Dessa väsentligt ökade förluster i motorn l ger en motsvarande snabbare förbrukning av motorns l kinetiska energi, så att växelriktarens U grundfrekvens och därmed motorns varvtal kan sänkas snabbare, dvs. motorn re- tarderas snabbare, utan att det maixmalt tillåtna spännings- värdet över kondensatorbatteriet 6 överskrides.

Förfarandet enligt uppfinningen kan enklast beskrivas med användning av de polygonbanor som kan ritas upp med användning av vektorn för motorns l sammanlänkade statorflöde. Detta sätt att illustrera och studera en asynkronmotors uppträdande finnes beskrivet i uppsatsen "New Methods in the Education of the Dyn. Behaviour of Induc. Motors and other Rotating-Field Machines", av V. Török, publicerad av Politecnico Di Torino i samband med "International Conference on Evolution and Modern Aspects of Induction Machines", juli 8-ll, 1986.

Pig. 2 visar schematiskt och såsom exempel en sådan poly- gonbana bildad av vektorn för motorns 1 sammanlänkade stator- flöde Vš, vilken polygonbana erhålles för ett tändsekvens- mönster för växelriktarens U ventiler, som användes vid normal drift av motorn med väsentligen konstant varvtal liksom vid acceleration av motorn. Vektorn för motorns sammanlänkade statorflöde Vä kan antaga vilken som helst av sex olika, in- bördes med 600 förskjutna riktningar. Vid normal drift av motorn l med väsentligen konstant varvtal liksom vid accele- ration av motorn användes ett sådant tändsekvensmönster för växelriktarens H ventiler, att den av vektorn VS bildade po- lygonbanan, såsom exempelvis illustreras i fig. 2, avviker så litet som möjligt från en cirkel. Därigenom uppnås att de överfrekventa strömmarna i motorns l linding, dvs. 461 947 10 15 20 25 30 35 6 strömmar med en frekvens överstigande den mot motorns varvtal svarande grundfrekvensen. får en liten amplitud och därmed ger upphov till små förluster. Det inses att många olika polygon- banor för vektorn Wš kan uppfylla detta villkor i lägre eller högre grad, och att man kan få polygonbanan att ansluta sig mycket nära till en cirkel genom användning av ett mot- svarande komplicerat tändningssekvensmönster för växelrikta- rens U ventiler. Det kan i detta sammanhang påpekas, att varje riktningsändring om 600 för vektorn 'F kräver att arbets- s tillståndet för två ventiler i växelriktaren U ändras.

Vid retardering av motorn däremot användes ett sådant tändningssekvensmönster för växelriktarens H ventiler, att polygonbanan för ventorn för motorns l sammanlänkade stator- fiöde WS exempelvis illustreras i fig. 3. Detta innebär, att de över- kommer att avvika kraftigt från en cirkel, såsom frekventa strömmarna i motorns l lindning, dvs. strömmar med en frekvens överstigande den mot motorns varvtal svarande grundfrekvensen, får en betydande amplitud och därmed ger upp- hov till väsentligt ökade förluster i motorn, så att motorns kinetiska energi förbrukas snabbare och därmed Även i detta fall är flera olika tändningssekvensmönster för växelriktarens H motorns varvtal också kan sänkas snabbare. ventiler möjliga, som ger upphov till polygonbanor för vek- torn §š , som kraftigt avviker från en cirkel och därmed ger det önskade resultatet. Det har emellertid visat sig speciellt fördelaktigt att använda ett tändningssekvensmönster för växelriktarens ventiler, som ger en polygonbana för vektorn Ü; som i huvudsak har utseendet av en sexuddig stjärna, såsom illustreras i fig. 3.

Polygonbanan enligt fig. 3 avviker som synes från en ideell, symmetrisk, sexuddig stjärna, genom att stjärnans spetsar är något avkapade. Orsaken härtill är att om en ideell sexuddig stjärna med "skarpa" spetsar användes, skulle dessa spetsar visserligen ge upphov till överfrekventa ström- mar med stor amplitud men kort varaktighet, varför dessa strömmar ej skulle nämnvärt bidraga till en ökning av för- lusterna i motorn. Däremot skulle dessa kortvariga strömmar med hög amplitud naturligtvis bidraga till strömbelastningen n' l0 15 20 25 30 461 947 7 av växelriktarens ventiler. Därtill kommer, att en riktnings- ändring för vektorn VS av det slag som kräves vid spetsarna av en ideell sexuddig stjärna, fodrar att arbetstillståndet för fyra ventiler i växelriktaren ändras, dvs. detsamma som två på varandra följande riktningsändringar om vardera 600 för vektorn. Ett tändningssekvensmönster för växelriktarens ventiler som ger en polygonbana enligt fig. 3 är därför att föredraga framför ett tändningssekvensmönster som ger en ideell, symmetrisk, sexuddig stjärna med spetsiga uddar. Det senare tändningssekvensmönstret är dock naturligtvis även användbart.

Det har visat sig att de överfrekventa, förlustalstrande strömmarna är ortogonala relativt den grundfrekventa strömmen, så att de olika strömmarnas toppvärden ej inträffar samtidigt.

Detta medför den mycket betydande fördelen, att de överfrekven- ta strömmarna kan ges en betydande amplitud, så att de ger upphov till motsvarande stora förluster, utan att ventilerna i växelriktaren H strömöverbelastas. De överfrekventa ström- marna kan sålunda ha en amplitud av samma storleksordning som växelriktarventilernas nominella strömvärde.

Vektorpolygonbanans avvikelse från en cirkel kan kvantita- tivt angivas med användning av dess olikformighetsgrad enligt upptrycket . R - - Olikformighetsgrad = -Ešš--E53 max + min där Rmax är polygonbanans största radie och Rmin är polygon- banans minsta radie. Som exempel kan nämnas att en regelbunden hexagon har en olikformighetsgrad om 0,072, medan en ideell, symmetrisk, sexuddig stjärna med helt spetsiga uddar har en olikformighetsgrad om 0,268. Undersökningar har visat, att ett tändningssekvensmönster för växelriktarens ventiler, som ger en polygonbana för vektorn VS med en olikformighetsgrad om minst l/8 eller 0,125, ger ett ur uppfinningens synpunkt tillfredsställande resultat vid retardering eller bromsning av motorn.

Claims (5)

461 947 Patentkrav
1. l. Förfarande för retardering av en växelströmsmotor (l) försedd med en dämplindning på sin rotor, vilken motor drives från en styrbar vaxelriktare (4), över vars likspänningsingång en kondensator (6) är ansluten, k ä n n e t e c k n a't av att vid retardering av motorn (l) reduceras växelriktarens (4) frekvens gradvis ned till en mot motorns önskade lägre varvtal svarande frekvens, samtidigt som styrsignalmönstret för växel- riktarens (4) styrbara ventiler ändras så relativt det vid icke retarderad drift använda styrsignalmönstret, att i motorns (l) lindningar uppträder strömmar med en högre frekvens än den mot motorns varvtal svarande frekvensen och med en amplitud, som avsevärt överstiger amplituden hos sådana överfrekventa ström- mar vid icke retarderad drift av motorn.
2. 2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda överfrekventa strömmar under retardering av motorn har ett värde av samma storleksordning som det nominella ström- värdet för växelriktarens (U) ventiler.
3. 3. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att vid icke retarderad drift av motorn (l) användes ett sådant styrsignalmönster för växelriktaren (H), att polygonbanan för vektorn för motorns sammanlänkade statorflöde (ïs) endast obe- tydligt avviker från en cirkelbana, medan under retardering av motorn ett sådant styrsignalmönster användes för växelrik- taren (4), att polygonbanan för vektorn för motorns samman- länkade statorflöde kraftigt avviker från en cirkelbana.
4. 4. förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t av att under retardering av motorn (1) användes ett styrsignal- mönster för växelriktaren (H), som ger en polygonbana för vektorn för motorns sammanlänkade statorflöde (Vš), som har en olikformighetsgrad om minst 0,125.
5. 5. förfarande enligt krav 3, k ä n n e t e o k n a t av att under retardering av motorn (1) användes ett styrsignalmönster för växelriktaren (4), som ger en polygonbana för vektorn för motorns sammanlänkade statorflöde (Vs), som har en form i huvudsak liknande en sexuddig stjärna. 0