DE2954430C2 - Reversierbare statische Drehzahlsteuereinrichtung für einen Wechselstrommotor - Google Patents

Description

a) einen integrator (33) für positive und negative Ein- und Aus^an^ssnannup^sn,

b) zwei dem Integrator (33) nachgeschaltete Vergleicher (35,36), die bei Erreichen eines positiven bzw. negativen Schwellwerts einen Rücksetzimpuls an den Integrator (33) und Steuersignale in Vorwärts- bzw. in Rückwärtsdrehrichtung abgeben.

2. Drehzahlsteuereinrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Vergleicher (35, 3S) auf einen Richtungs-Flip-Flop (38) zur Erzeugung eines Vorwärts- oder Rückwärtssignals führen.

3. Drehzahlsteuereinriditung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß üe Anordnung zum Erzeugen der Thyristorzündimpulse einen reversierbaren Ringzähler (40) enthält, der mit dem Richtungs-Flip-Flop (38) verbunden und über ein Verzögerungsglied (39, 47) mit dem Ausgang des ODER-Gliedes (37) gekoppelt ist und dessen Verschiebung durch die Taktimpulse des ODER-Gliedes erfolgt

4. Drehzahlsteuereinrichtung nach Anspruch \ gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung der minimalen Wechselrichterfrequenz, welche eine durch die Taktimpulse gesteuerte Verzögerungsschaltung (52) enthält, die die Taktimpulse für den Ringzähler (40) nach einem vorgegebenen Intervall erzeugt.

5. Drehzahlsteuereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anordnung (54, 55) vorgesehen ist, die ein Überstromsignal erzeugt, wenn ein abgefühlter Strom des Wechselrichters einen Referenzwert (Vret) überschreitet, und daß in den Takteingang des dem Oszillator (24) nachgeschalteten Ringzähler (40) ein Verknüpfungsglied (50) geschaltet ist, welches die Taktimpulse beim Auftreten des Überstromsignaies sperrt.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehzahlsteuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Steuereinrichtung ist aus der DE-OS 27 44 319 bekannt.

Stromwechselrichter-Steuereinrichtungen, die mit einer Lastwinkelsteuerung arbeiten, stellen einen von verschiedenen Typen statischer, frequenzveränderlicher Wechselstrommotorsteuerung dar. Bei diesen Systemen entspricht bei niedrigen Drehzahlen die Sollfrequenz einer kleinen Gleichstrom- oder Gleichspannungskomponente des Wechselrichterfrequenz-Steuersignals, das außerdem eine der sechsten Oberwelle (Harmonischen) entsprechende Wechselspannungskomponente großer Amplitude enthält Es ist nicht möglich, dieses Signal zu glätten und gleichzeitig ein gutes dynamischen Verhalten des Systems zu gewährleisten. Sowohl die Sollfrequenz als auch die gewünschte Drehrichtung des Motors, vorwärts oder rückwärts, müssen aufgrund dieses Signals bestimmt werden und der Betrieb sowie eine Reversierung oder Drehrichtungsumkehr muß in einem großen Drehmomentbereich stetig bewirkt werden können. Beim Arbeiten mit Winkelsteuerung können der Betrieb bei niederen Drehzahlen und eine Drehzahlumkehr ohne besondere Maßnahmen sehr instabil sein und die Steuerung kann in einen Betrieb mit mehrfachem Reversieren fallen, was ein in keiner Weise zufriedenstellendes Verhalten des Systems darstellt und zu Beschädigungen der mechanischen Last führen kann. Eine Lastwinkelsteuerung eines stromgesteuerten Wechselrichterantriebs und eines impulsbreitenmodulierten Spannungswechselrichterantriebs ist aus der DE-OS 27 44 319 bekannt. Bei Antrieben für Transport- und Verkehrszweige ist es bekannt, zur Lösung des obigen Problems einen Diodenbegrenzer zu verwenden, der den dynamischen Bereich des Winkelfehlersignals begrenzt bevor es dem Eingang einer Proportional-Integral-Steuerung zugeführt wird. Das vorliegende Antriebssystem, das für eine andere Anwendung entwickelt wurde, arbeitet nicht mit der Integration des Winkelfehlersignals und es wurde festgestellt, daß die einfache Diodenbegrenzer- oder Klemmschaltung keine Lösung darstellt.

Es ist aus einer Veröffentlichung von W. Lienau et. öl. im »Conference Record on the 1977/IEEE Industry Applications Society, International Semiconductor Powers Converter Conference, S. 295—304« bekannt, stromgesteuerte und Rechteckschwingungs-Spannungswechselrichter mit Impulsbreitenmodulation zu betreiben und die zeitliche Steuerung der Impulse mathematisch zu optimieren, um verschiedene Oberwellen zu beseitigen. Die übliche Methode, die zeitliche Lage dieser Impulse zu bestimmen, besteht jedoch darin, ein geeignetes Muster auf einem Signalniveau unter Verwendung digitaler Verknüpfungen und Zählvorgängen zu erzeugen. Durch einen Mehrimpulsbetrieb können störende Drehmomentschwankungen bei niedrigen Drehzahlen vermieden werden; die bisherigen Versuche, einen Mehrimpulsbetrieb mit einer Drehmomentregelung zu kombinieren, war jedoch nicht erfolgreich.

Aus der DE-AS 25 14 557 ist eine Einrichtung zur Steuerung der Lage des Ständerstromvektors einer über einen Umrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom gespeisten Drehfeldmaschine bekannt, die bei niedrigen Frequenzen durch Vor- und Rückschalten von Ringzählern Zwischenstellungen und damit einen ruckfreien Lauf erreicht. Aus der DE-Z »Technische Mitteilung AEG-Telefunken« 69 (1979), Heft 5/6, S. 197-201 ist es zum gleichen Zweck bekannt, einen Zweipunktregler für den Maschinenfluß vorzusehen. Hierbei ist es auch bekannt und üblich, Überstromschutzeinrichtungen vorzusehen, die auf die Wechselrichtersteuerung eingreifen. Ein hierfür geeigneter elektronischer Überstromschutz ist auch aus der DE-Z »Antriebstechnik«

Bd. 12(1973), Heft7,S. 191, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahlsteuereinrichtung für einen Wechselstrommotor so auszubilden, daß er ein ruckfreies Betriebsverhalten insbesondere bei niedrigen Drehzahlen aufweist

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst

Weiterbildung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der hier Beschriebenen Drehzahlsteuereinrichtung bestimmen im Prinzip die Spannung des Frequenzsteuersignals des Oszillators die Größe der Frequenz und das Vorzeichen dieser Spannung die Drehrichtung. Bei kleinen Frequenzen kann jedoch ein dem Oszillator nachgeschalteter Zähler ständig zwischen zwei diskreten Zählerschritten vor- und zurückgeschaltet und auf diese Weise ein ruckfreies Betriebsverhalten erreicht werden, wobei der Oszillator sich mit dem Lastwinkel-Regelkreis wie ein Zweipunktregler verhält

Das dem Oszillator zugeführte Frequenzsteuersignal enthält außer dem Gleichspannungsaateil, dessen Betrag und Polarität die Drehzahl und Drehricbtung des Motors angeben, auch einen Wechselspannungs- oder Brummanteil. Bei höheren Drehzahlen, also ber normalern Betrieb im ungepulsten Bereich, wird der Wechselspannungsanteil aber relativ zu dem Gleichspannungsanteil so klein, daß die Frequenz der von dem Oszillator erzeugten Taktimpulse nur noch vom Wert der Gleichspannungskomponente des Eingangssignals abhängt jo Der erwähnte Zähler (ein Ringzähler oder eine wirkungsgleiche Einrichtung) erzeugt die Zündimpulse für die Hauptthyristoren des Wechselrichters in einer Vorwärts- und Rückwärts-Phasenfolge.

Der Oszillator und die Wechselrichterfrequenzsteuerung eignen sich besonders gut für Strominverterantriebe, die mit Lastwinkelsteuerung arbeiten. Das Problem des Rückens oder Schiagens, das beim Stand der Technik insbesondere beim Betrieb mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl und bei Reversierungen mit niedriger Drehzahl und hohem oder niedrigem Drehmoment auftrat, wird vermieden; unter diesen Bedingungen besteht das Frequenzsteuersignal fast ausschließlich aus Wechselspannung oder enthält einen großen Wechselspannungsanteil. Eine Stromrichterpulsung ergibt sich außerdem von selbst bei niedriger. Drehzahlen und die Schwingungsforrnen der resultierenden Wechsclrichtersignale nehmen eine impulsbreitenmodulierte Charakteristik an, weiche Drehmomentmodulationen verringert und das Arbeiten der Kommutierschaltungen des Wechselrichters verbessert.

Die bevorzugte Auführungsform des reversiblen frequenzveränderlichen Oszillators enthält einen Integrator mit einem parallelgeschalteten Rückstellschalter in Kombination mit positiven und negativen Vergleichern und einem Verknüpfungsglied oder einer Torschaltung, die Taktimpulse erzeugen, die als Takt für einen Schieberegister-Ringzähler verwendet werden können. Die Faktimpulse werden einem Richtungs-Flipflop zugeführt, um Rechtsverschiebungs- sowie Linksverschiebungs-Eingangssignale entsprechend einem Vorwärtsoder Rückwärts-Kommando zu erzeugen. Das Oszillator-Ausgangssignal kann durch ein Überstromsignal zum Verschwinden gebracht werden und der Oszillator kann einen Minimalfrequenz-Begrenzungsmechanismus enthalten.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer statischen Wechselstrommotor-Steuereinrichtung mit einem stromgesteuerten Wechselrichter und mit Drehmomentsteuerung;

F i g. 2 ein teilweise in Blockform ausgeführtes Schaltbild der Wechselstrommotor-Steuereinrichtung mit stromgesteuertem Wechselrichter, in dem die Drehmomentregelschleife genauer dargestellt ist, während andere Einzelheiten der Einrichtung weggelassen sind;

F i g. 3a bis 3d graphische Darstellungen des Verlaufes eines Winkelreferenz- oder Winkelsollwertsignals und eines Winkelrückführungssignals beim Betrieb mit geringer und starker Belastung, und eines Winkelfehlersignals mit einer kleinen Gleichspannungskomponente und einer großen Wechselspannungskomponente bei starker Belastung;

Fig.4 ein Blockschaltbild eines reversierbaren frequenzveränderlichen Oszillators und Schieberegister-Ringzählers,

F i g. 5a und 5b graphische Darstellung des zeitlichen Verlaufes eines Einphasen-Ausgangsstroaies für einen normalen Betrieb und einen Mehrphasenbetrieb; und

F i g. 6 ein mehr ins einzelne gehendes Blockschaltbild des reversierbaren frequenzveränderlichen Oszillators, der dura¹, eine Oberstromabschaltung und eine Mindestfrequenzbegrenzung modifiziert ist

Ein reversibler frequenzveränderlicher Oszillator ist in vielen Wechselstrommotor-Dreteahlsteuereinrichtungen verwendbar, bei denen ein außergewöhnlich gleichmäßiges und stetiges Arbeiten und reversieren in einem großen Drehmomentbereich benötigt wird. Der Oszillator und die Wechselrichter-Frequenzsteuerschaltung, deren Hauptbestandteil er bildet, eignen sich besonders für Strominverterantriebe oder -steuerung, die mit Lastwinkelregelung arbeiten, sie eignen sich jedoch auch für andere Regier und Wechseirichtertypen. Bei diesen Systemen wird die Sollfrequenz beim Betrieb mit niedriger Drehzahl durch eine kleine Gleichstromkomponente in einem großen Wechselstromsignal dargestellt und es ist nicht möglich, dieses Signal ohne Beeinträchtigung des geforderten dynamischen Verhaltens des Systems zu filtern. Der hier beschriebene Oszillator stellt eine Lösung mehrerer der Probleme dar, denen bei Hochleistungsantrieben Rechnung getragen werden muß, und kann von Natur aus im Pulsbetrieb arbeiten, so daß bei Verringerung der Drehzahl eine komplexere Wechselrichterschwingung erzeugt wird, und Pulsationen bei Frequenzen beseitigt oder zumindest weitgehend verringert werden.

Ein stromgesteuertsr Wechselstrommotorantrieb mit Vorkehrungen für eine Lastwinkelregelung ist in F i g. 1 als vereinfachtes Blockschaltbild dargestellt. Bei dieser Einrichtung wird eine Wechsel- oder Gleichstromspannung durch einen Spannungsumsetzer 10, wie ein phasenanschnittgesteuerter Thyristorgleichrichter oder ein Zerhacker-Gleichspannungswandler in veränderliche Gleichspannung umgesetzt. Die Gleichspannung wird dann durch einen Wechselrichter 11 in Wechselspannung umgesetzt und eine Gleichstromdrossel 12 ist in den Gleichstromkreis eingeschaltet, um die Welligkeit zu verringern, die dem Ausgangssignal eines Wechselrichters oder Zerhackers naturgemäß anhaftet. Der mehrphasige, nichtsinusförmige Ausgangsstrom des Wechselrichters, der c^;ne variable Frequenz und eine Amplitude entsprechend der des Stromes in dem Gleichstromkreis hat, wird einem Drehzahl steuerbaren

Wechselstrommotor, z. B. einem Induktionsmotor 13 zugeführt. Die Größe der Spannung Vr, die der Spannungsumsetzer 10 an den Gleichstromkreis liefert, bestimmt den Wert des Stromes /<£ in dem Gleichstromkreis und damit den Statorstrom während die Arbeitsfrequenz des Wechselrichters 11 die Erregungsfrequenz des Stators bestimmt In der Praxis muß für einen ordnungsgemäßen Betrieb des Motors und der ganzen Steuereinrichtung oft eine stabilisierende Rückführung verwendet werden, um den Fluß und den Strom des Motors auf normalen Werten zu halten. Bei konventionellen Motorsteuerungen wird diese Stabilisierung durch dynamische Steuerung des Motorstroms und der Amplitude bewirkt. Bei der Lastwinkelsteuerung wird die Wechselrichterfrequenz zur Stabilisierung des Systems verwendet

Nähere Einzelheiten und eine spezielle Ausführungsform einer statischen Wechselstromsteuerung mit Lastwinkelrückführung sind in der DE-OS 27 44 319 erläutert, öüf die hier äüSurüC'iuiC'h BcZüg gcHöi'uniCM wird.

Einrichtungen dieser Art enthalten einen Rechner 14 für die Istwerte des Flusses, des Drehmoments und des Lastwinkels, dem Information von Motorstromfühlern 15 und Luftspaltflußspulen 16 zugeführt wird und der Rückführungssignale an eine Steuerschaltung 17 liefert, außerdem kann ein Tachometergenerator 18 zum Erzeugen eines Drehzahlrückführungs- oder Drehzahl-Istwertsignals vorgesehen sein. Der in der Einheit Volt dargestellte Luftspaltfluß Ψ und der Istwert de* elektromagnetischen Drehmoments 7"_ft der durch das Produkt des q-Achsen-Statorsstroms und des d-Achsen-Luftspaltflusses abzüglich des Produktes des d-Achsen-Statorstroms und des q-Achsen-Luftspaltflusses definiert ist, können durch eine Anordnung erzeugt werden, wie sie aus der oben erwähnten Offenlegungsschrift bekannt ist In der Praxis wird bei der Berechnung des Lastwinkel-Istwertes vorgezogen, nicht den Istwert des Phasenwinkels θ zwischen dem Motorstrom und dem Motorfluß zu errechnen, sondern stattdessen das angenäherte Rückführungssignal (sinus θ)«, zu erzeugen, da diese Größe im ganzen Betriebbereich monoton wächst und daher für Winkelregler eine besser geeignete Veränderliche darstellt Die erwähnte äquivalente Größe ist durch die folgende Gleichung gegeben:

(sin Q)_n =

T_r

in der /^ den Strom in der Gleichstromverbindung und k eine Konstante bedeuten. Andere Schaltungen zum Erzeugen eines Meßwertes oder Istwertes des Lastwinkels sind aus der oben genannten Offenlegungsschrift und der Veröffentlichung »Synchronous Control of a Static AC Inductor Motor Drive«, Conference Record of the IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, 2. bis 6. Oktober 1977, Seiten 609 bis 615 bekannt

In F i g. 2 ist die Lastwinkelregelschfeife einer Induktionsmotorsteuereinrichtung mit stromgesteuertem Wechselrichter im einzelnen dargestejlt, während andere Teile der Steuereinrichtung aus Übersichtlichkeitsgründen weggelassen sind. Der anfängliche Spannungsumsetzer ist ein phasenanschnittgesteuerter Thyristorgleichrichter W, der aus einer dreiphasigen 60-Hz-Spannungsquelle gespeist wird und der stromgesteuerte Wechselrichter 11' ist ein Mehrphasenthyristor-Brükken-Wechselrichter, wie der aus der US-PS 39 80 94! bekannte selbstkommutierende Wechselrichter. Der hier dargestellte Wechselrichter wird a!s Wechselrichter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom bezeichnet. Bei der Realisierung der vorliegenden Erfindung können auch andere Typen verwendet werden, einschließlich Wechselrichter mit Hilfskommutierung durch die dritte Oberwelle und einem Kommutierkondensator und hilfsimpulskommutierte Wechselrichter mit drei Kommutierkondensatoren. Ein Winkelrückführungssignal oder Winkel-Istwertsignal sin θ«, und ein Kommando- oder Sollwert-Signal, das mit sin ß_tg* bezeich- net ist und schematisch als von Hand einstellbarer Spannungswert am Schleifer eines Potentiometers 20 dargestellt ist, werden einem Summierer 21 zugeführt, der ein Winkelfehlersignal erzeugt. Nach Durchlaufen einer Verstärkerschaltung 22 wird das Winkelfehlersignal mit einer beträchtlichen Wechselspannungskomponente, und ein positives oder negatives Rotor-Drehzahl-Istwertsignal m_r einem weiteren Summierer 23 zugeführt, an dessen Ausgang ein Wechselrichterfrequenz-Steuersignal auftritt. Ein revensibler, frequenzsteuerbarer Os- ziüäiuf 24 in einer vcrbcsscricn Wcchseirichterfrequenzsteuerschaltung 25 hat die Aufgabe, die Gleichspannungskomponente des Steuereingangssignales, das in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Motors entweder positiv oder negativ ist, in Taktimpulse mit einer Frequenz, die gleich dem Sechsfachen der gewünschten Motorfrequenz ist, und in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtungssignale umzusetzten. Die Taktimpulse der Richtungssignale werden einem Ringzähler 26 zum Erzeugen von Thyristor-Zündimpulsen mit einer Vor-

wärts- oder Rückwärtsphasenfolge zugeführt. Üblicherweise sind den Steuerelektroden der Thyristoren noch Ansteuerstufen vorgeschaltet, die jedoch nicht dargestellt sind. Der Wechselrichter 11' enthält Hauptthyristoren Tl bis T6, deren Numerierung der Zündfolge für den Vorwärtslauf entsprechen. Einzelheiten der Kommutierung sind nicht dargestellt.

Die Winkel-Sollwert-, Winkel-Istwert- und Winkel-Fehlersignale {die die Eingangs- und Ausgangssignaie des Summierers 21 darstellen) sind in den F i g. 3a bis 3c für verschiedene Belastungsverhältnisse dargestellt, um das Verständnis des Problems zu erleichtern, das insbesondere bei einem Betrieb mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl und bei einer Umsteuerung mit niedriger Drehzahl und hohem oder niedrigem Dreh moment auftritt Das Winkel-Sollwertsignal (F i g. 3a) ist ein Gleichspannungssignal veränderbaren Wertes. Das Winkel-Istwertsignal setzt sich typischerweise aus einer Gleichspannungskomponente und aus einer der sechsten Oberwelle entsprechenden Wechselspannungskom- ponente großer Amplitude zusammen; bei schwacher Belastung (F i g. 3b) besteht das Winkel-Istwertsig"al im wesentlichen nur noch aus der Wechselspannungskomponente während bei starker Belastung (F i g. 3c) eine große Gleichspannungskomponente vorhanden ist und das Signal zu etwa 50% aus der Wechselspannungskomponente besteht An den Eingängen des Summierers ist das Winkel-Istwertsignal negativ, während das Sollwertsignal eine positive Polarität hat Das Winkel-Fehlersignal bei starker Belastung (Fig.3d), das durch Summierung des Gleichspannungs-Sollwertsignals 28 und des Winkel-Istwertsignales 29 erzeugt wird, ist durch die dick gezeichnete Kurve 30 dargestellt und hat eine sehr kleine Gleichspannungskomponente 31. Bei niedrigen Motor-Drehzahlen ist das Drehzahlsignal ω_Γ vom Tachometer 18 ebenfalls ein verhältnismäßig kleines Gleichspannungssignal, so daß das Inverter-FrequenzsteuersignaL das die Summe des Winkel-Fehlersignals und des Tachometer-Rückführungssignals oder

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Drehzahl-Istwertsignals darstellt, eine Wechselspan- ansteigt, die ausschließlich von der Gleichspannungsnungskomponente großer Amplitude und eine Gleich- komponente des Eingangssignals abhängt. Je nach der Spannungskomponente kleiner Amplitude enthält, aus Polarität dieser Gleichspannungskomponente wird das der die gewünschte Motorfrequenz und die gewünschte Eingangssignal bis zu einem positiven Referenzwert Motordrehrichtung bestimmt werden müssen. Die Mo- 5 + V_rct oder einem negativen Referenzwert — V_n/ des torgrundfrequenz ist das elektrische Äquivalent der Vergleichers 35 bzw. 36 aufintegriert. Bei Erreichen des Drehzahl (U/min), mit der die Motorwelle rotiert. Bei positiven Referenzwerts ändert sich das Ausgangssignal langsamer Umsteuerung unter niedrigem Drehmoment des Vergleichers 35 von einem niedrigen auf einen hoist das vom Tachometer 18 rückgeführte Drehzahl-Ist- hen Wert und das Signal wird das ODER-Glied 37 dem wertsignal klein und geht durch Null mit dem Ergebnis, 10 Rückstellschalter 34 zugeführt, der schließt und den daß das Inverter-Frequenzsteuersignal einen großen Rückkopplungs- oder Integrier-Kondensator entlädt Wechselspannungsanteil und einen kleinen Gleichspan- Das Ausgangsignal des Integrators fällt dadurch ab mit nungsanteil hat. Der große Wechselspannungsanteil dem Ergebnis, daß das Ausgangsignal des Vergleichers stört den Betrieb des reversiblen frequenzveränderli- 35 vom hohen auf den niedrigen Wert zurückschaltet, da chen Oszillators 24 nicht und wird sogar für einen Puls- 15 der positive Referenzwert nicht länger überschritten betrieb ausgenutzt, wenn der Motor bei niedrigen Dreh- wird; auf diese Weise entsteht also ein Taktimpuls 43. zahlen oder mit kleiner Geschwindigkeit läuft. Ein Zug solcher Taktimpulse wird entweder am Aus-

Außer den bereits erwähnten Anforderungen muß gang des Vergleichers 35 oder dem des Vergleichers 36

ein frequenzveränderlicher Oszillator in einer Motor- mit einer Frequenz erzeugt, die von der Amplitude der

steuerung mit stromgesteuertem Wechselrichter und 20 Gieichspannungskomponente des Steuersignals ab-

Lastwinkelrückführungssteuerung noch weiteren Be- hängt, und alle Taktimpulse werden durch das ODER-

dingungen genügen. Die Winkelregelung ist für die Sta· Glied 37 weitergeleitet und gelangen durch das Verzö-

bilität bei hohen und niedrigen Drehzahlen beim Fehlen gerungsglied 39 zum Takteingang des Schieberregisters

einer Belastung notwendig. Der frequenzgesteuerte Os- 40.

zillator darf das dynamische Verhalten des Systems als 25 Die Taktimpulse vom positiven Vergleicher 35 wer-

Ganzes nicht beeinträchtigen und soll vorteilhafterwei- den ferner dem Setzeingang S des Drehrichtungs-Flip-

se einen Mechanismus zur Begrenzung der Frequenz flop 38 zugeführt, während die Taktimpulse vom negati- |

nach unten und Maßnahmen zur Unterdrückung des ven Vergleicher 36 dem Rücksetzeingang R zugeführt ^ri

Ausgangssignals bei Feststellung von Überströmen ent- werden. Das <?-Ausgangsignal und das komplementäre

halten. Der frequenzgesteuerte Oszillator muß das un- 30 (?-Ausgangssignal des Flipflop bilden Vorwärts- bzw.

gleichmäßige, ruckartige Laufen vermeiden, das bei frü- Rückwärts-Richtungssignale 44 und 45, oder umge- g

heren Steuereinrichtungen insbesondere bei einem Be- kehrt, wobei ein Signal ansteigt, wenn das andere Ab- i

trieb mit hohem Drehmoment und niedriger Drehzahl fällt, und diese Richtungssignale werden dem Linksver- jf

und bei langsamer Umsteuerung unter hohem oder schiebungs- bzw. Rechtsverschiebungs-Eingang des

niedrigem Drehmoment auftrat. Die Lösung muß ein- 35 Schieberegister-Ringzählers 40 zugeführt. Wenn der

fach und wirtschaftlich sein. Wenn im Oszillator in ir- seinen Zustand ändernde Vergleicher der gleiche bleibt

gendeinem Betriebsbereich eine Verstärkungsgradän- wie vorher, bleibt auch das Flipflop im gleichen Zustand,

derung auftritt, muß eine entsprechende Änderung in Wenn jedoch der andere Vergleichcr seinen Zustand

einem anderen Teil des Reglers erfolgen, wenn das Pro- ändert, ändert sich auch der Zustand des Flipflops und

grammierte Fluß-Drehmoment-Profil des Motors zur 40 dadurch wird die Verschiebe- oder Umlaufrichtung des

Kleinhaltung von Drehmomentschwankungen beibe- Ringzählers sowie auch die Motorphasensequenz um-

halten bleiben soll. gekehrt Der Zweck des Verzögerungsgliedes 39 be-

F i g. 4 ist ein Blockschaltbild einer bevorzugten Aus- steht darin, die Taktimpulse um einen kleinen Betrag zu führungsform des reversiblen frequenzgesteuerten Os- verzögern, so daß die Rechtsverschiebungs- und Linkszillators 24 und Ringzählers 26. Die Hauptbestandteile 45 Verschiebungs-Steuersignale vom Schieberegister vor des Oszillators sind ein Integrator 33, dem ein Rückstell- dem Eintreffen der Taktimpulse empfangen werden,
schalter 34 parallelgeschaltet ist, positive und negative Die Wechselrichterfrequenzsteuerschaltung 25 mit Vergleicher 35 und 36, die parallel zueinander mit dem dem reversierbaren, frequenzveränderlichen Oszillator Ausgang des Integrators 33 verbunden sind, ein Ver- 24 ist beim Betrieb in der geschlossenen Rückführungsknüpfungsglied 37, das zwischen beide Vergleicher und 50 oder Regelschleife gemäß F i g. 2 ohne weitere Maßnahden Rückstellschalter 34 geschaltet ist, ein Flipflop 38 men in der Lage, im Pulsbetrieb zu arbeiten. Die resulmit einem Setzeingang S und einem Rücksetzeingang/?, tierenden Wechselrichterschwingungen nehmen eine die mit den Ausgängen der Vergleicher verbunden sind impulsbreitenmodulierte Charakteristik an, welche die und ein Verzögerungsglied 39, das zwischen den Aus- Drehmomentpulsation verringert Bei einem Wechselgang des Verknüpfungsgliedes 37 und einen Taktim- 55 richter mit eingeprägtem Zwischenkreisstrom oder einpulseingang des Ringzählers 26 geschaltet ist Letzterer geprägter Zwischenkreisspannung treten Drehmoist ein konventionelles Schieberregister mit sechs Stu- mentschwankungen mit dem Sechsfachen der Grundfen, das als reversibler Ringzähler geschaltet ist Der frequenz auf.

Integrator 33 kann eine integrierte Operationsverstär- Wie bereits beschrieben, wird der Pulsbetrieb ohne

kerschaltung mit einem Rückführungskondensator zwi- 60 speziellen Geräteaufwand im Steuer- oder Leistungsteil

sehen der Ausgangsklemme und der summierenden erreicht

Klemme sein und der Rückstellschalter 34 ist zweckmä- Im Betrieb bewirkt der frequenzveränderliche Oszil-

ßigerweise ein Halbleiterschaltelement zur Oberbrük- lator 24 eine Verschiebung nach vorwärts oder rück-

kung des Integrierkondensators. wärts, wie es der integrierte Fehler zwischen dem Kom-

Das Inverterfrequenz-Steuersignal 41 bildet das Ein- 65 mando oder Sollwert und dem Istwert des Lastwinkels

gangssignal für den Integrator 30 und dieser erzeugt, fordert Der Oszillator arbeitet also in etwa wie ein

wenn der Rückstellschalter 34 offen ist, ein Rampenför- Zweipunktregler oder ein Regler mit Verzögerung, Tot-

miges Ausgangssignal 42, das mit einer Geschwindigkeit zeit und Hysterese, zur Kompensation des integrierten

Fehlers zwischen dem Winkel-Istwert und dem Winkel-Sollwert, und die Wirkung des pulsierenden Betriebs besteht darin, daß der Winkel-Istwert so nahe am Sollwert gehalten wird, wie es bei einem Schaltregler möglich ist. Man kann die Schaltung so ansehen, als ob sie Drehmomentoberwellen minimal hält, wenn man sich klar macht, daß bei jedem Gleichgewichtswert des Drehmoments und der Drehzahl sowohl der Strom Idc als auch der Fluß Ψ nahezu konstant sind, das Drehmoment T_e sicher jedoch wegen der momentanen Änderungen des äquivalenten Lastwinkels £?«, zyklisch ändert. In der Praxis ist diese Bedingung für einen stromgesteuerten Wechselrichter normal. Wenn sich der Strom und der Fluß nur wenig ändern, ist der Nenner Idc (.iP-klac) des Ausdruckes für den Winkel (Gleichung (I)) bei vorgegebener integriert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Ausgangssignal der Vergleicher wie bisher dem Richtungs-Flipflop 38 zugeführt und außerdem über ein ODER-Glied 37 einem monostabilen Multivibrator 47. Wenn der seinen Zustand ändernde Vergleicher nicht der gleiche ist wie vorher, ändert sich der Zustand des Richtungs-Flipflops 38. Das Vergleicher-Ausgangssignal wird ferner durch den Monostabilen Multivibrator 47 wahrgenommen, der als Verzögerung dient und eine eventuelle Rückstellung des Flipflops ermöglicht, bevor der nächste Oszillatorimpuls auftritt. Dieser Oszillatorimpuls wird von einem zweiten Monostabilen Multivibrator 48 erzeugt, den das verzögerte Ausgangssignal des Monostabilen Multivibrators 47 tastet. Das Ausgangssignal des Monostabilen Multivibrators 48 durchläuft ein ODER-Glied 49 zu einem Eingang eines UND-Gliedes 50 und von dessen Ausgang, falls das UND-Glied durchgeschaltet ist, was normalerweise der Fall ist, über einen Verstärker 51 zum Rückstellschalter 34, der schließt und einen Integrierkondensator im Integrator 33 kurzschließt, wodurch der Integrator für den nächsten Zyklus auf Null zurückgestellt wird. Die Verzögerung durch den Monostabilen Multivibrator 47 hai ferner eine bestimmte endliche Impulsbreite der Vergleicherausgangssignale zur Folge.

Der durch das UND-Glied durchgelassene Taktimpuls wird ferner einem Eingang eines erneut auslösbaren oder nachtastbaren Monostabilen Multivibrators 52 zugeführt und wenn die Oszillatorperiode vom Monostabilen Multivibrator 48 die Periode des Monostabilen Multivibrators 52 überschreitet, tastet dieser einen vierten Monostabilen Multivibrator 53, welcher dann die untere Frequenzgrenze des Oszillators bestimmt. Die normalen Taktimpulse 43 vom Monostabilen Multivibrator 48 oder die von der Mindestfrequenzschaltung 52, 53 erzeugten Taktimpulse 43 werden über das ODER-Glied 49 und das UND-Glied 50 einem Takteingang eines Schieberregister-Ringzählers 40 zugeführt, solange das UND-Glied 50 nicht durch die Überstromwahrnehmungs- und Abschaltschaltung gesperrt wird. Entweder der Strom im Gleichstromkreis oder der Ausgangsstrom des Wechselrichters werden durch einen Gleichstromfühler 54 gemessen, der ein dem Stromwert entsprechendes Signal an einen Überstrom-Vergleicher 55 liefert Wenn das Strom-Istsignal vom Stromfühler 54 einen Referenzwert überschreitet, schaltet der Ausgang des Vergleichers von einem niedrigen auf einen hohen Wert und erzeugt ein Überstromsignal, welches ein Überstrom-Abschalt-Flipflop 56 in den Sperrzustand setzt in dem das Durchschaltsignal vom UND-Glied 50 abgeschaltet ist Die Taktimpulse 43 können dann nicht mehr zum Takteingang des Schieberegisters 40 gelangen und das Oszillator-Ausgangssignal verschwindet.

Nach einein Überstrom oder zum Beiriebsbeginn wird der Oszillator von Hand wieder eingeschaltet. Hierfür wird dem Rück.-etzeingang 5 des Überstrom-Flipflops 56 ein Start/Rücksetz-Impuls zugeführt, der den Zustand des Ausgangssignals des Flipflops 56 umschaltet, so daß das UND-Glied 50 wieder ein Durchschaltsignal erhält. Die am Ausgang Q und Komplementärausgang (?des Richtungs-Flipflops 38 erzeugten Richtungssignale 44 bzw. 45 werden über jeweils ein ODER-Glied 57 bzw. 58 einem Rechtsverschiebungs- bzw. Linksverschiebungs-Eingang des Schieberegisters 40 zugeführt. Den ODER-Gliedern 57 und 58 wird jeweils außerdem der Start/Rücksetz-Impuls zugeführt, um das Schieberegister wieder in Betrieb zu setzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Reversierbar statische Drehzahlsteuereinrichtung für einen Wechselstrommotor mit einem Hauptthyristoren enthaltenden Wechselrichter zur Speisung des Wechselstrommotors mit Spannungen und Strömen einstellbarer Amplitude und einstellbarer Frequenz, und mit einer einen frequenzveränderlichen Oszillator enthaltenden und die Zündimpulse für die Hauptthyristoren erzeugenden Frequenzsteuereinrichtung mit einem ersten Eingang, dem vom Ausgang eines Lastwinkel-Regelkreises ein Frequenzsteuersignal, bestehend aus einer Gleichspannungskomponente mit überlagerter Wechselspannungskomponente, zugeführt ist, und einem zweiten Eingang, dem ein Drehrichtungssignal vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (24) enthält: