DE68910361T2 - Geschwindigkeitsregelgerät mit einem Umrichter. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit für einen spannungsgesteuerten Wechselrichter, insbesondere eine Drehzahlsteuereinheit zum Steuern des Betrags der Drehmomenterhöhung nach Maßgabe der Stärke einer Last.
• Wenn ein Asynchronmotor von einem PWM-spannungsgesteuerten Wechselrichter angetrieben wird, wird das F/V-Verhältnis der Ausgangsfrequenz des Wechselrichters bezüglich der Ausgangsspannung V des Wechselrichters so gesteuert, daß es konstant ist.
• Die GB 21 59353 offenbart ein Wechselrichtersteuersystem zum Verbessein der Drehmomentkennlinie eines Asynchronmotors, bei dem ein in den Asynchronmotor eingespeister Strom kontinuierlich erfaßt und die Ausgangsspannung des Wechselrichters nach Maßgabe einer Änderung des erfaßten Stroms korrigiert wird. Die korrigierte Spannung wird auf den Ausgang einer Spannungs-Frequenz-Verhältnisschaltung addiert, um einen PWM-Generator zu steuern, der den zeitlichen Ablauf des Umschaltens eines Schaltelements in dem Wechselrichter festlegt. Wenn ein Motor bei niedriger Drehzahl angetrieben wird, wird möglicherweise die große Last, die auf den Motor einwirkt, nicht angetrieben, wenn der Wechselrichter eine niedrige Ausgangsspannung hat. In diesem Fall schafft im allgemeinen eine sogenannte Drehmomenterhöhung eine höhere Ausgangsspannung in dem Bereich, in welchem eine geringere Wechselrichter-Ausgangsfrequenz als die Linie A vorliegt, welche ein konstantes F/V-Verhältnis darstellt, wie in der zum Stand der Technik gehörigen Erhöhungs-Kennlinie B in Fig. 4 dargestellt ist. Als Ergebnis kann auch in einem Verlangsamungs-Antriebsbereich ein ausreichendes Drehmoment bereitgestellt werden.
• Beim Antreiben eines Asynchronmotors wird das Ausgangsdrehmoment eines mit geringer Drehzahl drehenden Motors, eingestellt durch die Drehmomenterhöhung, konstant gehalten, wenn sich die Last ändert, so daß es insofern zu einem Problem kommt, als das Verhältnis des Erregerstroms zu dem Drehmomentstrom abhängig von der Lastandening geändert wird. Hieraus ergeben sich beispielsweise die folgenden Probleme, wenn der von der Drehmomenterhöhung eingestellte Wert auf einen Wechselrichter für einen Aufzug gegeben wird, der in einer offenen Schleife geregelt wird. D.h.: wenn aus dem Lastmoment, welches zur Konstanthaltung einer Fahrkorbgeschwindigkeit unabhängig von der Belastung erfaßt wird, eine Schlupffrequenz berechnet wird, um eine Ausgangsrequenz zu korrigieren, so ist es äußerst schwierig, die Geschwindigkeit des Fahrkorbs unabhängig von der Last konstant zu halten, da die Drehmomenterhöhung eine unpassende Ausgangsspannung für einen Wechselrichter liefert und deshalb der Bremsweg nicht konstant gehalten wird. Ein Ziel der Erfindung ist es, ein derartiges Problem zu beseitigen.
• Die vorliegende Erfindung schafft
• ein Drehzahlregelsystem für einen spannungsgesteuerten Wechselrichter zum Steuern eines Asynchronmotors in einer offenen Schleife, umfassend:
• eine Einrichtung zum Umsetzen eines abgetasteten, durch den Wechselrichter fließenden Stroms in ein Drehmomentsignal, welches kennzeichnend für die auf den Asynchronmotor wirkende Last ist;
• wobei das System außerdem eine Drehmomenterhöhungs-Einstelleinrichtung äufweist;
• wobei die Drehmomenterhöhungs-Einstelleinrichtung auf das Drehmomentsignal anspricht, um ein Drehmomenterhöhungs-Stellsignal bereitzustellen, dessen Stärke sich nach Maßgabe der Stärke des Drehmomentsignals ändert; und
• einen Ausgangsspannungsregler zum Addieren des veränderlichen Drehmomenterhöhungs-Stellsignals auf ein Spannungsvorgabesignal, dadurch gekennzeichnet, daß der abgetastete, in das Drehmomentsignal umzuwandelnde Strom während einer stabilen Zeitspanne abgetastet wird, in welcher die Ausgangsfrequenz oder die Ausgangsspannung des Wechselrichters im wesentlichen konstant ist.
• Die Erfindung dient zum Justieren der Schlupffrequenz nach Maßgabe des Lastmoments im Laufzustand bei konstanter, hoher Geschwindigkeit eines Motors und zum Addieren der der Justierung entsprechenden Spannung zu einer Ausgangsspannung, wenn der Motor verlangsamt wird, während die Justierung konstant gehalten wird.
• Wie oben angegeben, erfaßt die vorliegende Erfindung das Lastmoment des Asynchronmotors aus dem erfaßten, durch den Wechselrichter fließenden Strom und regelt die Schlupffrequenz und die Ausgangsspannung entsprechend diesem Lastmoment. Sie kann mithin die Geschwindigkeit so regeln, daß der Einfluß der Last auch in einem in einer offenen Schleife geregelten spannungsgesteuerten Wechselrichter kompensiert wird. Wenn weiterhin die Schlupffrequenz und eine Ausgangsspannung gesteuert werden, wenn bei geringerer Geschwindigkeit gefahren wird, wird die Verzögerungsstrecke unabhängig von der Lastgröße konstant gehalten. Damit kann der Lift das Geschoß mit hoher Genauigkeit anfahren. Da außerdem die Software selbst die Verzögerungsstrecke konstant zu halten vermag, ohne daß zusätzliche spezielle Hardware erforderlich ist, wird die Effizienz durch geringen zusätzlichen Kostenaufwand verbessert.
• Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich im Lichte der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
• Kurze Beschreibung der Zeichnung:
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erindung;
• Fig. 2 ist ein Ausgangsspannungsmuster eines Wechselrichters;
• Fig. 3 ist eine Ausgangsspannungs/Ausgangsfrequenz-Kennline zum Beschreiben der entsprechend der Last kompensierten Spannung; und
• Fig. 4 ist eine beispielhafte graphische Darstellung für die Drehmomenterhöhung.
• Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Gleichrichter 1 wandelt einen Wechselstrom auf einer Leitung 2 in Gleichstrom auf Leitungen 3 und 4 positiver bzw. negativer Polarität um. Ein Wechselrichter 5 setzt den Gleichstrom auf den Leitungen 3 und 4 in einen Wechselstrom auf einer dreiphasigen Leitung 6 um, über die ein Asynchronmotor 7 gespeist wird. Ein Stromfühler 8 liefert ein gefühltes Stromsignal über eine Leitung 9 zu einem Detektor 10, um auf einer Leitung 11 ein Laststromsignal an einen Umsetzabschnitt 12 zu liefern, der dazu dient, das für den Laststrom kennzeichnende Stromsignal auf der Leitung 11 umzusetzen in ein Signal auf der Leitung 13, welches kennzeichnend für das Drehmoment des Asynchronmotors ist. Ein Umwandlungseinstellabschnitt setzt das Drehmomentsignal auf der Leitung 13 um in ein Signal auf der Leitung 15, dessen Amplitude so eingestellt ist, wie es für die Drehmomenterhöhung erforderlich ist. Ein Spannungsvorgabeabschnitt 16 liefert ein Signal auf einer Leitung 17 mit einer solchen Amplitude, daß das F/V-Verhältnis konstant gehalten wird. Das Vorgabesignal auf der Leitung 17 und das Drehmomenterhöhungs-Einstellsignal auf der Leitung 15 werden in einem Addierer 19 addiert, um ein Summensignal auf einer Leitung 20 auf einen Ausgangsspannungs-Steuerabschnitt 21 zu geben. Ein Arithmetikabschnitt 22 eines Mikrocomputers spricht auf ein Ausgangssignal auf der Leitung 23 von der Spannungssteuerung 21 sowie auf ein (nicht dargestelltes) Frequenzvorgabesignal an. In dem Arithmetikabschnitt erfolgt ansprechend auf das Frequenzvorgabesignal und das Ausgabesignal auf der Leitung 23 als erhöhtes Spannungsvorgabesignal, in dem ein PWM-Arithmetikverarbeitung ausgeführt wird. Eine Basistreiberschaltung 24 spricht auf ein Ausgangssignal des Arithmetikabschnitts auf einer Leitung 24 an, um auf einer Leitung 26 Basistreibersignale an Schaltvorrichtungen innerhalb des Wechselrichters 5 zu geben. Ein Glättungskondensator 27 dient zwischend er positiven und der negativen Ausgangsleitung 3, 4 des Gleichrichters zum Glätten der ausgegebenen Gleichspannung.
• Im folgenden wird die Arbeitsweise der Ausführungsform der Erfindung gemäß obiger Beschreibung erläutert.
• Fig. 2 zeigt ein Beispiel des Musters einer Ausgangsfrequenz (oder einer Ausgangsspannung) über der Zeit, wenn ein Wechselrichter zum Antreiben eines Fahrstuhls eingesetzt wird. Zur Zeit t&sub0; wird der Wechselrichter 5 gestartet. Von der Zeit t&sub0; bis t&sub1; steigt die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters auf der Grundlage eines von dem Arithmetikabschnitt 22 gelieferten Musterbefehls an, so daß der Asynchronmoter 7 und mithin der Fahrkorb dauernd beschleunigt werden. Der Stromsensor 8 und der Detektor 10 erfassen den durch die Gleichstromschaltung des Wechselrichters 5 fließenden Strom, jedoch wird das für den erfaßten Strom kennzeichnende Ausgangssignal des Stromdetektors 10 auf der Leitung 11 während dieser Zeitspanne von der Drehmomenterhöhungsschaltung 14 nicht verwendet. D.h.: der Wechselrichter 5 wird über eine Basistreiberschaltung 24 mittels eines Mustersignals gesteuert, welches ungeachtet der Last von dem Arithmetikabschnitt gesendet wird. Der Mikrocomputer greift Abtastwerte der Spannung oder der Frequenz ab, um festzustellen, ob ein Spannungs- oder Frequenzmuster oder Profilsignal, ausgegeben von einem (nicht gezeigten) Speicher, korrekt ausgegeben wird, wie es in der Zeitspanne t&sub0; bis t&sub1; in Fig. 2 dargestellt ist, und er vergleicht einen früher abgegriffenen Wert mit einem laufenden Wert. Wenn also die abgegriffenen Werte nacheinander keine Änderung gezeigt haben, in anderen Worten, wenn der Fährkorb mit konstanter, hoher Geschwindigkeit fährt, liefert der Arithmetikabschnitt 22 einen Holbefehl für einen Laststrom an den Wandlerabschnitt 12. Damit dient während einer ausgewählten Abtastzeitspanne innerhalb der Zeitspanne t&sub1; bis t&sub2;, während der sich die Geschwindigkeit stabilisiert hat, der Arithmetikabschnitt 22 zum Durchführen der Abtastung des Laststroms. Der Umwandlungsabschnitt 12 setzt das geholte Laststromsignal auf der Leitung 11 um, um das Drehmoment des Asynchronmotors mittels des Drehmomentsignals auf der Leitung 13 anzuzueigen. Das Drehmomenterhöhungssignal auf der Leitung 15 wird auf den von dem Spannungsvorgabeabschnitt 16 eingestellten Wert innerhalb des Addierabschnitts 19 addiert, und die Summe wird dann mittels des Ausgangsspannungs-Steuerabschnitts 21 an den Arithmetikabschnitt 22 gegeben. Der Arithmetikabschnitt 22 stellt mithin die Schlupffrequenz entsprechend dem Lastmoment in dem Zustand ein, in welchem der Fahrkorb mit hoher konstanter Geschwindigkeit fährt, um anschließend den Wechselrichter 5 auf der Grundlage der Korrektur zu steuern.
• Zur Zeit t&sub2; gibt eine (nicht gezeigte) Ablaufschaltung einen Abbremsbefehl aus. Dann stopt der Wandlerabschnitt 12 das Holen des Laststroms. Wie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie 30 gezeigt ist, wird die der Schlupfkorrektur 32 entsprechende Spannung anschließend addiert, wenn der Fährkorb nach Maßgabe der konstanten Schlupfkorrektur auf der Leitung 32 verlangsamt wird.
• Die schrägen Linien in Fig. 3 bedeuten die Vorspannung für die Einstellung der Last, mittels der das Ausgangsspannungsmuster des Wechselrichters in der durch schräge Linien in Fig. 2 dargestellten Weise eingestellt wird.

Claims (2)

1. Drehzahlregelsystem für einen spannungsgesteuerten Wechselrichter zum Steuern eines Asynchronmotors (7) in einer offenen Schleife, umfassend:

eine Einrichtung (8-12) zum Umsetzen eines abgetasteten, durch den Wechselrichter fließenden Stroms in ein Drehmomentsignal, welches kennzeichnend für die auf den Asynchronmotor (7) wirkende Last ist;

wobei das System außerdem eine Drehmomenterhöhungs-Einstelleinrichtung (14) aufweist;

wobei die Drehmomenterhöhungs-Einstelleinrichtung (14) auf das Drehmomentsignal anspricht, um ein Drehmomenterhöhungs- Stellsignal (15) bereitzustellen, dessen Stärke sich nach Maßgabe der Stärke des Drehmomentsignals ändert; und

einen Ausgangsspannungsregler (19, 21) zum Addieren des veränderlichen Drehmomenterhöhungs-Stellsignals (15) auf ein Spannungsvorgabesignal (17); dadurch gekennzeichnet, daß der abgetastete, in das Drehmomentsignal umzuwandelnde Strom während einer stabilen Zeitspanne abgetastet wird, in welcher die Ausgangsfrequenz oder die Ausgangsspannung des Wechselrichters im wesentlichen konstant ist.

2. Drehzahlregelsystem nach Anspruch 1, bei dem der Ausgangsspannungsregler umfaßt:

eine Summiereinrichtung (19), die auf das Spannungsvorgabesignal (17) und ein Drehmomenterhöhungs-Stellsignal (15), anspricht, um das Spannungsvorgabesignal und das Drehmomenterhöhungs-Stellsignal zu addieren und ein summiertes Signal zum Steuern der von dem Wechselrichter abgegebenen Spannung bereitzustellen; und wobei die Drehmomenterhöhungseinrichtung (14) auf ein Drehmomentsignal (13) mit einer für die Last des Motors kennzeichnenden Stärke anspricht, um das modifizierte Drehmomenterhöhungssignal bereitzustellen.