DE2900735C2

DE2900735C2 - Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors

Info

Publication number: DE2900735C2
Application number: DE2900735A
Authority: DE
Inventors: Yuzuru Kubota; Hiroshi Hitachi Nagase; Toshiaki Okuyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-01-11
Filing date: 1979-01-10
Publication date: 1983-08-11
Also published as: JPS5494626A; JPS5855759B2; DE2900735A1; US4277735A

Description

29 OO

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors der im Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 2 beschriebenen, aus IEEE Transactions on Industry and General Applications, Bd. 7, Nr. 1,1971, Seiten 95 bis 100, bekannten Art

Ein Asynchronmotor, der über einen aus Thyristoren aufgebauten Umrichter gespeist wird, wird bekanntlich häufig als kommutatorloser Motor bezeichnet.

Ferner ist bekannt, daß sich die Drehzahl eines solchen kommumorlosen Motors nach der Ausgangs- "> frequenz des Umrichters richtet und sich durch die nachstehende Gleichung ausdrücken läßt:

N =

120/

(D

P

Hierin bezeichnet

N die Drehzahl des Asynchronmotors,

/ die Ausgangsfrequenz des Frequenzwandlers

ρ die Anzahl der Pole des Motors.

Hierbei ergibt sich eine Obergrenze für die Ausgangsfrequenz des Umrichters. Insbesondere ergibt sich eine relativ niedrige Obergrenze für die A'tsgangsfrequenz, wenn es sich um einen Umrichter handelt, bei dem die Stromwendevorgänge der Thyristoren mit Hilfe einer Wechselspannung herbeigeführt werden. Bei einem Umrichter, der durch eine Wechselstromquelle mit einer gebräuchlichen Frequenz gespeist wird, um die Zündwinkel der Thyristoren so zu regeln, daß eine sinusförmige Spannung mit einer variablen Frequenz erzeugt wird, entspricht die Obergrenze der Ausgangsfrequenz gewöhnlich weniger als einem Drittel der Frequenz der Wechselspannungsquelle. Die höchstzulässige Drehzahl des Asynchronmotors wird durch die vorstehende Gleichung (1) beschränkt. Somit kann der Motor auch dann nicht mit einer den zulässigen Grenzwert überschreitenden Drehzahl betrieben werden, wenn für die anzutreibende Vorrichtung eine hohe Drehzahl erforderlich ist.

Die eingangs genannte Druckschrift enthält bereits einen Versuch, dieses Problem zu lösen. Da bei der bekannten Anordnung die Primär- und Sekundärwicklungen des Motors gegenphasig in Reihe geschaltet sind und durch einen gemeinsamen Umrichter gespeist werden, läßt sich eine Antriebsfrequenz erzielen, die doppelt so hoch ist wie die Frequenz des Erregerstroms. Der Asynchronmotor verhält sich hierbei wie ein Reihenschlußmotor, was sich in bestimmten Fällen als nachteilig erweist. Die bekannte Anordnung versagt jedoch, wenn die Lastcharakteristik des Asynchronmotors der eines Nebenschlußmotors entsprechen soll.

Der im kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Anordnung derart auszugestalten, daß sich der Asynchronmotor im Betrieb nach Art eines Nebenschlußmotors verhält.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind Gegenstand der Patentansprüche 3 bis 5.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Schaltung einer Ausführungsform einer Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors,

F i g. 2 weitere Einzelheiten eines Teils der Schaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 die gegenph.isige Erregung bei einem Asynchronmotor,

J5

60 Fig.4 ein Vektordiagramm zur Veranscliauiichung der Wirkungsweise der Anordnung und

Fig.5 ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einer weiteren Ausführungsform der Anordnung.

In F i g. 1 ist das Schaltbild einer Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors dargestellt

Zwar stehen verschiedene Bauarten von Umrichtern zur Verfügung, doch wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Umrichter verwendet, der eine sinusförmige Ausgangsspannung erzeugt.

Gemäß F i g. 1 gehört zu der Anordnung ein Umrichter 1, der an eine nicht dargestellte Wachselspannungsquelle bekannter Art angeschlossen ist und dazu dient, einen Wechselstrom in einen Dreiphasenstrom mit variabler Frequenz umzuwandeln. Zu diesem Zweck weist der Umrichter 1 drei Paare von Thyristorbrücken Up, Un bzw. Vp, Vn bzw. Wp, Wn auf, die eine Grätz-Schaltung bilden, wobei die Thyristoren jedes Paars gegenpolig parallelgeschaltet sind. Ferner ist ein Asynchronmotor 2 vorhanden, 7\; dem dreiphasige Primärwicklungen Ui, V, und VV₁ (si/uorwicklungen) und dreiphasige Sekundärwicklungen U2, V₂ und W2 (Läuferwicklungen) gehören, wobei die Sekundärwicklungen mit den Primärwicklungen durch einen i;:cht dargestellten Schleifring verbunden sind. Weiterhin ist ein Tachogenerator 3 vorhanden, der ein die Ist-Drehzahl des Asynchronmotors 2 repräsentierendes Signal erzeugt; zu der Schaltung gehört ferner eine Drehzahlbefehlsschaltung 4 zum Erzeugen eines Bezugssignals für die gewünschte Drehzahl. Die Ausgangssignale der Drehzahlbefehlsschaltung 4 und des Tachogenerators 3 werden einer Drehzahl-Differenzverstärkerschaltung 5 zugeführt, welche die beiden Drehzahlsignale miteinander vergleicht, und ein verstärktes Signal erzeugt, das die Abweichung des Istdrehzahlsignals vom Solldrehzahlsignal anzeigt. Eine Klemmenspannungsbefehlsschaltung 6 dient dazu, die Klemmenspannung für den Motor 2 bzw. den Luftspalt-Magnetfluß einzustellen; eine Strombefehlsschaltung 7 hat die Aufgabe, ein Strombefehlssignal Ip entsprechend einem Ausgangssignal bzw. einem Drehmomentbefehlssignal r» des Drehzahl-Differenzverstärkers 5 und einem Spannungsbefehlssignal Ep der Klemmenspannungsbefehisschaltung 6 zu erzeugen; eine Schaltung 8 dierrt dazu, Phasenverschiebungswerte des Motorstroms auf der Basis des Drehmomentbefehlssignals τρ und des Spannungsbefehlssignals Ep zu berechnen, um die berechneten Werte als Phasenverschiebungswert-Befehlssignale a und b einem Phasenschieber 10 zuzuführen. Ein Stellungsfühler 9 erzeugt dreiphasige sinusförmige Stellungssignale, deren Phase jeweils einer Winkelstellung der Welie des Asynchronmotors entspricht.

Der Phasenschieber 10 hat die Aufgabe, eine Phasenverschiebung des Stellungssignals entsprechend dem Ausgangssignal der Schaltung 8 zum Berechnen des Wertes der Phasenverschiebung herbeizuführen. Eine Stromform-Befehlsschaltung 11 dient dazu, das Ausgangssignal der Strombefehlsschaltung 7 mit dem Ausgangssignal des Phasenschiebers 10 zu multiplizieren, um ein sinusförmiges Stromformsignal zu erzeugen, mittels dessen der Ausgangsstrom des Umrichters 1 geregelt wird.

Weiterhin ist ein Stromwandler 12 zur Erfassung des Ausgangsstroms der Thyristorschaltung (Up, Un) vorhanden. Das Stromformsignal und das Ausgangssignal des Stromwandlers 12 werden miteinander durch

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einen Strom-Differen/verstärker 13 verglichen, der eine verstärkte Abweichung des Signals des Stromwandler 12 gegenüber dem Stromformsignal liefert. Eine Zündsteucrschaluing !4 regelt die Zündphase bzw. den Zündwinkel für die Thyristorschaltung (Ur;. Um) des Umrichters I in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Strom-Differenzverstiirkers 13. Schließlich ist ein Steuersignalverstärker bzw. eine Steucrsignal-Ausgabeschaltung 15 vorhanden, die da/u dient. Steuersignale der Thyristorschaltung (Ur. I's) entsprechend der Polarität der Ausgangsströme der Thyristorschaltung zuzuführen. In der Zeichnung ist die Steuerschaltung der Anordnung nur für die Thyristorschaltung Ur. U\ der tAPhase des Umrichters 1 dargestellt, um ein klareres Bild zu geben. Natürlich sind im wesentlichen gleichartige Steuerschaltungen mit entsprechenden Schaltungselementen 10 bis 15 für die V- und die VV'-Phasede;. Umrichters 1 vorhanden.

F i g. 2 zeigt weitere Einzelheiten der Schaltune 8 zum Berechnen des Wertes der Phasenverschiebung sowie des Phasenschiebers 10. Ferner ist gemäß F i g. 2 eine .v.-haltung 20 zum Quadrieren des Spannungsbefehlssignals Er und eine Schaltung 21 zum Quadrieren des Drehmonientbefehlssignals r> vorhanden: eine Additionsschaltung 22 dient dazu, die Ausgangssignale £>' und r/>-'der Quadrierschaltungen 20 und 21 zu addieren: eine Schaltung 23 dient dazu, die Quadratwurzel des Ausgangi.signals der Additionsschaltung 22 entsprechend dem Strombefehlssignal Ir zu berechnen: ferner sind Divisionsschaltungen 24 und 25 vorhanden. Die Schaltungselemente 20 bis 25 bilden die Schaltung 8 zum Berechnen des Wertes der Phasenverschiebung. Eine Schaltung 26 hat die Aufgabe, das Ausgangssignal n der Divisions:schaltung 24 mit dem Stellungssignal Hi zu multiplizieren, während die Schaltung 27 dazu dient, das Ausgangssigna] der Divisionsschaltung 25 mit dem Stellungsüigrial Hi/ zu multiplizieren; schließlich ist eine Addierschaltung 28 vorhanden, deren Ausgangssignal Pi. ein phasenverschobenes Steilungssignal bildet.

Bevor die Wirkungsweise der Anordnung erläutert wird, soll im folgenden die gegenphasige Erregung beschrieben werden. Fig. 3 veranschaulicht die Beziehung zwischen einer primären magnetomotorischen Kraft Fi und einer sekundären magnetomotorischen Kraft F₂ für den Fall, daß dreiphasige sinusförmige Ströme mit entgegengesetzten Phasen der Primärwicklung bzw. der Sekundärwicklung zugeführt werden. Da sowohl die Primärwicklung als auch die Sekundärwicklung mit einem sinusförmigen Dreiphasenstrom erregt wird, erzeugen die magnetomotorischen Kräfte F; und F₂ magnetische Drehfelder, die mit der gleichen Drehzahl umlaufen.

Nunmehr sei angenommen, daß in dem Anfangszeitpunkt f = Odie magnetomotorische Kraft F\ bei O₁ liegt, während die magnetomotorische Kraft F₂ bei O₂ liegt Der Läufer, d. h. die Sekundärwicklung, beginnt dann, sich im Uhrzeigersinne zu drehen, und zwar unter dem Einfluß des Drehmoments, welches durch die elektromagnetische Kraft erzeugt wird, die auf Fi und F₂ zurückzuführen ist. Nach Ablauf der Zeit t hat sich die magnetornotorische Kraft F₁ um einen elektrischen Winkel weiterbewegt, der dem Ausdruck mnt entspricht, in dem com eine Erregungswinkelfrequenz bezeichnet während sich der Läufer um einen elektrischen Winkel ω_Γ t weiterbewegt hat, der gemäß Fig.3 eine Drehwinkelfrequenz bezeichnet Da die Sekundärwicklung gegenphasig erregt wird, hat sich F₂ um einen elektrischen Winkel gedreht, der dem

Ausdruck (<n- /- mn t) entspricht. Hierbei ist angenommen, daß die Winkelfrequenz mn so eingestellt worden ist, daß sie der Hälfte von ω,- entspricht. Die Bewegung der magnetomotorischen Kraft F: läßt sich durch die folgende Clleichnng ausdrücken:

<■> I - l·)a I ~ dl,11

(,I₁, = — 10. .

Selbst nach dem Ablauf der Zeit / ist daher die Phasenbeziehung zwischen den magnetomotorischen Kräften Fi und F_: die gleiche wie im Anfangszeitpunkt, d. h. bei f = O. so daß sich der Läufer unter der Wirkung des durch die elektromagnetische Kraft erzeugten Drehmoments weiterdreht.

Im folgenden wird die Beziehung zwischen den Primärerregungswinkelfrequenzen ω/fdes Umrichters 1 und der Winkelgeschwindigkeit betrachtet, welch letztere durch den Ausdruck ω/ρ gegeben ist. in dem ρ die Anzahl der Polpaare bezeichnet. Natürlich nimmt die Drehzahl den Wert 2mnlp an. Dies bedeutet, daß man die Drehzahl des Asynchronmotors im Vergleich zu bekannten Anordnungen selbst dann verdoppeln kann, wenn die Obergrenze der Ausgangsfrequenz des Umrich":rs 1 unverändert bleibt.

Auf diese Weise ist es mit Hilfe einer gegenphasigen Erregung möglich, die Motordrehzah! zu verdoppeln. Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung wird im folgenden näher erläutert.

Betrachtet man die Spannungen Fi und E₂. die in der Primärwicklung bzw. der Sekundärwicklung induziert werden, wenn eine gegenphasige Erregung herbeigeführt wird, besteht gemäß dem in F i g. 3 wiedergegebenen Vektordiagramm die folgende Beziehung zwischen den Spannungen, wenn 2<5 den Winke! zwischen Fi und Fibezeichnet:

E₁ ~E, ~\ FA cos δ ~\ FA cosö.

(3)

Die Spannung ist proportional zur Größe der magnetomotorischen Kraft und dem Cosinus des Winkels δ. Die Spannungen in den betreffenden, in Reihe geschalteten Wicklungen sind phasengleich, da die Wicklungen dazu dienen, gemeinsam einen Erregerstrom zum Erzeugen des Magnetflusses zu liefern. Daher besteht für eine Klemmenspannung Em (Vektorsumme der Primärspannung und der Sekundärspannung) des Motors entsprechend die nachste^jnde Beziehung:

E_st ~ I cos δ .

(4)

Hierin bezeichnet /die Stärke des Stroms, die zu der magnetomotorischen Kraft Fi proportional ist.

Nimmt man an, daß der Winkel δ unverändert bleibt, verläuft die Kennlinie so, daß sich die Spannung Em proportional zum Strom / ändert d. h. daß sich die Kennlinie einer Reihenschlußmaschine ergibt

Andererseits zeigt die Gleichung (4), daß dann, wenn δ so geregelt wird, daß sich dieser Winkel umgekehrt proportional zu / ändert, Em ohne Rücksicht auf die Änderung von /konstant gehalten wird.

Auf der Basis des vorstehenden Grundgedankens wird gemäß der Erfindung eine Kennlinie entsprechend einer Nebenschlußwicklung erreicht

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Im folgenden ist die Wirkungsweise der Anordnung nach F-' i g. 1 näher erläutert. Der Stellungsfiihler 9 erzeugt zwei Sätze von dreiphasigen sinusförmigen Stellungssignalcp Hi- Hw und //(' - Hw von konstanter Amplitude, wie es sich aus den nachstehenden Gleichungen ergibt, /.wischen den Paaren von Stcllungssignalen ist jeweils eine Phasendifferenz von 90" vorhanden: mit anderen Worten, die Signale Hf, Hi' bzw. Ht, Hv bzw. Hw. Hn' werden so erzeugt, daß sinusförmige Signale mit der gewünschten Phasenlage gegenüber den Stellungssignalen Hv, H\ und Hn dadurch gewonnen werden, dall die betreffenden Stellungssignalpaare addiert werden.

//, = cos(w„/+ 120°) ,

//) = COS ((I)₁₁I) ,

//„ = cos [ω,,ι- 120°) .
//; = sin (ω,,/+ 120°) .

Phasenschieber 10 zugeführt, wo das Steliungssignal Hv mit dem Signal α durch den Multiplizierer 26 und das Signal Hv' durch den Multiplizierer 27 mit dem Signal b multipliziert wird, woraufhin die erhaltenen Produkte durch die Addierschaltung 28 addiert werden. Somit erzeugt die Addierschaltung 28 das nachstehende phasenverschobene Stellungssignal Pv auf der Basis der Additionsregel für trigonometrische Funktionen.

cos (ω,,/+ 120°+ ti)

(S)

Das Signal Pv entspricht dem Stellungssignal Hv. das durch die Gleichung (5) bestimmt und um den Winkel ό phasenverschoben worden ist.

Auf ähnliche Weise werden für die übrigen Phasen V und W die nachstehenden phasenverschobenen Stellungssignale Pi und Pu. gewonnen:

P₁ = //, -U-If₁ ■ b

ff_t = sin (ω,11) ,

ff» = sin (ω,,ι- 120°) .

(5)

Hierin bezeichnet tun die Winkelfrequenz des Stellungssignals bzw. die Erregungswinkelfrequenz für den Motor. Da das Signal eine konstante Amplitude hat, ist es nicht dargestellt. Von den durch die Gleichungen !<> (5) bestimmten Stellungssignalen werden die Signale Hu und Hu' dem Phasenschieber 10 zugeführt, wo ein phasenverschobenes Stellungssignal, das gegenüber dem Signal Hu um einen vorbestimmten Betrag phasenverschoben ist, erzeugt wird. Zwar werden dem Ji Stellungsfühler 9 sechs durch die Gleichungen (5) bestimmte Signale entnommen, doch könnte man dem Sieiiungsiühier 9 auch nur die Signale Hv und Hv entnehmen, zwischen denen eine Phasendifferenz von 90° vorhanden ist, während die übrigen Signale mit ■*" Hilfe einer bekannten Additionsregel für trigonometrische Funktionen gewonnen werden können.

Gemäß Fig. 2 erzeugt die Schaltung 8 zum Berechnen des Phasenverschiebungswertes die beiden Signale a und b auf der Basis des Drehmomentbefehls- *"> signals Tpund des Spannungsbefehlssignals Ep.

α = cos δ . (6)

b = sind. (7) ">»

Hierin ist

= COS (ti)/ιI + (S) .

= cos (tont- l20°+iJ)

(9)

110)

Der Strombefehlsschaltung 7 werden die Signale Ep und τρ zugeführt, so daß das Strombefehlssignal Ip erzeugt wird. Die Strombefehlsschaltung 7 entspricht gemäß Fig. 2 der Kombination, zu der die Quadrierungsschaltungen 20, 21, die Addierschaltung 22 und die Quadratwurzelrechenschaltung 23 der Schaltung 8 zum Berechnen des Wertes der Phasenverschiebung gehö

ren. //·= V Ei,+ti.

(11)

Das phasenverschobene Signal Pu und das Strombefehlssignal Ip werden durch die Stromformbefehlsschaltung 11 miteinander multipliziert. Daher liefert die Stromformbefehlsschaltung 11 das Stromformbefehlssignal Ipu, das dem Signal Pu entspricht, welches einer Amplitudenmodulation mit dem Signal Ip unterzogen wurde. Hierfür gilt die folgende Gleichung:

Ip. Pu

(12)

Auf ähnliche Weise werden für die Fühlphasen die Stromformbefehlssignale Ipv und lpw entsprechend den nachstehenden Gleichungen gewonnen.

= Ip

Pv Pw

55

60

δ = arctan —£-.
Ep

Die Signale Ep und τρ werden durch die Quadrierschaltungen 20 und 21 quadriert, und die quadrierten Signale werden durch die Addierschaltung 22 addiert Die Quadratwurzel der Summe Ep'+tp⁷ wird mit Hilfe der Quadratwurzel-Rechenschaltung 23 ermittelt Der so gewonnene Quadratwurzelwert repräsentiert das Strombefehlssignal //>zum Erzeugen der magnetomotorischen Kräfte Fi und F₂. Die Divisionsschaltungen 24 und 25 dividieren durch das Signal Ip bzw. die magnetomotorische Kraft Fi oder F₂, so daß man die iu\ =

Signale a und b erhält, die durch die Gleichungen (6) und /Vi =

(7) bestimmt sind. Die Signale a und b werden dem iw\ —

(13) (14)

Auf der Basis des so gewonnenen Stromformbefehlssignals Ipu wird die Zündung der Thyristorschaltungen Up und Un durch die Zündsteuerschaltung 14 gesteuert Diese Regelung ähnelt der Stromregelung bei einer statischen Leonard-Schaltung bekannter Art Somit wird der Primärstrom der Phase i/so geregelt, daß er zu dem Stromformbefehlssignal I_PU proportional ist Die übrigen Phasen werden auf ähnliche Weise geregelt, wobei die Primärströme im bis /Vi bei den betreffenden Phasen den nachstehenden Gleichungen entsprechen.

65 (15)

•4, te

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K)

Hierin bezeichnet k eine Konstante.

Da die Primärwicklungen mit den Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet sind, fließen die Ströme sowohl durch die Primärwicklungen als auch durch die Sekundärwicklungen. Daher ergeben sich die Sekundär- , ströme/(/2 bis/h-2 aus den nachstehenden Gleichungen.

/1/2 = 'VVI IV₂ = /Vl /IV 2 = /'t/l (16)

in

Durch das Fließen dieser Ströme werden die magnetomotorischen Kräfte Fi und F₃ in der nachstehend beschriebenen Weise erzeugt. Gemäß der vorstehend genannten Beziehung ist die Stärke dieser Ströme proportional zu dem Strombefehlssignal //-. Der _: , Winkel zwischen den magnetomotorischen Kräften Fi und F2 ist gleich 26, da die Phase des Stellungssignals so eingestellt worden ist. daß sie einen bestimmten Wert annimmt, wenn gemäß der Gleichung (5) t = O, wenn die Richtungen dsr rris^netornoiorischeri Kräfte nur der zur -■ V-Phase gehörenden Teile der Primär- und Sekundärwicklungen identisch sind.

Somit gelten für die Klemmenspannung Em des Motors und das erzeugte Drehmoment τ die nachstehenden Beziehungen: >

£"/.(konstant) .
//. sin <5

(17)

(18)

Die durch die Gleichungen (17) und (18) dargestellten Beziehungen werden im folgenden anhand des in Fig. 4 gezeigten Vektordiagramms erläutert, in dem Fi und F2 die primäre bzw. die sekundäre magnetomotorische Kraft bezeichnen, während δ den Winkel zwischen dem Luftspaltmagnetfluß Φ und den betreffenden magnetomotorischen Kräften bzeichnet.

Der Luftspaltmagnetfluß Φ wird durch die magnetomotorischen Kräfte F. und F2 entsprechend der Vektorsumme dieser Kräfte erzeugt. Wenn der Winkel <5 entsprechend der Last so geregelt wird, daß F cos α konstant gehalten wird, bleibt die Größe des Magnetflusses Φ unverändert. Mit anderen Worten, es ergibt sich eine solche Kennlinie, daß sich die Klemmenspannung Em auch bei Änderungen der Stromstärke nicht ändert.

Andererseits ist die Größe des Drehmoments proportional zum Vektorprodukt des Luftspaltmagnetflusses Φ und der magnetomotorischen Kraft F. Mit anderen Worten, ist Φ konstant, ist das Drehmoment proportional zu Fsin δ.

Da die Stärke des Stroms (die magnetomotorische Kraft) und der Winkel δ entsprechend den Gleichungen (11) und (7) geregelt werden, ist die Klemmenspannung Em proportional zu dem Befehlssignal Ep, das Drehmoment τ ist proportional zu dem Drehmomentbefehlssignal τp, und den Forderungen der Gleichungen (17) und (18) wird entsprochen. Auf diese Weise wird die gewünschte Wirkung erzielt

Wenn man, wie vorstehend beschrieben, die Primärwicklung mit der Sekundärwicklung in Reihe schaltet, und wenn man die Drehzahl während der gegenphasigen Erregung erhöht, wobei die Stärke des Stroms entsprechend dem Drehmomentbefehlssignai und dem .Spannungsbcfehlssigmil so geregelt wird, daß die Phase des Stroms eine vorbestimmte Lage gegenüber dem Luftspaltmagnetlijß annimmt, kann die Größe des Drehmoments geändert werden, während der Luftspaltmagnetfluß oder die Klemmenspannung auf dem befohlenen Wert gehalten wird. Mit anderen Worten, der Motor kann so betrieben werden, daß seine Kennlinie derjenigen eines Nebenschlußmotors entspricht.

Zwar haben bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Primärwicklung und die Sekundärwicklung die gleiche Windungszahl, und es gilt, daß Fi = F2, doch kann man gemäß der Erfindung die gleiche Regelung auch dann anwenden, wenn Fi von Fj verschieden ist, d. h. wenn F; größer ist als F;.

In diesem Fall nimmt jedoch das Vektordiagramm die aus F i g. 5 ersichtliche Form an, wobei zwischen den magnetomotorischen Kräften F₁, F₂ und dem Luftspalt magnetfluß Φ die Winkel δ\ und δ₂ vorhanden sind, wobei δι größer ist als Λ·, Dnhor muß man das Windungsverhältnis k berücksichtigen, wenn das Strombefehlssignal //»ermittelt werden soll. Außerdem müssen die Phasenwinkel <5i und 62 halbiert werden, bevor sie dem Phasenschieber zugeführt werden.

Ausgehend von den Gleichungen (3) und (4) gilt für F, Φ F₂

E₁, ~ £„ = E₁ +E₂ ~\ F₁I cos(5, +1 F₁] cosr5_: (19) „, oder

£,,-/„· cos <5,+/,, cos <5_:. (20)

Nach Pythagoras ergibt sich angesichts Fig. 5

und

= V(kl_r)²- /;\

so daß man für E„ die Gleichung

(21)

(22)

(23)

erhält.

Durch Umformung ergibt sich Für das Strombefehlssignal

: E²Ai +1

X-k¹

(24)

55 Als Winkel zwischen F₁ und F₂ ergibt sich <$ F1/F2 = O₁ + ö₂ = aresin -^H- aresin -^

wenn k das Wir.dungsverhältnis ausdrückt (s. auch

60 Fig. 5).

Durch Halbieren ergibt sich

S = I (aresin -^- + aresin -if) . (26) 2 V Ip MpJ

Nach der Erfindung können also, wenn ein Induktionsmotor mil mehrphasiger Primär- und Sekundärwicklung, die in Reihe und gegenphasig geschaltet sind.

29 OO 735

Il 12

mit Nebenschlußverhalten arbeiten soll, Größe und ment-Befehlssignals verbessern liißt.

Phase des Motorstroms entsprechend einem Drehmo- Gemäß der Erfindung ist es ferner möglich.

ment-Befchlssignal und einem Klemmenspannungs-Be- Umrichter anderer Bauart als der beschriebenen zu

fehlssignal berechnet werden. Amplitude und Phase des verwenden, um ähnliche Vorteile zu erzielen. Schließlich

Ist-Motorstroms werden dann entsprechend den be- ■ sei bemerkt, daß die Anzahl der Phasen des Motors

rechneten Werten geregelt, so daß sich das Ansprech- nicht auf drei beschrankt ist, d. h. daß man e.tie beliebige

verhalten des Motors auf Änderungen des Drehmo- Anzahl von Phasen vorsehen könnte.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

29 OO Patentansprüche:

1. Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors mit zueinander gegenphasig in Reihe geschalteten mehrphasigen Primär-(Stator-) und Sekundär-(Läufer-)Wicklungen über einen Umrichter mit Spannungen variabler Frequenz und Amplitude, mit einem die Stellung der Sekundärwicklung gegenüber der Primärwicklung angebenden und damit die Lage des Luftspaltmagnetflusses festlegenden Stellungsgeber, aus dessen Ausgangssignalen in der Umrichtersteuerung die Zündbefehle für die Ventile abgeleitet sind, gekennzeichnet durch

a) eine Drehzahlregelung (3, 4, 5), deren Ausgangssignal ein Drehmoment-Befehlssignal (τρ) darstellt,

b) einen Klemmenspannungs-Befehlsgeber (6) zur Erzeugung eines Klemmenspannungs-Befehlssignals (E_F),

c) einer« Strombefehlsbildner (7) zur Berechnung und Erzeugung eines Strombefehlssignals (Ip) entsprechend dem Klemmenspannungs-Befehlssignal (Ep) und dem Drehmoment-Befehlssignal (τρ), so daß die Gleichung

Ip

■ erfüllt ist,

d) eine Phasenverschiebe-Berechnungseinrichtung (8) zur Bildung eines Phasenwinkelsignals (<5) des Motorstroms gegenüber dem Luftspaltmagnetrluß, so daß die Gleichung

δ = arctan ■—-

entsprechend dem Drehmoment-Befehlssignal (τρ)ηηά dem Klemmenspannungs-Befehlssignal (£>; erfüllt ist,

e) eine Phasenverschiebe-Einrichtung (10) zur Phasenverschiebung des vom Stellungsgeber (9) abgegebenen Stellungssignals (Hu) entsprechend dem Phasenwinkel (δ), das dann als phasenverschobenes Stellungssignal (Pu)zusgegeben ist,

f) eine Verarbeitung des Strombefehlssignals (Ip) und des phasenverschobenen Stellungssignals (Pu)in der Umrichtersteuerung (12—15), derart, daß die Phase des Ausgangsstroms (i_u, i_v, i_w)des Umrichters (1) mit der Phase des phasenverschobenen Stellungssignals (Pu) übereinstimmt und die Amplitude des Ausgangsstroms des Umrichters proportional zum Strombefehlssignal (Ip) ist.

2. Anordnung zur Speisung eines Asynchronmotors mit zueinander gegenphasig in Reihe geschalteten mehrphasigen Primär-(Stator-) und Sekundär-(Läufer-)Wicklungen über einen Umrichter mit Spannungen variabler Frequenz und Amplitude, mit einem die Stellung der Sekundärwicklung gegenüber der Primärwicklung angebenden und damit die Läge des Luftspaltmagnetflusses festlegenden Stellungsgeber, aus dessen Ausgangssignalen in der Umrichtersteuerung die Zündbefehle für die Ventile abgeleitet sind, gekennzeichnet durch
a) eine Drehzahlregelung (3, 4, 5), deren Ausgangssignal ein Drehmoment-Befehlssignal (τρ) darstellt.

b)

c)

einen Klemmenspannungs-Befehlsgeber (6) zur Erzeugung eines Klemmenspannungs-Befehlssignals (E_F),

einen Strombefehlsbildner (7) zur Berechnung und Erzeugung eines Strombefehlssignals (Ip) entsprechend dem Kleramenspannungs- Befehlssignal (Ep) und dem Drehmoment-Befehlssignal (vp), so daß die Gleichung

Ep = Yß -τρ + V(klp)² - Jp

entsprechend dem Klemmenspannungs-Befehlssignal (Ep) und dem Drehmoment-Befehlssignal (τρ) erfüllt ist,

eine Phasenverschiebe-Berechnungseinrichtung (8) zur Bildung eines Phasenwinkelsignals (<5) des Motorstroms gegenüber dem Luftspaltmagnetfluß, so daß die Gleichung

1 /

δ = — [ aresin

2 \

j. \

- + aresin -^- )
klpj

entsprechend dem Klemmenspannungs-Befehlssignal (Ep) und dem Drehmoment-Befehlssignal (τρ) erfüllt ist,

e) eine Phasenverschiebe-Einrichtung (10) zur Phasenverschiebung des vom Steliungsgeber (9) abgegebenen Stellungssignals (Hu) entsprechend dem Phasenwinkel (ό), das dann als phasenverschobenes Stellungssignal (Pu) ausgegeben ist,

f) eine Verarbeitung des Strombefehlssignals (Ip) und des phasenverschobenen Stellungssignals (Pu) in der Umrichtersteuerung (12—15), derart, daß die Phase des Ausgangsstroms (i_u, iV, i_w)des Umrichters (1) mit der Phase des phasenverschobenen Steilungssignals (Pu) übereinstimmt und die Amplitude des Ausgangsstroms des Umrichters proportional zum Strombefehlssignal (Ip) ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellungsgeber (9) ein erstes Stellungssignal (Hu), das mit dem Luftspaltmagnetfluß in Phase ist, und ein zweites Stellungssignal (Hu) erzeugt, das gegenüber dem Luftspaltmagnetfluß um 90° phasenverschoben ist, und daß die Phasenverschiibe-Einrichtung (10) zwei Multiplizierer (26, 27) und einen hieran angeschlossenen Differenzbildner (28) enthält, wobei das erste und zweite Stellungssignal je einem Multiplizierer zusammen mit dem Phasenwinkelsignal zugeführt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmenspannungs-Befehlssignal (Ep) an dem Klemmenspannungs-Befehlsbildner (6) variabel einstellbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch fio gekennzeichnet, daß die Umrichtersteuerung einen Multiplizierer (11) zur Multiplikation des Strombefehlssignals (Ip) mit dem phasenverschobenen Stellungssignal (Pu) zur Erzeugung eines Stromform-Befehlssignals (Ipu) enthält, wobei die Um-(ii richtersteuerung (11 — 15) den Ausgangsstrom (iu. iv, iw)dts Umrichters proportional zum Stromform-Befehslsignal steuert.