DE3015108C2 - Verfahren und Anordnung zum Ansteuern eines Wechselstrommotors mittels eines Wechselrichters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Wechselstrommotors mittels eines Wechselrichters mit einer Wechselrichtersteuerschaltung, welche ein vorbestimmtes Muster von Schaltsignalen liefert und dieses schrittweise als Reaktion auf ein Taktsignal zyklisch ändert, wobei die Motordrehzahl durch Variation der Frequenz des Taktsignals gesteuert wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ansteuerverfahren dieser Gattung sind allgemein bekannt, z. B. aus der DE-AS 12 86 200. Gegenstand der Erfindung ist auch eine Wechselrichtersteuerschaltung zur Durchführung des Verfahrens.

Die üblichen Wechselrichter, die dazu verwendet werden, einen Wechselstrommotor aus einer Gleichspannungsquelle zu speisen, bestehen aus einer Mehrzahl gesteuerter Gleichrichterelemente, wie z. B. Thyristoren, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind. So enthält z. B. ein Dreiphasen-Wechselrichter, der eine Gleichspannung in eine Dreiphasen-Wechselspannung zur Ansteuerung der Feldwicklungen eines Drehstrommotors umwandelt, eine Brückenschaltung aus drei parallelen Zweigen mit jeweils einem Paar gesteuerter Gleichrichterelemente oder Thyristoren, deren Steuerelektroden zyklisch in einem vorbestimmten Muster durch entsprechende Schaltsignale beaufschlagt werden. Diese Schaltsignale bewirken, daß die zugeordneten Gleichrichterelemente in bestimmter zyklischer Folge leitend werden, um so auf den drei Ausgangsleitungen der Brückenschaltung die drei zueinander phasenverschobenen Speisespannungen bzw. -ströme für die Statorwicklungen des Motors mit der jeweils gewünschten Frequenz und Amplitude zu liefern.

Wenn der Wechselstrommotor angehalten werden soll, arbeitet die Steuereinrichtung auf einen leistungslosen Zustand des Motors hin, der sich dadurch auszeichnet, daß nicht nur die Drehzahl, sondern auch das erzeugte Drehmoment gleich Null sind. Soll nun der Motor, dessen Antriebsmoment und Drehzahl durch den Ausgangsstrom bzw. die Schaltfrequenz des Wechselrichters gesteuert wird, aus diesem leistungslosen Zustand wieder angefahren werden, ist es günstig zu wissen, welche augenblickliche Orientierung das Feld der Statorwicklungen beim Wiedereinschalten der Antriebsleistung hat. Diese Kenntnis ist vorteilhaft, wenn man den Motor genau kontrolliert und störungsfrei, etwa ohne die Gefahr sogenannter Frequenzbursts, anfahren will. Bei den herkömmlichen Antriebssystemen ist diese Kenntnis nicht ohne weiteres vorhanden. Herkömmliche Wechselrichter und ihre zugeordneten Steuerschaltungen gewährleisten nämlich nicht, daß ganz bestimmte Thyristoren im leitenden Zustand sind, wenn die Frequenz unter einem bestimmten Wert liegt, weil der Wechselrichter an irgendeinem Punkt seines Schaltzyklus zufällig gestoppt wird. Die Kenntnis des momentanen Schaltzustandes des Wechselrichters im Augenblick des Anfahrens müßte durch irgendwelche Detektionsvorrichtungen erlangt werden, wozu eine gewisse Ermittlungsdauer zwischen dem Anfahrbefehl und dem tatsächlichen Anfahren des Motors erforderlich wäre. Hinzu käme noch die Zeit, die unter Umständen notwendig ist, den Feldvektor von seiner augenblicklichen Orientierung in die gewünschte Startorientierung zu bringen, wo die wirkliche Leistungszufuhr beginnen kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Antriebssystem, bei welchem die Drehzahl eines Wechselstrommotors durch die Schaltfrequenz eines Wechselrichters bestimmt wird, für ein gut kontrolliertes Anfahren des Motors zu konditionieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahrensschritte gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, den Wechselrichter jeweils dann an einen vorgegebenen, definierten Punkt seines Schaltzyklus zu bringen, wenn der Motor in den Ruhezustand gebracht wird, und den Wechselrichter an diesem Punkt zu halten, solange dieser Ruhezustand andauert. Hiermit wird garantiert, daß bei einem Neustart des Motors eindeutig definierte und jeweils bekannte Zustände herrschen, die ein genau kontrolliertes und störungsfreies Anlaufen ermöglichen.

Im einzelnen wird der Stillsetzungsvorgang für den Wechselrichter mit dem Beginn eines gesondert erzeugten Wechselrichter- Stillsetzungssignals eingeleitet, und aufrechterhalten wird der stillgesetzte Zustand für die Dauer dieses Signals. Ausgelöst wird das Wechselrichter-Stillsetzungssignal immer dann, wenn ein Betriebszustand des Motors mit Drehzahl und Drehmoment gleich Null gewünscht ist. Mit Beginn des Wechselrichter- Stillsetzungssignals wird dem Taktsignal, das den Schaltzyklus des Wechselrichters steuert, eine feste Frequenz vorgegeben, und die Muster der Schaltsignale werden überwacht. Sobald ein vorbestimmtes Muster der Schaltsignale erreicht ist, welches einer bestimmten Anfahrbedingung entspricht, wird die vorgegebene feste Frequenz des Taktsignals aufgehoben, und die weitere Reaktion der Wechselrichter- Steuerschaltung auf Taktsignale wird für die restliche Dauer des Wechselrichter-Stillsetzungssignals unterbunden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann gemäß Patentanspruch 2 die Zuführung der Schaltsignale zum Wechselrichter während der Dauer des Wechselrichter-Stillsetzungssignals gesperrt werden, solange das gewählte Muster der Schaltsignale noch nicht erreicht ist. Durch dieses vorübergehende Abkoppeln des Wechselrichters von den Schaltsignalen wird verhindert, daß das während des Stillsetzzyklus erscheinende Taktsignal der festen vorgegebenen Frequenz zur Erzeugung eines Wechselrichterausgangssignals dieser Frequenz und einer dementsprechenden Speisung des Motors führt.

Die Information darüber, ob und wann der Betriebszustand des Motors mit Drehzahl und Drehmoment gleich Null gewünscht ist, kann auf unterschiedliche Weise bezogen werden. Wenn der Motor einen Drehzahl-Regelkreis und einen Drehmoment-Regelkreis enthält, dann ist diese Information aus den Drehzahl- und Drehmoment-Sollwerten ablesbar. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 wird als Auslösekriterium für das Wechselrichter-Stillsetzungssignal die Bedingung genommen, daß das Drehmoment-Sollwertsignal und mindestens zwei der Signale, die das Drehzahl-Istwertsignal, das Drehzahl-Sollwertsignal und das Drehzahl- Differenzsignal darstellen, kleiner sind als ein jeweils zugeordneter vorbestimmter Wert.

In manchen Fällen könnte es problematisch sein, gleichzeitig mit der Sollwert-Einstellung auf Null das Wechselrichter-Stillsetzungssignal auszulösen, weil dann bestimmte, mit Bedacht dimensionierte Regelkennlinien für das Herunterfahren des Motors außer Kraft gesetzt würden. Es kann daher vorteilhaft sein, das Wechselrichter- Stillsetzungssignal erst dann auszulösen, wenn das Drehmoment-Sollwertsignal und der Drehzahl-Istwertsignal kleiner sind als ein jeweils angeordneter vorbestimmter Wert, wie im Patentanspruch 4 als vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Eine Wechselrichtersteuerschaltung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 5 gekennzeichnet. Besondere Ausführungsformen und Weiterbildungen der Schaltung sind in den Unteransprüchen 6 und 7 beschrieben.

Aus der DE-AS 26 42 240 ist es an sich bekannt, beim Abschalten eines motorspeisenden Wechselrichters den genauen Zeitpunkt des Stillsetzens seines Schaltzyklus nicht dem Zufall zu überlassen, sondern hierfür bestimmte Kriterien hinsichtlich des jeweils herrschenden augenblicklichen Schaltzustandes vorzusehen. Diese Kriterien sind im bekannten Fall jedoch anders als bei der vorliegenden Erfindung. Im bekannten Fall werden für die Stillsetzung des Wechselrichters die Zeiten derjenigen Schaltzustände reserviert, in denen der Wechselrichter stromlos ist. Solche Zeiten existieren nur bei einem zweiphasigen Wechselrichter und treten dann mehrmals im Verlauf eines jeden vollen Schaltzyklus auf. Außerdem haben diese Zeiten nur dann eine endliche Länge (so daß sie mit Sicherheit getroffen werden können), wenn die Leistungssteuerung des Wechselrichters durch Modifikation der Impulsbreite geschieht, dann ansonsten haben die Schaltimpulse immer volle Länge und grenzen direkt aneinander. Alle diese Umstände machen die bekannte Anordnung ungeeignet zur Lösung der im vorliegenden Fall gestellten Aufgabe. Außerdem wird beim Stand der Technik auch kein Weg gewiesen, wie man den Punkt der Stillsetzung des Wechselrichters auf den gewünschten Schaltzustand treiben könnte, nachdem die Frequenz des steuernden Taktsignals auf Null oder einen verschwindend kleinen Wert abgesunken ist. Erst die erfindungsgemäße Vorgabe einer bestimmtene festen Frequenz für das Taktsignal nach Beginn des Wechselrichter-Stillsetzungssignals löst dieses Problem.

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer bekannten Wechselrichterschaltung, wie sie vorzugsweise bei der Erfindung benutzt wird,

Fig. 2 anhand eines Blockschaltbildes die Grundlagen eines Steuersystems für den Wechselrichter nach Fig. 1, sowie innerhalb eines gestrichelten Kastens 100 eine diesem zugeordnete Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 Tabellen, in denen typische Schaltsignalmuster aufgelistet sind, die in dem System nach der Erfindung verwendet werden können,

Fig. 4 ein Schaltbild, das die Grundlagen eines Steuersystems für den Wechselrichter von Fig. 1 sowie innerhalb eines gestrichelten Kastens 401 eine diesem zugeordnete Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines Wechselstrommotorantriebssystems, das mit einem Drehssollwert arbeitet und in dem die Erfindung benutzt wird, und

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Wechselstrommotorantriebssystems, das mit einem Drehmomentsollwert arbeitet und in dem die Erfindung benutzt wird.

In Fig. 1 ist eine bekannte Wechselrichtersteuerschaltung, nachstehend auch -system genannt, wie insgesamt bei der Erfindung anwendbar, in grundsätzlicher Form schematisch gezeigt. Das Wechselrichtersystem enthält mehrere gesteuerte Gleichrichterelemente, wie beispielsweise Thyratrons, Quecksilberdampfgleichrichter, wie Ignitrons und Excitrons, und Thyristoren. Thyristoren bilden heute das üblichste verwendete gesteuerte Gleichrichterelement und werden hier als Gattungsbezeichnung benutzt. In Fig. 1 sind nur die grundlegenden Wechselrichterelemente in Beziehung zu dem Gesamtsystem gezeigt, und Dinge, wie Bedämpfungsschaltungen ("Snubbing Circuits"), Kommutierungsschaltungen, usw., sind weggelassen worden, weil sie zum Verständnis der Erfindung nichts beitragen.

Das System von Fig. 1 enthält eine dreiphasige Halbleiterbrücke 10, die aus drei Positiv-Thyristoren P₁, P₂ und P₃ und aus drei Negativ-Thyristoren N₁, N₂ und N₃ besteht.

Die Brücke 10 ist mit einer variablen Gleichstromquelle über zwei Sammelschienen 12 und 14 verbunden. Die Quelle kann eine variable Gleichspannung und/oder einen variablen Gleichstrom entsprechend der Art des tatsächlichen Betriebszustandes der Brücke 10 liefern. Die Gruppierung der Thyristoren erfolgt zwar in positive und negative Thyristoren, die Gruppierung der Thyristoren des Wechselrichtersystems kann jedoch auch nach der Phase erfolgen. Eine Leitung 16 ist mit dem Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Thyristoren P₁ und N₁ verbunden und bildet einen ersten Phaseneingang einer Belastung 22, bei der es sich um einen Wechselstrommotor handelt, während die Thyristoren P₂ und N₂ über eine Phasenleitung 18 mit der Belastung verbunden sind. In gleicher Weise ist der dritte Zweig der Brücke, der die in Reihe geschalteten Thyristoren P₃ und N₃ enthält, über eine Phasenleitung 20 mit der Belastung verbunden.

In der dargestellten Ausführungsform des Wechselrichtersystems von Fig. 1 werden die Thyristoren leitend gemacht, indem an sie in geeigneter Weise impulsförmige Schaltsignale über Leitungen 23 angelegt werden, welche jeweils mit den Steuerelektroden der Thyristoren verbunden sind. Die tatsächlichen Schaltsignale werden durch eine Wechselrichtersteuerschaltung 24 gebildet, deren Art und Aufbau durch den Typ und die gewünschte Gesamtfunktion des Wechselrichters festgelegt ist.

Fig. 2 zeigt eine bekannte Version der Wechselrichtersteuerschaltung 24, die in Wechselrichtersystemen wie dem in Fig. 1 gezeigten benutzt wird, in ihrer grundlegenden Form anhand der Schaltungsanordnung außerhalb eines gestrichelten Kastens 100. Die Schaltungsanordnung innerhalb des gestrichelten Kastens 100 trägt zur Realisierung der Erfindung bei und wird unten ausführlich erläutert.

Ein Schieberegister 102, das in Fig. 2 in allgemeiner Form gezeigt ist, enthält beispielsweise sechs Stufen, die mit 112, 114, 116, 118, 120 bzw. 122 bezeichnet sind. Das Schieberegister 102 kann von irgendeinem geeigneten bekannten Typ sein, normalerweise besteht es aber aus in Reihe geschalteten Flipflops, so daß eine digitale Größe (typischerweise eine binäre Eins), die in einem der Flipflops gespeichert ist, beispielsweise in der Stufe 112, in die Stufe 114 übertragen und in dieser gespeichert wird, dann in die Stufe 116 übertragen und in dieser gespeichert wird, usw., und zwar jeweils beim Auftreten eines Taktsignals oder Taktimpulses, der an einen Takteingang 136 angelegt wird, und eines Rechtsverschiebungssignals, das an einen Rechtsverschiebungseingang 140 angelegt wird. (Es sei angemerkt, daß sich "rechts" und "links" hier auf die Darstellung in Fig. 2 beziehen.) Umgekehrt wird eine digitale Größe, beispielsweise eine binäre Eins, die beispielsweise in der Stufe 122 gespeichert ist, in die Stufe 120 übertragen und in dieser gespeichert, von dieser aus zur Stufe 118 übertragen, usw., und zwar bei jedem Auftreten eines Taktsignals oder Taktimpulses, der an den Takteingang 136 angelegt wird, und eines Linksverschiebungssignals, das an einen Linksverschiebungseingang 144 angelegt wird.

Leitungen 124, 126, 128, 130, 132 und 134, die mit "Steuerimpulssignale" bezeichnet sind, fühlen die einzelnen Binärzustände der Stufen 112, 114, 116, 118, 120 bzw. 122 ab und dienen zum Einleiten der Steuerimpulssignale, die an die betreffenden Thyristoren der Wechselrichterbrückenschaltung (Fig. 1) angelegt werden. In dem typischen System würden die Schaltsignale über die Leitungen 124 bis 134 nicht direkt als Schaltsignale an die Steuerelektroden der betreffenden Thyristoren der Brücke angelegt, sondern würden zum Betätigen von Steuerelektrodentreiberschaltungen (nicht gezeigt) dienen, welche zum Anlegen der tatsächlichen Schaltsignale dienen. Das ist jedoch bekannt und eine weitere Erläuterung dürfte sich erübrigen.

Da die genaue Art des Schieberegisters 102 für die Erfindung nicht wichtig ist, sind Einzelheiten, die sich aus den Registerinhalten ergeben, nicht gezeigt worden. Wenn beispielsweise das Register von dem bekannten Typ wäre, der mit Rezirkulation arbeitet, würden binäre Einsen in zwei einander benachbarte Stufen gebracht und im Umlauf durch das Register über einen Rückweg (nicht gezeigt) mit einem Takt geleitet, der durch ein Taktsignal auf der Leitung 136 gesteuert wird, und in einer Richtung gemäß dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Richtungslenkungssignalen auf den Leitungen 140 und 144 ("Rechtsverschiebungseingang" bzw. "Linksverschiebungseingang"). In diesem Fall beruht die Beziehung zwischen den Registerstufen und der Erzeugung von Zündsignalen für die Thyristoren der Brücke 10 (Fig. 1) auf einer 1 : 1-Basis, wie es die Tabelle 1 von Fig. 3 zeigt.

Vorzugsweise wird jedoch bei der Erfindung ein bidirektionales, am Ende offenes Schieberegister benutzt, das auf spezifizierte Bitmuster innerhalb des Registers hin automatisch das Register zu spezifizierten Zeiten (zum ersten Mal vor dem ersten Betrieb der Brücke und später während des Betriebes) mit einer einzigen binären Eins lädt, die, wie zuvor, mit einem Takt verschoben wird, der durch das Taktsignal auf der Leitung 136 gesteuert wird, und in eine Richtung verschiebt, die durch die Signale auf den Leitungen 140 und 144 festgelegt wird. Dieses System schiebt unerwünschte oder ungewollte Schaltsignalbestimmungen aus dem Schieberegister hinaus und eliminiert sie. Dieses System bildet den Gegenstand der US-PS 42 58 416, die am 24. 03. 81 ausgegeben wurde und auf die hier Bezug genommen wird. Die Beziehung zwischen dem Registerinhalt und dem Einschalten der Brückenthyristoren ist für diesen Fall in der Tabelle 2 von Fig. 3 dargestellt.

Die Erfindung sorgt dafür, daß ein vorbestimmtes Schaltsignalmuster effektiv an die Thyristoren des Wechselrichters angelegt wird, wenn ein Wechselrichter-Stillsetzkriterium auftritt, ungeachtet der Position innerhalb des Schaltzyklus, bei der das Schieberegister 102 willkürlich gestoppt wird, wenn das Stillsetzkriterium zum ersten Mal auftritt.

Das Stillsetzkriterium zeigt einen Betrieb mit niedriger Belastung an. Es kann mehrere Formen annehmen, einschließlich des Zustands, in welchem die Frequenz des abgehenden Signals unter einem vorgewählten Frequenzwert liegt, beispielsweise kleiner oder gleich 3 Hz. Typischerweise ist der vorgewählte Frequenzwert ungefähr null Hertz. Bezüglich der Verwendung der Erfindung in Verbindung mit den Wechselstrommotorantriebssystemen von Fig. 5 und 6, die unten erläutert sind, kann das Stillsetzkriterium auftreten, wenn spezifische Systemparameter kleiner als vorgewählte Werte sind. Speziell sei bei dem Wechselstrommotorantriebssystem von Fig. 5, bei dem mit einem Drehzahl-Sollwert gearbeitet wird, das Stillsetzkriterium erfüllt, wenn das Drehmoment-Sollwertsignal und mindestens zwei der Signale, die den Drehzahl-Istwert, den Drehzahl-Sollwert und die Istwert/Sollwert-Differenz der Drehzahl darstellen, kleiner als vorgewählte Werte sind. Bei dem Wechselstrommotorantriebssystem von Fig. 6, bei dem mit einem Drehmomentsollwert gearbeitet wird, sei das Stillsetzkriterium erfüllt, wenn das Drehmoment-Sollwertsignal und das Drehzahl-Istwertsignal kleiner als vorbestimmte Werte sind. Wenn das Stillsetzkriterium gemäß irgendeinem dieser Parameterschemata auftritt, wird ein Wechselrichter-Stillsetzungssignal erzeugt. Dieses System zum Ableiten eines Stillsetzkriteriums bildet den Gegenstand prioritätsgleichen US-PS 42 87 463, auf die hier Bezug genommen wird.

Die Schaltungsanordnung innerhalb des gestrichelten Kastens 100 von Fig. 2 entspricht einer Ausführungsform der Erfindung. Zur Erläuterung sei angenommen, daß ein gewünschtes festes Schaltsignalmuster dasjenige ist, das erzeugt wird, wenn die Stufe 116 einen Steuerimpuls auf der Leitung 128 liefert. Ein erstes UND-Gatter 152 liefert ein erstes Steuersignal an einem Ausgang 154, wenn das Stillsetzungssignal, das an einer mit einem ersten Eingang 156 verbundenen Leitung 150 anliegt, wahr (d. h. eine binäre Eins) ist und wenn das vorbestimmte Steuerimpulssignal, das durch die Stufe 116 über die Leitung 128 an einen zweiten Eingang 157 angelegt wird, ebenfalls eine binäre Eins ist. Bei Nichtvorhandensein eines dieser beiden Zustände ist das Ausgangssignal auf der Leitung 154 im Zustand "unwahr", d. h. eine binäre Null. Somit liefert das UND-Gatter 152 ein Signal des Zustandes "unwahr" oder null auf der Leitung 154, ausgenommen dann, wenn das Stillsetzungssignal auf der Leitung 150 in dem wahren (binär eins) Zustand ist und das vorbestimmte Steuerimpulssignal durch die Stufe 116 abgegeben wird.

Die Ausgangsleitung 154 ist mit dem invertierenden Eingang 160 eines Sperr-UND-Gatters 162 verbunden. Ein zweiter Eingang 164 des Gatters 162 ist mit einer Quelle des Taktsignals verbunden. Die Quelle des Taktsignals kann von irgendeinem geeigneten Typ sein; beispielsweise kann das Taktsignal ein serieller Strom von Taktimpulsen mit gesteuertem Takt sein. Eine geeignete Form für die Quelle des Taktsignals ist ein spannungsgesteuerter Oszillator 166 herkömmlicher Bauart, der das Taktsignal an den zweiten Eingang 164 mit einer Taktfrequenz abgibt, der gemäß der Spannungsgröße eines auf einer Leitung 198 gelieferten Steuersignals gesteuert ist, das seinerseits einen durch die Position eines Schalters 192 bestimmten Wert hat, was im folgenden noch näher erläutert ist.

Die Leitung 150 ist außerdem mit einem nichtinvertierenden Eingang 184 seines Sperr-UND-Gatters 182 verbunden. Ein invertierender Eingang 186 des Gatters 182 ist mit der Leitung 128 verbunden. Das Sperr-UND-Gatter 182 liefert ein Signal auf einer Ausgangsleitung 188, das in dem wahren (binär eins) Zustand ist, wenn das Stillsetzungssignal wahr ist und das vorbestimmte Steuerimpulssignal nicht durch die Stufe 116 über die Leitung 128 geliefert wird.

Die Ausgangsleitung 188 ist mit einem Steuereingang 190 eines elektronischen Schalters 192 herkömmlicher Bauart verbunden. Das Ausgangssignal des Schalters 192 hat einen von zwei Werten, die durch dessen Position unter der Steuerung an dem Eingang 190 festgelegt werden. Ein Spannungssignal, das eine vorbestimmte Größe hat (entsprechend einer Taktfrequenz, die während des Eintritts in den Stillsetzungsbetrieb erwünscht ist), wird über eine Leitung 194 geliefert. Beispielsweise kann das Spannungssignal (Leitung 194) eine vorbestimmte Größe haben, so daß der spannungsgesteuerte Oszillator 166 veranlaßt wird, ein Taktsignal mit einer vorbestimmten Taktfrequenz zu liefern, die beispielsweise 12 Hz entspricht. Der Schalter 192 liefert das Spannungssignal vorbestimmter Größe auf einer Ausgangsleitung 198, wenn das Signal auf der Leitung 188 in dem wahren Zustand ist.

Das Ausgangssignal an einem Ausgang 168 des Gatters 162 wird an den Takteingang 136 des Schieberegister 102 angelegt. Das Taktsignal aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 166 mit einer gemäß dem Frequenzsteuersignal eingestellten Taktfrequenz wird normalerweise durch die zweite Logikstufe 162 an den Takteingang 136 angelegt, wenn das Stillsetzungssignal nicht vorhanden ist, und mit einer an deren Taktfrequenz gemäß dem Spannungssignal vorbestimmter Größe auf der Leitung 194 ab dann, wenn das Stillsetzungssignal zum ersten Mal geliefert wird, bis das gewünschte feste Steuerimpulssignal auf der Leitung 128 durch das Schieberegister 102 abgegeben wird, wobei wähend dieser Zeitspanne das Frequenzsteuersignal auf null gezwungen werden kann (wie es mit Bezug auf die Fig. 5 und 6 erläutert wird).

Es wird nun die Arbeitsweise der in Fig. 2 gezeigten Ausführungform der Erfindung erläutert. Zunächst sei ein Betrieb des Schieberegisters 102 ohne auf der Leitung 150 vorhandenes Stillsetzungssignal betrachtet. Das Ausgangssignal des Gatters 152, das an den Eingang 160 angelegt wird, ist im Zustand "unwahr", was gestattet, das Taktsignal aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 166, das gemäß dem Frequenzsteuersignal eingestellt ist, über den Ausgang 168 an den Takteingang 136 des Schieberegisters 102 anzulegen. Wenn nun erstmalig das Stillsetzungssignal auf der Leitung 150 geliefert wird, hat das Frequenzsteuersignal typischerweise einen Wert, der bewirkt, daß der spannungsgeregelte Oszillator 166 ein Taktsignal mit einer Frequenz von im wesentlichen null liefert, das weiterhin an den Takteingang 136 angelegt wird. Das Schieberegister 102 wird somit vorübergehend an seinem periodischen Durchlauf gehindert und es liefert irgendein zufälliges Steuerimpulsmuster, das mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht zu dem gewünschten vorbestimmten Schalktsignalmuster führt. Das Spannungssignal vorbestimmter Größe (Leitung 194) wird jedoch sofort anschließend an den spannungsgesteuerten Oszillator 166 angelegt, was zur Folge hat, daß dieser Taktsignale mit einer mäßigen Verschiebungsfrequenz, die beispielsweise 12 Hz entspricht, an den Takteingang 136 anlegt. Dieses Taktsignal an dem Takteingang 136 bewirkt, daß in dem Schieberegister 102 eine weitere Verschiebung erfolgt, bis der Steuerimpuls an seiner gewünschten Position auf der Leitung 128 geliefert wird, woraufhin das weitere Verschieben angehalten wird, weil das Ausgangssignal des Gatters 152 in den Zustand "wahr" übergeht und das Gatter 162 Impulse auf der Leitung 164 am Erreichen des Takteingangs 136 hindert. Das Schieberegister 102 bleibt in der gewünshcten festen Steuerimpulsposition, bis das Stillsetzungssignal nicht mehr an der Leitung 150 anliegt, woraufhin das Schieberegister 102 die Steuerimpulsfolgen mit einer gemäß dem Frequenzsteuersignal (Leitung 180) gesteuerten Taktfolge liefert. Es sei angemerkt, daß die vorbestimmte Frequenz, die durch das Spannungssignal auf der Leitung 194 eingestellt wird, niedrig genug ist, so daß eine Motorbelastung, die mit dem Wechselrichter verbunden ist (Fig. 1), kein nennenswertes Drehmoment erzeugt, wenn das Schieberegister 102 seinen Durchlauf weiterführt, um beim Erreichen der Position, die dem vorbestimmten Schaltsignalmuster am Wechselrichter entspricht, gestoppt zu werden.

In einer besonderen Ausführungsform sind Maßnahmen getroffen, um das Abgeben der Steuerimpulssignale von dem Schieberegister 102 an die Wechselrichtersteuerung 10 (Fig. 1) ab dann zu sperren, wenn das Stillsetzungssignal erscheint, bis das vorgegebene Schaltsignalmuster durch das Schieberegister 102 eingestellt ist.

In Fig. 4 ist eine solche Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In Fig. 4 tragen gleiche Schaltungselemente wie in Fig. 2 gleiche Bezugszahlen und es werden nur die neuen Schaltungselemente von Fig. 4 erläutert.

Ein Schaltkreis, der ein einzelnes Gatter oder einen einzelnen Schalter enthält, ist für die Leitungen 124, 126, 130, 132 bzw. 134 der Stufen 112, 114, 118, 120 bzw. 122 des Schieberegisters 102 vorgesehen. Speziell hat ein Gatter oder elektronischer Schalter 400 einen mit der Leitung 124 verbundenen Eingang und einen Ausgang 402. Der Schalter 400 ist normalerweise in dem geschlossenen Zustand und kann in den offenen Zustand geschaltet werden, wenn ein im hohen Zustand befindliches oder sperrendes Signal über eine Leitung 445 an einen Schalteingang 404 angelegt wird.

Ein Gatter oder elektronischer Schalter 406 hat einen Eingang, der mit der Leitung 126 verbunden ist, und einen Ausgang 408. Der Schalter 406 ist normalerweise in dem geschlossenen Zustand, er kann aber in den offenen Zustand geschaltet werden, wenn das in einem hohen Zustand befindliche oder sperrende Signal über eine Leitung 445 an einen Schalteingang 410 angelegt wird.

Für Darstellungszwecke wird die Stufe 116, wie oben erwähnt, als die Stufe bezeichnet, die das vorbestimmte Steuerimpulssignal liefert, welches das vorgegebene Schaltsignalmuster für den Wechselrichter 10, bei dessen Stillsetzung erzeugt. Daher ist bei dieser Ausführungsform kein Schalter oder Gatter in der Leitung 128 zwischen der Stufe 116 und der Steuerelektrodentreiberschaltung (nicht gezeigt) vorgesehen.

Ein Gatter oder elektronischer Schalter 412 hat einen mit einer Leitung 130 verbundenen Eingang und einen Ausgang 414.

Der Schalter 412 ist normalerweise in dem geschlossenen Zustand, er kann aber in den offenen Zustand geschaltet werden, wenn ein in einem hohen Zustand befindliches oder sperrendes Signal über eine Leitung 445 an einen Schalteingang 416 angelegt wird.

Ein Gatter oder elektronsicher Schalter 418 hat einen mit der Leitung 132 verbundenen Eingang und einen Ausgang 420. Der Schalter 418 ist normalerweise in dem geschlossenen Zustand, er kann aber in den offenen Zustand geschaltet werden, wenn ein in einem hohen Zustand befindliches oder sperrendes Signal über eine Leitung 445 an einen Schalteingang 422 angelegt wird.

Schließlich hat ein Gatter oder elektronsicher Schalter 424 einen mit der Leitung 134 verbundenen Eingang und einen Ausgang 426. Der Schalter 424 ist normalerweise in dem geschlossenen Zustand, er kann aber in den offenen Zustand geschaltet werden, wenn ein in einem hohen Zustand befindliches oder sperrendes Signal über eine Leitung 445 an einen Schalteingang 428 angelegt wird.

Die elektronischen Schalter 400, 406, 412, 418 und 424 können von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Logikgatter, Bipolar- oder Feldeffekttransistorschalter oder elektromechanische Relais.

Das Sperr- oder Austastsignal, das über die Leitung 445 an die Schalteingänge 404, 410, 416, 422 und 428 angelegt wird, wird geliefert, um zu verhindern, daß dem Wechselrichter 10 Schaltsignale ab dem Zeitpunkt geliefert werden, in welchem das Stillsetzungssignal zum ersten Mal auf der Leitung 150 geliefert wird, bis das Schieberegister 102 zyklisch betätigt und bei dem gewünschten vorgegebenen Schaltsignalmuster gestoppt worden ist, was bewirkt, daß der Wechselrichter 10 sein Lastspeisesignal gemäß dem gewünschten vorgegebenen Schaltsignalmuster erzeugt.

Das Austastsignal wird durch eine erste Logikstufe und durch eine zweite Logikstufe erzeugt. Die erste Logikstufe erzeugt ein erstes Steuersignal im hohen Zustand, wenn entweder das Stillsetzungssignal auf der Leitung 150 vorhanden ist oder das dem vorgegebenen Schaltsignalmuster entsprechende Impulssignal auf der Leitung 128 durch das Schieberegister 102 geliefert wird. Speziell kann die erste Logikstufe, die insgesamt mit der Bezugszahl 430 bezeichnet ist, beispielsweise eine Antivalenz- oder Exklusiv-ODER-Schaltung 432 hat einen ersten Eingang, der mit der Leitung 128 verbunden ist, die das vorbestimmte Steuerimpulssignal liefert. Ein zweiter Eingang der Exklusiv- ODER-Schaltung 432 ist mit einer Leitung 434 verbunden, an die das Stillsetzungssignal von der Leitung 150 angelegt wird. Ein Ausgangssignal 436 der Exklusiv-ODER-Schaltung 432 ist im hohen Zustand, wenn eines, aber nicht beide, der Eingangssignale im hohen Zustand ist. Das Ausgangssignal 436 ist daher nicht im hohen Zustand, wenn das Stillsetzungssignal und das vorbestimmte Steuerimpulssignal beide im niedrigen Zustand oder beide im hohen Zustand sind.

Eine zweite Logikstufe, die insgesamt mit der Bezugszahl 438 bezeichnet ist, liefert hohes Signal an ihrem Ausgang 440, wenn das Signal an ihrem ersten Eingang 442 und das Signal an ihrem zweiten Eingang 444 beide im hohen Zustand sind. Eine geeignete Form der Logikstufe 438 ist ein UND- Gatter. Der Ausgang 436 der Exklusiv-ODER-Schaltung 432 ist mit dem Eingang 442 verbunden. Die Stillsetzungssignal-Leitung 434 ist mit dem zweiten Eingang 444 verbunden. Die Ausgangsleitung 440 der zweiten Logikstufe 438 führt somit ein Signal im hohen Zustand ab dann, wenn das Stillsetzungssignal auf der Leitung 434 geliefert wird, bis das vorbestimmte Steuerimpulssignal aus der Stufe 116 geliefert wird. Es ist zu erkennen, daß diese Ausführungsform der Erfindung verhindert, daß der Wechselrichter 10 seine verschiedenen Einschaltzustände zyklisch durchläuft, während der Hinlauf zu dem gewünschten vorgegebenen Schaltsignalmuster erfolgt, nachdem das Stillsetzungskriterium wirksam geworden ist.

Fig. 5 zeigt in Foirm eines Blockschaltbildes eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einem Wechselstrommotorantriebssystem, bei welchem mit einem Drehzahl-Sollwert gearbeitet wird. Die Anordnung nach Fig. 2 oder 4 befindet sich prinzipiell innerhalb eines gestrichelten Kastens 401, während die Schaltungsanordnung außerhalb des Kastens 401 ein herkömmliches Wechselstrommotorantriebssystem ist, bei welchem mit Drehzahl-Sollwertvorgabe gearbeitet wird.

Die Anordnung und das Verfahren nach der Erfindung können bei anderen Arten von elektrischen Antriebssystemen benutzt werden. Das in Fig. 5 gezeigte System dient nur zu Darstellungszwecken und gleicht dem System, das den Gegenstand der DE 29 14 595 A1 bildet, auf die hier Bezug genommen wird. Ein weiteres geeignetes elektrisches Antriebsmotorsystem ist in A. B. Plunkett, J. D. D'Atre, T. A. Lipo, "Synchronous Control of a Static AC Induction Motor Drive," in IEEE/IAS Annual Meeting Conference Record, 1977, S. 609-15, beschrieben.

Gemäß Fig. 5 liefert ein in der Frequenz variabler, d. h. einstellbarer Wechselrichter 514 (der dem Wechselrichter 10 von Fig. 1 entspricht) ein abgehendes Signal, wie beispielsweise einen Speisestrom, mit variabler Größe und Frequenz über eine Leitung 516 zu einer Belastung, wie einem Wechselstrommotor 518. Der Wechselstrommotor 518 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, vorzugsweise ist es aber ein Wechselstrominduktionsmotor.

Der Wechselrichter 514 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um ein Gleichstromeingangssignal in einen Speisestrom variabler Frequenz unter der Steuerung durch ein in der Frequenz variables Schaltsignal, das auch als Frequenzsteuersignal bezeichnet wird, auf einer Eingangsleitung 520 umzuformen. Eine bevorzugte Form für den Wechselrichter 514 ist ein autosequentiell kommutierter, gesteuerter Wechselrichter mit einer 6-Thyristor-Brücke, wie der Wechselrichter 10 von Fig. 1, der den Speisestrom variabler Größe und Frequenz gemäß dem Schaltbetrieb der Thyristoren erzeugt.

Der Eingangsgleichstrom, der dem Wechselrichter 514 zugeführt wird, kann von irgendeiner geeigneten variablen Gleichstromquelle geliefert werden. Eine bevorzugte Ausführungsform für die variable Gleichstromquelle ist ein Gleichrichter 522, der einen Gleichstrom variabler Größe über einen Gleichstromzwischenkreis 524 an den Eingang des Wechselrichters 514 abgibt. Der Gleichrichter 522 formt Wechselstromenergie, die über Klemmen 528 zugeführt wird, unter der Steuerung von phasengesteuerten Steuerimpulssignalen auf Leitungen 526 in einen Gleichstrom variabler Größe um. Die phasengesteuerten Steuerimpulssignale werden außerdem hier als Stromsteuersignal bezeichnet. Der Gleichrichter 522 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, im typischsten Fall ist es aber ein phasengesteuerter 6-Thyristor- Gleichrichter, dessen Thyristoren mit Steuerimpulsen durch das Steuersignal auf der Leitung 526 versorgt werden.

Der Gleichstrom I_DC variabler Größe wird dem Wechselrichter 514 über den Gleichstromzwischenkreis 524 zugeführt. Der Gleichstromzwischenkreis 524 kann irgendeine geeignete Form annehmen, vorzugsweise enthält er aber eine Drossel 530, die in Reihe zwischen den Gleichrichter 522 und den Wechselrichter 514 geschaltet ist. Die Drossel 530 dient als Filter.

Die Größe des durch den Wechselrichter 514 an die Leitung 516 abgegebenen Speisestroms wird daher durch das Stromsteuersignal gesteuert, das dem Gleichrichter 522 zugeführt wird, und die Frequenz des Speisestroms wird gemäß dem Frequenzsteuersignal verändert, das auf der Leitung 520 dem Wechselrichter 514 zugeführt wird.

Das Elektromotorantriebssystem, das in Fig. 5 gezeigt ist, ist ein geschlossenes System mit Rückführung, das folgende Rückführungswege hat. Der Drehzahl-Istwert des Motors 518 wird abgefühlt und benutzt, um ein Drehzahl- Istwertsignal auf einer Leitung 534 zu erzeugen, das der mechanischen Drehzahl proportional ist. Eine geeignete Form für das Erzeugen des Drehzahl-Istwertsignals ist ein Gleichstromtachometer 532. Weiter können im Rahmen der Erfindung auch andere Lösungen zum Erzeugen des Drehzahl-Istwertsignals benutzt werden.

Ein Drehzahl-Sollwert wird benutzt, um ein dazu proportionales Drehzahl-Sollwertsignal zu erzeugen. Der Drehzahl-Sollwert kann entweder durch einen System- oder durch einen Benutzerbefehl geliefert werden. Im typischsten Fall wird er in Form eines Drehzahlbefehls aus einem durch eine Bedienungsperson einstellbaren Drehwiderstand 538 geliefert, der einen Schleiferarm 540 hat, welcher mit einem vom Benutzer betätigbaren Drehzahl-Stellhebel (nicht gezeigt) verbunden ist.

Das Drehzahl-Sollwertsignal von dem Schleiferarm 540 wird an einen ersten Eingang eines Summierpunktes 542 angelegt. Das Drehzahl-Istwertsignal wird negativ rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierpunktes 542 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierpunktes 542 ist ein Drehzahl- Differenzsignal, das jedwede Differenz zwischen dem Drehzahl- Sollwertsignal und dem Drehzahl-Istwertsignal darstellt und an den Eingang eines Drehzahlreglers 544 angelegt wird. Der Drehzahlregler 544 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um auf einer Leitung 546 ein Drehmoment-Sollwertsignal in Abhängigkeit von dem Drehzahl-Differenzsignal zu erzeugen. Eine geeignete Form des Drehzahlreglers 544 ist ein Operationsverstärker, der so geschaltet ist, daß er als Verstärker mit geeignetem Verstärkungsfaktor arbeitet, welcher, beispielsweise, eine Übergangsfunktion von k hat, wobei s ein LaPlace-Operator, t eine Zeitkonstante und k eine Verstärkungskonstante ist.

Die Leitung 546 ist mit dem Eingang 665 eines elektronischen Schalters 664 verbunden. Der elektronische Schalter 664 ist so ausgebildet, daß er seinen Ausgang 666 effektiv mit elektrisch Masse auf ein Schaltsignal oder Stillsetzungssignal hin verbindet, das an einen Schalteingang 667 angelegt wird, um so zu bewirken, daß das Drehmomentsollwertsignal effektiv einen Wert von im wesentlichen null annimmt. Der elektronische Schalter 664 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Bipolar- oder Feldeffekttransistorschalter oder ein elektromechanisches Relais.

Das Drehmoment-Sollwertsignal wird über den Schalter 664 an den Eingang einer Absolutwertstufe 656 herkömmlicher Bauart angelegt. Die Absolutwertversion des Drehmoment-Sollwertsignals an dem Ausgang der Absolutwertstufe 656 wird an den Eingang eines elektronischen Schalters 658 angelegt. Der elektronische Schalter 658 verbindet normalerweise seinen Eingang mit einem ersten Ausgang 659, kann aber seinen ersten Ausgang 659 mit einem zweiten Eingang 660 auf ein Schaltsignal oder Stillsetzungssignal hin, das an einen Schalteingang 661 angelegt wird, verbinden. Der elektronische Schalter 658 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, z. B. ein Bipolar- oder Feldeffekttransistorschalter oder ein elektromechanisches Relais. Wenn der erste Ausgang 659 des elektronischen Schalters 658 mit dem zweiten Eingang 660 verbunden wird, wird der Wert des Drehmoment-Sollwertsignals an dem ersten Ausgang 659 auf einen Wert gezwungen, der einem vorbestimmten Stromwert entspricht, wodurch die Größe des Speisestroms auf einen vorbestimmten Wert gezwungen wird.

Der erste Ausgang 659 ist mit dem ersten Eingang eines Summierers 662 herkömmlicher Bauart verbunden. Ein Shunt 668 ist so angeschlossen, daß er die Größe des Gleichstroms I_DC in der Drossel 530 abfühlt, die mit dem Wechselrichter 514 verbunden ist. Der Shunt 668 liefert auf einer Leitung 669 ein Signal, das diesen Größenwert angibt. Das Signal auf der Leitung 669 wird negativ rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierers 662 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierers 662 bildet ein Eingangssignal an einem Eingang 548 einer Stromsteuerstufe 550, wobei es sich um ein Signal handelt, das die Differenz zwischen der Absolutwertversion des Drehmoment-Sollwertsignals und dem die Größe des Gleichstroms I_DC anzeigenden Signal darstellt.

Die Stromsteuerstufe 550 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Stromsteuersignal auf der Leitung 526 gemäß dem Signal an dem Eingang 548 zu erzeugen. Eine geeignete Form für die Stromsteuerstufe 550 ist die einer Rampen- und Sockelsteuerschaltung (ramp and pedestal gating control) herkömmlicher Bauart.

Das Drehmoment-Sollwertsignal auf der Leitung 547 wird außerdem an den ersten Eingang eines Summierers 670 herkömmlicher Bauart angelegt. Das Drehzahl-Istwertsignal wird positiv rückgeführt und an einen zweiten Eingang des Summierers 670 angelegt. Das Ausgangssignal des Summierers 670, welches ein zu der Summe aus Drehmoment-Sollwertsignal und Drehzahl- Istwertsignal proportionales Signal ist, wird an einen Eingang 552 der Frequenzsteuerstufe 554 angelegt. Die Frequenzsteuerstufe 554 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Frequenzsteuersignal in Abhängigkeit von dem zu der Summe aus Drehmoment-Sollwertsignal und Drehzahl- Istwertsignal proportionalen Signal zu erzeugen. Das Frequenzsteuersignal wird der Leitung 180 der vorgewählten Gatterschaltung 401 der Erfindung zugeführt. Die Schaltung 401 ist die in Fig. 2 oder 4, je nach Eignung, dargestellte Schaltungsanordnung.

Das herkömmliche Antriebssystem, das in Fig. 5 gezeigt ist, gestattet, daß die mechanische Drehzahl und das Drehmoment, die durch den Wechselstrominduktionsmotor 518 erzeugt werden, gemäß dem Drehzahl-Sollwert geregelt werden können.

Ein Wechselrichter-Stillsetzungssignal wird in dem Elektromotorantriebssystem von Fig. 5 geliefert, wenn das System in der herkömmlichen Betriebsart mit einer Drehzahl etwa gleich Null und einem Drehmoment etwa gleich Null ist, in der die Frequenz des Speisestroms im wesentlichen Null ist. Eine Anordnung und ein Verfahren zum Liefern eines Stillsetzungssignals bilden den Gegenstand der US-PS 42 87 463, auf die hier Bezug genommen wird.

In dem Fall eines Antriebssystems, in welchem ein Drehzahl- Sollwert ausgenutzt wird, wird das Stillsetzungssignal geliefert, wenn das Drehmoment-Sollwertsignal und mindestens zwei der den Drehzahl-Sollwert, den Drehzahl-Istwert und die Drehzahl-Differenz anzeigenden Signale kleiner als vorbestimmte Werte sind. Statt dessen wird in dem Fall eines Antriebssystems, in welchem ein Drehmomentsollwert ausgenutzt wird, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, das Stillsetzungssignal geliefert, wenn das Drehzahl-Istwertsignal und das Drehmoment-Sollwertsignal kleiner als vorbestimmte Werte sind.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung für ein Antriebssystem gezeigt, bei welchem mit einem Drehzahl-Sollwert gearbeitet wird. Eine Absolutwertschaltung 600 hat einen Eingang, an dem über eine Leitung 602 das Drehmoment-Sollwertsignal auf der Leitung 547 anliegt. Die Absolutwertschaltung 600 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um auf einer Ausgangsleitung 604 eine Absolutwertversioin des Drehmoment-Sollwertsignals zu liefern.

Der Absolutwert des Drehmoment-Sollwertsignals wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 606 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit einer Referenzspannungsquelle 608 verbunden ist. Der Wert der Referenzspannung entspricht dem betreffenden vorbestimmten Wert, unter dem der Absolutwert des Drehmoment-Sollwertsignals liegen muß, damit das System in der Betriebsart mit praktisch Null-Drehzahl und Null-Drehmoment ist. Die Referenzspannungsquelle 608 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um eine Referenzspannung mit dem vorbestimmten Wert zu erzeugen.

Der Spannungsvergleicher 606 kann von irgendeiner geeigneten Form sein, um ein erstes Ausgangssignal auf einer Leitung 610 zu liefern, wenn der Absolutwert des Drehmoment- Sollwertsignals kleiner als der Spannungswert der Referenzspannungsquelle 608 ist. Eine geeignete Form für den Spannungsvergleicher 606 ist die eines Operationsverstärkers, der als Spannungsvergleicher geschaltet ist.

Der Eingang einer zweiten Absolutwertschaltung 612 ist über eine Leitung 614 mit dem Drehzahl-Istwertsignal auf der Leitung 534 verbunden, um den Absolutwert des Drehzahl-Istwertsignals auf einer Ausgangsleitung 616 zu liefern. Die Absolutwertschaltung 612 kann irgendeine geeignete Form annehmen. Der Absolutwert des Drehzahl-Istwertsignals auf der Leitung 616 wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 618 zugeführt. Der zweite Eingang des Spannungsvergleichers 618 ist mit der Referenzspannungsquelle 608 verbunden, und der Spannungsvergleicher gibt an einem Ausgang 620 ein zweites Ausgangssignal ab, wenn die Größe des Absolutwertes des Drehzahl-Istwertsignals kleiner als der Spannungswert der Referenzspannungsquelle 608 ist.

Der Eingang einer dritten Absolutwertschaltung 622 ist über eine Eingangsleitung 624 mit dem Drehzahl-Istwertsignal an dem Schleiferarm 540 verbunden. Die Absolutwertschaltung 622 liefert auf einer Ausgangsleitung 626 den Absolutwert des Drehzahl-Sollwertsignals. Der Absolutwert des Drehzahl-Sollwertsignals auf der Ausgangsleitung 626 wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 628 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit der Referenzspannungsquelle 608 verbunden ist. Der Spannungsvergleicher 628 liefert auf einer Ausgangsleitung 630 ein drittes Ausgangssignal, wenn der Absolutwert des Drehzahl-Sollwertsignals kleiner als der Wert des Referenzspannungssignals ist.

Der Eingang einer vierten Absolutwertschaltung 680 ist über eine Leitung 682 mit dem Drehzahl-Differenzsignal an dem Ausgang des Summierers 542 verbunden, um einen Absolutwert des Drehzahl-Differenzsignals auf einer Ausgangsleitung 684 zu liefern. Die Absolutwertschaltung 680 kann irgendeine geeignete Form annehmen. Der Absolutwert des Drehzahl-Differenzsignals auf der Leitung 684 wird einem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 686 zugeführt. Der zweite Eingang des Spannungsvergleichers 686 ist mit der Referenzspannungsquelle 608 verbunden, und der Spannungsvergleicher liefert an einem Ausgang 690 ein viertes Ausgangssignal, wenn die Größe des Absolutwertes des Drehzahl-Differenzsignals kleiner als der Spannungswert der Referenzspannungsquelle 608 ist.

Es sei angemerkt, daß die Spannungsvergleicher 606, 618, 628 und 686 jeweils mit einer anderen Referenzsignalquelle verbunden sein könnten, die Referenzsignale mit unterschiedlichen Werten liefern. Die Verwendung von unterschiedlichen Referenzquellen ist ein Weg, um unterschiedliche vorbestimmte Werte zu schaffen, unterhalb denen das Drehmoment-Sollwertsignal und mindestens zwei der den Drehzahl-Sollwert, den Drehzahl-Istwert und die Drehzahl-Differenz anzeigenden Signale liegen müssen, damit das Stillsetzungssignal geliefert wird.

Gemäß der Darstellung in Fig. 5 werden die Ausgangssignale der Spannungsvergleicher 606, 618, 628 und 686 über die Leitungen 610, 620, 630 bzw. 690 an eine Logikschaltung 640 angelegt, die das Stillsetzungssignal nur dann liefert, wenn das erste dieser Signale und von dem zweiten bis vierten Signal wenigstens zwei vorhanden sind. Es sei angemerkt, daß die Erfindung auch so ausgebildet sein kann, daß das Stillsetzungssignal geliefert wird, wenn von dem ersten bis vierten Signal jedes vorhanden ist. Normalerweise werden hier von dem zweiten bis vierten Signal jedoch nur zwei benutzt, weil die Information in dem jeweils unbenutzten Signal in den beiden benutzten Signalen vorhanden ist. Die Logikschaltung 640 kann von irgendeinem geeignetem Typ sein, beispielsweise eine Anordnung von UND-Gattern. Das Ausgangssignal der Logikschaltung 640 auf einer Leitung 642 ist das Stillsetzungssignal, das anzeigt, daß das Antriebssystem in einem Betriebszustand ist, der Drehzahl- und Drehmomentwerte von im wesentlichen gleich Null bringt oder fordert.

Eine Verzögerung von vorbestimmter Zeitdauer kann eingeführt werden, bevor das Stillsetzungssignal geliefert wird, um zu verhindern, daß dieses Signal transient erzeugt wird, wenn das Antriebssystem vorübergehend durch den herkömmlichen Betriebszustand mit im wesentlichen Null Drehung und im wesentlichen Null Drehmoment hindurchgeht. Diese Verzögerung von vorbestimmter Zeitdauer kann erzeugt werden, indem das Stillsetzungssignal auf der Leitung 642 an eine Verzögerungsstufe 644 angelegt wird, die von irgendeiner geeigneten Bauart sein kann, beispielsweise ein monostabiler Multivibrator und ein Gatter. Die Verzögerungsstufe 644 hat eine Verzögerung beim Anstieg und keine Verzögerung beim Abfall, beispielsweise 0,1 s beim Anstieg.

Das Stillsetzungssignal auf der Ausgangsleitung 650 der Verzögerungsstufe 644 bewirkt drei Funktionen, die durch einen Block 648 dargestellt sind. Der Block 648 stellt die drei Funktionen dar, die durch das Signal auf der Leitung 650 erzeugt werden. Im Aufbau braucht der Block 648 nichts anderes als drei Leitungen zu sein, um das Signal auf der Leitung 650 zu den drei Schaltern zu leiten, wie dargestellt.

Die erste Funktion, die durch den Block 648 dargestellt ist, besteht darin, in Ansprache auf das Stillsetzungssignal über die Leitung 673 den Block 401 zu aktivieren, damit das Schieberegister 102 periodisch betätigt und in der Stufe 116 gestoppt wird, damit Steuerimpuls auf der Leitung 128 zur Einstellung des vorgegebenen Schaltsignalmusters geliefert wird.

Die zweite Funktion, die durch den Block 648 dargestellt ist, besteht darin, in Ansprache auf das Stillsetzungssignal über eine Leitung 676 den elektronischen Schalter 658 zu aktivieren, um effektiv zu bewirken, daß die Größe des Speisestroms schnell auf eine vorbestimmte Größe geändert wird, die durch den vorbestimmten Stromwert festgelegt ist. Das Stillsetzungssignal auf der Leitung 676 zum schnellen Ändern der Größe des Stroms kann die Stromsteuerstufe 550 veranlassen, willkürlich den Strom auf eine vorgewählte Größe gemäß dem vorbestimmten Stromwert zu ändern.

Die dritte Funktion, die durch den Block 648 dargestellt ist, besteht darin, in Ansprache auf das Stillsetzungssignal über eine Leitung 677 den elektronischen Schalter 664 zu steuern, damit der Schalter 664 geschlossen wird und so das Drehmoment-Sollwertsignal schnell auf im wesentlichen Null zu verringern. Gemäß Fig. 5 erfolgt diese Verringerung auf im wesentlichen Null dadurch, daß der elektronische Schalter 664 die Leitung 547 an Masse legt. Die Verringerung des Drehmoment-Sollwertes auf Null, wenn das Antriebssystem in der Betriebsart bei hohem Schlupf mit im wesentlichen Null Drehzahl und im wesentlichen Null Drehmoment ist, verhindert, daß plötzliche Stöße oder Einschwingvorgänge im Antriebssystem auftreten, wenn das Antriebssystem diese Betriebsart verläßt.

Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Wechselrichter-Stillsetzungssystems nach der Erfindung zur Verwendung in einem Wechselstrommotorantriebssystem, bei welchem mit Drehmoment-Sollwertvorgabe gearbeitet wird. Das herkömmliche Wechselstrommotorantriebssystem, das mit einer Drehmoment-Sollwertvorgabe arbeitet und in Fig. 6 gezeigt ist, befindet sich außerhalb des gestrichelten Kastens 401 und gleicht dem Antriebssystem, das den Gegenstand der obenerwähnten Patentanmeldung P 29 14 595.7 beschreibt. In den Fig. 5 und 6 tragen gleiche Schaltungselemente gleiche Bezugszahlen. Es werden hier nur unterschiedliche Schaltungselemente erläutert.

Ein Drehmoment-Sollwertsignal, das zu einem Drehmomentsollwert proportional ist, wird auf einer Leitung 700 geliefert. Dieses Drehmoment-Sollwertsignal kann durch das Antriebssystem oder durch einen durch eine Bedienungsperson einstellbaren Drehwiderstand 702 mit einem Schleiferarm 704 geliefert werden. Die Position des Schleiferarms 704 entspricht dem Drehmomentsollwert, der durch die Position eines (nicht dargestellten) benutzerbetätigten Drehmoment-Stellhebels angezeigt wird.

Das Drehmoment-Sollwertsignal wird als ein Eingangssignal an einen Drehmomentregler 706 angelegt, der die Drehmomentführungsgröße auf der Leitung 546 in Abhängigkeit von dem Drehmoment-Sollwertsignal erzeugt. Der Drehmomentregler 706 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um die Drehmomentführungsgröße gemäß dem Drehmoment-Sollwertsignal zu erzeugen. Eine geeignete Form für den Drehmomentregler 706 ist ein Operationsverstärker herkömmlicher Bauart, der so geschaltet ist, daß er als Verstärker mit geeigneter Verstärkung arbeitet. Die übrigen Schaltungselemente des herkömmlichen Antriebssystems, das in Fig. 6 gezeigt ist, entsprechen den mit gleichen Bezugszahlen versehenen Schaltungselementen des Antriebssystems, das in Fig. 5 gezeigt ist.

In dem Antriebssystem, bei dem mit einem Drehmomentsollwert gearbeitet wird, wird das Stillsetzungssignal geliefert, wenn das Drehzahl-Istwertsignal und das Drehmoment-Sollwertsignal kleiner als vorbestimmte Werte sind. Die betreffenden vorbestimmten Werte können für das Drehmoment-Sollwertsignal und das Drehzahl-Istwertsignal zwar verschieden sein, die Werte zeigen jedoch an, wann das Antriebssystem in dem herkömmlichen Betriebszustand mit im wesentlichen Null Drehzahl und im wesentlichen Null Drehmoment ist, wenn die Frequenz des Speisestroms einen sehr niedrigen Wert hat, so daß die Konstantschlupfbetriebsart erzeugt wird.

Gemäß Fig. 6 wird das Drehzahl-Istwertsignal über eine Leitung 722 an eine Absolutwertschaltung 720 angelegt. Die Absolutwertschaltung 720 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um auf einer Ausgangsleitung 724 den Absolutwert des Drehzahl-Istwertsignals zu liefern.

Der Absolutwert des Drehzahl-Istwertsignals wird an den ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 726 angelegt. Ein zweiter Eingang des Spannungsvergleichers 726 ist mit einer Referenzspannungsquelle 728 verbunden, die ein Referenzsignal mit einem Wert liefert, der gleich dem betreffenden vorbestimmten Wert ist. Der Spannungsvergleicher 726 liefert ein zweites Ausgangssignal, wenn der Absolutwert des Drehzahl-Istwertsignals kleiner als der vorbestimmte Wert ist. Der Spannungsvergleicher 726 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Operationsverstärker, der als Spannungsvergleicher geschaltet ist.

Eine Eingangsleitung 730 einer Absolutwertschaltung 732 ist mit dem Drehmoment-Sollwertsignal auf der Leitung 700 verbunden. Die Absolutwertschaltung 732 liefert einen Absolutwert des Drehmoment-Sollwertsignals auf einer Leitung 734, die mit dem ersten Eingang eines Spannungsvergleichers 736 verbunden ist. Der zweite Eingang des Spannungsvergleichers 736 ist mit der Referenzspannungsquelle 728 verbunden. Der Spannungsvergleicher 736 erzeugt ein erstes Ausgangssignal, wenn der Absolutwert des Drehmoment-Sollwertsignals kleiner als das Referenzspannungssignal ist, das gleich dem betreffenden vorbestimmten Wert ist, der durch die Referenzspannungsquelle 728 geliefert wird. Der Spannungsvergleicher 736 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, beispielsweise ein Operationsverstärker, der als Spannungsvergleicher geschaltet ist.

Das erste Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 736 und das zweite Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 726 werden an eine Logikschaltung 740 angelegt, die das Wechselrichter- Stillsetzungssignal als ein Ausgangssignal auf einer Leitung 742 liefert, wenn beide an sie angelegte Ausgangssignale im hohen Zustand sind. Die Logikstufe 740 kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, um das Stillsetzungssignal zu liefern, wenn von den beiden Ausgangssignalen beide im hohen Zustand sind, beispielsweise ein UND-Gatter.

Wie in dem Fall der Ausführungsform, die ein Fig. 5 gezeigt ist, verursacht das Stillsetzungssignal an dem Ausgang 750 der Verzögerungsstufe 644 das Erzeugen derselben drei Funktionen durch den Block 648 wie in dem Fall von Fig. 5, weshalb diese Funktionen hier nicht erneut ausführlich erläutert werden.

Claims (7)

1. Verfahren zum Ansteuern eines Wechselstrommotors mittels eines Wechselrichters mit einer Wechselrichtersteuerschaltung, welche ein vorbestimmtes Muster von Schaltsignalen liefert und dieses schrittweise als Reaktion auf ein Taktsignal zyklisch ändert, wobei die Motordrehzahl durch Variation der Frequenz des Taktsignals gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erreichen eines Betriebszustandes des Motors mit Drehzahl und Drehmoment gleich Null folgende Schritte unternommen werden:

• a) es wird ein Wechselrichter-Stillsetzungssignal ausgelöst und für die Dauer des gewünschten Betriebszustandes aufrechterhalten;
• b) mit Beginn des Wechselrichter-Stillsetzungssignals wird dem Taktsignal eine feste Frequenz vorgegeben, und die Muster der Schaltsignale werden überwacht;
• c) sobald ein vorbestimmtes Muster der Schaltsignale erreicht ist, wird die Vorgabe der festen Frequenz des Taktsignals aufgehoben, und die weitere Reaktion der Wechselrichtersteuerschaltung auf Taktsignale wird für die restliche Dauer des Wechselrichter-Stillsetzungssignals unterbunden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung der Schaltsignale zum Wechselrichter während der Dauer des Wechselrichter-Stillsetzungssignals gesperrt wird, solange das gewählte Muster der Schaltsignale noch nicht erreicht ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß ein Drehzahl-Sollwertsignal gebildet wird, das proportional einer gewünschten Drehzahl des Motors ist;
• b) daß ein Drehzahl-Istwertsignal gebildet wird, das proportional der aktuellen Drehzahl des Motors ist;
• c) daß ein die Differenz zwischen Drehzahl-Istwertsignal und Drehzahl-Sollwertsignal darstellendes Drehzahl- Differenzsignal gebildet wird;
• d) daß ein Drehmoment-Sollwertsignal entsprechend dem Drehzahl-Differenzsignal gebildet wird;
• e) daß ein Frequenzsteuersignal und ein Stromsteuersignal als Funktionen des Drehmoment-Sollwertsignals gebildet werden;
• f) daß die Stärke des vom Wechselrichter kommutierten Stroms entsprechend dem Stromsteuersignal geändert wird;
• g) daß die Frequenz des Taktsignals, außer bei Vorgabe der festen Frequenz, durch das Frequenzsteuersignal bestimmt wird;
• h) daß das Wechselrichter-Stillsetzungssignal erzeugt wird, wenn das Drehmoment-Sollwertsignal und mindestens zwei der Signale, die das Drehzahl-Istwertsignal, das Drehzahl- Sollwertsignal und das Drehzahl-Differenzsignal darstellen, kleiner sind als ein jeweils zugeordneter vorbestimmter Wert.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß ein Drehmoment-Sollwertsignal gebildet wird, das proportional einem gewünschten Drehmoment des Motors ist;
• b) daß ein Drehzahl-Istwertsignal gebildet wird, das proportional der existierenden Drehzahl des Motors ist;
• c) daß ein Frequenzsteuersignal und ein Stromsteuersignal als Funktionen des Drehmoment-Sollwertsignals gebildet werden;
• d) daß die Stärke des vom Wechselrichter kommutierten Stroms entsprechend dem Stromsteuersignal geändert wird;
• e) daß die Frequenz des Taktsignals, außer beim besagten Festzwingen, durch das Frequenzsteuersignal eingestellt wird;
• f) daß das Wechselrichter-Stillsetzungssignal erzeugt wird, wenn das Drehmoment-Sollwertsignal und das Drehzahl-Istwertsignal kleiner sind als ein jeweils zugeordneter vorbestimmter Wert.

5. Wechselrichtersteuerschaltung für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch:

• a) einen Taktsignalerzeuger (166) mit einem Frequenzsteuereingang (198) zum Anlegen des Frequenzsteuersignals, dessen Betrag die Frequenz des erzeugten Taktsignals bestimmt;
• b) einen Schaltsignalerzeuger (102), der verschiedene Muster von Schaltsignalen für verschiedene Schaltzustände des Wechselrichters (10) erzeugen kann und der auf das Taktsignal anspricht, um die verschiedenen Schaltsignalmuster in einer vorbestimmten Reihenfolge zyklisch zu liefern;
• c) einen ersten Steuersignaleingang (180) zum Empfang eines Frequenzsteuersignals variablen Betrags als Funktion einer gewünschten Drehzahl des mit dem Wechselrichter anzusteuernden Motors (22);
• d) einen zweiten Steuersignaleingang (194) zum Empfang eines Frequenzsteuersignals festen Betrags;
• e) einen dritten Steuersignaleingang (150) zum wahlweisen Anlegen des Wechselrichter-Stillsetzungssignals,
• f) eine Logikschaltung (152, 160, 162, 182, 186), welche die Muster der Schaltsignale und den dritten Steuersignaleingang (150) überwacht und folgende Schaltfunktion durchführt;
  • f1) Verbindung des Frequenzsteuereingangs (198) des Taktsignalerzeugers (166) mit dem ersten Steuersignaleingang (180), wenn das Wechselrichter- Stillsetzungssignal fehlt;
  • f2) Verbindung des Frequenzsteuereingangs (198) des Taktsignalerzeugers (166) mit dem zweiten Steuersignaleingang (194) nur dann, wenn bei vorhandenem Wechselrichter-Stillsetzungssignal die Schaltsignale ein anderes als das gewählte Muster haben;
  • f3) Anlegen der erzeugten Taktsignale an den Schaltsignalerzeuger (102), außer wenn bei vorhandenem Wechselrichter-Stillsetzungssignal die Schaltsignale das vorbestimmte Muster haben.

6. Wechselrichtersteuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltsignalerzeuger (102) ein Schieberegister mit mehreren Stufen (112- 122) aufweist, deren Ausgänge (124-134) die Schaltsignale liefern, und daß das Taktsignal ein in das Schieberegister eingegebenes Datensignal schrittweise von Stufe zu Stufe weiterschiebt, um die aufeinanderfolgenden verschiedenen Muster der Schaltsignale zu bilden.

7. Wechselrichtersteuerschaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (152, 160, 162, 182, 186) eine Sperreinrichtung (400-424, 432, 438) enthält, welche das Anlegen der Schaltsignale an den Wechselrichter verhindert, solange bei vorhandenem Wechselrichter-Stillsetzungssignal die Schaltsignale ein anderes als das vorbestimmte Muster haben.