DE3110244A1 - "steuereinrichtung und -verfahren fuer ein wechselrichtergespeistes induktionsmaschinenantriebssystem" - Google Patents
"steuereinrichtung und -verfahren fuer ein wechselrichtergespeistes induktionsmaschinenantriebssystem"Info
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Description
31 1 02AA
GENERAL ELECTRIC COMPANY
1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.
Steuereinrichtung und -verfahren für ein wechselrichtergespeistes Induktionsmaschinenantriebssystem
Die Erfindung bezieht sich auf Stromrichterinduktionsmaschinenantriebssystenie
und betrifft insbesondere eine Einrichtung
und ein Verfahren zum Betreiben von mehreren beliebig belasteten Induktionsmaschinen an einem einzelnen
gesteuerten Wechselrichter.
Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Induktionsmaschine haben zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in vielen industriellen
Anwendungsfällen geführt, zu denen große elektrische
und dieselelektrische Baggerausrüstungen gehören. Üblicherweise wird in solchen industriellen Anwendungsfällen die Induktionsmaschine aus einer eine Frequenz aufweisenden
Potentialquelle, wie beispielsweise einem phasengesteuerten Gleichrichter, über einen Wechselrichter
gespeist, der aus mehreren Paaren Schaltvorrichtungen besteht, wobei die Schaltvorrichtungen jedes Paares gleichsinnig
in Reihe geschaltet sind und jedes der Paare von in
Reihe geschalteten Schaltvorrichtungen an die Einfrequenzpotentialquelle
angeschlossen ist. Durch Einstellen der Dauer und der Frequenz des leitenden Zustandes der Wechselrichterschaltvorrichtung
können die Amplitude bzw. die Frequenz des Wechselrichterausgangsstroms und damit das Drehmoment
bzw. die Drehzahl der Induktionsmaschine entsprechend gesteuert werden.
Wechselrichter, die in der oben beschriebenen Weise zum Einstellen der Induktionsmaschinenspannung benutzt werden,
werden gewöhnlich entweder als gesteuerte Stromquellen-Wechselrichter oder als gesteuerte Spannungsquellen-Wechselrichter
bezeichnet, je nach dem, ob der Wechselrichtereingangsstrom oder die Wechselrichtereingangsspannung am Ende
auf Benutzerbefehle hin gesteuert wird. Der gesteuerte Stromquellen-Wechselrichter (engl.: controlled current
source inverter oder, abekürzt, CCI) ist besonders gut zum Speisen von Wechselstrommaschinen geeignet, die ein konstantes
Drehmoment über einem festen Frequenzbereich liefern sollen. Darüber hinaus ist im Vergleich zu den gesteuerten
Spannungsquellen-Wechselrichtern der gesteuerte Stromquellen-Wechselrichter weniger kompliziert und weniger
teuer in der Herstellung, was den gesteuerten Stromquellen-Wechselrichter für viele Verwendungszwecke zu einer
attraktiven Alternative zu den herkömmlichen gesteuerten Spannungsquellen-Wechselrichtern macht.
Aus wirtschaftlichen Gründen ist es häufig erwünscht, mehrere Induktionsmaschinen an einem einzelnen Wechselrichter
zu betreiben. Während gesteuerte Spannungsquellen-Wechselrichter in der Lage sind, ohne Schwierigkeiten mehrere Induktionsmaschinen
zu speisen, gilt dasselbe nicht für gesteuerte Stromquellen-Wechselrichter. Wenn mehrere Maschinen
an einem gesteuerten Stromquellen-Wechselrichter betrieben werden und wenn die Maschinen nicht die gleiche
Getriebeübersetzung haben, nicht gleich belastet oder nicht
mit einer gemeinsamen Welle gekuppelt sind, so besteht die große Wahrscheinlichkeit, daß die am stärksten belastete
Maschine schnell untererregt wird und außer Tritt fällt. Sollte eine der Induktionsmaschinen untererregt werden
und außer Tritt fallen, würde es sehr wahrscheinlich zu einer Wechselrichterunstabilität kommen, durch die der
Wechselrichter möglicherweise beschädigt wird.
Eine vorgeschlagene Lösung für das Problem des Betreibens von mehreren beliebig belasteten Induktionsmaschinen an
einem gesteuerten Stromquellen-Wechselrichter besteht darin, anstelle des herkömmlichen phasengesteuerten Gleichrichters,
der Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, die Kombination aus einem Gleichstrom-Gleichstrom-Zerhacker,
der aus einer Gleichstromquelle gespeist wird, und einem Spannungsregler zu verwenden. Der Spannungsregler steuert
die Zerhackungsfrequenz des Gleichstrom-Gleichstrom-Zerhackers
und veranlaßt ihn, mit einer relativ hohen Frequenz zu zerhacken, so daß die kombinierte Zerhacker-Spannungsregler-Wechselrichter-Schaltung
für die Induktionsmaschine elektrisch als dasselbe" wie ein herkömmlicher gesteuerter
Spannungsquellen-Wechselrichter erscheint. Zum Erzielen einer zufriedenstellenden dynamischen Maschinenantriebssystemleistung
muß jedoch der Gleichstrom-Gleichstrom-Zerhacker in der Lage sein, mit relativ hohen Frequenzen
zu arbeiten, was somit erfordert, daß der Zerhackerkreis aus teueren Hochstromschaltvorrichtungen hergestellt
wird.
Im Gegensatz dazu befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren und einer Einrichtung, die mit herkömmlichen gesteuerten
Stromquellen-Wechselrichtern kompatibel sind, zum Betreiben von mehreren parallel geschalteten, beliebig
belasteten Induktionsmaschinen an einem einzigen gesteuerten Stromquellen-Wechselrichter,
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben von mehreren beliebig belasteten
Induktionsmaschinen an einer einzelnen gesteuerten Wechselrichterquelle, die mit heutigen Wechselrichtern kompatibel
ist, zu schaffen.
Weiter sollen ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben von mehreren beliebig belasteten Induktionsmaschinen
derart, daß das Außertrittfallen von Maschinen und die sich daraus ergebende Wechselrichterunstabilität vermieden werden,
geschaffen werden.
Gemäß der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung enthält,
kurz gesagt, eine verbesserte Steuereinrichtung zum Betreiben von mehreren beliebig belasteten Induktionsmaschinen
an einem einzigen gesteuerten Wechselrichter eine Signalgeneratorschaltung, die mit dem Wechselrichter und mit
jeder der mehreren Induktionsmaschinen verbunden ist. Die Signalgeneratorschaltung erzeugt ein erstes Signal, das sich
gemäß dem mittleren Maschinenphasenwinkel ändert, wobei der mittlere Maschinenphasenwinkel der (1/N)-te Teil der Größe
der Summe aller Maschinenphasenwinkel ist und wobei N die Anzahl der Maschinen ist. Die Signalgeneratorschaltung erzeugt
außerdem ein zweites Signal, das sich gemäß der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Maschine ändert.
Das erste Ausgangssignal, das durch die Signalgeneratorschaltung erzeugt wird, wird an einen ersten Regelkreis angelegt,
der die Amplitude des Wechselrichterausgangsstroms durch selbsttätige Regelung auf den mittleren Maschinenphasenwinkel
hin einstellt. Ein zweiter Regelkreis, der mit dem Wechselrichter verbunden ist und dem sowohl das erste
als auch das zweite Signalgeneratorschaltungsausgangssignal zugeführt werden, stellt die Wechselrichterausgangsstromfrequenz
durch selbsttätige Regelung auf den mittleren Maschinenphasenwinkel und die Schlupffrequenz der am stärksten belasteten
Induktionsmaschine hin ein. Durch dieses Einstel-
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len der Wechselrichterausgangsstroiaamplitude und -frequenz
wird sichergestellt, daß die am stärksten belastete Induktionsmaschine einen ausreichenden Fluß hat, wodurch die
Wahrscheinlichkeit des Außertrittfallens der Maschine und der daraus resultierenden Wechselrichterunstabilität verringert
wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1A und 1B ein Blockschaltbild eines Stromrichterinduktionsmaschinen
an triebssystems, das mit der Steuereinrichtung nach der Erfindung verbunden ist und in dem der
Stromrichter ein gesteuerter Wechselrichter ist,
Fig. 2A und 2B ein Blockschaltbild eines Parametersignalgenerators,
der einen Teil der Steuereinrichtung von Fig. 1 bildet, und
Fig. 3A und 3B ein Blockschaltbild des Schlupfbegren-
zungssignalgenerators, der einen Teil der Steuereinrichtung von Fig. 1A und
1B bildet.
Die Fig. 1A und IB zeigen ein mehrmotoriges Induktionsmaschinenantriebssystem
10, das ein Paar dreiphasige Induktionsmaschinen 12a und 12b enthält. Die Induktionsmaschinen
12a und 12b sind parallel an den Ausgang eines dreiphasigen Wechselrichters 14 angeschlossen. Der Wechselrichter 14
ist typischerweise ein herkömmlicher Brückenwechselrichter, wie er beispielsweise in dem Buch "Principles of Inverter
Circuits" von Bedford und Hoft (Wiley & Sons, 1964) be-
schrieben ist, und ist aus drei Paaren gesteuerter Schaltvorrichtungen
(nicht gezeigt) aufgebaut, wobei die Vorrichtungen jedes Paares gleichsinnig in Reihe geschaltet
sind und wobei jede Schaltvorrichtung entweder ein Thyristor oder ein Hochstromtransistor ist. Bei Versorgung mit
Gleichstrom aus einem phasengesteuerten Gleichrichter 16, der mit einer Glättungsdrossel 18 in Reihe geschaltet ist,
versorgt der Wechselrichter 14 die Maschinen 12a und 12b jeweils mit dreiphasigen Wechselströmen. Der phasengesteuerte
Gleichrichter 16 wird aus einer technischen Wechselstromquelle 2Ö gespeist.
Die Steuerung der Drehzahl und des Drehmoments des Wechselrichterinduktionsmaschinenantriebssystems
10 erfolgt durch Einstellen der Frequenz und der Amplitude des Wechselrichterausgangsstroms.
Die Steuerung der Wechselrichterausgangsstromamplitude erfolgt durch Einstellen der Amplitude der
durch den phasengesteuerten Gleichrichter 16 erzeugten Ausgangsspannung gemäß einem Spannungsbefehlssignal V , das
durch eine Steuereinrichtung 24 (unten beschrieben) geliefert wird. Die Wechselrichterfrequenz wird eingestellt,
indem die Frequenz des leitenden Zustandes der Wechselrichterschaltvorrichtungen
in herkömmlicher Weise gemäß einem Frequenzbefehlssignal ta , das durch die Steuereinrichtung
geliefert wird, verändert wird.
Es sind bereits, wie weiter oben erwähnt, verschiedene Steuereinrichtungen zum Einstellen des Drehmoments und der
Drehzahl des Wechselrichterinduktionsmaschinenantriebssystems gemäß dem Wechselrichterstrom zum Erzielen der Wechselrichterinduktionsmaschinenantriebssystemstabilität
vorgeschlagen worden. Diese Steuereinrichtungen haben sich zwar bei der Steuerung entweder eines Antriebssystems mit
einer einzelnen Induktionsmaschine oder eines mehrere Maschinen aufweisenden Induktionsmaschinenantriebssystems,
in welchem die Induktionsmaschinen die gleiche Getriebeübersetzung
haben, gleich belastet sind oder mit einer gemeinsamen Welle gekuppelt sind, als zufriedenstellend erwiesen,
solche bekannten Steuereinrichtungen ergeben jedoch keine zufriedenstellende Steuerung eines mehrere Induktionsmaschinen
aufweisenden Wechselrichterinduktionsmaschinenantriebssystems, wie des Wechselrichterinduktionsmaschinenantriebssystems
10, in welchem jede der Induktionsmaschinen beliebig belastet ist. Die Verwendung der
bekannten Steuereinrichtungen zum Betreiben von mehreren beliebig belasteten Induktionsmaschinen an einer einzigen
gesteuerten Wechselrichterquelle würde wahrscheinlich die Schwierigkeit mit sich bringen, daß die am stärksten belastete
Induktionsmaschine schnell untererregt werden würde und somit keinen ausreichenden Fluß haben würde, was
zur Folge hätte, daß die Maschine außer Tritt fällt und daß es möglicherweise sogar zur Wechselrichterunstabilität
kommt.
Zum Mildern aller dieser Schwierigkeiten, die mit der Verwendung von bekannten Steuereinrichtungen verbunden sind,
wird das Wechselrichterinduktionsmaschinenantriebssystem 10 gemäß dem Wechselrichterstrom durch die Steuereinrichtung
24 eingestellt. Die Steuereinrichtung 24 enthält einen ersten Regelkreis 26 und einen zweiten Regelkreis
Der Regelkreis 26 stellt die Wechselrichterausgangsstromamplitude
und damit den Maschinenfluß ein, indem er die Ausgangsspannungsamplitude
des phasengesteuerten Gleichrichters 16 durch selbsttätige Regelung auf den Mittelwert der
einzelnen Maschinenphasenwinkel hin einstellt. Der Regelkreis 26 enthält einen Flußprozessor 30, welcher aus einem
Parametersignalgenerator 32 (ausführlicher mit Bezug auf
Fig. 2 beschrieben) mit einem Signal sin θΜΙΤΓρ versorgt
wird, welches sich gemäß dem Mittelwert der Induktionsmaschinenphasenwinkel
ändert. Der Flußprozessor 30 enthält vorzugsweise einen Begrenzer, der die Amplitude des an
ihn angelegten Eingangssignals begrenzt. Wenn sich das an den Flußprozessor 30 angelegte Signal sin θΜΤφ1τ, gemäß dem
gewünschten Maschinenluftspaltfluß für den besonderen Belastungszustand
ändert, stellt das von dem Flußprozessor 30 abgegebene Ausgangssignal den gewünschten oder Sollmaschinenfluß
dar.Durch Begrenzen des an den Flußprozessor angelegten Signals sin ΘΜΙ_Τ verhindert dieser, daß der
befohlene Maschinenfluß (dargestellt durch die Größe des Signals sin θΜΤΓρΤ) den Maschinennennfluß übersteigt.
Das Ausgangssignal, das durch den Flußprozessor 30 erzeugt wird, wird an den nichtinvertierenden Eingang eines Summierverstärkers
34 angelegt. Dem Summierverstärker 34 wird an dem invertierenden Eingang ein Signal | ψ [ aus dem
Parameters ignalgenerator 32 zugeführt, welches sich gemäß der absoluten Größe des Istwertes des mittleren Ständerflusses, der
durch die Maschinen 12a und 12b erzeugt wird, und gemäß der Differenz in der Größe zwischen den Signalen, die an
den invertierenden bzw. an den nichtinvertierenden Eingang
des Summierverstärkers angelegt werden, ändert. Der Summierverstärker erzeugt ein Flußfehlerausgangssignal. Das durch
den Summierverstärker 34 erzeugte Flußfehlersignal wird durch ein Tiefpaßfilter 36 gefiltert, um das Rauschen zu
verringern, und wird durch einen Amplitudenbegrenzer 38 begrenzt, um das Strombefehlssignal I zu erzeugen, das
an den ersten nichtinvertierenden Eingang eines drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 40 angelegt wird.
Durch Amplitudenbegrenzung des an den Summierverstärker 40 angelegten Eingangssignals gewährleistet der Begrenzer 38,
daß der verlangte Strom nicht die maximal zulässige Größe des Wechselrichterstroms übersteigt. Dem Summierverstärker
40 wird an dem zweiten nichtinvertierenden Eingang ein Signal I . aus einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt)
zugeführt, das sich gemäß der Soll- oder gewünschten Mindestwechselrichter
ausgangs stromgröße ändert, die durch
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den Benutzerbefehl festgelegt wird. Der invertierende Eingang des Summierverstärkers 40 ist mit dem Ausgang eines
Stromfühlers 42 verbunden, welcher zu dem phasengesteuerten Gleichrichter 16 und dem Wechselrichter 14 des Antriebssystems 10 in Reihe geschaltet ist. Der Summierverstärker
40 gibt ein Ausgangssignal, das sich gemäß der Größe der Summe der an seinen ersten und an seinen zweiten nichtinvertierenden
Eingang angelegten Signale minus der Eingangssignalgröße an seinem invertierenden Eingang an den Eingang eines
eine hohe Verstärkung aufweisenden Verstärkers 44 ab. Der Verstärker 44 ist an dem Ausgang über einen Begrenzer 46 mit dem ersten nichtinvertierenden
Eingang eines dritten Summierverstärkers 4 8 verbunden. Durch Begrenzen des Ausgangssignals des Verstärkers
44, das sich in der Amplitude gemäß dem SoIlwechselrichterausgangssignal
ändert, verhindert der Begrenzer 46, daß der Wechselrichterausgangsstrom zu schnell ansteigt.
An den zweiten nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers
48 wird die Wechselrichtereingangsspannung aus einem Tiefpaßfilter 50 angelegt, das mit dem phasengesteuerten
Gleichrichter 16 verbunden ist. Gemäß der Summe der an den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang
angelegten Signale erzeugt der Summierverstärker 48 das Spannungsbefehlssignal V , das an den phasengesteuerten
Gleichrichter 16 angelegt wird. Der phasengesteuerte Gleichrichter 16 spricht auf das Spannungsbefehlssignal V
an und verändert demgemäß die Wechselrichtereingangsstromamplitude .
Während des Betriebes des Regelkreises 26 erzeugt der Summierverstärker
34 ein Flußfehlersignal proportional zu der Differenz in der Größe zwischen dem Sollmaschinenfluß,
der aus dem Mittelwert der Maschinenphasenwinkel ermittelt wird, und dem Istmaschinenfluß. Das Flußfehlersignal wird,
nachdem es durch das Filter 36 gefiltert und durch den Begrenzer 38 begrenzt worden ist, in dem Summierverstärker
40 mit einem Mindestsollstromsignal IM-rvr und einem Signal,
das in der Größe proportional zu dem Istmaschinenstrom ist, verJ<
' ^ft, um ein Stromfehlersignal zu erzeugen. Das
Stromfehlersignal wird in dem Summierverstärker 48 mit der Wechselrichtereingangsspannung verknüpft, um das Spannungsbefehlssignal
V des phasengesteuerten Gleichrichters zu erzeugen. Wenn die Regelschleife 26 den oben beschriebenen
Aufbau hat, stellt sie vorteilhafterweise die Wechselrichterausgangsstromamplitude
durch selbsttätige Regelung der Amplitude der Ausgangsspannung des phasengesteuerten Gleichrichters
16 auf den mittleren Induktionsmaschinenphasenwinkel hin ein. Das gewährleistet, daß der Wechselrichterausgangsstrom
eine ausreichende Amplitude haben wird, um beide Induktionsmaschinen 12a und 12b zu erregen.
Der Regelkreis 28 stellt die Frequenz des Wechselrichterausgangsstroms
und daher die Induktionsmaschinendrehzahl ein und enthält einen Summierverstärker 54, an dessen nichtinvertierenden
Eingang aus einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt) ein durch den Benutzer verändertes Wechselrichterfrequenzsteuersignal
ω angelegt wird, das die Sollmaschinenfrequenz darstellt. Der invertierende Eingang des
Summierverstärkers 54 ist mit dem Frequenzbefehlssignaleingang
des Wechselrichters 14 verbunden, so daß dem Summierverstärker 54 das resultierende Wechselrichterfrequenzsteuersignal
<y ' zugeführt wird, das sich gemäß der
Istmaschinenfrequenz ändert. Gemäß der Differenz in der Größe zwischen den Signalen, die an den invertierenden und
an den nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers
54 angelegt werden, gibt dieser ein Frequenzfehlersignal an einen Verstärker 56 ab, der eine hohe Verstärkung hat.
Der Verstärker 56 gibt ein PhasenwinkeIbefehlssignal
sin θ , das zu dem durch den Summierverstärker 54 erzeugten Frequenzfehlersignal proportional ist, an einen Begrenzer
58 ab, der das durch den Verstärker 56 erzeugte Phasenwinkelbefehlssignal begrenzt, um einen Maschinenphasenwinkel
zu verhindern, der über dem maximal zulässigen Maschinenphasenwinkel
liegt.
Eine erste Verstärkerschaltung 60 mit einstellbarer Verstärkung, die zwischen den Ausgang des Phasenwinkelprozessors
58 und den nichtinvertierenden Eingang eines Summierverstärkers 61 geschaltet ist, skaliert die Größe von
sin θ gemäß dem durch einen Komparator 62 erzeugten Ausgangssignal. Dem Komparator 62 wird an dem nichtinvertierenden
Eingang über das TiefpaßfHer 6 4 das Wechselrichterfrequenzbefehlssignal
W zugeführt. Das Tiefpaßfilter 64 ist vorgesehen, um jedwedes Fremdrauschen herauszufiltern.
Der Komparator 62 empfängt an dem invertierenden Eingang ein Signal ω _„ aus einer äußeren Quelle. Das Signal
ω _ ist in der Größe gleich O , wenn die Maschinenfrequenz
niedrig ist, d.h. wenn die Maschinenfrequenz « gleich oder kleiner als 7 Hz ist. Bei Frequenzen unter 7 Hz
erzeugt der Komparator 62 ein Ausgangssignal mit dem Wert
null, welches bewirkt, daß der Verstärker 60 mit einstellig
barer Verstärkung die Größe von sin θ mit einem ersten Faktor skaliert, der typischerweise 1,2 beträgt. Bei Maschinenfrequenzen
über 7 Hz, wenn das Ausgangssignal des Komparators 62 die Amplitude eins hat, skaliert der Verstärker
60 mit einstellbarer Verstärkung sin θ mit einem zweiten Faktor, der typischerweise 1,0 beträgt. Auf diese
Weise wird in dem Maschinenphasenwinkelbefehlssignal eine erhöhte Welligkeit kompensiert, die in dem Maschinenstrom
bei hohen Frequenzen auftritt.
Das Ausgangssignal, das durch den eine einstellbare Verstärkung aufweisenden Verstärker 60 erzeugt wird, wird
an den nxchtinvertierenden Eingang eines drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 61 angelegt. An den ersten
invertierenden Eingang des Summierverstärkers 61 wird durch den Signalgenerator 32 das Signal sin θ angelegt.
An den zweiten invertierenden Eingang des Summierverstär-
kers wird durch einen Schlupfgrenzwertsignalgenerator 6 8 (der ausführlicher mit Bezug auf die Fig. 3A und 3B beschrieben
ist) ein Signal angelegt, das sich gemäß der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Induktionsmaschine
ändert. Der Summierverstärker 61 erzeugt ein Ausgangssignal, das sich gemäß der Differenz zwischen der
Eingangssignalgröße an dem nichtinvertierenden Summierverstärkereingang und der kombinierten Größe der dem ersten
und dem zweiten invertierenden Eingang zugeführten Signale ändert und an den Eingang eines zweiten, in der
Verstärkung einstellbaren Verstärkers 69 angelegt wird. Der in der Verstärkung einstellbare Verstärker 69, der den
gleichen Aufbau hat wie der in der Verstärkung einstellbare Verstärker 60, skaliert die Größe des an ihn angelegten
Eingangssignals gemäß der Ausgangssignalgröße des Komparators 62. Während Intervallen, in denen die Wechselrichterausgangsfrequenz
unter 7 Hz liegt, skaliert der in der Verstärkung einstellbare Verstärker 69 die Größe des durch
den Summierverstärker 61 angelegten Eingangssignals mit einem ersten Faktor, der vorzugsweise 0,45 beträgt, wohingegen
die in der Verstärkung einstellbare Verstärkerschaltung 69 während Intervallen, in denen die Wechselrichterausgangsfrequenz
über 7 Hz liegt, die Größe des durch den Summierverstärker angelegten Eingangssignals mit einem zweiten
Faktor skaliert, der vorzugsweise 3,0 beträgt. Durch Verkleinern der Ausgangssignalgröße des Summierverstärkers
61 bei niedrigen Frequenzen kompensiert der Verstärker Fremdraus chen.
Das Ausgangssignal, das durch den in der Verstärkung einstellbaren
Verstärker 69 erzeugt wird, wird sowohl an einen Verstärker 70, der die Signalbandbreite vergrößert, als
auch an einen Integrator 72 angelegt. Der Integrator 72 erzeugt ein Ausgangssignal, das zu dem Integral des an ihn
angelegten Eingangssignals proportional ist und seinersei ts an dcMi ersten nichtinvertierenden Eingang eines mit
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zwei Eingängen versehenen Summierverstärkers 76 angelegt
wird. An den zweiten nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers
76 wird das Ausgangssignal eines Begrenzers 80 angelegt, der zwischen den Ausgang des Verstärkers
70 und den zweiten nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers geschaltet ist. Durch Begrenzen der Ausgangssignalgröße
des Verstärkers 70 begrenzt der Begrenzer 8O die Geschwindigkeit, mit der die Wechselrichterfrequenz
ansteigen kann. Der Summierverstärker 76 erzeugt ein Frequenzbefehlssignal gemäß der Summe der Signale, die an
den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang angelegt werden. Für den Fachmann ist zu erkennen, daß der
Verstärker 70, der Integrator 72, der Summierverstärker und der Begrenzer 80 gemeinsam wie ein Verstärker arbeiten,
der eine PI-Übergangskennlinie hat. Das Frequenzbefehlssignal O , das durch den Summierverstärker 76 erzeugt wird,
wird durch einen Mindestwertbegrenzer 82, typischerweise einen 1-Hz-Begrenzer, begrenzt, damit die befohlene Maschinenfrequenz
begrenzt wird, bevor sie einem Richtungskontroller 83 zugeführt wird. Der Richtungskontroller 83,
welcher an den Wechselrichter 14 ein FrequenzSteuersignal
ω' abgibt, das sich in der Größe gemäß der Ausgangssignalgröße
des Begrenzers 82 ändert, ist typischerweise aufgebaut aus einem Polaritätsinverter 83a mit parallel geschaltetem
Analogschalter 83b, der sowohl auf ein Richtungssignal d, dessen Amplitude entweder positiv oder negativ ist,
wenn eine Vorwärts- bzw. Rückwärtsmaschinendrehrichtung durch den Benutzer befohlen wird, als auch auf das Frequenzbefehlssignal U) anspricht. Abhängig davon, ob die
Istdrehrichtung der Maschine mit der befohlenen Drehrichtung übereinstimmt oder zu dieser entgegengesetzt ist,
was durch die Differenz in der Polarität zwischen dem Frequenzbefehlssignal ω und dem Richtungssignal d bestimmt
wird, kehrt der Richtungskontroller 83 entweder die Polarität des Frequenzbefehlssignals um oder gestattet ihm,
ihn unverändert zu passieren und zu dem Wechselrichter 14
zu gehen.
Im Betrieb des Regelkreises 28 erzeugt der Summierverstärker
54 ein Frequenzfehlersignal, das zu der Differenz in
der Größe zwischen der Soll- und der Istmaschinenfrequenz proportional ist. Das Frequenzfehlersignal wird nach Verstärkung
durch die Verstärker 56 und 60 und Begrenzung durch den Begrenzer 58 in dem Summierverstärker 61 mit Signalen
verknüpft/ die zu dem Schlupf der am stärksten belasteten Maschine und dem mittleren Maschinenphasenwinkel
proportional sind. Das Ausgangssignal· des Summierverstärkers 61 wird durch den in der Verstärkung einstellbaren
Verstärker 69 skaliert, um ein Maschinenphasenwinkelbefehlssignal zu erzeugen, das durch die Verstärkungsschaltung
70 und den Integrator 72 weiter skaliert bzw. integriert wird, um das Wechselrichterfrequenzsteuersignal ω1
zu erzeugen, das an den Wechselrichter 14 angelegt wird.
Aufgrund des oben beschriebenen Aufbaues stellt der Regelkreis
28 vorteilhafterweise die Wechselrichterausgangsfrequenz und damit die Maschinendrehzahl durch selbsttätige Regelung
ein, die auf die mittlere Induktionsmaschinenphasenwinkelbeziehungsgröße und die Schlupffrequenz der- am stärksten
belasteten Induktionsmaschine anspricht. Das Einstellen der Wechselrichterfrequenz auf die Schlupffrequenz der am
stärksten belasteten Maschine hin stellt sicher, daß die am stärksten belastete Maschine einen ausreichenden Fluß
hat, um ein Außertrittfallen und eine daraus resultierende
Wechselrichterunstabilität zu verhindern. Das kann zwar zur Folge haben, daß die geringer belastete Induktionsmaschine
übererregt wird, der Wechselrichter bleibt jedoch trotzdem stabil.
Der Parametersignalgenerator 32, der den Regelkreisen 26 und 28 das Signal sin θ MITT un<ä dem Regelkreis 26 das
Signal |Ψj liefert, ist in Blockform in den Fig. 2A und 2B
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dargestellt und enthält drei 3-auf-2-Achsen-Transformationsschaltungen
10Oa, 10Ob bzw. 10Oc. Die Transformationsschaltung 100a ist an ihren drei Eingängen jeweils mit einein
der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Stromfühler 102a, 102b
bzw. 102c verbunden, die jeweils mit einer der drei. Phasen der Induktionsmaschine 12a und des Wechselrichters 14, die
in den Fig. 1A und 1B gezeigt sind, in Reihe geschaltet
sind. Gemäß den durch die Stromfühler 102a, 102b und 102c erzeugten Ausgangssignalen, die sich gemäß den Phasenströmen
I -, I^-i bzw. I1 der Induktionsmaschine 12a ändern,
erzeugt die Transformationsschaltung 100a in Fig. 2A
und 2B zwei Ausgangssignale I,. und I1/ die sich gemäß
der Längskomponente bzw. der Querkomponente des Ständerstroms der Induktionsmaschine 12a verändern. Die Transformationsschaltung
100b ist an ihren drei Eingängen jeweils mit einem der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Stromfühler
102d, 102e bzw. 102f verbunden, von denen jeder mit einer der drei Phasen der Induktionsmaschine 12b und des Wechselrichters
14 von Fig. 1A und 1B in Reihe geschaltet ist. Gemäß den Ausgangssignalen, die durch die Stromfühler 102d,
102e und 102f erzeugt werden und sich gemäß den Ständerströmen
I2' *b2 kzw. I ? der Induktionsmaschine 12b verändern,
erzeugt die Transformationsschaltung 100b von Fig.2 zwei Ausgangssignale !,„ und I 2/ die sich gemäß der Längskomponente
bzw. der Querkomponente des Ständerstroras der Induktionsmaschine 12b ändern. An die Transformationsschaltung
100c legt der Wechselrichter 14, der in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, über Leiter 106a, 106b und
106c die Wechselrichterausgangsspannungen V , V, bzw. V
a .D c
an und demgemäß erzeugt die Transformationsschaltung 100c
zwei Ausgangssignale V und V- , die sich gemäß der Querkomponente
bzw. der Längskomponente der Wechselrichterausgangsspannung ändern.
Ein erster Summierverstärker 108a ist an seinem ersten und an seinem zweiten nichtinvertierenden Eingang mit dem er-
sten Ausgang der Transformationsschaltungen 100a bzw. 100b
verbunden. Der Summierverstärker 108a erzeugt gemäß der
" mme der Signale I,., und I,,, die an seinen ersten bzw.
seinen zweiten nichtinvertierenden Summierverstärkereingang angelegt werden/ ein Ausgangssignal/ das sich gemäß
der Längskomponente des durch die Maschinen 12a und 12b aufgenommenen Gesamtständerstroms ändert. Das durch den
Summierverstärker 108a erzeugte Ausgangssignal wird durch eine Dämpfungsschaltung 110a gedämpft, die vorzugsweise
einen Dämpfungsfaktor von 0,5 hat, so daß an den ersten Eingang einer ersten Multiplizierschaltung 112a ein Signal
angelegt wird, das sich gemäß der Längskomponente des Mittelwertes der Induktionsmaschinenständerströme ändert.
Ein zweiter Summierverstärker 108b ist an seinem ersten und an seinem zweiten nichtinvertierenden Eingang jeweils
mit dem zweiten Ausgang der Transformationsschaltungen 100a bzw. 100b verbunden. Der Summierverstärker 108b erzeugt gemäß der Summe der Signale I- und I 2, die an seinen ersten
bzw. an seinen zweiten nichtinvertierenden Summierverstärkereingang angelegt werden, ein Ausgangssignal, das sich
gemäß der Querkomponente der durch die beide Maschinen aufgenommenen Gesamtständerströme ändert. Das durch den
Summierverstärker 108b erzeugte Ausgangssignal wird durch eine Dämpfungsschaltung 110b gedämpft, die typischerweise
einen Dämpfungsfaktor von 0,5 hat, damit an den ersten Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung 112b ein Signal
angelegt wird, das sich gemäß der Maschinenquerkomponente
des Mittelwertes der Induktionsmaschinenständerströme ändert.
Die Multiplizierschaltungen 112a und 112b empfangen jeweils
an ihrem zweiten Eingang ein Signal "R" aus einer Prozessorschaltung
113. Die Prozessorschaltung 113 enthält einen
Verstärker 114, dessen Eingang über einen Analogschalter
116 mit dem Ausgang eines Begrenzers 118 oder mit Masse
verbunden ist. Der Begrenzer 118 empfängt an seinem Eingang
das Ausgangssignal einer Dividierschaltung 120, die an dem Zählereingang N das Signal ΙΨJ empfängt, welches sich
gemäß dem mittleren Maschinenständerfluß ändert, und am
Nennereingang D das durch den Stromfühler 42 von Fig. 1 erzeugte Ausgangssignal.
Der Analogschalter 116 spricht auf die Ausgangssignalamplitude
eines !Comparators 122 an, an dessen invertierenden Eingang das Signal sin ΘΜΤΤΙ_, welches sich gemäß der mittleren
Maschinenphasenwinkelbeziehungsgröße ändert, und an dessen nichtinvertierenden Eingang ein einen festen Wert
aufweisendes Referenzsignal sin θ ~ angelegt wird, dessen Größe in direkter Beziehung zu der mittleren Induktionsmaschinenphasenwinkelbeziehungsgröße
während Intervallen steht, in denen die Maschine nicht stark belastet ist. Während Intervallen
starker Maschinenbelastung, in denen sin θ ^ kleiner als sin ΘΜΙ_Τ ist, verbindet der Analogschalter 116
den Eingang des Verstärkers 114 mit dem Begrenzer 118, was
zur Folge hat, daß an den Verstärker ein Signal angelegt wird, das sich gemäß dem durch die Maschienn 12a und 12b
von Fig. 1 erzeugten Istfluß pro Ampere ändert. Das Ausgangssignal des Begrenzers 118, das zu dem mittleren Maschinenfluß
pro Ampere und daher zu dem Maschinenständerwiderstand proportional ist, wird durch den Verstärker 114 skaliert,
und demgemäß legt der Verstärker 114 jeweils an die Multiplizierschaltungen 112a und 112b ein Signal an, das
sich gemäß dem effektiven Maschinenständerwiderstand ändert, wodurch bewirkt wird, daß die Multiplizierschaltungen
112a und 112b jeweils ein Signal erzeugen, das sich gemäß der Längs- bzw. der Querkomponente des mittleren Spannungsabfalls
an dem Induktionsmaschinenständerwiderstand ändert. In Intervallen, während denen keine Bedingungen starker Maschinenbelastung
herrschen, verbindet der Analogschalter 116 den Eingang des Verstärkers 114 mit Masse, was zur Folge
hat, daß an den zweiten Eingang der Multiplizierschaltungen
112a und 112b jeweils ein Ausgangssignal mit dem Wert null
angelegt wird.
Die Multiplizierschaltungen 112a und 112b sind jeweils an ihrem Ausgang mit dem invertierenden Eingang eines Summierverstärkers
124a bzw. 124b verbunden. An den nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers 124a legt die
Transformationsschaltung 100c das Signal V- an, und gemäß der Differenz in der Größe zwischen den Signalen, die der
Summierverstärker 124a an seinem invertierenden und an- seinem nichtinvertierenden Eingang empfängt, gibt er ein Ausgangssignal
an einen Integrator 126a ab, der das an ihn angelegte Eingangssignal integriert, um ein Ausgangssignal
ψ. zu erzeugen, das sich in der Amplitude gemäß der
Längskomponente des Mittelwertes des durch die Maschinen 12a und 12b von Fig. 1 erzeugten Ständerflusses ändert.
An den nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers 124b legt die Transformationsschaltung 100c das Signal V
an, und gemäß der Differenz in der Größe zwischen den an seinen invertierenden und an seinen nichtinvertierenden
Eingang angelegten Signalen gibt der Summierverstärker 124b ein Ausgangssignal an einen Integrator 126b ab, der das an
ihn angelegte Eingangssignal integriert, um ein Ausgangssignal Ψ zu erzeugen, welches sich in der Amplitude geqs
maß der Querkomponente des Mittelwertes des durch die Induktionsmaschinen
erzeugten Ständerflusses ändert.
Die Flußsignale Ψ - und ψ , die durch die Integratoren
126a bzw. 126b erzeugt werden, werden durch die Prozessorschaltung 113 für Maschinenbelastungszustände kompensiert,
um den großen Einfluß des Maschinenständerwiderstands auf
den tatsächlichen Maschinenständerfluß während Intervallen starker Maschinenbelastung zu berücksichtigen. Während
solchen Intervallen starker Maschinenbelastung, in denen der Analogschalter 116 den Verstärker 114 mit dem Begrenzer
118 verbindet, berücksichtigen die Flußsignale Ψ, und
ψ den effektiven Maschinenständerwiderstand. In Intervallen, in denen keine starken Maschinenbelastungen vorhanden
sind und in denen der Schalter 116 den Eingang des Verstärkers 114 mit Masse verbindet, gehorchen die Fluß-Bignale
Ψ, und ψ nur den Signalen V, bzw. V, was
der Erscheinung entspricht, daß während Intervallen geringer Maschinenbelastungen die Maschinenquer- und -längsständerspannungskomponenten
in der Größe ungefähr gleich den nominell wahren Quer- bzw. Längskomponenten des Maschinenständerflusses
sind.
Das durch den Integrator 126a erzeugte Ausgangssignal wird an einen Quadrierverstärker 13Oa angelegt, und ebenso
wird das durch den Integrator 126b erzeugte Ausgangssignal
an einen Quadrierverstärker 130b angelegt. Die durch die Verstärker 130a und 130b erzeugten Ausgangssignale werden
an den ersten bzw. an den zweiten nichtinvertierenden Eingang eines Summierverstärkers 132 angelegt, der ein Ausgangssignal
erzeugt, das sich gemäß dem Quadrat der mittleren Induktionsmaschinenluftspaltflüsse ändert. Das Signal
2
ψ wird an einen Quadratwurzelverstärker 134 angelegt, der ein Ausgangssignal |ψ| erzeugt, das sich gemäß der Quadratwurzel der Eingangssignalgrößen ändert. Das Signal IΨΙ wird an den Regelkreis 26 von Fig. 1A und 1B und an den Zählereingang N der Dividierschaltung 120 angelegt.
ψ wird an einen Quadratwurzelverstärker 134 angelegt, der ein Ausgangssignal |ψ| erzeugt, das sich gemäß der Quadratwurzel der Eingangssignalgrößen ändert. Das Signal IΨΙ wird an den Regelkreis 26 von Fig. 1A und 1B und an den Zählereingang N der Dividierschaltung 120 angelegt.
Die Integratoren 126a und 126b sind jeweils außerdem am Ausgang mit dem ersten Eingang der Multiplizierschaltungen
136a bzw. 136b verbunden. An den zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 136a wird das durch die Dämpfungsschaltung
110a erzeugte Ausgangssignal angelegt, und gemäß dem
Produkt der Größe der an den ersten und an den zweiten Multxplizierschaltungseingang angelegten Signale erzeugt
die Multiplizierschaltung 136 ein Ausgangssignal, das sich
gemäß dem Ausdruck IqsMITT . ^dsMITT ändert, wobei
die Querkomponente des mittleren Induktionsmaschi-
31102A4
nenständerstroms und ^dsMTmm die Längskomponente des Mittelwertes
des Induktionsmaschinenständerflusses darstellt. An den zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 136b
wird das durch die Dämpfungsschaltung 110b erzeugte Ausgangssignal angelegt, und die Multiplizierschaltung 136b
erzeugt gemäß dem Produkt der Größe der an den ersten und an den zweiten Multiplizierschaltungseingang angelegten
Signale ein Ausgangssignal, das sich gemäß dem Ausdruck 1UsMITT ' ^qsMITT ändert' wobei 3^sMITT die Längskomponente
des Mittelwertes des Maschinenständerstroms und ψ MITT die Querkomponente des mittleren Induktionsmaschinenständerflusses
darstellt. Die durch die Multiplizierschaltungen 136a und 136b erzeugten Ausgangssignale
werden an den nichtinvertierenden bzw. an den invertierenden Eingang eines Summierverstärkers 140 angelegt. Gemäß
der Differenz in der Größe zwischen den an seinen invertierenden und an seinen nichtinvertierenden Eingang angelegten
Signalen erzeugt der Summierverstärker 140 ein Ausgangssignal tj-jm-, welches sich gemäß dem mittleren Induktionsmaschinendrehmoment
TMITm ändert.
Das Signal t^-r-miT,/ das durch den Summierverstärker 140 erzeugt
wird, wird an den Zählereingang N einer Dividierschaltung 142 angelegt, die ein Ausgangssignal erzeugt,
welches zu der Größe des Verhältnisses des Zählereingangssignals zu dem Nennereingangssignal proportional ist.
Die Dividierschaltung 142 empfängt an dem Nennereingang D aus einer Multiplizierschaltung 143 ein Signal, welches
sich gemäß der Größe des Produkts des mittleren Induktionsmaschinenständerflusses
Ψ und des mittleren Induktionsmaschinenständerstroms Iffi ändert. Aus der Beziehung
Sin 9MITT α TMITT ' (1MITT ΨΜΙΤΤ}
ist leicht zu erkennen, daß das durch die Dividierschaltung 142 erzeugte Ausgangssignal, welches sich gemäß dem
Größenverhältnis der an den Dividierschaltungszählereingang und an den Dividierschaltungsnennereingang angelegten
Signale ändert, direkt mit sin ÖMITTr der mittleren
Maschinenphasenwinkelbeziehungsgröße, ändert.
Die Multiplikationsschaltung 143 enthält einen Summierverstärker 144, der an seinem nichtinvertierenden Eingang das
Signal^ (aus dem Quadratwurzelverstärker 134 empfängt.
Ein Verstärker 146, dessen Verstärkung zu X, , der mittleren Induktionsmaschinenstreureaktanz, proportional ist,
ist an seinem Eingang mit dem Stromfühler 42 der Fig. 1A und 1B verbunden und liefert ein Signal, das sich gemäß dem
Ausdruck ^ir-^nc ändert, wobei IDC der Eingangsstrom (link current)
des Wechselrichters 14 ist,zu dem invertierenden Eingang des Summierverstärkers 144. Gemäß der Differenz in der Größe zwischen
den Signalen, die an den invertierenden und an den nichtinvertierenden Eingang angelegt werden, erzeugt der
Summierverstärker 144 ein Ausgangssignal, das sich gemäß dem Ausdruck ^ΜΙΤΤ - X-, IDC ändert und an den ersten Eingang
einer Multiplizierschaltung 150 angelegt wird. An den zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 150 wird das durch
den Stromfühler 42 der Fig. 1A und 1B erzeugte Ausgangssignal
angelegt. Die Multiplizierschaltung 150 erzeugt ein Auugangssignal,
das sich gemäß der Größe des Produktes der Signale ändert, die an den ersten und an den zweiten Eingang
angelegt werden, und somit ist das Multiplizierschaltungsaus-
2 gangssignal proportional zu dem Ausdruck I ^mttt ~ 1DC Xlr"
Wenn man beachtet, daß sich der Wechselrichtereingangsstrom IDC direkt mit T-MT-mmf dem Mittelwert des Induktionsmaschinenständerstroms,
ändert, ist leicht zu erkennen, daß sich die Größe des Ausgangssignals der Multiplizierschaltung
150 gemäß der Größe des Produkts aus dem mittleren Induktionsmaschinenständerfluß und dem Mittelwert der Induktionsmaschinenständerströme
ändert. Durch Verringern der Größe des ersten Eingangssignals an der Multiplizierschaltung
150 durch Subtrahieren der Größe von XlrIDC kann das MuI-
tiplizierschaltungsausgangssignal vorteilhafterweise monoton gemacht werden. Eine weitere, ausführlichere Erläuterung
der Schaltungen, die die Induktionsmaschinenständerströme
und -spannungen verarbeiten, um eine Angabe über die Maschinenphasenwinkelbeziehungsgröße zu erhalten,
findet sich in der US-PS 4 088 984.
Der Schlupfgrenzwertsignalgenerator 68, der, wie in den
Fig. 1A und 1B gezeigt, dem Regelkreis 28 ein Signal liefert, das zu der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten
Induktionsmaschine proportional ist, ist in Blockform in den Fig. 3A und 3B dargestellt. Der Schlupfgrenzwertsignalgenerator
68 enthält sechs Absolutwertgeneratoren 17Oa bis 17Of, von denen jeder ein Ausgangssignal erzeugt,
das sich gemäß dem Absolutwert des an ihn angelegten Eingangssignals ändert. An die Absolutwertgeneratoren 170a,
170b und 170c wird jeweils das Ausgangssignal eines der
Stromfühler 1O2a, 102b bzw. 102c der Fig. 1A und 1B angelegt, und die Absolutwertgeneratoren liefern jeweils ein
Ausgangssignal, das sich gemäß dem Absolutwert einer der S tänder Stromphasenkomponenten I .., I, 1 bzw. I .. der Induktionsmaschine
12a ändert, an einen gesonderten Eingang der drei Eingänge eines Summierverstärkers 174a. Der Summierverstärker
174a gibt ein Ausgangssignal, das sich gemäß der Summe der Größe der an die drei Summierverstärkereingänge
angelegten Signale ändert, an einen Verstärker 176a ab, der mit einem Komparator 178 verbunden ist. Der Verstärker
176a, der typischerweise einen Dämpfungsfaktor von 0,5 hat, dämpft das an den nichtinvertiefenden Eingang des
Komparators 178 angelegte Summierverstärkerausgangssignal, um eine Überlastung des nichtinvertierenden Komparatoreinganges
zu verhindern.
An die Absolutwertgeneratoren 17Od, 17Oe und 17Of wird jeweils
das Ausgangssignal eines der Stromfühler 102d, 102e bzw. 102f von Fig. 1 angelegt und jeder Absolutwertgenera-
tor gibt ein Ausgangssignal/ das sich gemäß dem Absolutwert einer der Ständerstromphasenkomponenten I ,-,, I. ~
bzw. I ~ der Induktionsmaschine 12b ändert, an einen gesonderten
Eingang der drei Eingänge eines Summierverstärkers 174b ab. Der Summierverstärker 174b gibt ein Ausgangssignal,
das sich gemäß der Summe der an die drei Summierverstärkereingänge
angelegten Signale ändert, an einen Verstärker 176b ab, der mit dem Eingang eines zweiten Verstärkers
180 verbunden ist, dessen Ausgang mit dem invertierenden
Eingang des !Comparators 178 verbunden ist. Die Verstärker 176b und 180, die typischerweise Dämpfungsfaktoren
von 0,5 bzw. 0,9 haben, dämpfen nacheinander das an den invertierenden Komparatoreingang angelegte Summiervers
tärkerausgangssignal, um eine Überlastung des invertierenden Komparatoreinganges zu verhindern.
Ein erster Analogschalter 182a, der auf die Ausgangssignalamplitude
des !Comparators 178 anspricht, verbindet den ersten Eingang einer ersten Multiplizierschaltung 184a mit
dem ersten Ausgang der Transformationsschaltung 100a oder 100b von Fig. 2. Abhängig davon, welche der Induktionsmaschinen
12a und 12b von Fig. 1 mehr Strom aufnimmt, was anzeigt, welche Maschine stärker belastet ist, hat die Ausgangssignalamplitude
des Komparators 178 entweder einen Signalwert "eins" oder einen Signalwert "null", was bewirkt,
daß der Analogschalter 182a den ersten Ausgang einer der Transformationsschaltungen 100a bzw. 100b mit dem ersten
Eingang der Multiplizierschaltung 184a verbindet. Auf diese Weise wird an den ersten Eingang der Multiplizierschaltung
184a ein Signal angelegt, das sich gemäß der Längskomponente des durch die am stärksten belastete Maschine 12a oder
12b von Fig. 1 aufgenommenen Ständerstroms ändert. In
gleicher Weise verbindet ein Analogschalter 182b den era Lt.· η
Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung 184b mit dem Ausgang der Transformationsschaltung 100a oder 100b ent-
sprechend der Ausgangs Signalamplitude des !Comparators 178.
Daher wird an den ersten Eingang der Multiplizierschaltung 184b durch die Transformationsschaltung 10Oa oder 100b ein
Signal angelegt, das sich gemäß der Querkomponente des durch die am stärksten belastete Induktionsmaschine aufgenommenen
Ständerstroms ändert.
Die Multiplizierschaltung 184a empfängt an ihrem zweiten Eingang das Signal Ψ aus dem Integrator 126a in den
qs
Fig. 2A und 2B und erzeugt ein Ausgangssignal, das sich in der Größe gemäß dem Produkt der Größe der an den ersten
und an den zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 184a angelegten Signale ändert. Die Multiplizierschaltung 184b
empfängt an ihrem zweiten Eingang aus dem Integrator 126b von Fig. 2A und 2B das Signal Ψ, und erzeugt ein Ausgangssignal,
das sich in der Amplitude gemäß dem Produkt der Größe der an den ersten und an den zweiten Eingang der
Multiplizierschaltung 184b angelegten Signale ändert.
Ein Summierverstärker 186 empfängt an seinem nichtinvertierenden
und an seinem invertierenden Eingang die Ausgangssignale, die durch die Multiplizierschaltungen 184a bzw.
184b erzeugt werden. Gemäß der Differenz zwischen den an seinen nichtinvertierenden und an seinen invertierenden
Eingang angelegten Signalen erzeugt der Summierverstärker
186 ein Ausgangssignal t , das sich gemäß dem Gesamtmax
drehmoment ändert, welches durch die am stärksten belastete Induktionsmaschine erzeugt wird. Das durch den Summierverstärker
186 erzeugte Ausgangssignal wird an den Zählereingang N einer Dividierschaltung 188 angelegt, deren Nennereingang
D mit dem Ausgang des Summierverstärkers 132 des Signalgenerators 32 verbunden ist, welcher in den Fig. 2A
und 2B gezeigt ist. Die Dividierschaltung 188 erzeugt ein Ausgangssignal, das zu der Größe des Verhältnisses der an
ihren Zähler- und ihren Nennereingang angelegten Signale
proportional ist. Daher ändert sich das Ausgangssignal
2 der Dividierschaltung 188 gemäß dem Verhältnis t /ψ ,
ItI 3-X
wobei t das durch die am stärksten belastete Indukmax
2
tionsmaschine erzeugte Drehmoment und Ψ das Quadrat des mittleren Induktionsmaschinenflusses ist. Da sich das
Verhältnis t /ψ gemäß der Schlupf frequenz der am max
stärksten belasteten Induktionsmaschine ändert, ist zu erkennen, daß sich das Ausgangssignal der Dividierschaltung
188 ebenfalls mit der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten
Maschine ändert. Das durch die Dividierschaltung 188 erzeugte Ausgangssignal wird zuerst durch ein Tiefpaßfilter
190 gefiltert und dann durch einen Begrenzer 192 begrenzt, bevor es an einen Richtungskontroller 193 angelegt
wird, welcher im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Richtungskontroller 83 von Fig. 1 hat. Durch Filtern
und Begrenzen des Eingangssignals an dem Richtungskontroller 193 gewährleisten das Filter 190 und der Begrenzer 192,
daß der befohlene Maschinenschlupf nicht einen vorbestimmten maximalen Maschinenschlupf übersteigt. Der Richtungskontroller
193 spricht sowohl auf das Richtungssignal d als auch auf das Schlupfgrenzwertsignal, das durch den Begrenzer
192 erzeugt wird, an und kehrt die Polarität des durch den Begrenzer erzeugten Schlupfgrenzwertsignals um,
wenn die beiden Signale entgegengesetzte Polarität haben.
Claims (14)
- Patentansprüche :( 1. ) Steuereinrichtung zum Einstellen der Wechselrichterausgangsstromamplitude und -frequenz auf Benutzerbefehle hin in einem wechselrichtergespeisten Induktionsmaschinenantriebssystem, das aus einem gleichstromerregten Wechselrichter und aus mehreren beliebig belasteten Induktionsmaschinen besteht, die parallel an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossen sind und jeweils Wechselstrom veränderlicher Amplitude und veränderlicher Frequenz aus dem Wechselrichter empfangen, gekennzeichnet durch: eine Schaltungsanordnung (24), die mit dem Wechselrichter (14) und jeder der Maschinen (12a, 12b) verbunden ist und die Wechselrichterausgangsspannung sowie die Maschinenständerströme verarbeitet, um ein erstes Signal zu erzeugen, das sich gemäß dem mittleren Maschinenphasenwinkel ändert, und ein zweites Signal, das sich gemäß der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Maschine ändert; einen ersten Regelkreis (26), der mit der Schaltungsanordnung und mit dem Wechselrichter verbunden ist, auf Benutzerbefehle anspricht und die Amplitude des Wechselrichterausgangsstroms durch selbsttätige Regelung auf die mittleren Maschinenphasenwinkelbeziehungsgrößen hineinstellt;einen zweiten Regelkreis (28), der mit der Schaltungsanordnung und mit dem Wechselrichter verbunden ist, auf Benutzerbefehle anspricht und die Frequenz des Wechselrichterausgangsstroms durch selbsttätige Regelung auf den mittleren Maschinenphasenwinkel und die Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Induktionsmaschine hin einstellt, um sicherzustellen, daß die am stärksten belastete Induktionsmaschine einen ausreichenden Fluß hat, um mit dem Wechselrichter in Synchronismus zu bleiben, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Außertrittfallens der Maschine und einer Wechselrichterunstabilität verringert wird.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (24) enthält:einen ersten Signalgenerator (32), der mit jeder der Induktionsmaschinen (12a, 12b) und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, um aus dem Maschinenständerstrom und der Wechselrichterausgangsspannung ein erstes Signal zu erzeugen, das sich gemäß dem mittleren Maschinenphasenwinkel ändert, und ein zweites Signal, das sich gemäß dem mittleren Maschinenständerfluß ändert, sowie ein drittes und ein viertes Signal, die sich gemäß der Längs- bzw. der Querkomponente des mittleren Maschinenständerflusses ändern; und einen zweiten Signalgenerator (68), der mit jeder der Induktionsmaschinen und mit dem ersten Signalgenerator verbunden ist und das zweite, das dritte und das vierte Signal, die durch den ersten Signalgenerator erzeugt werden, verarbeitet, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das sich gemäß der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Induktionsmaschine ändert.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regelkreis (26) enthält:eine erste innere Schleife (30-38), die mit der Schaltungsanordnung (24) verbunden ist und ein Ausgangssignal erzeugt,das in der Größe zu dem Sollwechselrichterstrom gemäß dem mittleren Maschinenphasenwinkel proportional ist; und eine zweite innere Schleife (40-50), die mit der ersten inneren Schleife und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist und die Wechselrichterausgangsstromamplitude auf die Differenz in der Größe zwischen dem Sollwechselrichterstrom und dem Istwechselrichterstrom hin einstellt.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn2eichnet, daß die erste innere Schleife (30-38) enthält:einen ersten Begrenzer (30), der mit der Schaltungsanordnung (24) verbunden ist und das erste Ausgangssignal der Schaltungsanordnung begrenzt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das in der Große zu dem mittleren Maschinenständerfluß proportional ist;einen Summierverstärker (34), der einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang hat und an dem ersten Eingang mit dem Ausgang des ersten Begrenzers verbunden ist und an dem zweiten Eingang ein Signal empfängt, das sich gemäß dem mittleren Istmaschinenständerfluß ändert, wobei der Summierverstärker ein Flußfehlersignal an dem Ausgang gemäß der Differenz in der Größe zwischen den an den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang angelegten Eingangssignalen erzeugt;ein Tiefpaßfilter (36), das einen Eingang und einen Ausgang hat und an seinem Eingang mit dem Summierverstärker verbunden ist, um das Flußfehlersignal zu filtern; und einen zweiten Begrenzer (38) , der einen Eingang und einen Ausgang hat und an seinem Eingang mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters verbunden ist, um ein Ausgangssignal, das die Sollgröße des WechselrichterStroms darstellt, gemäß dem Tiefpaßfilterausgangssignal zu liefern.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite innere Schleife (40-50) enthält:einen ersten Summierverstärker (40), der einen ersten Eingang hat, welcher mit dem Ausgang der ersten inneren Schleife (30-38) verbunden ist, einen zweiten Eingang, an den ein Signal angelegt wird, das sich gemäß einem vom Benutzer befohlenen Mindestwechselrichterstrom dMIN) ändert, und einen dritten Eingang, der mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, so daß an diesen ein Signal angelegt wird, das sich gemäß dem Istwechselrichtereingangsstrom ändert, wobei der erste Summierverstärker ein Ausgangssignal erzeugt, das in der Größe zu der Summe der Signalgrößen, die dem ersten und dem zweiten Summierverstärkereingang zugeführt werden, minus der dem dritten Summierverstärkereingang zugeführten Signalgröße proportional ist; eine Schaltung (44, 46), die mit dem ersten Summierverstärker (40) verbunden ist und ein Spannungsbefehlssignal gemäß dem ersten Summierverstärkerausgangssignal erzeugt; undeinen zweiten Summierverstärker (48), der einen ersten und einen zweiten Eingang hat und an seinem ersten Eingang mit der Schaltung zum Erzeugen eines Spannungsbefehlssignals (V ) und an seinem zweiten Eingang mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, so daß er aus diesem ein Signal empfängt, das sich gemäß der Wechselrichtereingangsspannung ändert, wobei der zweite Summierverstärker die Amplitude des Wechselrichterstroms gemäß der Summe der Größe der an den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang angelegten Signale einstellt.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (44, 46) zum Erzeugen eines Spannungsbefehlssignals enthält:einen Verstärker (44) mit hoher Verstärkung, der mit dem ersten Summierverstärker (40) verbunden ist, und das Ausgangssignal des ersten Summierverstärkers skaliert, um das Spannungsbefehlssignal zu erzeugen; undeinen Begrenzer (46), der mit dem eine hohe Verstärkung aufweisenden Verstärker verbunden ist, um die Amplitude des Spannungsbefehlssignals zu begrenzen.
- 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Regelkreis (28) enthält: eine erste innere Schleife (54, 56, 58), der ein Signal zugeführt wird, welches in der Größe zu einer vom Benutzer befohlenen Wechselrichterausgangsfrequenz proportional ist, wobei die erste innere Schleife mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, so daß ihr Istwechselrichterfrequenzbefehlssignale zugeführt werden, und wobei die erste innere Schleife ein Winkelfehlersignal erzeugt, das sich gemäß der Differenz in der Größe zwischen der vom Benutzer befohlenen Wechselrichterfrequenz und der Istwechselrichterfrequenz ändert;eine zweite innere Schleife (60, 61, 69), die einen ersten Eingang hat, der mit der ersten inneren Schleife verbunden ist, sowie einen zweiten und einen dritten Eingang, die mit der Schaltungsanordnung (24) verbunden sind, um das erste bzw. das zweite Signal, die durch die Schaltungsanordnung erzeugt werden, zu empfangen, wobei die zweite innere Schleife ein Maschinenphasenwinkelbefehlssignal gemäß der Differenz in der Größe zwischen dem Winkelfehlersignal der ersten inneren Schleife und der kombinierten Größe des durch die Schaltungsanordnung erzeugten ersten und zweiten Signals erzeugt; undeine dritte innere Schleife (76, 82, 83), die mit der zweiten inneren Schleife und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, um die Wechselrichterausgangsfrequenz gemäß dem durch die zweite innere Schleife erzeugten Maschinenphasenwinkelbefehlssignal einzustellen.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste innere Schleife (54, 56, 58) enthält:einen Summierverstärker (54), der einen ersten Eingang hat, an welchen das zu einer durch den Benutzer befohlenen Wechselrichterausgangsfrequenz proportionale Signal angelegt wird, und einen zweiten Eingang, der mit dem Ausgang der dritten inneren Schleife verbunden ist, wobei der Summierverstärker ein Ausgangssignal gemäß der Differenz in der Größe zwischen den an den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang angelegten Signalen erzeugt; und einen Begrenzer (58), der einen mit dem Ausgang des Summierverstärkers verbundenen Eingang hat, um das Winkelfehlersignal gemäß dem Summierverstärkerausgangssignal zu erzeugen.
- 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite innere Schleife (60, 61, 69) enthält* einen ersten in der Verstärkung einstellbaren Verstärker (60), der an seinem Eingang mit der ersten inneren Schleife (54, 56, 58) verbunden ist, um das Winkelfehlersignal gemäß der Wechselrichterausgangsfrequenz zu verstärken; einen Summierverstärker (61), der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Eingang hat, von denen der erste und der zweite Eingang mit der Schaltungsanordnung (24) und der dritte Eingang mit dem ersten in der Verstärkung einstellbaren Verstärker verbunden sind, wobei der Summierverstärker ein Ausgangssignal gemäß der Größe des Ausgangssignals des in der Verstärkung einstellbaren Verstärkers minus den kombinierten Größen des ersten und des zweiten Signals, die durch die Schaltungsanordnung erzeugt werden, erzeugt; undeinen zweiten in der Verstärkung einstellbaren Verstärker (69) zum Verstärken des Summierverstärkerausgangssignals gemäß der Größe der Wechselrichterausgangsfrequenz, um das Maschinenphasenwinkelbefehlssignal zu erzeugen.
- 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurchgekennzeichnet, daß die dritte innere Schleife (70, 72, 76, 80, 82, 83) enthält:einen eine feste Verstärkung aufweisenden Verstärker (70), der mit dem Ausgang der zweiten inneren Schleife (60, 61, 69) verbunden ist, um ein Ausgangssignal gemäß dem Maschinenphasenwinkelbefehlssignal zu erzeugen; einen Summierverstärker (76), der einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang hat; einen ersten Begrenzer (80), der zwischen den Ausgang des eine feste Verstärkung aufweisenden Verstärkers und den ersten Eingang des Summierverstärkers geschaltet ist, um die Amplitude des Ausgangssignals des eine feste Verstärkung aufweisenden Verstärkers zu begrenzen; einen Integrator (72), der zwischen den zweiten Eingang des Summierverstärkers (76) und den Ausgang der zweiten inneren Schleife geschaltet ist, um das Maschinenphasenwinkelbefehlssignal zu integrieren, wobei der Summierverstärker das Istwechselrichterfreguenzbefehlssignal gemäß der Größe der Summe aus den an den ersten und den zweiten Summierverstärkereingang angelegten Signalen erzeugt; und einen zweiten Begrenzer (82), der einen mit dem Ausgang des Summierverstärkers (76) verbundenen Eingang hat und das Istwechselrichter frequenzbefehlssignal begrenzt.
- 11. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Richtungskontroller (83), der zwischen den Begrenzer (82) und den Wechselrichter (14) geschaltet ist und sowohl auf die Ist- als auch auf die Solldrehrichtung der Maschinen (12a, 12b) anspricht und die Polarität des Istwechselrichterfrequenzbefehls signals einstellt, wenn sich die Istdrehrichtung von der Solldrehrichtung unterscheidet.
- 12. Verfahren zur Verwendung bei einem wechselrichtergespeisten Induktionsmaschinenantriebssystem, das aus einem gleichstromgespeisten Wechselrichter und mehreren beliebigbelasteten Induktionsmaschinen, die parallel an den Ausgang des Wechselrichters angeschlossen und aus dem Wechselrichter mit Wechselstrom veränderlicher Amplitude und veränderlicher Frequenz gespeist werden, besteht, zum Einstellen der Amplitude und der Frequenz des durch den Wechselrichter gelieferten Stroms, um sicherzustellen, daß die am stärksten belastete Induktionsmaschine einen ausreichenden Fluß hat, um dadurch die Wahrscheinlichkeit eines Außertrittfallens der Maschine und einer Wechselrichterunstabilität zu verringern, gekennzeichnet durch folgende Schritte:Verarbeiten der Wechselrichterausgangsspannung und der jeder der Maschinen zugeführten Ständerströme zum Erzeugen eines ersten Signals, das sich gemäß dem mittleren Phasenwinkel ändert, und eines zweiten Signals, das sich gemäß der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Induktionsmaschine ändert;Einstellen der Wechselrichterausgangsstromamplitude durch selbsttätige Regelung auf das erste Signal hin; und Einstellen der Wechselrichterausgangsstromfrequenz durch selbsttätige Regelung auf das erste und das zweite Signal hin.
- 13. Verfahrennach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einsteilens der Wechselrichterausgangsstromamplitude durch selbsttätige Regelung auf das erste Signal hin folgende Schritte beinhaltet:Begrenzen der Amplitude des ersten Signals, um ein Signal zu erzeugen, das sich gemäß dem Sollmaschinenluftspaltfluß ändert;Vergleichen des sich gemäß dem Solluftspaltfluß ändernden Signals mit einem sich gemäß dem Istmaschinenluftspaltfluß ändernden Signal undErzeugen eines Flußfehlersignals gemäß der Differenz in der Größe zwischen ihnen;31102UFiltern und Begrenzen des Flußfehlersignals, um ein Signal zu erzeugen, das sich gemäß der Sollwechselrichterausgangsstromamplitude ändert;algebraisches Verknüpfen des sich gemäß der Sollwechselrichterstromamplitude ändernden Signals mit einem zu dem Istwechselrichterstrom proportionalen Signal und mit einem sich gemäß einer vom Benutzer befohlenen Mindestwechselrichterausgangsstromamplitude ändernden Signal, um ein Spannungsbefehlssignal zu erzeugen, das sich gemäß der SollwechselrichterausgangsSpannung ändert; Verknüpfen des Spannungsbefehlssignals mit einem sich gemäß der Istwechselrichterspannung ändernden Signal, um ein Spannungssteuersignal zu erzeugen, und Verändern der Wechselrichterausgangsstromamplitude gemäß dem Spannungssteuersignal.
- 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einsteilens der Wechselrichterausgangsstromfrequenz durch selbsttätige Regelung auf das erste und das zweite Signal hin folgende Schritte beinhaltet:Vergleichen der Istwechselrichterfrequenz mit einer vom Benutzer befohlenen Wechselrichterfrequenz und Erzeugen eines Frequenzfehlersignals gemäß der Differenz in der Größe zwischen ihnen;Begrenzen und Skalieren des Frequenzfehlersignals, um ein Maschinenphasenwinkelbefehlssignal zu erzeugen, das sich in der Größe mit dem Sollwert des mittleren Maschinenphasenwinkels ändert;algebraisches Verknüpfen des Maschinenphasenwinkelbefehlssignals mit dem ersten und dem zweiten Signal, um ein Zwischenphasenwinkelbefehlssignal zu erzeugen, das proportional zu der Differenz in der Größe zwischen dem Sollwert des mittleren Maschlnenphasenwinkels und dem Istwert des mittleren Maschlnenphasenwinkels ist;Integrieren und Skalieren des Zwischenphasenwinkelbefehlssignals, um die Geschwindigkeit des Anstiegs desselben,zu begrenzen;Begrenzen des Zwischenphasenwinkelbefehlssignals, um ein Wechselrichterphasenwinkelbefehlssignal zu erzeugen, das einen vorbestimmten unteren Grenzwert hat; Erzeugen eines Wechselrichterfrequenzsteuersignals, dessen Größe sich direkt mit dem Wechselrichterphasenwinkelbefehlssignal ändert und dessen Polarität sich gemäß der Differenz in der Polarität zwischen dem Wechselrichterphasenwinkelbefehlssignal und einem durch den Benutzer veränderten Richtungssignal ändert; undEinstellen der Wechselrichterausgangsstromfrequenz gemäß dem Wechselrichterfrequenzsteuersignal.
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