DE3110244A1

DE3110244A1 - "steuereinrichtung und -verfahren fuer ein wechselrichtergespeistes induktionsmaschinenantriebssystem"

Info

Publication number: DE3110244A1
Application number: DE19813110244
Authority: DE
Inventors: Atre John Douglas D; Paul Martin Espelage
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-17
Publication date: 1982-04-15
Also published as: JPS56153999A; DE3110244C2; JPS5924640B2; SE8100739L; US4298831A

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 θ_ΜΙΤΓρ 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 θ_ΜΤφ1τ, 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 Θ_ΜΙ__Τ verhindert dieser, daß der befohlene Maschinenfluß (dargestellt durch die Größe des Signals sin θ_ΜΤΓρ_Τ) 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 I_M-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/ di^e 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 Θ_ΜΤΤΙ_, 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 Θ_ΜΙ__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.

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 I_qsMITT . ^_dsMITT ändert, wobei

die Querkomponente des mittleren Induktionsmaschi-

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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 T_MITm 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 I_ffi ändert. Aus der Beziehung

^{Sin 9}MITT ^{α T}MITT ' ⁽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 Ö_MITTr 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 I_DC 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-, I_DC 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 I_DC 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 X_lrI_DC ^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

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 d_MIN) 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; und

einen 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; und

einen 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; und

eine 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; und

einen 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, dadurch

gekennzeichnet, 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 beliebig

belasteten 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 und

Erzeugen eines Flußfehlersignals gemäß der Differenz in der Größe zwischen ihnen;

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Filtern 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; und

Einstellen der Wechselrichterausgangsstromfrequenz gemäß dem Wechselrichterfrequenzsteuersignal.