DE3110244C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für ein Induktionsmaschinen-Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Robustheit und Zuverlässigkeit der Induktionsmaschine haben zu ihrer weit verbreiteten Verwendung in vielen industriellen Anwendungsfällen geführt. Üblicherweise wird in solchen industriellen Anwendungsfällen die Induktionsmaschine aus einer eine feste Frequenz aufweisenden Potentialquelle über einen phasenanschnittgesteuerten Gleichrichter und einen Wechselrichter gespeist, der aus mehreren Paaren von Stromtoren besteht, wobei die beiden Stromtore jedes Paares gleichsinnig in Reihe geschaltet sind und jedes dieser Paare an den Gleichrichterausgang angeschlossen ist. Durch Einstellen der Dauer und der Frequenz des leitenden Zustandes der Wechselrichterschaltung 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, können entweder als gesteuerte Stromquellen-Wechselrichter oder als gesteuerte Spannungsquellen-Wechselrichter betrieben werden, je nachdem, ob der Wechselrichtereingangsstrom oder die Wechselrichtereingangsspannung am Ende auf Benutzerbefehle hin gesteuert wird. Der gesteuerte Stromquellen-Wechselrichter ist besonders gut zum Speisen von Wechselstrommaschinen geeignet, die ein konstantes Drehmoment über einem festen Frequenzbereich liefern sollen. Darüber hinaus ist im Vergleich zu dem gesteuerten Spannungsquellen-Wechselrichter der gesteuerte Stromquellen- Wechselrichter weniger kompliziert und weniger teuer in der Herstellung.

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 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.

In der DE-OS 27 44 319 ist eine Steuereinrichtung der eingangs genannten Art für eine Induktionsmaschine beschrieben, die aus einem Gleichrichter über einen Gleichstrom- Zwischenkreis und einen Wechselrichter gespeist wird. Hierbei wird die Ausgangsspannung des Gleichrichters durch einen Spannungsregler entsprechend Befehlssignalen eingestellt. Die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters wird durch Addition eines geregelten Schlupffrequenzsignals zum Drehzahlsignal aus einem Tachogenerator bestimmt. Ein Frequenzregler stellt hierfür die Schlupffrequenz der Induktionsmaschine entsprechend Befehlssignalen unter Berücksichtigung eines Phasenwinkelsignals für die das Drehmoment bestimmende Winkelbeziehung zwischen Maschinenfluß und Ständerstrom ein. Die Rückführungssignale für den Spannungsregler und für den Frequenzregler werden in diesem Falle in einer Schaltungsanordnung aus den Signalen einer gesonderten Flußerfassungseinrichtung und aus Ständerstromsignalen erzeugt. Mit dieser Einrichtung kann jedoch über einen Wechselrichter nur eine einzige Induktionsmaschine stabil betrieben werden. Für die Speisung mehrerer unterschiedlich belasteter Maschinen sind jeweils gesonderte Gleichstrom-Zwischenkreise und Wechselrichter mit den zugehörigen Steuer- und Regeleinrichtungen für die Ausgangsfrequenz erforderlich.

In der DE-OS 26 37 116 ist eine Steueranordnung zum Parallelbetrieb mehrerer Induktionsmaschinen beschrieben, wobei diese jedoch ebenfalls aufwendig über gesonderte Gleichstrom- Zwischenkreise und Wechselrichter gespeist werden müssen. Jede Maschine besitzt Einrichtungen zur Fluß- und Ständerstromerfassung, aus deren Ausgangssignalen das Drehmoment der Maschine ermittelt wird. Aus den Drehmomentwerten aller Maschinen wird ein Mittelwert gebildet, der zur Spannungsregelung des Gleichrichters herangezogen wird.

In dem Siemens-Sonderdruck "Der Stadtverkehr" 23. Jg., H. 2, Februar 1978, S. 82-84, ist die Regelung von über einen Wechselrichter parallel betriebenen Asynchronmotoren allgemein als sogenannte Transvektorregelung beschrieben. Hinweise auf bei einem solchen Betrieb auftretende Probleme sowie Maßnahmen zu deren Behebung sind dort jedoch nicht zu entnehmen.

In dem Siemens-Sonderdruck aus "Elektrische Bahnen" 48. Jg., H. 4, 1977, S. 82-90, ist die Wirkungsweise der Transvektorregelung, bei der der Phasenwinkel zwischen dem Fluß und dem Ständerstrom verarbeitet wird, ausführlich dargelegt und das dynamische Verhalten einer damit gesteuerten, über Umrichter mit Gleichstrom-Zwischenkreis gespeisten Asynchronmaschine erläutert. Das Betreiben mehrerer Maschinen ist dort jedoch nicht in Erwägung gezogen.

In der Siemens-Zeitschrift 45 (1971), S. 195-197, ist der geregelte Betrieb einer umrichtergespeisten Asynchronmaschine beschrieben, wobei die Steuereinrichtung einzelne, voneinander unabhängige Regler für Zwischenkreisstrom, Drehmoment, Schlupf- und Ständerfrequenz beinhaltet. Mit diesem sogenannten Simovert-Einmotorantrieb können jedoch die speziellen Probleme bei Mehrmotorenantrieben nicht gelöst werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß bei insgesamt geringem Aufwand mehrere unterschiedlich belastbare Induktionsmaschinen stabil betreibbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Auf diese Weise können mehrere unterschiedlich belastete Induktionsmaschinen parallel aus einem gemeinsamen gesteuerten Wechselrichter gespeist und sicher betrieben werden, so daß ein Außertrittfallen der am stärksten belasteten Maschine sowie damit ein eventuelles instabiles Arbeiten des Wechselrichters vermieden wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1A und 1B ein Blockschaltbild eines Stromrichterinduktionsmaschinenantriebssystems, 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 Schlupfbegrenzungssignalgenerators, der einen Teil der Steuereinrichtung von Fig. 1A und 1B bildet.

Die Fig. 1A und 1B zeigen ein mehrmotoriges Induktionsmaschinenantriebssystem 10, das ein Paar dreiphasige Induktionsmaschinen 12 a und 12 b enthält. Die Induktionsmaschinen 12 a und 12 b 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) beschrieben 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 im Gleichstromzwischenkreis in Reihe geschaltet ist, versorgt der Wechselrichter 14 die Maschinen 12 a und 12 b jeweils mit dreiphasigen Wechselströmen. Der phasengesteuerte Gleichrichter 16 wird aus einer Wechselstromquelle 20 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 ω _e ′, 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 28. 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 zwischen Maschinenfluß und Maschinenstrom 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 R _MITT 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 R _MITT 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 R _MITT verhindert dieser, daß der befohlene Maschinenfluß (dargestellt durch die Größe des Signals sin R _MITT ) 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 Parametersignalgenerator 32 zugeführt, welches sich gemäß der absoluten Größe des Istwertes des mittleren Ständerflusses, der durch die Maschinen 12 a und 12 b 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 _Min aus einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt) zugeführt, das sich gemäß der Soll- oder gewünschten Mindestwechselrichterausgangsstromgröße ändert, die durch den Benutzerbefehl festgelegt wird. Der invertierende Eingang des Summierverstärkers 40 ist mit dem Ausgang eines Stromfühlers 42 im Zwischenkreis verbunden. 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 48 verbunden. Durch Begrenzen des Ausgangssignals des Verstärkers 44, das sich in der Amplitude gemäß dem Sollwechselrichterausgangssignal ändert, verhindert der Begrenzer 46, daß der Wechselrichterausgangsstrom zu schnell ansteigt. An den zweiten nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers 48 wird die Zwischenkreisspannung über einem Tiefpaßfilter 50 angelegt. 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 _Min und einem Signal, das in der Größe proportional zu dem Istmaschinenstrom ist, verknüpft, 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 12 a und 12 b 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 _e * 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 Wechselrichterfrequenzbefehlssignal ω _e ′ 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 Phasenwinkelbefehlssignal sin R*, 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 R* gemäß dem durch einen Komparator 62 erzeugten Ausgangssignal. Dem Komparator 62 wird an dem nichtinvertierenden Eingang über das Tiefpaßfilter 64 das Wechselrichterfrequenzbefehlssignal ω _e ′ zugeführt. Das Tiefpaßfilter 64 ist vorgesehen, um jedwedes Fremdrauschen herauszufiltern. Der Komparator 62 empfängt an dem invertierenden Eingang ein Signal ω _eLF aus einer äußeren Quelle. Das Signal ω _eLF ist in der Größe gleich ω _e ′, wenn die Maschinenfrequenz niedrig ist, d. h. wenn die Maschinenfrequenz ω _e ′ 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 einstellbarer Verstärkung die Größe von sin R* 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 R* 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 nichtinvertierenden Eingang eines drei Eingänge aufweisenden Summierverstärkers 61 angelegt. An den ersten invertierenden Eingang des Summierverstärkers 61 wird durch den Signalgenerator 32 das Signal sin R _MITT angelegt. An den zweiten invertierenden Eingang des Summierverstärkers wird durch einen Schlupfgrenzwertsignalgenerator 68 (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 69 Fremdrauschen.

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 seinerseits an den ersten nichtinvertierenden Eingang eines mit 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 80 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 76 und der Begrenzer 80 gemeinsam wie ein Verstärker arbeiten, der eine PI-Übergangskennlinie hat. Das Frequenzbefehlssignal ω _e , 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 Frequenzbefehlssignal ω′ _e abgibt, das sich in der Größe gemäß der Ausgangssignalgröße des Begrenzers 82 ändert, ist typischerweise aufgebaut aus einem Polaritätsinverter 83 a mit parallel geschaltetem Analogschalter 83 b, 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 ω _e 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 _e 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 Maschinenphasenwinkelfehlersignal zu erzeugen, das durch die Verstärkungsschaltung 70 und den Integrator 72 weiter skaliert bzw. integriert wird, um das Wechselrichterfrequenzbefehlssignal ω′ _e 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 R _MITT und dem Regelkreis 26 das Signal | ψ | liefert, ist in Blockform in den Fig. 2A und 2B dargestellt und enthält drei 3-auf-2-Achsen-Transformationsschaltungen 100 a, 100 b bzw. 100 c. Die Transformationsschaltung 100 a ist an ihren drei Eingängen jeweils mit einem der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Stromfühler 102 a, 102 b bzw. 102 c verbunden, die jeweils mit einer der drei Phasen der Induktionsmaschine 12 a und des Wechselrichters 14, die in den Fig. 1A und 1B gezeigt sind, in Reihe geschaltet sind. Gemäß den durch die Stromfühler 102 a, 102 b und 102 c erzeugten Ausgangssignalen, die sich gemäß den Phasenströmen I _{a 1}, I _{b 1} bzw. I _{c 1} der Induktionsmaschine 12 a ändern, erzeugt die Transformationsschaltung 100 a und Fig. 2A und 2B zwei Ausgangssignale I _{d 1} und I _{q 1}, die sich gemäß der Längskomponente bzw. der Querkomponente des Ständerstroms der Induktionsmaschine 12 a verändern. Die Transformationsschaltung 100 b ist an ihren drei Eingängen jeweils mit einem der in den Fig. 1A und 1B gezeigten Stromfühler 102 d, 102 e bzw. 102 f verbunden, von denen jeder mit einer der drei Phasen der Induktionsmaschine 12 b und des Wechsel­ richters 14 von Fig. 1A und 1B in Reihe geschaltet ist. Gemäß den Ausgangssignalen, die durch die Stromfühler 102 d, 102 e und 102f erzeugt werden und sich gemäß den Ständer­ strömen I _a ₂, I _b ₂ bzw. I _c ₂ der Induktionsmaschine 12 b ver­ ändern, erzeugt die Transformationsschaltung 100 b von Fig. 2 zwei Ausgangssignale I _d ₂ und I _q ₂, die sich gemäß der Längs­ komponente bzw. der Querkomponente des Ständerstroms der Induktionsmaschine 12 b ändern. An die Transformations­ schaltung 100 c legt der Wechselrichter 14, der in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, über Leiter 106 a, 106 b und 106 c die Wechselrichterausgangsspannungen V _a , V _b bzw. V _c an und demgemäß erzeugt die Transformationsschaltung 100 c zwei Ausgangssignale V _qs und V _ds , die sich gemäß der Quer­ komponente bzw. der Längskomponente der Wechselrichter­ ausgangsspannung ändern.

Ein erster Summierverstärker 108 a ist an seinem ersten und an seinem zweiten nichtinvertierenden Eingang mit dem ersten Ausgang der Transformationsschaltungen 100 a bzw. 100 b verbunden. Der Summierverstärker 108 a erzeugt gemäß der Summe der Signale I _{d 1} und I _{d 2}, die an seinen ersten bzw. seinen zweiten nichtinvertierenden Summierverstärkereingang angelegt werden, ein Ausgangssignal, das sich gemäß der Längskomponente des durch die Maschinen 12 a und 12 b aufgenommenen Gesamtständerstroms ändert. Das durch den Summierverstärker 108 a erzeugte Ausgangssignal wird durch eine Dämpfungsschaltung 110 a gedämpft, die vorzugsweise einen Dämpfungsfaktor von 0,5 hat, so daß an den ersten Eingang einer ersten Multiplizierschaltung 112 a ein Signal angelegt wird, das sich gemäß der Längskomponente des Mittelwertes der Induktionsmaschinenständerströme ändert.

Ein zweiter Summierverstärker 108 b ist an seinem ersten und an seinem zweiten nichtinvertierenden Eingang jeweils mit dem zweiten Ausgang der Transformationsschaltungen 100 a bzw. 100 b verbunden. Der Summierverstärker 108 b erzeugt gemäß der Summe der Signale I _{q 1} und I _{q 2}, die an seinen ersten bzw. an seinen zweiten nichtinvertierenden Summierverstärkereingang angelegt werden, ein Ausgangssignal, das sich gemäß der Querkomponente der durch die beiden Maschinen aufgenommenen Gesamtständerströme ändert. Das durch den Summierverstärker 108 b erzeugte Ausgangssignal wird durch eine Dämpfungsschaltung 110 b gedämpft, die typischerweise einen Dämpfungsfaktor von 0,5 hat, damit an den ersten Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung 112 b ein Signal angelegt wird, das sich gemäß der Maschinenquerkomponente des Mittelwertes der Induktionsmaschinenständerströme ändert.

Die Multiplizierschaltungen 112 a und 112 b 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 |Ψ| 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 Komparators 122 an, an dessen invertierenden Eingang das Signal sin R _MITT , welches sich gemäß der mittleren Maschinenphasenwinkelbeziehungsgröße ändert, und an dessen nichtinvertierenden Eingang ein einen festen Wert aufweisendes Referenzsignal sin R _ref 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 R _ref kleiner als sin R _MITT 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 Maschinen 12 a und 12 b von Fig. 1 erzeugten Istfluß pro Ampère ändert. Das Ausgangssignal des Begrenzers 118, das zu dem mittleren Maschinenfluß pro Ampère und daher zu dem Maschinenständerwiderstand proportional ist, wird durch den Verstärker 114 skaliert, und demgemäß legt der Verstärker 114 jeweils an die Multiplizierschaltungen 112 a und 112 b ein Signal an, das sich gemäß dem effektiven Maschinenständerwiderstand ändert, wodurch bewirkt wird, daß die Multiplizierschaltungen 112 a und 112 b 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 112 a und 112 b jeweils ein Ausgangssignal mit dem Wert null angelegt wird.

Die Multiplizierschaltungen 112 a und 112 b sind jeweils an ihrem Ausgang mit dem invertierenden Eingang eines Summierverstärkers 124 a bzw. 124 b verbunden. An den nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers 124 a legt die Transformationsschaltung 100 c das Signal V _ds an, und gemäß der Differenz in der Größe zwischen den Signalen, die der Summierverstärker 124 a an seinem invertierenden und an seinem nichtinvertierenden Eingang empfängt, gibt er ein Ausgangssignal an einen Integrator 126 a ab, der das an ihn angelegte Eingangssignal integriert, um ein Ausgangssignal Ψ _ds zu erzeugen, das sich in der Amplitude gemäß der Längskomponente des Mittelwertes des durch die Maschinen 12 a und 12 b von Fig. 1 erzeugten Ständerflusses ändert. An den nichtinvertierenden Eingang des Summierverstärkers 124 b legt die Transformationsschaltung 100 c das Signal V _qs an, und gemäß der Differenz in der Größe zwischen den an seinen invertierenden und an seinen nichtinvertierenden Eingang angelegten Signalen gibt der Summierverstärker 124 b ein Ausgangssignal an einen Integrator 126 b ab, der das an ihn angelegte Eingangssignal integriert, um ein Ausgangssignal Ψ _qs zu erzeugen, welches sich in der Amplitude gemäß der Querkomponente des Mittelwertes des durch die Induktionsmaschinen erzeugten Ständerflusses ändert.

Die Flußsignale Ψ _ds und Ψ _qs , die durch die Integratoren 126 a bzw. 126 b 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 _ds und Ψ _qs 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 Flußsignale Ψ _ds und Ψ _qs nur den Signalen V _ds und V _qs , 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 126 a erzeugte Ausgangssignal wird an einen Quadrierverstärker 130 a angelegt, und ebenso wird das durch den Integrator 126 b erzeugte Ausgangssignal an einen Quadrierverstärker 130 b angelegt. Die durch die Verstärker 130 a und 130 b 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 Ψ² wird an einen Quadratwurzelverstärker 134 angelegt, der ein Ausgangssignal |Ψ| erzeugt, das sich gemäß der Quadratwurzel der Eingangssignalgrößen ändert. Das Signal |Ψ| wird an den Regelkreis 26 von Fig. 1A und 1B und an den Zählereingang N der Dividierschaltung 120 angelegt.

Die Integratoren 126 a und 126 b sind jeweils außerdem am Ausgang mit dem ersten Eingang der Multiplizierschaltungen 136 a bzw. 136 b verbunden. An den zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 136 a wird das durch die Dämpfungsschaltung 110 a erzeugte Ausgangssignal angelegt, und gemäß dem Produkt der Größe der an den ersten und an den zweiten Multiplizierschaltungseingang angelegten Signale erzeugt die Multiplizierschaltung 136 a ein Ausgangssignal, das sich gemäß dem Ausdruck

I _qsMITT · Ψ _dsMITT

ändert, wobei I _qsMITT die Querkomponente des mittleren Induktionsmaschinenständerstroms und Ψ _dsMITT die Längskomponente des Mittelwertes des Induktionsmaschinenständerflusses darstellt. An den zweiten Eingang der Multiplizierschaltung 136 b wird das durch die Dämpfungsschaltung 110 b erzeugte Ausgangssignal angelegt, und die Multiplizierschaltung 136 b erzeugt gemäß dem Produkt der Größe der an den ersten und an den zweiten Multiplizierschaltungseingang angelegten Signale ein Ausgangssignal, das sich gemäß dem Ausdruck I _dsMITT · Ψ _qsMITT ändert, wobei I _dsMITT die Längskomponente des Mittelwertes des Maschinenständerstroms und Ψ _qsMITT die Querkomponente des mittleren Induktionsmaschinenständerflusses darstellt. Die durch die Multiplizierschaltungen 136 a und 136 b 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 t _MITT , welches sich gemäß dem mittleren Induktionsmaschinendrehmoment T _MITT ändert.

Das Signal t _MITT , 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 _MITT und des mittleren Induktionsmaschinenständerstroms I _MITT ändert. Aus der Beziehung

sin R _MITT ∼ T _MITT /(I _MITT Ψ _MITT )

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 R _MITT , der mittleren Maschinenphasenwinkelbeziehungsgröße, ändert.

Die Multiplikationsschaltung 143 enthält einen Summierverstärker 144, der an seinem nichtinvertierenden Eingang das Signal |Ψ| aus dem Quadratwurzelverstärker 134 empfängt. Ein Verstärker 146, dessen Verstärkung zu X _lr , 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 X _lr I _DC ändert, wobei I _DC der Eingangsstrom 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 |Ψ|-X _lr 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 Ausgangssignal, 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 Multiplizierschaltungsausgangssignal proportional zu dem Ausdruck I _DC |Ψ|-I _DC ²X _lr . Wenn man beachtet, daß sich der Wechselrichtereingangsstrom I _DC direkt mit I _MITT , 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 _lr I _DC ² kann das Multiplizierschaltungsausgangssignal vorteilhafterweise monoton gemacht werden. Eine weitere, ausführliche Erläuterung der Schaltungen, die die Induktionsmaschinenständerströme und -spannungen verarbeiten, um eine Angabe über die Maschinenphasenwinkelbeziehungsgröße zu erhalten, findet sich in der DE-OS 27 44 319.

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 170 a bis 170 f, von denen jeder ein Ausgangssignal erzeugt, das sich gemäß dem Absolutwert des an ihn angelegten Eingangssignals ändert. An die Absolutwertgeneratoren 170 a, 170 b und 170 c wird jeweils das Ausgangssignal eines der Stromfühler 102 a, 102 b bzw. 102 c der Fig. 1A und 1B angelegt, und die Absolutwertgeneratoren liefern jeweils ein Ausgangssignal, das sich gemäß dem Absolutwert einer der Ständerstromphasenkomponenten I _{a 1}, I _{b 1} bzw. I _{c 1} der Induktionsmaschine 12 a ändert, an einen gesonderten Eingang der drei Eingänge eines Summierverstärkers 174 a. Der Summierverstärker 174 a gibt ein Ausgangssignal, das sich gemäß der Summe der Größe der an die drei Summierverstärkereingänge angelegten Signale ändert, an einen Verstärker 176 a ab, der mit einem Komparator 178 verbunden ist. Der Verstärker 176 a, der typischerweise einen Dämpfungsfaktor von 0,5 hat, dämpft das an den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 178 angelegte Summierverstärkerausgangssignal, um eine Überlastung des nichtinvertierenden Komparatoreinganges zu verhindern.

An die Absolutwertgeneratoren 170 d, 170 e und 170 f wird jeweils das Ausgangssignal eines der Stromfühler 102 d, 102 e bzw. 102 f von Fig. 1 angelegt und jeder Absolutwertgenerator gibt ein Ausgangssignal, das sich gemäß dem Absolutwert einer der Ständerstromphasenkomponenten I _{a 2}, I _{b 2} bzw. I _{c 2} der Induktionsmaschine 12 b ändert, an einen gesonderten Eingang der drei Eingänge eines Summierverstärkers 174 b ab. Der Summierverstärker 174 b gibt ein Ausgangssignal, das sich gemäß der Summe der an die drei Summierverstärkereingänge angelegten Signale ändert, an einen Verstärker 176 b ab, der mit dem Eingang eines zweiten Verstärkers 180 verbunden ist, dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des Komparators 178 verbunden ist. Die Verstärker 176 b und 180, die typischerweise Dämpfungsfaktoren von 0,5 bzw. 0,9 haben, dämpfen nacheinander das an den invertierenden Komparatoreingang angelegte Summierverstärkerausgangssignal, um eine Überlastung des invertierenden Komparatoreinganges zu verhindern.

Ein erster Analogschalter 182 a, der auf die Ausgangssignalamplitude des Komparators 178 anspricht, verbindet den ersten Eingang einer ersten Multiplizierschaltung 184 a mit dem ersten Ausgang der Transformationsschaltung 100 a oder 100 b von Fig. 2. Abhängig davon, welche der Induktionsmaschinen 12 a und 12 b 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 182 a den ersten Ausgang einer der Transformationsschaltungen 100 a bzw. 100 b mit dem ersten Eingang der Multiplizierschaltung 184 a verbindet. Auf diese Weise wird an den ersten Eingang der Multiplizierschaltung 184 a ein Signal angelegt, das sich gemäß der Längskomponente des durch die am stärksten belastete Maschine 12 a oder 12 b von Fig. 1 aufgenommenen Ständerstroms ändert. In gleicher Weise verbindet ein Analogschalter 182 b den ersten Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung 184 b mit dem Ausgang der Transformationsschaltung 100 a oder 100 b entsprechend der Ausgangssignalamplitude des Komparators 178. Daher wird an den ersten Eingang der Multiplizierschaltung 184 b durch die Transformationsschaltung 100 a oder 100 b ein Signal angelegt, das sich gemäß der Querkomponente des durch die am stärksten belastete Induktionsmaschine aufgenommenen Ständerstroms ändert.

Die Multiplizierschaltung 184 a empfängt an ihrem zweiten Eingang das Signal Ψ _qs aus dem Integrator 126 a in den 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 184 a angelegten Signale ändert. Die Multiplizierschaltung 184 b empfängt an ihrem zweiten Eingang aus dem Integrator 126 b von Fig. 2A und 2B das Signal Ψ _ds 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 184 b angelegten Signale ändert.

Ein Summierverstärker 186 empfängt an seinem nichtinvertierenden und an seinem invertierenden Eingang die Ausgangssignale, die durch die Multiplizierschaltungen 184 a bzw. 184 b erzeugt werden. Gemäß der Differenz zwischen den an seinen nichtinvertierenden und an seinen invertierenden Eingang angelegten Signalen erzeugt der Summierverstärker 186 ein Ausgangssignal t _max , das sich gemäß dem Gesamtdrehmoment 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 der Dividierschaltung 188 gemäß dem Verhältnis t _max /Ψ², wobei t _max das durch die am stärksten belastete Induktionsmaschine erzeugte Drehmoment und Ψ² das Quadrat des mittleren Induktionsmaschinenflusses ist. Da sich das Verhältnis t _max /Ψ² gemäß der Schlupffrequenz der am 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 (11)

1. Steuereinrichtung für ein Induktionsmaschinen-Antriebssystem mit einem spannungsgeregelten Gleichrichter, mit einem daran über einen Gleichstrom-Zwischenkreis angeschlossenen Wechselrichter, dessen Ausgangsfrequenz durch einen Frequenzregler entsprechend Befehlssignalen unter Berücksichtigung eines Phasenwinkelsignals einstellbar ist, und mit einer Schaltungsanordnung, die Ständerstrom- Signale aufnimmt und das Phasenwinkelsignal erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß an den einen Wechselrichter (14) mehrere unterschiedlich belastbare Induktionsmaschinen (12 a, 12 b) parallel angeschlossen sind, daß die Schaltungsanordnung (32, 68) außer den Ständerstrom-Signalen von jeder einzelnen Maschine Spannungssignale von dem gemeinsamen Wechselrichterausgang aufnimmt und daraus als Phasenwinkelsignal ein dem mittleren Phasenwinkel zwischen Fluß und Ständerströmen aller Induktionsmaschinen entsprechendes Signal und darüber hinaus ein der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Induktionsmaschine entsprechendes Schlupffrequenzsignal erzeugt, daß der Spannungsregler (26) die Ausgangsspannung des Gleichrichters (16) entsprechend dem Phasenwinkelsignal unter Rückführung der Wechselrichtereingangsspannung regelt und daß der Frequenzregler (28) entsprechend dem jeweiligen Befehlssignal die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters gemäß dem Phasenwinkelsignal und dem Schlupffrequenzsignal unter Rückführung der Wechselrichter-Ausgangsfrequenz regelt.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (32, 68) einen Parameter- Signalgenerator (32), der aus den Ständerstrom-Signalen und den Spannungssignalen neben dem Phasenwinkelsignal Flußsignale erzeugt, die jeweils dem Betrag, der Längskomponente bzw. der Querkomponente des mittleren Ständerflusses entsprechen, und einen Schlupffrequenz-Signalgenerator (68) aufweist, der in an sich bekannter Weise aus den Ständerstrom-Signalen und den im Parameter-Signalgenerator erzeugten Flußsignalen das der Schlupffrequenz der am stärksten belasteten Maschine entsprechende Schlupffrequenzsignal erzeugt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler (26) eine erste Schleife (30 bis 38), die entsprechend dem Phasenwinkelsignal ein Sollstromsignal für den Zwischenkreisstrom erzeugt, und eine zweite Schleife (40 bis 50) enthält, die entsprechend der Differenz zwischen dem Sollstromsignal und einem Iststromsignal für den Zwischenkreisstrom sowie entsprechend einem Istspannungssignal für die Wechselrichtereingangsspannung ein Spannungsbefehlssignal (V*) erzeugt, das die Ausgangsspannung des Gleichrichters (16) bestimmt.

4. Steuereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schleife (30 bis 38) einen ersten Begrenzer (30), der aus dem Phasenwinkelsignal ein zum mittleren Sollständerfluß proportionales Sollflußsignal erzeugt und begrenzt, einen Summierverstärker (34), der entsprechend der Differenz zwischen dem Sollflußsignal und einem dem Betrag des mittleren Ist-Ständerflusses entsprechenden Istflußsignal ein Flußfehlersignal erzeugt, ein Tiefpaßfilter (36), das das Flußfehlersignal filtert, und einen zweiten Begrenzer (38) enthält, der aus dem gefilterten Flußfehlersignal das Sollstromsignal erzeugt und begrenzt.

5. Steuereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schleife (40 bis 50) einen ersten Summierverstärker (40), der ein Ausgangssignal erzeugt, das zur Summe aus dem Sollstromsignal und einem vom Benutzer vorgegebenen Mindeststromsignal für einen Mindest-Zwischenkreisstrom abzüglich des Iststromsignals proportional ist, eine Sollspannungssignal-Schaltung (44, 46), die aus dem Ausgangssignal des ersten Summierverstärkers (40) ein Sollspannungssignal erzeugt, und einen zweiten Summierverstärker (48) enthält, der aus dem Sollspannungssignal und dem Istspannungssignal das Spannungsbefehlssignal (V*) erzeugt.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollspannungssignal-Schaltung (44, 46) einen Verstärker (44) mit hoher Verstärkung zum Skalieren des Ausgangssignals des ersten Summierverstärkers (40) und einen Begrenzer (46) zur Amplitudenbegrenzung des Sollspannungssignals enthält.

7. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzregler (28) eine erste Schleife (54 bis 58), die ein der Differenz zwischen einem vom Benutzer eingegebenen Sollfrequenzsignal ( ω _e *) als Befehlssignal und einem Frequenzbefehlssignal ( ω _e ′) entsprechendes Phasenwinkelbefehlssignal erzeugt, eine zweite Schleife (60, 61, 69), die ein der Differenz zwischen dem Phasenwinkelbefehlssignal und einer zusammengefaßten Größe aus dem Phasenwinkelsignal und dem Schlupffrequenzssignal entsprechendes Phasenwinkelfehlersignal erzeugt, und eine dritte Schleife (70, 72, 76, 80, 82) enthält, die aus dem Phasenwinkelfehlersignal das Frequenzbefehlssignal erzeugt, das die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters (14) bestimmt.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schleife (54, 56, 58) einen Summierverstärker (54), der ein der Differenz zwischen dem Sollfrequenzsignal ( ω _e *) und dem Frequenzbefehlssignal ( ω _e ′) entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und einen Begrenzer (58) enthält, der zum Erzeugen des Phasenwinkelbefehlssignals das Ausgangssignal des Summierverstärkers begrenzt.

9. Steuereinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schleife (60, 61, 69) einen ersten Verstärker (60), dessen Verstärkung einstellbar ist, um das Phasenwinkelbefehlssignal gemäß der Wechselrichter- Ausgangsfrequenz zu verstärken, einen Summierverstärker (61), der ein dem Ausgangssignal des ersten Verstärkers abzüglich der zusammengefaßten Größe aus dem Phasenwinkelsignal und dem Schlupffrequenzsignal entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und einen zweiten Verstärker (69) enthält, dessen Verstärkung einstellbar ist, um zum Erzeugen des Phasenwinkelfehlersignals das Ausgangssignal des Summierverstärkers gemäß der Wechselrichter- Ausgangsfrequenz zu verstärken.

10. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schleife (70, 72, 76, 80, 82) einen Verstärker (70) mit fester Verstärkung zum Erzeugen eines dem Phasenwinkelfehlersignal entsprechenden Ausgangssignals, einem dem Verstärker nachgeschalteten ersten Begrenzer (80) zur Amplitudenbegrenzung des Ausgangssignals des Verstärkers, einen Integrator (72) zum Integrieren des Phasenwinkelfehlersignals, einen Summierverstärker (76), der ein der Summe aus den Ausgangssignalen des ersten Begrenzers und des Integrators entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, und einen zweiten Begrenzer (82) enthält, der das Ausgangssignal des Summierverstärkers begrenzt, um das Frequenzbefehlssignal ( ω _e ′) zu erzeugen.

11. Steuereinrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine zwischen den zweiten Begrenzer (82) der dritten Schleife (70, 72, 76, 80, 82) und den Wechselrichter (14) geschaltete Drehrichtungs-Steuerstufe (83), die die Polarität des Frequenzbefehlssignals ( l _e ′) umkehrt, wenn sich die Ist-Drehrichtung der Maschinen (12 a, 12 b) von einer Soll-Drehrichtung unterscheidet.