DE2225609A1

DE2225609A1 - Mehrphasiger Wechselstrommotorantrieb mit einstellbarer Drehzahl

Info

Publication number: DE2225609A1
Application number: DE19722225609
Authority: DE
Inventors: C Graf; E Skogsholm; W Volkmann
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1972-12-14
Also published as: US3718847A; IT955837B; JPS5219286B1; JPS484918A; GB1383941A; DE2225609C2; ES402272A1; AU468209B2; AU4193572A

Description

Mehrphasiger Wechselstrommotorantrieb mit einstellbarer Drehzahl.

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Antriebe mit variabler Drehzahl, bei denen ein mehrphasiger Wechselstrommotor mit einer Leistung variabler Frequenz und Spannung gespeist wird, um einen Motorbetrieb mit variabler Drehzahl zu erzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Regelung derartiger Antriebe durch die Verwendung von Signalen, die dem phasengleichen Motorstrom proportional siad.

Die Erfindung ist insbesondere für die Regelung von Antriebssystemen des allgemeinen Typs anwendbar, der in den deutschen

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Patentanmeldungen P 21 51 588 und P 21 51 589 vorgeschlagen ist. Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einem Antriebssystem der durch die oben erwähnten Patentanmeldungen vorgeschlagenen Art insoweit beschrieben, wie es für ein umfassendes und vollständiges Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Ein ins Einzelne gehende Verständnis derartiger Inverterschaltungen kann aus den oben erwähnten Patentanmeldungen gewonnen werden.

Es ist bekannt, daß ein Betrieb von mehrphasigen Wechselstrommotoren mit variabler Drehzahl dadurch herbeigeführt werden kann, daß derartigen Motoren eine Mehrphasenspannung mit einstellbarer Frequenz zugeführt wird. In ähnlicher Weise ist es bekannt, daß die an den Motor angelegte Durchschnittsspannung unter derartigen Umständen vorteilhafterweise entsprechend verändert wird, um ein im wesentlichen konstantes Verhältnis von Spannung zu Frequenz zu schaffen. Gleichfalls ist bekannt, daß eine Einrichtung zur Veränderung der Durchschnittsspannung darin besteht, daß die dem Motor zugeführte Wechselspannung mit einer Zeitverhältnisregelung umgeschaltet wird. Bei einer derartigen Regelung wird die Durchschnittsspannung durch das Verhältnis der "Ein"- zu den ^MAus"-schaltzeiten während einer gegebenen Halbwelle der Leistung bestimmt. Die oben angegebenen Patentanmeldungen beziehen sich auf Antriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl, bei denen die einstellbare Mehrphasenspannung in dieser Weise zugeführt wird.

Es ist ebenfalls bekannt, daß sich die Drehzahl eines Induktionsmotors von der synchronen Drehzahl um einen Betrag unterscheidet, der sich mit dem Drehmoment oder der Last verändert. Die Drehzahldifferenz ist als Schlupf bekannt. Wenn keine Kompensation beisteht, bewirkt eine Vergrößerung der Last auf den Induktionsmotor eine Verkleinerung der Motordrehzahl und somit eine Vergrößerung des Schlupfes, und eine Verkleinerung der Last führt zu einer erhöhten Motordrehzahl und vermindertem Schlupf. In vielen Applikationen von Antriebssystemen ist eine konstante oder im wesentlichen konstante Motordrehzahl über einen weiten Belastungsbtu rieh nicht nur wünschenswert sondern auch wesentlich. Bei derartigen Antriebssystemen muß eine wirksame Drehzahlregelung für «inpn vernünftigen Betrieb des Antriebssystems vorgesehen sein. Dr, die

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Drehzahl eines Induktionsmotors durch eine Vergrößerung der Grundfrequenz der dem Motor zugeführten Wechselstromleistung erhöht und durch die Herabsetzung der Grundfrequenz verringert werden kann, kann eine Drehzahlregelung dadurch geschaffen werden, daß der Schlupf abgetastet und Änderungen im Schlupf dadurch kompensiert werden, daß die Grundfrequenz vergrößert oder verkleinert wird.

Es ist auch erstrebenswert, daß die Erregerspannung in einem Induktionsmotor konstant gehalten und nicht durch Laständerungen bei einer gegebenen Frequenz beeinflußt wird. Dabei ist die Erregerspannung die an die Motorklemmen angelegte Spannung abzüglich der reaktiven Verluste innerhalb des Motors. Wenn-nicht für eine Kompensation gesorgt ist, besteht die Wirkung der Statorimpedanz darin, daß die Erregerspannung mit steigender Last verkleinert und mit sinkender Last erhöht wird. Die Erregerspannung kann durch Abtastung bzw. Messung von Laständerungen oder des Drehmomentes und durch entsprechende Einstellung der Klemmenspannung konstant gehalten werden.

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zu schaffen, um Sehlupfänderungen eines Induktionsmotors in einem Antriebssystem mit einstellbarer Drehzahl abzutasten bzw. zu messen und dementsprechend zu kompensieren, um eine im wesentlichen konstante Betriebsdrehzahl aufrechtzuerhalten.

Die Aufgabe wird, kurz gesagt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem Wechselstrom-Antriebssystem mit einstellbarer Drehzahl, das einen mehrphasigen Motor und eine statische Leistungswandlervorrichtung zur Erzeugung einer mehrphasigen Wechselstromausgangsleistung mit variabler Frequenz aufweist, dadurch gelöst, dass Mittel zur Abtastung des tatsächlichen Stromes in jeder Motorphase und der Phasenspannung und zur Erzeugung, immer wenn die Spannung eine bestimmte Polarität aufweist, eines kontinuierlichen Phasensteuersignales vorgesehen sind, dessen Größe in jedem Augenblick während seiner Erzeugung proportional zur. Größe des tatsächlichen Phasenstromes in dem bestimmten Augenblick ist,

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und die mittlere Größe des Phasensteuersignales ist proportional zur mittleren Größe derjenigen Komponente des tatsächlichen Stromes , die phasengleich mit der Phasenspannung ist. Die verschiedenen Phasensteuersignale werden summiert, um ein zusammengesetztes Steuersignal zu erzeugen, das eine Anzeige für das Motordrehmoment und den Schlupf ist. Das zusammengesetzte Steuersignal wird von der Regeleinrichtung für die Leistungswandlervorrichtung dazu verwendet, die Ausgangsspannung der Leistungswandlervorrichtung in Abhängigkeit von Änderungen in dem zusammengesetzten Steuersignal zu verändern. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung spricht die Regeleinrichtung auf eine Führungsgröße bzw. Befehlssignal und zumindest auf das zusammengesetzte Steuersignal an, um ein korrigiertes Steuersignal zu erzeugen, und spricht auf dieses an, um eine im wesentlichen konstante Motordrehzahl aufrechtzuerhalten, bei Vorliegen einer konstanten Führungsgröße, indem die Grundfrequenz der Ausgangsleistung der Leistungswandlervorrichtung verändert wird. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung spricht die Regelvorrichtung auf das zusammengesetzte Steuersignal an, um die mittlere Spannung bei steigender Last zu vergrößern und beijsinkender Last zu verkleinern, so daß die Erregerspannurig im wesentlichen konstant gehalten und für jede gegebene Frequenz von der Last unabhängig gehalten wird.

Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung weist jede der Phasensteuersignale erzeugenden Einrichtungen wenigstens einen in zwei Richtungen leitenden Pfad auf zwischen einem Eingang, der zum Empfang eines zum tatsächlichen Strom proportionalen Signales angeschlossen ist, und einem Ausgang, der für eine Zuführung des Phasensteuersignales zu einer Summiervorrichtung verbunden ist. Dabei wird die Leitfähigkeit des Pfades durch ein Signal gesteuert, das mit der Spannung der entsprechenden Phase gleichphasig ist und einem Steuereingang zugeführt wird. Genauer gesagt, ist der in zwei Richtungen weisende Pfad nur dann leitend, wenn das S-npannungssignal eine vorbestimmte Polarität aufweist. Auf diese Weise wird das tatsächliche Stromsignal zur Summiervorrichtung als das Phasensteuersignal in Perioden hoher Leitfähigkeit übertragen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Phasensteuersignale erzeugende Vorrichtung ein einziger Feldeffekt-Transistor, bei dem

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das Gate bzw. Tor des Transistors der Steuereingang ist.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 ist ein scheraatisches Schaltbild eines die Erfindung verkörpernden Wechselstromantriebssystems mit einstellbarer Drehzahl.

Fig. 2 ist ein Einlinien-Blockdiagramm der Regeleinrichtung für das Antriebssystem gemäß Fig, I.

Fig. 3 ist ein genaueres Blockdiagramm von Abschnitten der Regeleinrichtung gemäß Fig. 2.

Fig. 4 ist ein Schematisches Schaltbild eines bevorzugten Ausführnngsbeispieles der erfindungsgemäß verwendeten Einrichtung zur Erzeugung und Summierung der Phasensteuersignale, um das zusammengesetzte Steuersignal zu erzeugen.

In, Fig. 1 ist ein System mit einstellbarer Drehzahl des Typs dargestellt, der in den vorstehend genannten Patentanmeldungen offenbart ist. Das Antriebssystem weist einen dreiphasigen Induktionsmotor 10 mit Phasen A, B und C auf, die von einer Leistungwandlervorrichtung mit Wechselstromleistung versorgt werden. Die Leistungswandlervorrichtung enthält einphasige Vollweg-Inverterschaltungen 12, 14 und 16. Jede der Inverterschaltungen 12, 14, 16 wandelt elektrische Gleichstromleistung von einer Gleichstromquelle 18 in Wechselstromleistung um, die dem Motor 10 zugeführt wird. Es kann jede geeignete Quelle einer elektrischen Qeichstromleistung verwendet werden, wie zum Beispiel eine Batterie oder eine gleichrichtende Anordnung, um eine Eingangswechselleistung in eine gleichgerichtete Ausgangsleistung umzuwandeln. Um die Welligkeit zu dämpfen und für eine Gleichstromquelle mit niedriger Impedanz zu sorgen, ist ein Filter vorgesehen. Dieses Filter umfaßt eine Induktivität 20, die mit der positiven Klemme 24 der Gleichstrom-

quelle 18 verbunden ist, und einen Kondensator 22, der bei 30 mit der Induktivität 20 und der negativen Klemme 26 der Gleichstromquelle 18 in Verbindung steht. Für den Fachmann wird deutlich, daß die Leistungswandlervorrichtung alternativ zur Umwandlung einer Wechselleistung am Eingang in eine am Ausgang anstehende Wechselleistung mit unterschiedlicher Frequenz verwendet werden könnte.

Die Inverterschaltung 12 für die Phasen A weist eine positive Sammelschiene 28, die mit der elektrischen Verbindungsstelle 30 zwischen der Induktivität 20 und dem Kondensator 22 verbunden ist, und eine negative Sammelschiene 32 auf, die mit der negativen Klemme 26 der Gleichstromquelle 18 in Verbindung steht. Die Inverterschaltung 12 enthält ein Paar durch den Laststrom torgesteuerter Gleichrichter 34 und 36, die zwischen der positiven Sammelschiene 28 und der negativen Sammelschiene 32 in Reihe geschaltet sind. Die Anode des Gleichrichters 34 ist dabei mit der positiven Sammelschiene 28 verbunden. Ferner sind torgesteuerte Gleichrichter 38 und 40 in Reihe zwischen die Sammelschiene 28 und 32 geschaltet, und zwar mit der gleichen Polarität wie die torgesteuerten Gleichrichter 34 und 36. Die torgesteuerten Gleichrichter 34, 36, 38 und 40 sind vorzugsweise steuerbare Siliziumgleichrichter, es können aber auch funktionell äquivalente Vorrichtungen, wie zum Beispiel Gasthyratrons, verwendet werden. Parallel zu den steuerbaren Gleichrichtern 34 bzw. 36 sind mit entgegengesetzter Polarität Diodengleichrichter 42 und 44 geschaltet, und eine Induktivität 48 und ein Kondensator 46 sind in Reihe zwischen die Verbindungsstelle 50 der torgesteuerten Gleichrichter 38 und 40 und die Verbindungsstelle 52 der torgesteuerten Gleichrichter 34 und 36 sowie der Diodengleichrichter 42 und 44 geschaltet. Die Phase A des Induktionsmotors 10 ist mit der Verbindungsstelle 52 verbunden, um von der Inverterschaltung 12 Wechselstrom aufzunehmen.

Die Inverterschaltungen 14 und 16 zur Einspeisung von Wechselstrom in die Phasen B bzw. C sind in ihrem Aufbau und der Art der Verbindung mit der Gleichstromquelle 10 die gleichen wie die Inverterschaltung 12. Demzufolge sind gleiche Elemente in der Schaltung l'l durch Bezugszeichen mit einem Strich und gleiche Elemente in

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Schaltung 16 durch Bezugszeichen mit einem Doppeistrich bezeichnet.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist eine Steuereinrichtung 54 zur Einschaltung der torgesteuerten Gleichrichter 34, 36, 38 und 40 der Inverterschaltung von Phase A durch Zündsignalimpulse vorgesehen, die über die Verbindungen 56, 58, 60 bzw. 62 zugeführt werden. Ähnliche Signalimpulse werden auch äöer entsprechende Verbindungen zu den torgesteuerten Gleichrichtern der Schaltungen 14 und 16 geleitet. Die Steuereinrichtung 54 spricht auf verschiedene Eingangssignale an. Zu diesen gehört eine Führungsgröße bzw. ein Befehlssignal von einem Befehlsgeber 64. Die Führungsgröße zeigt eine gewünschte Höhe der Ausgangsleistung, insbesondere der Motordrehzahl, an. Erfindungsgemäß nimmt die Steuereinrichtung 54 auch Signale auf₉ die dem tatsächlichen Stromfluß in jeder der Motorphasen proportional sind. Diese Signale werden auf geeignete Weise, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, durch Stromtransformatoren 66, 68 und 70 erzeugt, disderart geschaltet sind, daß sie den tatsächlichen Strorafluß iß '!en Phasen A, B bzw, C überwachen. Eine genaue Beschreibung aar Steuereinrichtung 54 folgt später.

Bevor auf die Steuereinrichtung getnäß der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, soll die allgemeine Arbeitsweise des Antriebssystems gemäß Fig. 1 beschrieben werden, Ss sei daran erinnert, daß die Funktion der InverterschaltuageH 12, 14 und 16 darin besteht, eine Gleichstromleistung von der Quelle 18 in eine Wechselstromleistung umzuwandeln, die durch die Phasen A₅, B und C dem Motor 10 zugeführt wird. Um dies in der Phase A herbeizuführen, leiten der torgesteuerte Gleichrichter 34 und der torgesteuerte Gleichrichter 36 der Schaltung 12 abwechselnd für Zeitperioden, die durch die Steuereinrichtung 54 festgelegt werden. Die Grundfrequenz, mit der Änderungen in der Leitfähigkeit auftreten, wird durch die Steuereinrichtung 54 und Zündsignalimpulse gesteuert, die sie den torgesteuerten Gleichrichtern der Schaltung 12 zuführt. Die Art und Weise, in der die Leitfähigkeit verändert wird, ist als Kommutierung bekannt und wird nun anhand der Phase A und der Inverterschaltung 12 kurz beschrieben.

Es sei zunächst angenommen, daß der steuerbare Hauptgleichrichter 34 Strom zum Motor 10 leitet. Aufgrund eines vorhergehenden Betriebes ist der Kondensator 46 geladen, so daß ein Punkt 72 zwischen dem Kondensator 46 und der Induktivität 48 bezüglich der Verbindungsstelle 50 positiv ist. Um den steuerbaren Gleichrichter 34 in seinen Sperrzustand zu kommutieren, wird der kommutierende steuerbare Gleichrichter 38 eingeschaltet, indem er einen Zündsignalimpuls von der Steuereinrichtung über die Verbindung 60 erhält. Eine Reihen-Oszillatorschaltung, die den Kommutierungskondensator 46 und die Kommut ierungs induktivität 48 umfaßt, ist nun dem Laststrom führenden Gleichrichter 34 parallel geschaltet. Ein Stromimpuls, der durch die Entladung der Reihen-Oszillatorschaltung erzeugt wird, übernimmt nun die Funktion der Zuführung von Laststrom zum Motor IO und bewirkt, daß die Diode 42 in Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Infolgedessen sinkt der Strom durch den steuerbaren Gleichrichter 34 hindurch auf Null ab. Die Rückkopplungsdiode 42 leitet überschüssigen Kommutierungsstrom um den steuerbaren Gleichrichter 34 herum und liefert eine begrenzte Sperrvorspannung an den steuerbaren Gleichrichter 34. Diese Vorspannung in Sperrichtung dauert für eine Periode an, die länger als die Ausschaltzeit des steuerbaren Gleichrichters 34 ist, so daß dieser steuerbare Gleichrichter ausgeschaltet wird, d.h., er gewinnt seinen sperrenden Betriebszustand zurück.

Nachdem der Kommutierungskondensator 46 mit entgegengesetzter Polarität geladen ist, so daß die Verbindungsstelle 50 positiver ist als die positive Sammelschiene 28, schaltet der kommutierende Gleichrichter 38 aus. Da der steuerbare Gleichrichter 34 nun ausgeschaltet ist, zirkuliert ein Blindstrom durch die entgegengesetzte Rückkopplungsdiode 44. Der steuerbare HaupiglLeichrichter 36 kann zu dieser Zeit gezündet werden, indem seiner Gateelektrode über die Verbindung 58 ein Zündsignal zugeführt wird. Der Kommutierungskondensator 46 hat anschließend die geeignete Polarität, um diesen steuerbaren Gleichrichter auszuschalten, wenn der steuerbare Kommutierungsgleichrichter 40 eingeschaltet ist. Nachdem die steuerbaren Gleichrichter 36 und 40 ausgeschaltet sind, um somit einen vollen Zyklus von 360 elektrischen Graden zu vervollständigen, wird der steuerbare Gleichrichter 34 eingeschaltet und

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der Kondensator 46 auf die gleiche Polarität aufgeladen, wie es zu Beginn des Kommutierungsxntervailes der Fall war. Diese allgemeine Art einer Kommutierung von Inverterschaltungen ist in dem US-Patent 3 207 974 im einzelnen beschrieben.

Selbstverständlich ist dem Durchschnittsfachmann klar, daß die Leitfähigkeit der torgesteuerten Gleichrichter 34* und 36· der Schaltung 14 und die torgesteuerten Gleichrichter 34*' und 36" in der gleichen Weise durch Zündsignalimpulse gesteuert wird, die von der Steuereinrichtung 54 über geeignete Verbindungen zugeführt werden. Der somit den Phasen B und C durch die Inverterschaltungen 14 bzw. 16 zugeführte Wechselstrom hat die gleiche Frequenz wie die Wechselstromleistung, die der Phase A zugeführt wird, aber die den drei Phasen zugeführten Wellen sind zeitlich um 120 Grad elektrisch gegeneinander verschoben, wie es bei Dreiphasensystemen üblich ist.

Neben der Regelung der Grundfrequenz, mit der dem Induktionsmotor IO Wechselstromleistung zugeführt wird, weist die Steuereinrichtung 54 Mittel auf, die in den eingangs genannten Patentanmeldungen angegeben sind, um die Durchschnittsspannung durch eine in Zeitverhältnis gesteuerte Umschaltung der steuerbaren Gleichrichter in den Schaltungen 12, 14 und 16 zu regeln. Genauer gesagt, führt der Betrieb in der oben beschriebenen Weise zu jedem gewählten Zeitpunkt zu zwei Phasen, die mit dem einen Potential der Gleichstromeinspeisung in Verbindung stehen, und die andere Phase ist mit dem anderen Potential der Gleichstromeinspeisung verbunden. Beispielsweise können in einer gewählten Zeitperiode die Gleichrichter 34 und 34· von den positiven Sammelschienen und 28' leitend sein, während der Gleichrichter 36'' zur negativen Sammelschiene 32·' leitend ist. In einem anderen Zeitraum kann der Gleichrichter 34' von der positiven Sammelschiene 28' leitend sein, während die Gleichrichter 36 und 36** zu den negativen Sammelschienen 32 und 32*· leitend sind. Wie in den vorstehend angegebenen Patentanmeldungen angegeben ist, werden die torgesteuerten Gleichrichter des einzelnen Zweiges, der mit dem einen Potential verbunden ist, in einer in Zeitverhältnis gesteuerten Weise mit einer Schaltfrequenz umgeschaltet, die wesentlich

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höher als diejenige der Grundfrequenz ist.

Die Steuereinrichtung 54 wird nun anhand des Blockdiagrammes gemäß Fig. 2 im einzelnen beschrieben. Das Regelsystem spricht auf eine Führurigsgröße bzw. ein Befehlssignal von einem Befehlsgeber 64 an. Die Führungsgröße stellt ein gewünschtes Leistungsvermögen für den Lastmotor IO dar. Diese Führungsgröße, die mit dem Regelsystem durch einen Leiter 80 gekoppelt ist, wird zusammen mit anderen Signalen dazu verwendet, die Grundfrequenz der dem Motor 10 zugeführten Wechselstromleistung, die in Zeitverhältnis gesteuerte Umschaltung oder Zerhackerfrequenz und das Verhältnis der Ein- und Ausschaltzeiten für die im Zeitverhältnis gesteuerte Regelung des Wertes der Ausgangsspannung zu bestimmen. Die Ausgangsfrequenz und die Zerhackerfrequenz des Inverters werden durch einen Frequenzgenerator 82 bestimmt. Eine Schaltung 84 für die Zeitverhältnissteuerung bestimmt den Wert der Ausgangsspannung der Inverterschaltung, indem sie die relativen Ein- und Aisbc halt ze it en der Laststrom führenden steuerbaren Gleichrichter bestimmt. Eine Schaltung 86 zur Steuerung der Gleichrichterzündung spricht sowohl auf den Frequenzgenerator 82 als auch auf die Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 an, um die entsprechenden Laststrom führenden und kommutierenden steuerbaren Gleichrichter gemäß den Ausgangsgrößen des Generators 82 und der Regelschaltung 84 zu zünden.

Das Befehlssignal kann von irgendeiner Quelle 64 erhalten werden, die zur Anzeige der gewünschten Ausgangsgröße des Invertersystems geeignet ist. Beispielsweise kann es von dem Schleiferdraht eines Potentiometers erhalten werden, das durch eine geregelte Leistungseinspeisung vorgespannt ist, wobei die Stellung dieses Schleiferdrahtes gemäß der gewünschten Drehzahl eines Motorantriebes variiert wird. Das Befehlssignal könnte auch vom Ausgang eines Computers oder eines Tachometers, das von einem Hauptantrieb eines viele Antriebe aufweisenden Systems angetrieben wird, oder von anderen Quellen erhalten werden. Das Befehlssignal ist über einen Befehlsverstärker 88 mit Leitern 90 und 92 gekoppelt, die zu dem Frequenzgenerator 82 bzw. der Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 führen. BADORIGiNAL

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Die Ausgangsgröße des BefehlsVerstärkers 88 kann nicht nur durch das Befehlssignal sondern auch durch verschiedene andere Signale beeinflußt werden, zu denen ein Strombegrenzungssignal, wie z.B. das Signal von dem Leiter 94, oder das Generatorbegrenzungssignäl auf dem Leiter 96 gehören. Das Strombegrenzungssignal auf dem Leiter 94 umfaßt ein Signal, das während des Motor- oder Generatorbetriebes anzeigt, daß die Höhe des tatsächlich in dem Motor fließenden Stromes über einem vorgewählten Wert liegt, wie beispielsweise 150% des Nennstromes. Die'Polarität des Signales ist dabei so, daß sie die Neigung besitzt, das Befehlssignal dahingehend zu modifizieren, daß die Drehzahl, mit der der Motor während des Motorbetriebes arbeitet, herabgesetzt und während des Generatorbetriebes erhöht wird. Das Generatorbegrenzungssignäl auf dem Leiter 96 umfaßt ein Signal, das während des Generatorbetriebes anzeigt, daß das Inverterregelsystem mehr Leistung zur Gleichstromquelle zurückführt, als diese aufnehmen kann. Dabei ist die Polarität des Signales so, daß sie die Neigung hat, das Befehlssignal dahingehend zu modifizieren, daß die Frequenz des Inverters erhöht wird, damit der Motor langsamer abbremst als er Leistung an die Gleichstromquelle zurückgibt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Signal, das eine Anzeige für das Motordrehmoment und den Schlupf ist, auch dem Verstärker 88 über den Leiter 98 zugeführt. Die Art und Weise, in der dieses Signal erzeugt und verwendet wird, wird an späterer Stelle im einzelnen beschrieben.

Die allgemeine Betriebsweise des Frequenzgenerators 82, der Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 und der Regelschaltung 86 für die Gleichrichterzündung wird nun anhand von Fig. 3 beschrieben. Die Ausgangsfrequenz des Inverters wird durch einen spannungsgesteuerten Oszillator 100 des Frequenzgenerators 82 in Abhängigkeit von dem Ausgangssignalwert des Befehlsverstärkers 88 bestimmt. Wie oben bereits erläutert wurde, wird die Ausgangsgröße dieses Befehlsverstärkers 88 durch den Wert des Befehlssignales bestimmt, das durch die Signale auf den Leitern 94, 96 und 98 modifiziert ist. Der spannungsgesteuerte Oszillator 100 kann irgendeiner von 'iner Vielzahl bekannter sehr stabiler Oszillatoren des spannungs-

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gesteuerten Typs sein, der eine Ausgangsfrequenz erzeugt, die ein gewisses Vielfaches der tatsächlichen Ausgangsfrequenz der Inverterschaltung ist. In einem dreiphasigen Ausführunersbeispiel der Erfindung wird die Ausgangsgröße des Oszillators zweckmäßigerweise als eine Rechteckwelle mit einer 96-fachen Frequenz der gewünschten Ausgangsfrequenz gewählt.

Der Ausgang von dem Oszillator 100 ist über einen Leiter Io2 mit einem Frequenzteiler Io4 gekoppelt, der einzelne Flip-Flop-Stufen Io6, Io8, Ho und 112 aufweist, um die Ausgangsfrequenz des Oszillators loo durch zwei, vier, acht bzw. sechszehn zu teilen. Mit "Flip-Flop" ist ein übliches elektronisches Logikelement gemeint, das zwei stabile elektronische Zustände aufweist, die bei Aufnahme zahlreicher sukzessiver Eingangssignale von dem Oszillator loo abwechselnd auftKten. Die Verbindungen derartiger Elemente, um die angegebenen einfachen Teilungen durch zwei herbeizuführen, sind für den Fachmann allgemein bekannt.

Die Ausgänge von dem Frequenzteiler Io4 sind aus schematischen Gründen so dargestellt, daß sie mit einem Leiter 114 verbunden sind, der zu der Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 führt. Die Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 wählt aus, welches der Ausgangssignale von dem Frequenzteiler Io4 es erforderlich macht, die richtige, im Zeitverhältnis gesteuerte Zerhackerfrequenz für den Inverter zu liefern. In dem bevorzugten dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Befehlsfrequenzsignal über einen Leiter 92 einem synchronisierenden Selektor 116 zugeführt, und die Auswahl des Vielfachen der Zerhackerfrequenz hängt von der Größe der Inverterfrequenz ab. Das höchste Vielfache,48, wird von der Leitung 118 bei der kleinsten Betriebsfrequenz des Inverters verwendet und das kleinste Vielfache, 6, wird von der Leitung 12o bei der höchsten Betriebsfrequenz benutzt. Die ausgewählten Vielfachen bestimmen die Anzahl der Zeitverhältnis-Regelungsvorgänge während einer gegebenen vollen Schwingungsperiode des Inverterbetriebes. Es wird deutlich, daß die maximale zulässige Schaltgeschwindigkeit der Schaltvorrichtungen eine obere Grenze für die Anzahl der Arbeitsgänge der ZeitVerhältnisregelung setzt, die durchgeführt werden können. Weiterhin ist die Wellenform ein Faktor, der die

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höheren Vielfachwerte begünstigt und umgekehrt begünstigt die Speicherung von Kommutierungsenergie kleinere Vielfachwerte.

Ein dreiphasiger Generator 122 kann von irgendeiner zweckmäßigen Vorrichtung, wie z.B. einem Schieberregister, gebildet werden, I
die immer dann ein Eingangssignal aufnimmt, wenn die Spannung

' von einer der Ausgangsphasen A, B und C ihre Polarität am Ende ι
einer Halbwelle der Ausgangsspannung für diese Phase und am Anfang einer zweiten Halbwelle dieser Spannung ändert. Da drei Ausgangsphasen bestehen, die um 120 elektrische Grade verschoben sind, und da die Spannung an jeder dieser Phasen für 180 elektrische Grade die eine Polarität besitzt und dann für weitere 180 elektrische Grade in die entgegengesetzte Polarität umschaltet, folgt daraus, daß der dreiphasige Generator 122 seinen Zustand alle 60 Grad elektrisch oder 6 mal in jedem Intervall von 360 Grad elektrisch ändert.

Der in Fig. 3 gezeigte dreiphasige Generator 122 enthält drei Flip-Flop-Schaltungen 124, 126 und 128, die jeweils die Eingangssignale von einem Leiter 12o erhalten, der mit dem Ausgang des Flip-Flop 112 verbunden ist. Die Flip-Flops sind untereinander in einem Ring verbunden, so daß immer dann, wenn ein Impuls von dem Flip-Flop 112 des Frequenzteilers Io4 aufgenommen wird, nur einer der Flip-Flops des Dreiphasengenerators 122 wirksam wird. Das Ergebnis ist eine rechtwinklige oder Rechteckwelle für jede Phase, die ihre Polarität gleichphasig mit der Phasenspannung wechselt und mit den Wellenformen der anderen Phasen in einer Weise in Bezug steht, die der üblichen mehrphasigen Leistungseinspeisung mit Sinuswellen analog ist. Die Art und Weise der Verbindung der Flip-Flops dieses Typs untereinander, um die gewünschte sequentielle Arbeitsweise zu erhalten, ist dem Fachmann allgemein bekannt und wird deshalb hier nicht im einzelnen beschrieben.

Aus schematischen Gründen ist es hier so dargestellt, daß die Signale von dem Phasengenerator 122 über einen Leiter 130 zu der Regelschaltung 86 für die Gleichrichterzündung geleitet werden, wo die Phasensignale auf die drei Ausgangsphasen verteilt werden.

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Es genügt, darauf hinzuweisen, daß das Flip-Flop 128 der Phase A entsprechende Ausgangssignale erzeugt, während das Flip-Flop 126 der Phase B entsprechende Ausgangssignale erzeugt und das Flip-Flop 126 erzeugt Ausgangssignale für die Phase C. Die Verbindungen der drei Flip-Flops untereinander in dem Dreiphasengenerator kann umgeschaltet werden, um für eine Reversierung des Motors zu sorgen.

Die Zeitverhältniis-Regelschaltung 84 spricht auf die Ausgangsgröße des Befehlsverstärkers 88 an, um den Wert der Ausgangsspannung der Inverterschaltung zu bestimmen, indem sie die ZerhaQkerfrequenz des Inverters auswählt und die Ein- und Ausschaltzeiten des Laststrom führenden gesteuerten Gleichrichter bestimmt. Der Ausgang des Befehlsverstärkers 88 ist über den Leiter 92 mit zwei Kanälen der Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 gekoppelt; der eine Kanal 132 entwickelt ein Bezugsspannungssignal und der andere Kanal 134 entwickelt ein dreieckförmiges Zerhackerfrequenzsignal, indem eine Rechteckwelle von dem Synchronselektor 116 zu einem Dreieckgenerator 136 geleitet wird, der beispielsweise ein Integrationsverstärker sein kann. Der Spannungsbezug und die Dreieckspannung werden in einer Mischschaltung 138 verglichen, und an dem Schnittpunkt dieser zwei Spannungen werden Signale entwickelt, um die Ein- und Ausschalt ze it en der Zerhackung zu steuern, die im Ausgang der Inverterschaltung auftritt, so daß die Zerhackerfrequenz immer mit der Inverterfrequenz synchronisiert ist.

Der Leiter 92 verbindet den Ausgang des Befehlsverstärkers 88 dem Spannungsbezugskanal 132 über einen Leiter 140. Der Spannungsbezugskanal 132 enthält hauptsächlich eine Spannung-pro-Schwingung-Kompensationsschaltung 142, die beispielsweise ein Widerstands-Spannungsteiler sein kann. Dieser enthält zweckmäßigerweise ein einstellbares Potentiometer zur Veränderung des Verhältnisteiles der am Eingang 140 anliegenden Spannung, der am Ausgang der Schaltung 142 auftritt. Der Verstärker 144 vergleicht die Ausgangsgröße von der Kompensationsschaltung 142 mit den Rückkopplungssignalen von den Leitern 148 und 146, die der mittleren

Motorspannung bzw. -last proportional sind. Die Ausgangsgröße von dem Verstärker 144 bildet das Spannungsbezugssignal, das über

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- 15 einen Leiter 150 der Mischschaltung 138 zugeführt wird.

Es wird nun auf die Figuren 2 und 3 Bezug genommen. Aus diesen wird gemäß der vorstehenden Beschreibung deutlich, daß ein Signal, das eine Anzeige für das Motordrehmoment und den Schlupf ist, dem Befehlsverstärker 88 über den Leiter 98 zugeführt wird, und daß ein die Motorlast anzeigendes Signal dem Verstärker 144 der Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 über den Leiter 146 zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung bezieht sich primär auf die Art und Weise, in der diese Signale erzeugt und dem Verstärker 88 und dem Verstärker 144 zugeführt werden. Dabei ist der Grundbetrieb des eben beschriebenen Regelsystems in den eingangs genannten Patentanmeldungen angegeben. Für eine genauere Kenntnis der Wirkungsweise des grundlegenden Regelsystems wird auf diese Patentanmeldungen verwiesen.

Für ein Verständnis des Mechanismus, durch den die Signale als Maß für das Motordrehmoment und die Last gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt werden, wird nochmals auf Fig. 2 verwiesen. Wie dort gezeigt ist, sind die Stromtransformatoren 66, 68 und 70 mit den Leitern gekoppelt, die den Phasen A, B bzw. C des Motors Strom zuführen, um den tatsächlichen Stromfluß in jeder entsprechenden Phase kontinuierlich zu überwachen. In der Sekundärwicklung von jedem Stromtran^ormator wird ein dem tatsächlichen Phasenstrom proportionaler Stromfluß erzeugt und von dort zu einem entsprechenden der dreiphasigen Steuersignalgeneratoren 15o, 152 und 154 geleitet. Genauer gesagt, wird ein Stromsignal, das zu allen Zeiten dem tatsächlichen Stromfluß in der Phase A porportional ist, zum Phasensteuersignalgenerator 150 von dem Transformator 66 über einen Leiter 156 geführt. Ein ähnliches Signal , das dem tatsächlichen Strom in der Phase B proportional ist, wird über einen Leiter 158 zum Phasensteuersignalgenerator 152 und schließlich ein ähnliches Signal, das dem tatsächlichen Strom in der Phase C proportional ist, über einen Leiter 160 zum Phasensteuersignalgenerator 154 geleitet. Die Phasensteuersignalgeneratoren 150, 152 und 154 werden auch über die Vielkanalleitung 162 und Leiter 164, 166 und 168 mit Signalen gespeist, die mit der Spannung der entsprechenden Phasen gleichphasig sind. Diese Signale werden zweckmäßi-

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gerweise von dem dreiphasigen Generator 122 des Frequenzgenerators 82 (s. Fig. 3) zugeführt. Da der Motor 10 eine induktive Last ist, sind die Spannungssignale, die über die Leiter 164, 166 und 168 zugeführt werden, und die Stromsignale, die über die Leiter 156, 158 und 160 zugeführt werden, normalerweise nicht gleichphasig relativ zueinander, und die Funktion der Phasensteuersignale erzeugenden Generatoren 150, 152 und 154 besteht darin, auf diese Eingangssignale hin Phasensteuersignale auf den Ausgangsleitern 170, 172 bzw. 174 zu erzeugen, die eine mittlere Größe bzw. Amplitude aufweisen, die der mittleren Größe bzw. Amplitude derjenigen Komponente des tatsächlichen Stromes proportional ist, die mit der Spannung gleichphasig ist. Die Phasensteuersignale für die drei Phasen A, B und C werden dann über die Ausgangsleiter 170, 172 und 174 zu einem ein zusammengesetztes Steuersignal erzeugenden Generator geleitet, wie z.B. einem Summierverstärker 176, wo die einzelnen Phasensteuersignale summiert werden, um ein zusammengesetztes Steuersignal auf dem Leiter 178 zu erzeugen. Dieses Signal ist dem Motordrehmoment und dem Schlupf proportional. Dieses Signal wird durch einen Leiter 180, einen Stellwiderstand 182, einen festen Widerstand 184 und einen Leiter 98 dem Befehlsverstärker 88 zugeführt. Die Funktion des Widerstandes besteht darin, den Signalwert auf denjenigen Wert einzustellen, der auf dem Leiter 98 des Regelsystems erforderlich ist. Das zusammengesetzte Steuersignal auf dem Leiter 178 wird auch durch einen Leiter 186 und einen Widerstand 188 zu einer Summierstelle 190 und durch einai Leiter 192, einen Feldeffekt-Transistor (FET) 194 und einen Widerstand 196 zu der Summierstelle 190 geleitet. Das summierte Signal an der Verbindungsstelle 190 wird dann über einen Leiter 146 dem Verstärker 144 (s. Fig. 3) der Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 zugeführt. Das der Verbindungsstelle 190 von dem Widerstand 188 zugeführte Signal ist der Lastkomponente des Motorstromes proportional und stellt die Größe der IR-Kompensation dar, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Erregerspannung in dem Motor 10 erforderlich ist. Das der Verbindungsstelle 190 von dem Widerstand 196 zugeführte Signal fet sowohl der Lastkomponente des Motorstromes als auch der Grundfrequenz des Inverters proportional, da die Leitfähigkeit des Feldeffekt-Transistors 194 durch Signale gesteuert wird, die von dem dreiphasigen Generator 122 des Frequenzgenerators

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82 (s. Fig. 3) über den Leiter 2oo zur Basis des Feldeffekt-Transistors 194 zugeführt werden. Das Signal, das von dem Widerstand 196 zur Verbindungsstelle 190 geleitet wird, stellt den Betrag der IX-Kompensation dar, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Erregerspannung in dem Motor 10 erforderlich ist. Das über den Leiter 146 zugeführte summierte Signal stellt den Betrag des iZ-Abfalls im Stator infolge des Motorlaststromes dar und ist somit der Betrag der IZ-Kompensation, die zur Aufrechterhaltung einer konstanten Erregerspannung notwendig ist.

Das Schlupfkompensationssignal, das dem Befehlsverstärker 88 zugeführt wird, und das IZ-Kompensationssignal, das der Zeitverhältnis-Regelschaltung 84 über die Leiter 98 bzw. 146 zugeführt wird, erfordern für ihre Erzeugung ein Signal mit einer mittleren Größe bzw. Amplitude, die der mittleren Größe bzw. Amplitude derjenigen Komponenten des tatsächlichen Stromes proportional ist, die mit den Phasenspannungen gleichphasig sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein derartiges Signal durch die Phasensteuersignalgeneratoren 150, 152 und 154 und den Summierverstärker 176 erzeugt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Erzeugung der Phasensteuersignale und eines zusammengesetzten Signales gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 4 dargestellt*

In Fig. 4 sind die Dreiphasen-Steuasignalgeneratoren 150, 152 und 154 dargestellt, die jeweils über entsprechende Leiter 156, 158 und 160 mit den entsprechenden Stromtransformatoren 66, 68 und 70 verbunden sind. Stromsignale, die dem tatsächlichen Phasenstrom in den Phasen A, B und C proportional sind, werden über die Leiter 156, 158 bzw. 160 zugeführt. Da die Stromtransformatoren strukturell identisch sind, wird nur der Transformator 66 im einzelnen beschrieben. Die ähnlichen Teile der Trarsformatoren 68 und 70 sind durch Bezugszeichen mit einfachen und doppelten Strichen bez,eichnet. In ähnlicher Weise wird nur ein Phasensteuersignalgenerator 150 im einzelnen beschrieben und die entsprechenden Teile der Generatoren 152 und 154. sind durch die gleichen Bezugszeichen mit einfachen und doppelten Strichen bezeichnet. Der Transformator 66 weist eine Sekundärwicklung 2o2 auf, in der ein dem tatsächlichen

Strom in der Phase A proportionaler Strom erzeugt wird, und der in der Wicklung 2o2 erzeugte Strom wird über den Leiter 156 zum Phasensteuersignalgenerator 15o geführt. Um die Erzeugung möglicherweise zerstörerischer Spannungen zu verhindern, ist der Wicklung 2o2 ein Widerstand 2o4 parallel geschaltet.

Es wird nun der Phasensteuergenerator 15o beschrieben. Der Leiter 156 zur Zuführung des tatsächlichen Phasenstromsignales zu dem Phasensteuersignalgenerator 150 ist mit einem Feldeffekt-Transistor 210 entweder an dessen Kathoden- (Source-) oder seiner Anoden-(Drain-) Elektrode verbunden. Da der Feldeffekt-Transistor 210 in bezug auf seinen Stromverlauf durch die Scurce-Drain-Elektroden in zwei Richtungen leitend ist, kann der Leiter 156 mit einer der zwei Elektroden verbunden sein, und der Leiter 170 zum Summierverstärker ist mit der anderen Elektrode verbunden. Der Leiter führt dem Phasensteuersignalgenerator 150 ein rechtwinkliges oder rechteckiges S«.pannungssignal zu, das gleichphasig mit der Spannung der Ausgangsphase A der Leistungswandlerschaltung 12 gemäß Figuren 1 und 2 ist. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist das Spannungssignal auf dem Leiter 164 mit der Basiselektrode eines üblichen NPN-Transistors 214 über einen Widerstand 216 gekoppelt. Ein Widerstand 220 ist mit der Steuer- (Gate-) Elektrode 212 des Transistors 214 und einem Masse- oder gemeinsamen Punkt 222 verbunden, um die Spannungshöhe der Gate-Elektrode zu stabilisieren, wenn sich auf dem Leiter 164 kein Spannungssignal befindet. Die Kollektorelektrode des Transistors 214 ist über einen Widerstand 224 mit einer positiven Vorspannung und durch einen Diodengleichrichter 226 mit der Gate-Elektrode eines Feldeffekt-Transis tors 210 und ferner über einen Widerstand 230 mit dem Masse- oder gemeinsamen Punkt 222 verbunden. Die Gate-Elektrode des Feldeffekt-Transistors ist ebenfalls durch einen Widerstand 232 mit dem gemeinsamen Punkt 222 verbunden.

Fig. 4 zeigt den Summierverstärker 176 im einzelnen. Ein Eingangsleiter 234 zum Summierverstärker 176 dient dazu, die Phasenstroaisignale zu addieren und deren Summe in einen invertierenden Eingang 236 eines Operationsverstärkers 238 einzuführen. Ein nicht-inver-

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tierender Eingang 240 des Verstärkers 238 ist durch einen Widerstand 242 mit dem Masse- oder gemeinsamen Punkt 222 gekoppelt. Parallel zum Verstärker 238 liegen zwischen seinem Eingangsleiter 234 und seinem Ausgangsleiter 244 ein den Verstärkungsfaktor einstellender Widerstand 246 und ein Filterkondensator 248.

Die Wirkungsweise der Phasensteuersignalgeneratoren 150, 152 und 154 wird nun anhand des Generators 150 beschrieben. Wie bereits vorstehend angegeben wurde, wird ein elektrisches Signal, das ständig dem tatsächlichen Strom in der Phase A proportional ist, über den Leiter 156 zum Feldeffekt-Transistor 210 geleitet, und ein mit der S-pannung der Phase Ä gleichphasiges elektrisches Signal wird auf dem Leiter 164 zugeführt. Wie aus der vorstehenden Beschreibung und in Anbetracht der Art und Weise hervorgeht, in der das Spannungssignal durch den dreiphasigen Generator 122 (s. Fig. 3) erzeugt wird, ist das Spannungssignal auf dem Leiter 164 ein Rechteckwellensignal. Solange der Transistor 214 ausgeschaltet ist, reicht die an dem Widerstand 224 anliegende positive Spannung aus, um den Feldeffekt-Transistor 210 in einem nicht-leitenden Zustand zu halten, jndem seiner Basis 211 eine positive Spannung zugeführt wird. Solange aber der Feldeffekt-Transistor 21o nichtleitend ist, existiert auf dem Leiter 170 zum Summierverstärker 176 kein Signal.

Wenn jedoch das auf dem Leiter 164 zugeführte Spannungssignal von der relativ negativen Halbwelle zu seiner relativ positiven Halbwelle umwechselt, reicht die positive Spannung an der Basis 211 aus, um den Transistor 214 einzuschalten, wodurch die Spannung an der Verbindungsstelle 260 soweit abfällt, dass sie etwa gleich derjenigen des gemeinsamen Punktes 222 ist. Infolgedessen fällt die Spannung an der Basis des Feldeffekt-Transistors 21o genügend ab, um den Feldeffekt-Transistor 210 einzuschalten, und somit wird das auf dem Leiter 156 zugeführte Stromsignal durch den Transistor 21o zum Leiter 170 und den Summierverstärker 176 geleitet. Der Transistor 21o bleibt solange leitend, wie das auf dem Leiter 164 zugeführte Spannungssignal relativ positiv bleibte Wenn es am Ende der positiven Halbwelle auf seinen relativ negativen Wert abfällt,

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schaltet der Transistor 214 sofort aus und schaltet dadurch den Feldeffekt-Transistor 2to aus. Es wird somit deutlich, daß das tatsächliche Stromsignal auf dem Leiter 156 dem Summierverstärker 176 zwar während der vollen positiven Halbwellen des Spannunassignales, aber nicht während der negativen Halbwelle zugeführt wird.

Da der Motor 10 eine induktive Last ist, ist der tatsächliche Strom in der Phase A nicht gleichphasig mit der Spannung der Phase A. Demzufolge ist das Signal, das dem Leiter 170 durch den in zwei Richtungen leitenden Feldeffekt-Transistor während der positiven Halbwelle der Spannung zugeführt wird, für einen Teil der leitenden Zeit negativ und während eines Teiles der leitenden Zeit positiv. In einem gegebenen Augenblick ist das Phasensteuersignal zum Leiter 170, sei es nun negativ oder positiv, proportional zum tatsächlichen Strom in der Phase A in diesem Augenblick. Über der gesamten positiven Halbwelle der Spannung hat das Phasensteuersignal eine mittlere Größe bzw. Amplitude, die der mittleren Grösse bzw. Amplitude der Komponente des tatsächlichen Phasenstromes proportional ist, die mit der Spannung gleichphasig ist. Solange die tatsächliche Phasenspannung und der Strom symmetrisch sind und gleiche positive und negative Werte annehmen, ist die mittlere Größe des Phasensteuersignales über einer vollen Schwingung proportional zur mittleren .Größe der gleichphasigen Komponente des tatsächlichen Stromes.

Die Phasensteuersignalgeneratoren 152 und 154 arbeiten in identischer Weise wie der Generator 152, um auf dem Leiter 172 ein elektrisches Phasensteuersigrial zu erzeugen, das während der positiven Halbwelle der Spannung der Phase B der mittleren Größe der Komponente des tatsächlichen Stromes der Phase B proportional ist, die mit der Spannung gleichphasig ist. In ähnlicher Weise wird auf dem Leiter 17.4 ein elektrisches Phasensteuersignal erzeugt, das während der positiven Halbwelle der Spannung der Phase C der mittleren Größe der gleichphasigen Komponente des Stromes der Phase C proportional ist. Diese Signale werden an dem Leiter 234 summiert und somit dem invertierenden Verstärker 238 des Summierverstärkers 176 als ein elektrisches Signal zugeführt, das dem Durchschnitt

? η 9 ß δ wο 7 6 ι

der drei gleichphasigen Komponenten des tatsächlichen Stromes proportional ist. Da wenigstens eine Phase zu allen Zeiten eine positive Spannung haben wird, wird das dem Verstärker 238 zugeführte Signal stetig sein, auch wenn auf jedem einzelnen der Leiter 170, 172 und 174 nur während der halben Zeit Signale vorhanden sein werden.

Wie bereits ausgeführt wurde, invertiert und verstärkt der Verstärker 238 das Signal auf dem Leiter 234, um auf dem Leiter ein zusammengesetztes Steuersignal zu erzeugen _f das dem Motorschlupf und -drehmoment proportional ist. Wie bereits beschrieben wurde und in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, wird dieses Signal dann dazu verwendet, dem Befehlsverstärker 88 über den Leiter 98 ein dem Motorschlupf proportionales Signal und dem Verstärker 144 über den Leiter 146 ein der Motorlast proportionales Signal zuzuführen. Die Größe und Polarität des Signales auf dem Leiter 98 ist so, daß bei einem Motobetrieb die Grundfrequenz der Leistungswandlervorrichtung bei erhöhtem Schlupf erhöht und bei kleinerem Schlupf verkleinert wird. Während eines Generatorbetriebes, wo die Lastkomponente des Motorstromes nicht gleichphasig mit der Motorspannung ist, wird die Grundfrequenz der Leistungswandlervorrichtung bei erhöhtem Schlupf gesenkt. In ähnlicher Weise ist die Größe und Polarität des Signales auf dem Leiter 146 derart, daß beieinem Motorbetrieb die Durchschnittsspannung bei erhöhter Last erhöht und bei Generatorbetrieb die Durchschnittsspannung bei erhöhter Last gesenkt wird. Auf diese Weise werden eine im wesentlichen konstante Betriebsdrehzahl und Erregerspannung aufrechterhalten.

Auch wenn die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, so wird für den Fachmann klar, daß viele Modifikationen und Abänderungen im Rahmen der gegebenen technischen Lehren möglieh sind. Wenn beispielsweise die Spannung und der Strom in den Phasen nicht symmetrisch sind und nicht im wesentlichen gleiche positive und negative Werte aufweisen, wird es erstrebenswert sein, Phasensteuersignale über vollen Schwingungen anstatt nur über Halbschwingungen zu erhalten.

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Für den Fachmann ist klar, daß Phasensteuersignale über einer
vollen Schwingung auf einfache Weise durch die Verwendung von
mehr als einem Feldeffekt-Transistor oder äquivalente Vorrichtungen für jede Phase erhalten werden können. Auf ähnliche Weise wird deutlich, daß das Phasensteuersignal für nur eine phase als eine Indikation des Motordrehmomentes und Schlupfes verwendet werden kann, wo sich die Phasenlasten in vernünftiger Weise im Gleichgewicht befinden. In einem derartigen Falle, insbesondere wo nur eine Halbwelle geprüft wird, ist es jedoch wünschenswert, eine geeignete Filterschaltung zu verwenden, um die dabei entstehende Wellenform zu glätten.

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Claims

Patentansprüche

[ 1.)Wechselstrom -Antriebssystem mit einstellbarer Drehzahl, das einen mehrphasigen Wechselstrommotor und eine statische Leistungswandlereinrichtung zur Erzeugung einer mehrphasigen Ausgangsleistung mit variabler Frequenz und variabler Spannung umfaßt, die zahlreiche Ausgangsphasen aufweist, die Jeweils mit einer entsprechenden Phase des Motors verbunden sind, gekennzeichnet durch derart gekoppelte Mittel (66, 68, 70), daß sie den tatsächlichen Strom in einer entsprechenden Ausgangsphase (A, B, C) abtasten und ein hierzu proportionales elektrisches Signal erzeugen, Mittel (82, 162) zur Erzeugung von wenigstens einem Spannungssignal gleichphasig mit der Spannung derjenigen Ausgangsphase, in der der tatsächliche Strom abgetastet ist,- einen Phasensteuersignalgenerator (150, 152, 15*0_} dessen Eingänge mit den Spannung und Strom abtastenden Mitteln (66, 68, 70, 82) verbunden sind und der auf eine vorbestimmte Polarität des Spannungssignales anspricht, um ein elektrisches Phasensteuersignal mit einer augenblicklichen Größe zu erzeugen, die der augenblicklichen Größe des tatsächlichen Stromes in der Phase während des Intervalles proportional ist, in dem das Spannungssignal die vorbestimmte Polarität aufweist, und mit einer mittleren Größe, die der mittleren Größe derjenigen Komponente des tatsächlichen Stromes in der Phase proportional ist, die mit der Spannung der Phase gleichphasig ist, und durch eine Steuereinrichtung (54) zur Steuerung der Ausgangsspannung der Leistungswandlereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung auf das Phasensteuersignal anspricht, derart, daß die Ausgangsspannung der Leistungswandlereinrichtung (12, I¹I, 16) in Abhängigkeit von Änderungen im Phasensteuersignal veränderbar ist.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastmittel (66, 68, 70) in einer Vielzahl vorhanden sind und jeweils zur Abtastung des tat-

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sächlichen Stromes in einer entsprechenden Ausgangsphase (A, B, C) gekoppelt sind, die Mittel (82) zur Erzeugung von Spannungssignalen eine Vielzahl von Spannungssignalen erzeugen, die jeweils mit der Spannung der entsprechenden Ausga^ngsphase gleichphasig sind, wobei wenigstens eines der Signale gleichphasig mit der Spannung von jeder Ausgangsphase ist, der Phasensteuersignalgenerator (150, 152, 154) in einer Vielzahl vorhanden ist, deren Eingänge jeweils mit den Spannung und Strom abtastenden Mitteln einer entsprechenden Ausgangsphase gekoppelt sind, die Steuereinrichtung (5*0 eine Summiereinrichtung (176) aufweist, die mit jedem der Phasensteuersignalgeneratoren (150, 152, 15*0 gekoppelt sind zur Summierung der Phasensteuersignale, so daß ein zusammengesetztes Steuersignal erzeugbar ist, und eine auf das zusammengesetzte Steuersignal derart ansprechende Vorrichtung (88) vorgesehen ist, daß die Ausgangsspannung der Leistungswandlereinrichtung (12, 14, 16) in Abhängigkeit von Änderungen im zusammengesetzten Steuersignal veränderbar ist.
3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die statische Leistungswandlereinrichtung (12, 14, 16) elektrische Gleichstromleistung in eine vielphasige elektrische Leistung umwandelt.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß,jedes Mittel (66,68,70) zur Abtastung des Stromes und Erzeugung eines hierzu proportionalen Signales einen Stromtransformator aufweist und die entsprechende Ausgangsphase der statischen Leistungswandlereinrichtung mit der Primärwicklung des Stromtransformators in Serie geschaltet und die Sekundärwicklung mit dem Phasensteuersignalgenerator (150, 152, 154) verbunden ist, wobei der in der Sekundärwicklung erzeugte und dem Phasensteuersignalgenerator zugeführte Strom dem tatsächlichen Strom in der entsprechenden Ausgangsphase proportional ist.

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5. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung (54) die Grundfrequenz und die mittlere Spannung der mehrphasigen Ausgangsleistung der Leistungswandlereinrichtung steuert und ferner eine Vorrichtung (88), die auf ein Befehlssignal (von 64), das eine Anzeige für einen gewünschten Wert der Motorleistung ist, und auf wenigstens ein anderes Signal (auf 94, 96, 98) einschließlich des zusammengesetzten Steuersignales (auf 98) zur Erzeugung eines korrigierten Steuersignales anspricht, und Mittel (82, 84) aufweist, die auf das korrigierte Steuersignal ansprechen, derart, daß eine im wesentlichen konstante Motordre'hzahl in Abhängigkeit von einem konstanten Befehlssignal durch Veränderung der Grundfrequenz der mehrphasigen Ausgangsleistung aufrechterhaltbar ist.
6. Antriebssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung (54.) die Grundfrequenz und die mittlere Spannung der mehrphasigen Ausgangsleistung der Leistungswandlereinrichtung steuert und auf das zusammengesetzte Steuersignal anspricht, derart, daß sie bei Motorbetrieb die mittlere Spannung bei steigender Last erhöht und bei abnehmender Last verkleinert und bei Generatorbetrieb die mittlere Spannung bei steigender Last verkleinert und bei abnehmender Last erhöht.
7. Antriebssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungswandlereinrichtung (12, 14, 16) Schalter zur Steuerung des Stromflusses in jeder der Ausgangsphasen enthält und in der die Steuereinrichtung (54) die mittlere Spannung der mehrphasigen Ausgangsleistung der Leistungswandlereinrichtung durch eine im Zeitverhältnis.gesteuerte Umschaltung der Schalter steuert, wobei die Steuereinrichtung, auf das zusammengesetzte Steuersignal zur Veränderung der im Zeitverhältnis gesteuerten Umschaltung anspricht, derart, daß sie bei Motorbetrieb die mittlere Spannung bei

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steigender Last erhöht und bei abnehmender Last verkleinert und bei Generatorbetrieb die mittlere Spannung bei steigender Last verkleinert und bei abnehmender Last vergrößert .

Antriebssystem nach Anspruch 3 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leistungswandlereinrichtung (12, 14, 16) Schalter zur Steuerung des Stromflusses in jeder der Ausgangsphasen aufweist und in der
die Steuereinrichtung (5¹O die Grundfrequenz der mehrphasigen Ausgangsleistung und die mittlere Spannung der mehrphasigen Ausgangsleistung der Leistungswandlereinrichtung durch eine im Zeitverhältnis gesteuerte Umschaltung der Schalter steuert, die Steuereinrichtung eine Vorrichtung zur Umwandlung des zusammengesetzten Steuersignales in eine erste Signalkomponente, die dem zusammengesetzten Steuersignal proportional ist, und eine zweite Signalkomponente, die sowohl dem zusammengesetzten Steuersignal als auch der Grundfrequenz proportional ist, und Mittel zur
Summierung der ersten und zweiten Signalkomponenten aufweist, wobei die Steuereinrichtung derart anspricht, daß sie die im Zeitverhältnis gesteuerte Umschaltung so einstellt, daß die mittlere Spannung während des Motorbetriebes bei einem Anstieg im summierten Signal erhöht
und bei einem Abfall im summierten Signal verkleinert wird, und während des Generatorbetriebes die mittlere Spannung bei steigender Last herabgesetzt und bei abnehmender Last vergrößert wird.

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