CH663124A5

CH663124A5 - Induktionsmotor-regelverfahren und -anordnung.

Info

Publication number: CH663124A5
Application number: CH7893/80A
Authority: CH
Inventors: Shigetoshi Okamatsu; Takashi Tsuboi; Masahiko Ibamoto; Hiroshi Narita
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-10-24
Filing date: 1980-10-23
Publication date: 1987-11-13
Also published as: JPS5662092A; US4338558A; DE3039849A1; DE3039849C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Induktionsmotors, der über einen Wechselrichter vom Impulsbreitenmodulationstyp mit Strom versorgt wird.

Nach dem Stande der Technik erfolgt eine zunehmende Anwendung von Regelanordungen für Induktionsmotoren mit einem Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter auf dem Gebiet der Schienenfahrzeuge und dergleichen.

Ein Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter ist ein solcher Wechselrichter, bei dem durch periodische Änderung der Breite von Impulsen der Mittelwert der Ausgangsspannung in Sinuswellenform erzeugt wird, während er mittels einer modulierten Welle geregelt wird, welche die Impulsbreiten verändert, so dass auf diese Weise eine Sinuswellenausgangsspannung entsprechend der modulierten Welle erzeugt wird. Ein solcher Wechselrichter ist mit einer Einrichtung zum Minimalisieren der hohen Harmonischen, die in der Ausgangsspannung während der Modulation enthalten sind, versehen.

In einem Modulator zum Erzeugen einer solchen Impulsfolge wird üblicherweise eine Anordnung zum Vergleichen einer Sinus welle mit einer Dreieck welle verwendet. Im einzelnen werden eine Sinuswelle und eine Dreieckwelle, die eine höhere Frequenz als die Sinuswelle hat, einem Komparator zugeführt, aus dessen Ausgangssignal eine modulierte Impulsfolge erzeugt wird. Die mittlere Spannung jedes Impulses bildet eine Sinuswelle der gleichen Frequenz, wie sie das zugeführte Sinuswellensignal hat. Wenn der Wechselrichter mittels dieser modulierten Impulsfolge betrieben wird, nimmt der mittlere Wert der Ausgangsspannung des Wechselrichters die Form einer Sinuswellenspannung an.

Die Ausgangsspannung des Wechselrichters kann dadurch verändert werden, dass man das Verhältnis der Spitzenwerte der Sinuswelle und der Dreieck welle verändert, die dem Komparator zugeführt werden. In diesem Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter werden mit der Zunahme des Frequenzverhältnisses N der Dreieckwelle zur Sinuswelle, die zur Modulation verwendet wird, die in der Ausgangsspannung enthaltenen Harmonischen niedrigerer Ordnung vermindert. In dem Fall, in dem ein Ausgangssignal sehr niedriger Frequenz zur Geschwindigkeitsregelung eines Induktionsmotors benötigt wird, wird daher das Frequenzverhältnis N erhöht, damit auf diese Weise jedes Pulsieren des Drehmoments verhindert wird, das anderenfalls durch die Harmonischen niedrigerer Ordnung auftreten würde.

Im Falle eines grossen Frequenzverhältnisses N ergibt sich jedoch der Nachteil, dass der kontinuierlich regelbare Bereich der Ausgangsspannung schmäler wird. Im einzelnen wird, wenn die Impulsbreite zur Erhöhung der Ausgangsspannung vergrös-sert wird, die Schlitzbreite, die der Zeitdauer entspricht, in der ein entsprechender Thyristor aus- und dann erneut eingeschaltet wird, verengt, und wenn diese Schlitzbreite so weit verengt wird, dass sie weniger als eine vorbestimmte Breite ist, welche der Abschaltzeit des Thyristors entspricht, kommt es zu Umpo-lungsfehlern, so dass es unmöglich wird, die Ausgangsspannung über ein bestimmtes Niveau hinaus zu erhöhen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Frequenz der Dreieckwelle umzuschalten, bevor die Ausgangsspannung das vorerwähnte Niveau erreicht. Bei der Geschwindigkeitsregelung eines Induktionsmotors mit einem Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter wird die Ausgangsspannung im Verhältnis zur Frequenz erhöht, jedoch ist es innerhalb des Bereichs, in dem die Ausgangsspannung durch die Abschaltzeit des Thyristors beschränkt ist, unnötig, eine Dreieckwelle einer solchen hohen Frequenz wie zum Zeitpunkt des Startens zu verwenden, und zwar aus dem Gesichtspunkt der Drehmomentpulsationen heraus, da die Frequenz des Bereichs höher als diejenige zum Zeitpunkt des Startens ist. Demgemäss kann, wenn das Frequenzverhältnis N der Dreieckwelle zur Sinus welle vermindert wird, die Schlitzbreite der Impulsfolge erhöht werden, so dass es auf diese Weise ermöglicht wird, die Ausgangsspannung des Wechselrichters weiter zu erhöhen.

In diesem Zusammenhang ist es notwendig, den Fall zu betrachten, in dem N gleich 1 ist, in welchem der Induktionsmotor mit hoher Geschwindigkeit läuft. In diesem Zustand haben die Dreieckwelle und die Sinuswelle die gleiche Frequenz, und daher ist während der Halbperiode der Impulsfolge kein Schlitz zum Regeln des Wechselrichters vorhanden, so dass die Ausgangsspannung des Wechselrichters unkontrollierbar wird. Trotzdem stellt das keine Schwierigkeit in allen Fällen dar, in denen der Induktionsmotor in einer Antriebs- oder in einer Re-generativbetriebsweise betrieben wird. Wenn begonnen wird, dem Induktionsmotor Leistung zuzuführen, oder wenn der Induktionsmotor in die Regenerativbetriebsweise übergeht, während er infolge des Beharrungsvermögens mit hoher Geschwindigkeit läuft (in einem solchen Fall, in dem beispielsweise ein elektrisches Eisenbanbetriebsmittel, z.B. ein elekrischer Triebwagen, infolge der Trägheit mit hoher Geschwindigkeit läuft), wird an den Induktionsmotor vom Beginn an die maximale Ausgangsspannung des Wechselrichters angelegt.

Jedoch hat der Induktionsmotor nur vor der Erzeugung einer induzierten Spannung eine Reaktanz, und infolgedessen fliesst ein Stromstoss in den Induktionsmotor, wenn die maximale Spannung an denselben angelegt wird, während er durch die Trägheits- bzw. Beharrungskraft läuft, so dass es infolgedessen oft zu Umpolungsfehlern bzw. -ausfällen des Wechselrichters kommt. Diese Erscheinung konnte durch entsprechende Untersuchungen bestätigt werden, und es wurde ein Umpo-lungsausfall im Falle einer an Wechselrichtern durchgeführten Untersuchung festgestellt.

Kurz zusammengefasst soll mit der vorliegenden Erfindung eine Regelanordnung für einen Induktionsmotor zur Verfügung gestellt werden, in der der Stromstoss unterdrückt wird, so dass ein Umpolungsausfall des Wechselrichters verhindert wird,

wenn der Induktionsmotor, der von einem Impulsbreitenmodu-lations-Wechselrichter mit Strom versorgt wird, aus einem Zustand, in dem er durch Beharrungsvermögen mit hoher Geschwindigkeit läuft, entweder in eine Antriebs- oder in eine Re-generativbetriebsweise eintritt. Diese Aufgabe wird mit einer im Patentanspruch 9 beschriebenen Anordnung gelöst.

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Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Regelanordnung für einen Induktionsmotor zur Verfügung gestellt, in der verhindert wird, dass das Frequnezverhältnis N zwischen einer Dreieckwelle und einer Sinuswelle wenigstens während einer vorbestimmten Zeitdauer des Übergangs des Impulsbreiten-modulations-Wechselrichters von einem Leerlaufzustand in einen Laufzustand zu 1 wird.

Genauer gesagt befindet sich der Impulsbreitenmodulations-Wechselrichter in dem Fall in einem Leerlaufzustand, in dem der Induktionsmotor durch eine Trägheits- bzw. Beharrungskraft läuft und keine induzierte Spannung erzeugt wird. Wenn der Motor in diesem Zustand mit hoher Geschwindigkeit läuft, wird aus dem oben erwähnten Grund nur ein Impuls der modulierten Welle für jeden Halbzyklus (N = 1) ausgewählt. Wenn der Wechselrichter in diesem Zustand gestartet wird, wird die höchste Ausgangsspannung erzeugt, so dass der Wechselrichter unkontrollierbar bzw. nichtregelbar wird, was zur Folge hat, dass ein Stromstoss im Motor fliesst. Gemäss der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass das Verhältnis N während einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Starten des Wechselrichters, wenn dieser von einem Leerlaufzustand in eine Anriebsbetriebsweise übergeht, zu 1 wird. Infolgedessen nimmt N beispielsweise den Wert 3 an, wodurch es möglich wird, die Ausgangsspannung des Wechselrichters zu steuern bzw. zu regeln. Infolgedessen kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters durch die Wirkung eines Stromregel- bzw. -Steuersystems oder eines anderen Regelbzw. Steuersystems unterdrückt werden, so dass dadurch ein Stromstoss des Motors und ein Umpolungsausfall des Wechselrichters verhindert werden. Die oben erwähnte vorbestimmte Zeitdauer ist eine kurze Zeitdauer, bevor eine elektromotorische Gegenkraft des Induktionsmotors erzeugt wird, und sie kann etwa 1 Sekunde betragen. Diese Sperrzeit wird natürlich nicht durch Zeitmessung ausgeschaltet, sondern dadurch, dass man direkt oder indirekt das Erzeugen der elektromotorischen Gegenkraft durch den Motor feststellt. Beispielsweise kann diese Sperrzeit durch Feststellen eines vorbestimmten Modulationsgrads einer Modulatorschaltung und einer vorbestimmten Ausgangsspannung des Wechselrichters beendet werden.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 4 der Zeichnung anhand einiger, besonders bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Induktionsmotor-Regel- bzw. Steueranordnung gemäss der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 ein Schaltbild eines speziellen Beispiels einer Ge-schwindigkeits-Festlegungs- bzw. Entscheidungsschaltung und einer Umschaltschaltung, die in der Anordnung nach Figur 1 vorgesehen sind;

Figur 3A bis 3E Spannungswellenformen zur Erläuterung der Betriebsweise eines Impulsbreitenmodulations-Wechsel-richters; und

Figur 4 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform einer Induktionsmotor-Regel- bzw. Steueranordnung gemäss der vorliegenden Erfindung.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in ihrer Anwendung bei einem Induktionsmotor dargestellt, der ein Fahrzeugmotor eines Eisenbahnbetriebsmittels, beispielsweise eines elektrischen Triebwagens ist.

Ein Wechselrichter 3, dem über einen Gleitbügel 2 Strom von einer Gleichstromleitung 1 zugeführt wird, treibt einen Induktionsmotor 4 durch Wechselstrom an seinem Ausgang an, dessen Spannung und Frequenz veränderbar sind. Das Tor des Wechselrichters 3 wird mittels des oben erwähnten Impulsbreitenmodulationssystems gesteuert.

Die Frequenz fi (die das n-fache der Rotationsfrequenz fo des Induktionsmotors 4 beträgt, wobei n eine ganze Zahl ist) welche mittels eines direkt mit dem Induktionsmotor 4 verbundenen Impulsgenerators 5 erzeugt wird, wird mittels eines

Frequenz-Analog-Wandlers 6 in eine Analogspannung Vi umgewandelt.

Auf den Anschluss 7 wird eine Spannung AV (an-Af) gegeben, die dem n-fachen einer gewählten Schlupffrequenz Af äquivalent ist. Mit 8 ist ein Antriebs/Regenerativ-Betriebs-weisen-Umschalter bezeichnet, der sich in Figur 1 in der Antriebsbetriebsweise befindet. In der Antriebsbetriebsweise werden eine Analogspannung Vi, die der Geschwindigkeit fo des Motors 4 proportional ist, und eine Analogspannung AV, die der gewählten Schlupffrequenz Af proportional ist, mittels eines Addierers-Subtrahierers 9 addiert. In der Regenerativbetriebsweise wird dagegen die Spannung AV, die der Schlupffrequenz proportional ist, von der Spannung Vi, die der Motorgeschwindigkeit proportional ist, subtrahiert. Diese Spannung Vi ± AV wird einem Spannungs-Frequenz-Wandler 10 zugeführt, so dass der Wandler 10 mit der Frequenz f2 schwingt. Dieser Vorgang lässt sich ausdrücken durch die Gleichung:

f2 = fi + n • Af=n(fo ± Af).

Das Rechteckwellenausgangssignal des Wandlers 10 wird mittels eines Frequenzteilers 11 um das Verhältnis 1/n in seiner Frequenz untersetzt und mittels eines Dreiphasenverteilers 12 in Dreiphasensignale umgewandelt, die in ihrer Phase gegeneinander um 120° versetzt sind. Infolgedessen wird eine Dreiphasen-sinuswelle durch einen nachgeschalteten Sinuswellengenerator 13 erzeugt. Das Rechteckwellenausgangssignal des Wandlers 10 wird, ausser dass es dem Freqwuenzteiler 11 zugeführt wird, weiterhin vier Frequenzteilern 141, 142, 143 und 144 zugeführt. Auf diese Weise wird das Ausgangssignal des Wandlers 10 in seiner Frequenz um beispielsweise jeweils 1/9, 1/15, 1/45 und 1/135 mittels der jeweiligen Frequenzteiler untersetzt, und die Ausgangssignale dieser Frequenzteiler werden jeweils auf einen Dreieckwellensignalgenerator 151, 152, 153 und 154 gegeben. Infolgedessen erzeugen die Dreieckwellensignalgeneratoren 151, 152, 153 und 154 Dreieckwellensignale, deren Frequenz jeweils f2/9, f2/15, f2/45 und f2/135 beträgt. Es sei nun angenommen, dass n gleich 135 ist. Dann betragen die Ausgangsfrequenzen der Dreieckwellensignalgeneratoren 151 bis 154 jeweils das 15-, 9-, 3- und 1-fache der Ausgangssignalsinuswelle des Sinuswel-lensignalgenerators 13, wie entsprechend in der Zeichnung (am Ausgang der Dreieckwellensignalgeneratoren) angegeben. Diese Dreieckwellen werden über jeweilige Verstärker 161, 162, 163 und 164 auf eine Umschaltschaltung 17 gegeben.

Weiter unten wird ein spezieller Schaltungsaufbau jedes Blocks näher beschrieben. Der Frequenz-Spannungs-Wandler 6 und der Spannungs-Frequenz-Wandler 10 können aus einer kommerziell erhältlichen integrierten Schaltung bestehen. Die Frequenzteiler 11 und 141 bis 144 lassen sich leicht von einem an sich bekannten Zähler bilden. Als Dreiphasenverteiler 12 kann ein Ringzähler verwendet werden. Der Sinuswellengenera-tor 13 und die Dreieckwellengeneratoren 151 bis 154 können eine an sich bekannte Impulsweichenschleifenschaltung («pulse lock loop»-Schaltung) zum Erzeugen von Sinuswellen- und Dreieckwellensignalen umfassen oder sein.

Die Umschaltschaltung 17 gibt in Ansprechung auf das Ausgangssignal einer Geschwindigkeits-Entscheidungsschaltung 18 eines der vier Dreieckwellensignale an eine Modulatorschaltung 19 weiter. Die Modulatorschaltung 19 weist drei Operationsverstärker 191 bis 193 auf, die schematisch dargestellt sind und jeweils eine Sinuswellenspannung von jeder der drei Phasen mit einer ausgewählten Dreieckwellenspannung vergleichen, so dass sie auf diese Weise für jede Phase eine modulierte Impulsfolge erzeugen. Dieser Vorgang wird unter Benzugnahme auf die Figur 3A bis 3E näher erläutert. Die in Figur 3A dargestellte Dreieckwelle hat eine Frequenz, die das 9-fache der Sinuswelle beträgt. Mit anderen Worten bedeutet das, dass die Sinuswel-lenspannung und die Dreieckwellenspannung (eine Phase) den Fall darstellen, in dem das Ausgangssignal des Verstärkers 162

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von der Umschaltschaltung 17 ausgewählt worden ist. Wenn die Operationsverstärker 191 bis 193 ein positives Sättigungsausgangssignal erzeugen, und wenn die Sinuswellenspannung höher als die Dreieckwellenspannung ist, dann erhält man eine Impulsfolge, wie sie in Figur 3B dargestellt ist. Wenn der Wechselrichter mittels dieser Impulsfolge gesteuert wird, dann nimmt dessen mittlere Ausgangsspannung die Form einer Sinuswelle an, die die gleiche Frequenz wie die Sinuswelle hat, welche von dem Sinuswellengenerator 13 erzeugt worden ist, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.

Die Ausgangsspannung dieses Wechselrichters kann durch Änderung des Verhältnisses zwischen den Spitzenwerten der Sinuswelle und der Dreieckwelle, die in die Modulatorschaltung 19 eingegeben werden, verändert werden. Wenn der Spitzenwert der Sinuswelle beispielsweise erhöht wird, dann werden die Schlitze Si und S2 verengt, wodurch die Ausgangspannung des Wechselrichters erhöht wird.

Auf diese Weise werden die an den Induktionsmotor 4 angelegte Spannung und Frequenz in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit erhöht. Wenn die Frequenz in Abhängigkeit von der Motorgeschwindigkeit zunimmt, wird die Periode der Ausgangsspannung des Wechselrichters verkürzt. Ausserdem ist eine hohe Spannung erforderlich, um die Breite der Schlitze Si und S2 bis zu einem solchen Grad zu verengen, dass die Grenze erreicht wird, die sich aufgrund der Abschaltzeit des Thyristors im Wechselrichter 3 ergibt.

Wenn die Geschwindigkeit des Induktionsmotors 4 einen vorbestimmten Wert erreicht, dann stellt die Geschwindigkeits-Entscheidungsschaltung 18 den vorbestimmten Wert fest, und die Frequenz der Dreieckwelle wird mittels der Umschaltschaltung 17 auf eine Frequenz umgeschaltet, die das 3-fache derjenigen der Sinuswelle beträgt.

Die Modulation, die sich bei dieser Betriebsweise ergibt, ist in den Figuren 3C und 3D veranschaulicht. Wie man aus diesen Figuren ersieht, wird trotz breiterer Schlitze S3 und S4 eine höhere Wechselrichterspannung erzeugt.

Bei einem weiteren Zunehmen der Geschwindigkeit des Induktionsmotors 4 wird die Frequenz der Dreieckwelle mittels der Geschwindigkeits-Entscheidungsschaltung 18 und der Umschaltschaltung 17 auf die gleiche Frequenz umgeschaltet, wie sie die Sinuswelle hat. Die modulierte Welle und die mittlere Ausgangsspannung des Wechselrichters sind für diese Betriebsweise in Figur 3E dargestellt.

Die so erhaltene modulierte Sinuswelle wird über eine Torschaltung 20, einen Verstärker 21 und einen Impulstransformator 22 je einem Thyristor im Wechselrichter 3 zugeführt.

Die Ausgangsspannung des Wechselrichters wird durch ein Konstantstromregelsystem geregelt. Im einzelnen wird der Strom des Motors 4 von einem Stromtransformator 23 abgetastet und mittels einer Gleichrichterschaltung 24 gleichgerichtet. Dem Anschluss 25 wird das voreingestellte Strombefehlssignal Is zugeführt, das mittels eines Komparators 26 mit dem ermittelten Stromwert verglichen wird, so dass der Spitzenwert der Sinuswelle, die im Sinuswellengenerator 13 erzeugt wird, entsprechend dem Unterschied zwischen dem Strombefehlssignal Is und dem ermittelten Stromwert eingestellt wird. Wenn sich der Spitzenwert der Sinuswelle ändert, dann ändert sich die Ausgangspannung des Wechselrichters 3, und schliesslich folgt der Strom des Induktionsmotors 4 dem Befehlssignalwert Is.

Wie man aus Figur 3E ersieht, kann die Ausgangsspannung des Wechselrichters in dem Fall, in dem das Frequenzverhältnis N zwischen der Dreieckwelle und der Sinuswelle gleich 1 ist, nicht geregelt werden. Wenn das mit hoher Geschwindigkeit laufende elektrische Eisenbahnbetriebsmittel, z.B. ein elektrischer Triebwagen, über den Wechselrichter 3 entweder in die Antriebsbetriebsweise oder in die Regenerativbetriebsweise eintritt, dann wird von dem Wechselrichter 3 eine hohe Spannung erzeugt, so dass in dem Motor 4 ein Stromstoss fliesst und auf diese Weise ein Umpolungsversagen des Wechselrichters 3 bewirkt wird.

Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass dann, wenn an den Anschluss 27 ein Wechselrichter-Betriebsbefehlssignal angelegt wird, die Torschaltung 20 geöffnet und über eine Univibratorschaltung 28 ein Signal an die Geschwindigkeits-Entscheidungsschaltung 18 gegeben wird, das das Umschalten auf N = 1 verhindert.

Ein spezielles Beispiel der Umschaltschaltung 17 und der Geschwindigkeits-Entscheidungsschaltung 18 ist in Figur 2 dargestellt. Die Geschwindigkeits-Entscheidungsschaltung 18 umfasst Widerstände R1 bis R5 zum Erzeugen einer Geschwindigkeitsbezugsspannung aus einer Spannungsquelle ( + ) an der Verbindungsstelle je zweier Widerstände. Diese Bezugsspannungen werden mit der Spannung Vi verglichen, die die Geschwindigkeit des elektrischen Eisenbahnbetriebsmittels repräsentiert, und zwar erfolgt der Vergleich in Operationsverstärkern Ol bis 04, und nur dann, wenn die Geschwindigkeitsspannung Vi des elektrischen Eisenbahnbetriebsmittels höher als die Bezugsspannung ist, wird von den Operationsverstärkern ein Ausgangssignal erzeugt. NICHT-Schaltungen NI bis N3 sowie UND-Schaltungen AI bis A3 dienen dazu, das Geschwindigkeits-Ent-scheidungssignal niedrigerer Ordnung durch das Geschwindig-keits-Entscheidungssignal höherer Ordnung zu löschen.

Während des normalen Betriebs des elekrischen Eisenbahnbetriebsmittels wird dem Anschluss 27 ein Wechselrichter-Betriebsbefehlssignal zugeführt, und das Ausgangssignal der Univibratorschaltung 28 ist bereits verschwunden, so dass die Sperrschaltung IN unwirksam ist. Infolgedessen wird ein Nie-driggeschwindigkeitssignal 1, ein Mittelgeschwindigkeitssignal m, ein Hochgeschwindigkeitssignal h oder ein Höchstgeschwindigkeitssignal t entsprechend der tatsächlichen Geschwindigkeit des elektrischen Eisenbahnbetriebsmittels erzeugt.

In der Umschaltschaltung 17 öffnet eines der Analogtore AGI bis AG4, denen diese Geschwindigkeits-Entscheidungs-signale zugeführt werden, so dass infolgedessen eine Dreieckwelle zur Modulatorschaltung 19 durchlaufen kann.

Es sei angenommen, dass das elektrische Eisenbahnbetriebsmittel infolge seines Beharrungsvermögens im Höchstgeschwindigkeitsbereich läuft. Der Wechselrichter 3 wird nicht betätigt, und der Induktionsmotor 4 läuft infolge seines Beharrungsvermögens. Mit anderen Worten bedeutet das, dass weder das Wechselrichter-Betriebsbefehlssignal am Anschluss 27 noch das Strombefehlssignal Is am Anschluss 25 anliegt, so dass die Torschaltung 20 geschlossen ist und der Wechselrichter 3 nicht betätigt wird. Im Hinblick auf die Tatasache, dass es sich um die Höchstgeschwindigkeit handelt, ist jedoch die Spannung Vi des elektrischen Eisenbahnbetriebsmittels hoch, und die Geschwin-digkeits-Entscheidungsschaltung 18 erzeugt das Höchstgeschwindigkeitssignal t. Infolgedessen wird über das Analogtor AG4 in der Umschaltschaltung 17 eine Dreieckwelle an die Modulatorschaltung 19 abgegeben, die die gleiche Frequenz wie die Sinuswelle hat. Als Ergebnis hiervon befindet sich die Modulatorschaltung 19 im Bereitschaftszustand, wobei sie die in Figur 3E gezeigte modulierte Welle erzeugt.

Es sei nun angenommen, dass die Bedienungsperson ein Wechselrichter-Betriebssignal auf den Anschluss 27 gibt, damit das System entweder in die Antriebs- oder die Regenerativbetriebsweise übergeht. Das Strombefehlssignal Is steigt in Abhängigkeit von der Zeit T langsam an, wie Figur 1 zeigt. Die nachstehend dargelegte Betriebsweise ist unabhängig davon, ob sich der Umschalter 8 in der Position der Antriebs- oder der Regenerativbetriebsweise befindet, dieselbe. Die Univibratorschaltung 28 erzeugt in Ansprechung auf das Wechselrichter-Betriebsbefehlssignal während einer vorbestimmten Zeidauer ein Ausgangssignal. Dieses Ausgangssignal wird auf den Sperr-anschluss der Sperrschaltung IN der Geschwindigkeits-Ent-scheidungsschaltung 18 gegeben, so dass das Höchstgeschwin-

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digkeits-Entscheidungssignal t gelöscht wird, während die Löschung des Signals niedrigerer Ordnung, nämlich des Hoch-geschwindigkeits-Entscheidungssignals h, verhindert wird. Infolgedessen wird das Analogtor AG4 der Umschaltschaltung 17 geschlossen, während das Tor AG3 geöffnet wird, so dass infolgedessen der Modulatorschaltung 19 das Dreieckwellensignal der Frequenz von 3 in N zugeführt wird.

Als Ergebnis hiervon wird die Modulatorschaltung 19 in den Betriebszustand umgeschaltet, der in den Figur 3C und 3D veranschaulicht ist. Die hierbei erhaltene modulierte Welle wird aufgrund des Wechselrichter-Betriebsbefehlssignals dem Wechselrichter 3 durch die offene Torschaltung 20 zugeführt, so dass der Wechselrichter in einer Betriebsweise zu arbeiten beginnt, in der sein Ausgangssingal Steuer- bzw. regelbar ist. Infolgedessen erzeugt der Wechselrichter 3 eine Wechselspannung einer Frequenz, die sich aus einer Addition (während der Antriebsbetriebsweise) oder einer Subtraktion (während der Regenerativbetriebsweise) der Schlupffrequenz Af zur bzw. von der Frequenz fo, die der Geschwindigkeit des Motors 4 entspricht, ergibt. In diesem Zustand wird die Spannung durch das obige Spannungsregelsystem geregelt. Im einzelnen wird, wenn der Motorstrom voraussichtlich den Befehlssignalwert Is überschreitet bzw. im Begriff ist, diesen Befehlssignalwert zu überschreiten, das Ausgangssinuswellensignal des Sinuswellengenerators 13 herabgesetzt, so dass dadurch die Ausgangsspannung des Wechselrichters 3 vermindert wird. Der Motorstrom folgt dem Befehlssignalwert Is, und infolgedessen wird verhindert, dass er ansteigt. Dadurch wird auch ein Umpolungsausfall des Wechselrichters 3 verhindert.

Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Figur 4 gezeigt, worin mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 die gleichen bzw. die gleichartigen Bauelemente wie in Figur 1 bezeichnet sind. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 1 insofern, als hier das Stromregelsystem der Figur 1 durch ein Spannungsregelsystem zum Konstanthalten des Spannungs-zu-Frequenz-Verhältnis-s ses ersetzt ist. Die Ausgangsspannung Vi ± AV des Addierers-Subtrahierers ist ein Analogsignal, das dem Frequenzbefehlssignal fo ± Af des Wechselrichters proportional ist. Wenn eine der Spannung Vi ± AV proportionale Spannung im Wechselrichter 3 erzeugt wird, kann der Wechselrichter in einer solchen io Weise geregelt werden, dass das Spannungs-Frequenz-Verhältnis konstant ist. Die Ausgangsspannung des Addierers-Sub-trahierers 9 wird mit dem Ausgangssignal des Ausgangsspannungsdetektors 29 des Wechselrichters 3 im Komparator 30 verglichen, und der Spitzenwert des Sinuswellenausgangssignals 15 des Sinuswellengenerators 13 wird entsprechend dem Fehler bzw. der Abweichung zwischen beiden eingestellt, so dass dadurch die Betriebsweise des Spannungsregelsystems vervollständigt wird.

Wegen des Fehlens des Konstantstromsystems wird der 20 Stromstoss zum Zeitpunkt des Beginns des Wechselrichterbetriebs nicht vermieden. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist es notwendig, die Amplitude der Ausgangsspannung des Spannungsregelsystems während einer vorbestimmten Zeitdauer zu beschränken. In der Zeichnung ist in das System ein Tran-25 sistor 31 in der Weise eingefügt, dass er das Spannungsbefehlssignal Vi ± AV des Spannungsregelsystems beschränkt, indem die Leitfähigkeit des Transistors während der Zeitdauer vermindert wird, während welcher die Univibratorschaltung 28 ein Ausgangssignal erzeugt. Es ist auch einfach, die Ausgangsspan-3o nung des Wechselrichters im bzw. durch den Sinuswellengenerator 13 oder in der bzw. durch die Modulatorschaltung 19 zu beschränken.

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4 Blätter Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Regeln eines Induktionsmotors, bei dem ein Frequenzbefehlssignal für einen Wechselrichter erzeugt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte des Erzeugern einer Sinuswelle einer Frequenz (fo ± Af), die dem Frequenzbefehlssignal entspricht; des Erzeugens einer Dreieckwelle von einer Frequenz, die das N-fache, wobei N= 1, 2, 3, 4..., der Frequenz (f0 ± Af) der Sinuswelle ist; des Festlegens eines Geschwindigkeitsbereichs (t, h, m, 1) aus einer Mehrzahl von Geschwindigkeitsbereichen entsprechend der Geschwindigkeit des Motors (4); des Auswählens einer Frequenz der Dreieckswelle durch einen Schaltvorgang, um den Wert N beim Ansteigen der Geschwindigkeit in einen höheren Geschwindigkeitsbereich (t, h, m, 1), der durch eine Entscheidungseinrichtung (18) festgelegt worden ist, zu vermindern; des Vergleichens der Dreieckwelle mit der Sinuswelle; des Regeins des Wechselrichters (3) entsprechend einer Ausgangsimpulsfolge der den Vergleich ausführenden Komparatoreinrichtung (191-193); und des Verhin-derns, dass der Wert N wenigstens während einer Zeitdauer, während der der Wechselrichter (3) von einem Leerlaufzustand in einen aktiven Zustand übergeht, zu 1 wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das Erzeugen eines Strombefehlssignals für den Motor (4); das Feststellen des Sroms des Motors (4); das Vergleichen des Strombefehlssignals mit einem festgestellten Stromwert; und das Regeln der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3) entsprechend dem Vergleichsergebnis.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelung das Einstellen des Spitzenwerts der Sinuswelle entsprechend dem Vergleichsergebnis umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen eines Frequenzbefehlssignals das Feststellen der Geschwindigkeit (fo) des Motors (4), das Einstellen der Schlupffrequenz (Af) des Motors (4) und das Ausführen einer Addition- oder Subtraktion der ermittelten Geschwindigkeit (fo) und der Schlupffrequenz (Af) umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Erzeugen eines Spannungsbefehlssignals (Vi ± AV), das dem Frequenzbefehlssignal (fo ± Af) proportional ist; das Feststellen der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3); das Vergleichen des Spannungsbefehlssignals (Vi ± AV) mit einer festgestellten Spannung; das Regeln der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3) entsprechend dem Vergleichsergebnis; und das Unterdrücken der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3) während einer vorbestimmten Zeitdauer.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzumschaltung das Auswählen einer der Dreieckwellen umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Dreieckwellenerzeugung eine Eingangsimpulsfolge mit unterschiedlichen Teilungsverhältnissen geteilt wird, wobei die Eingangsimpulsfolge eine Frequenz (f2) hat, die proportional der Geschwindigkeit (fo) des Motors (4) vermehrt oder vermindert durch die Schlupffrequenz (Af) ist; und dass eine Mehrzahl von Dreieckwellen von Frequenzen, die den Ausgangsimpulsfolgen entsprechen, durch Frequenzteilung erzeugt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eingangsimpulsfolge einer Frequenz erzeugt wird , die der Geschwindigkeit (fo) des Motors (4) vermehrt oder vermindert durch die Schlupffrequenz (Af) proportional ist; dass diese Eingangsimpulsfolge in Dreiphasen-Impulsfolgen aufgetrennt wird, von denen jede sich in gleichen Intervallen wiederholende Impulse hat; und dass Dreiphasen-Sinuswellen von Frequenzen (fo ± Af) erzeugt werden, die jeweils denjenigen der Dreiphasen-Impulsfolgen entsprechen.
9. Induktionsmotor-Regelanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Wechselrichter für die Stromversorgung des Induktionsmotors und einer Regeleinrichtung vom Impulsbreitenmodulationstyp zum Regeln des Wechselrichters, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung folgendes umfasst: eine Frequenzbefehlssignal-Erzeugungseinrichtung für den Wechselrichter (3); eine Einrichtung (13) zum Erzeugen einer Sinuswelle einer Frequenz (fo ± Af), die dem Frequenzbefehlssignal entspricht; eine Einrichtung (151-154) zum Erzeugen einer Dreieckwelle einer Frequenz, die das N-fache der Frequenz (f0 ± Af) der Sinuswelle beträgt, wobei N= 1, 2, 3...; eine Einrichtung (18) zum Festlegen eines Geschwindigkeitsbereichs (t, h, m, 1) aus einer Mehrzahl von Geschwindigkeitsbereichen entsprechend der Geschwindigkeit (fo) des Motors (4); eine Einrichtung (17) zum Auswählen einer Frequenz der Dreieckwelle durch einen Schaltvorgang, so dass der Wert N in Abhängigkeit vom Anstieg der Geschwindigkeit in einen höheren Geschwindigkeitsbereich (t, h, m, 1), der durch die Festlegungseinrichtung (18) festgelegt worden ist, vermindert wird; eine Einrichtung (191-193) zum Vergleichen der Dreieckwelle mit der Sinuswelle; und eine Einrichtung (21) zum Regeln des Wechselrichters (3) entsprechend einer Ausgangsimpulsfolge der Vergleichseinrichtung (191-193); und weiterhin eine Einrichtung (28) zum Verhindern, dass wenigstens während einer vorbestimmten Zeitdauer, während der Wechselrichter (3) von einem Leerlaufzustand in einen aktiven Zustand übergeht, der Wert N zu 1 wird.
10. Induktionsmotor-Regelanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (25) zum Erzeugen eines Strombefehlssignals (Is) für den Motor (4); eine Einrichtung (23, 24) zum Feststellen des Stroms des Motors (4); eine Einrichtung (26) zum Vergleichen des Strombefehlssignals (Is) mit einem festgestellten Stromwert; und eine Stromregelanordnung (13, 19-22) zum Regeln der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3) entsprechend dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (26).
11. Induktionsmotor-Regelanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromregelanordunung eine Einrichtung (13) zum Einstellen des Spitzenwerts der Sinus welle entsprechend dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (26) umfasst.
12. Induktionsmotor-Regelanordnung nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzbefehlssignal-Erzeugungseinrichtung (5, 7, 9) eine Einrichtung (5) zum Feststellen der Geschwindigkeit (fo) des Motors (4) umfasst; sowie eine Einrichtung (7) zum Einstellen einer Schlupffrequenz (Af) des Motors (4); und eine Additions-Subtrak-tions-Einrichtung (9) zum Addieren oder Subtrahieren der Schlupffrequenz (Af) zu bzw. von der festgestellten Geschwindigkeit (fo).
13. Induktionsmotor-Regelanordnung nach einem der Ansprüche 9-12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungsbefehlssignals, das dem Frequenzbefehlssignal proportional ist; eine Einrichtung (29) zum Feststellen der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3); eine Einrichtung (30) zum Vergleichen des Spannungsbefehlssignals mit der festgestellten Spannung; eine Spannungsregelanordnung (13, 19-22) zum Regeln der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3) entsprechend dem Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (30); und eine Einrichtung (31) zum Unterdrücken der Ausgangsspannung des Wechselrichters (3) für die vorbestimmte Zeitdauer.
14. Induktionsmotor-Regelanordnung nach einem der Ansprüche 9-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreieckwellen-Erzeugungseinrichtung eine Einrichtung (151-154) zum Erzeugen einer Mehrzahl von Dreieckwellen unterschiedlicher Frequenzen umfasst, und dass die Umschalteinrichtung (17) eine Umschaltschaltung zum Auswählen einer der Dreieckwellen in

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663 124

Abhängigkeit vom Ausgangssignal der den Geschwindigkeitsbereich festlegenden Einrichtung bzw. der Geschwindigkeits-Entscheidungseinrichtung (18) umfasst.
15. Induktionsmotor-Regelanordnung nach einem der Ansprüche 9-14, dadurch gekennzeichnet, das die Dreieckwellen-Erzeugungseinrichtung eine Mehrzahl von Frequenzteilereinrichtungen (141-144) umfasst, die eine Impulsfolge empfangen, deren Frequenz der Geschwindigkeit (fo) des Motors (4) vermehrt oder vermindert durch die Schlupffrequenz (Af) proportional ist, und die die Frequenz der Impulsfolge in unterschiedlichen Verhältnissen untersetzen; sowie eine Mehrzahl von Einrichtungen (151-154) zum Erzeugen von Dreieckwellen, deren Frequenzen den Ausgangsimpulsfolgen entsprechen, die je von den Frequenzteilereinrichtungen (141-144) erzeugt worden sind.
16. Induktionsmotor-Regelanordnung nach einem der Ansprüche 9-15, dadurch gekennzeichnet, das die Sinuswellen-Erzeugungseinrichtung eine Dreiphasenverteilereinrichtung (12), die eine Impulsfolge empfängt, deren Frequenz proportional der Geschwindigkeit (fo) des Motors (4) vermindert oder vermehrt durch die Schlupffrequenz (Af) ist, und welche die Dreiphasenimpulsfolgen, deren Impulse sich in gleichen Intervallen wiederholen, verteilt, sowie eine Einrichtung (13) zum Erzeugen von Dreiphasensinuswellen, deren Frequenzen jeweils denjenigen der Dreiphasenimpulsfolgen entsprechen, umfasst.