DE1815768A1

DE1815768A1 - Anordnung zur Steuerung der Schlupffrequenz einer Asynchronmaschine

Info

Publication number: DE1815768A1
Application number: DE19681815768
Authority: DE
Inventors: Helmut Domann; Ritz Dipl-Ing Gerold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-12-20
Filing date: 1968-12-19
Publication date: 1969-07-24
Also published as: CH477124A; DE1815768B2; CH484564A; US3568022A; DE1815769B2; NL6817131A; JPS4814330B1; DE1815770A1; FR1596689A; CH484566A; GB1187709A; US3593161A; ES361625A1; AT294260B; SE341425B; BE725675A; DE1815771A1; DE1815769A1; CH484565A

Description

R. 9049 '
13.12.196?

. HQBEBf BOSCH GMBH, Stuttgart W (Deutschland)

Anordnung zur Steuerung der Schlupffrequenz einer Asynchronmas chine

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Schlupffrequenz "einer Asynchronmaschine, die aus einer Energiequelle mit einer Spannung steuerbarer Frequenz, insbesondere über einen Wechselrichter, versorgt wird, wobei die Energiequelle vorzugsweise so ausgebildet ist, daß sie auch aus der Asynchronmaschine rückgelieferte Energie aufnehmen kann.

Eine Asynchronmaschine kann im Motor- oder im Generatorbetrieb arbeiten und weist bei Belastung einen sogenannten Schlupf auf, d. h. der Rotor läuft im Motorbetrieb langsamer als das vom Ständer erzeugte Drehfeld und im Generatorbetrieb schneller als das vom Ständer erzeugte Drehfeld.

Das im Ständer der Asynchronmaschine umlaufende Drehfeld hat also bei Belastung eine andere Drehzahl "als der Rotor, d. h. zwischen diesen beiden Drehzahlen besteht eine Differenzdrehzahl, die der sogenannten Schlupffrequenz proportional ist. Ein Beispiel: Wenn als Energiequelle das Drehstromnetz mit einer Frequenz von 50 Hz verwendet wird, so läuft in einer Asynchronmaschine mit der Polpaarzahl ρ = 1 das Drehfeld 5omal in der

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- 2 - 1 8 I b / b 3

Sekunde um. Venn bei Belastung der Rotor nur 4-9mal in der Sekunde umläuft, ist die -Differenzdrehzahl 1 Umdrehung/Sekunde und die Schlupffrequenz 1 Hz.

Bei einer Asynchronmaschine ist die Schlupffrequenz eine wichtige Größe. Hält man nämlich bei der Asynchronmaschine den magnetischen Fluß im Luftspalt konstant - hierzu muß man bei steigender Frequenz, der Energiequelle auch.deren Ausgangs-Wechselspannung erhöhen ~, so ist das abgegebene Moment direkt der Schlupffrequenz proportional. Mit anderen Worten: Wenn man den Fluß im Luftspalt konstant hält, kann man durch Einstellen der Schlupffrequenz ein bestimmtes gewünschtes Moment einstellen, und zwar sowohl beim motorischen wie beim generatorischen Betrieb der Asynchronmaschine.

Aus der US-Patentschrift 1 481 881 kennt man bereits Anordnungen zum Regeln der Schlupffrequenz auf einen bestimmten Wert. Hierzu wird ein mechanisches Differentialgetriebe benutzt, dessen einem Eingang eine dem Istwert der Schlupffrequenz proportionale Drehzahl und dessen anderem Eingang eine dem Sollwert der Schlupffrequenz proportionale Drehzahl zugeführt wird. Ist der Istwert größer als der Sollwert, so wird die Speisespannung der Asynchronmaschine erhöht. Genügt dies nicht, so wird die Speisefrequenz der Asynchronmaschine solange erniedrigt, bis wieder Istwert gleich Sollwert ist.

Wie die genannte US-Patentschrift zeigt, ist eine solche Anord- f nung schwierig zu verwirklichen; dies gilt besonders dann, wenn eine Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer verwendet wird. Hier muß man zwei zusätzliche elektrische Maschinen verwenden, um eine der Schlupffrequenz proportionale Drehzahl zu erzeugen. Das ergibt eine sehr umfangreiche und teure Anlage, die nur langsam auf Änderungen der Sehlupffrequenz reagiert, also für hochwertige und besonders für Antriebe hoher Dynamik nicht geeignet ist.

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Es ist deshalb"-.eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und insbesondere eine Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Schlupffrequenz schnell und genau auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann, so daß gegebenenfalls auch eine Drehzahlregelung möglich ist, die als Stellgröße die Schlupffrequenz, also indirekt das abgegebene (oder aufgenommene) Moment der Asynchronmaschine verwendet. Eine spezielle Aufgabe wird darin gesehen, eine solche Anordnung zu schaffen, die für motorischen und für generatorischen Betrieb geeignet ist, und die auch bei höheren Frequenzen sicher arbeitet.

Nach der Erfindung wird dies bei einer eingangs genannten Anordnung dadurch erreicht, daß die Anordnung als Regelkreis ausgebildet ist, der eine in zwei Richtungen zählende digiiaLe. Zählstufe, z. B. einen Vor-Rückwärts-Zähler enthält, deren einem Zähleingang für das Zählen in einer Richtung eine erste Impulsfolge zugeführt wird, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit mindestens von der Frequenz der Spannung steuerbarer Frequenz abhängig ist und deren anderem Zähleingang für das Zählen in der entgegengesetzten Richtung eine zweite Impulsfolge zugeführt wird, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit mindestens von der Wellendrehzahl der Asynchronmaschine abhängig ist, wobei eine dieser Impulsfolgen außerdem von der gewünschten Schlupffrequenz abhängig ist, und daß der Zählerstand der Zählstufe über einen Bigital-Analog-Wandler und einen diesem nachgeschalteten Integrierverstärker die Frequenz der Spannung steuerbarer Frequenz steuert.

Hierdurch erreicht man, daß den Eingängen des Zählers automatisch Impulsfolgen zugeführt werden, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit gleich groß -ist, so daß sich im stationären Betrieb ein nahezu stationärer Zählerstand ergibt, der um den Wert Null herum schwankt. Die beiden Impulsfolgen genügen also im stationären Zustand im Verhältnis zueinander einer bestimmten mathema-

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tischen Beziehung, und man kann durch geschickte Ausnutzung dieses Umstands eine Frequenz erzeugen, die beinahe augenblicklich gleich der Summe (oder Differenz) zweier anderer Frequenzen ist. Dabei ist diese Anordnung sehr unempfindlich gegen Störimpulse, wie sie besonders bei Wechselrichteranlagen mit ihrem starken Oberwellengehalt nicht zu vermeiden sind. Auch benötigt man für den Zähler nur eine geringe Zählkapazität und erhält doch praktisch die Genauigkeit einer digitalen Anlage.

Besonders bei einer Anordnung, die als Energiequelle steuerbarer Frequenz einen Wechselrichter verwendet, wird die Anordnung mit Vorteil so weitergebildet, daß die Ausgangsspannung der Integrierstufe einem Oszillator zugeführt wird, dessen Schwingfrequenz spannungsabhängig ist, und daß diese Frequenz ψ die Frequenz der Spannung steuerbarer Frequenz steuert.

Die Oszillatorfrequenz kann dabei gleich der Wechselrichterfrequenz sein; sie kann aber auch ein Vielfaches dieser Frequenz sein und durch Frequenzteilerstufen auf die Wechselrichterfrequenz herabgesetzt werden.

Soll die Asynchronmaschine sowohl im motorischen wie im generatorischen Betrieb benutzt werden, so bildet man die Anordnung mit Vorteil so aus, daß als Führungsgröße für die gewünschte Schlupffrequenz eine Impulsfolge verwendet wird, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit sich bei Änderung der Schlupffrequenz vom generatorischen zum motorischen Betrieb hin etwa linear änr dert. Dabei wird mit Vorteil diese Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit so festgelegt, daß sie bei der größten im Betrieb noch zulässigen Schlupffrequenz noch größer als Null ist.

Bei dieser Ausbildung ist also die als Führungsgröße dienende Impulsfolge gegenüber der tatsächlichen Schlupffrequenz (oder einem' entsprechenden Vielfachen derselben) um einen konstanten Betrag ins Positive verschoben. Zum Ausgleich wird dann die Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit der nicht von der Schlupf-

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frequenz abhängigen Impulsfolge um eine vorbestimmte Impulszahl pro Zeiteinheit erhöht, d» h<, auch die Frequenz der anderen Impulsfolge wird um einen entsprechenden Betrag ins Positive verschoben. Diese Verschiebungen kompensieren sich auf diese Weise gegenseitig. (Wenn vorstehend wie auch im folgenden von "Frequenz" gesprochen wird, ist selbstverständlich die impulshäufigkeit pro Zeiteinheit gemeint.)

V/eitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.

ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung,

ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung,

ein Schaubild zur Erläuterung von Fig. 2,

eine Additionsschaltung zur fortlaufenden Addition von zwei mit 1 und 2 bezeichneten Impulsfolgen zu einer mit 8 bezeichneten Impulsfolge,

Fig. 5 Impulsdiagramme zum Erläutern von Fig. 4-,

Fig. 6 eine Schaltung zum Unterdrücken von sich zeitlich überschneidenden (koinzidierenden) Impulsen zweier Impulsfolgen,

Fig. 7 Impulsdiagramme zum Erläutern von Fig. 6,

Fig. 8 Schaubilder zum Erläutern der Wirkungsweise der bis 13 Anordnungen nach den vorhergehenden Figuren,

Fig. 14- eine Schaltungsvariante zu Fig. 1, für generatorischen Betrieb,

B^-1Ig. 15 eine SchalturigsVariante zu Fig. 2, und Fig. 16 ein Schaubild zur Erläuterung von Fig. 15.

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Es zeigen:	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4
Fig,

In der Beschreibung und Zeichnung werden für gleiche; oder gLeich wirkende Teile ,jeweils die gleichen Besugszelchen verwendet. '

In Fig. 1 ist mit 20 eine Asynchronmaschine bezeichnet, deren Stator 21 an den Ausgang eines Umrichters 22 (Gleich- und Wechselrichter; Inverter) steuerbarer Frequenz angeschlossen ist und deren Rotor 23 im Betrieb mit einer Drehzahl η umläuft, die variabel ist. Der Rotor 23 treibt einen Geber 24 an, der Impulse der Frequenz c * f abgibt, z.B. bei einer Umdrehung des Rotors 23 60 oder 120 Impulse. Zweckmäßig wird ein photoelektrischer Geber verwendet. Die Aynchronmasctiirie 20 dient z. B. zum Antrieb eines nicht dargestellten Fahrzeugs und treibt W in diesem Fall über ein Untersetzungsgetriebe 25 ein Fahrzeugrad 26 an.

Der Umrichter 22 ist an eine mit E bezeichnete Energiequelle angeschlossen, z. B. eine Fahrzeugbatterie oder an ein Drehstromnetz mit nachgeschaltetem Umrichter. Er wird gesteuert von einem mit SG bezeichneten Steuergenerator 28, der in Abhängigkeit von und synchron mit einer ihm zugeführten Führungsfrequenz c · f^ und einer gewünschten Spannung U-, dem Umrichter 22 in bekannter Weise Steuerimpulse zuführt, die jeweils um 120 elektrisch gegeneinander versetzt sind. Die Spannung U-, wird mit steigender Führungsfrequenz erhöht, um einen konstanten Fluß 0j im Luftspalt der Asynchronmaschine 20 zu erhalten.

Die Asynchronmaschine 20 kann mit oder, wie dargestellt, ohne Schleifringe ausgeführt werden. Arbeitet sie im Leerlauf, so ist ihre Drehzahl proportional zur eingestellten Führungsfrequenz c· f,. Ist z. B. die Frequenz f-. der Aus gangs spannung des Umrichters 22 gleich 100 Hz und die Asynchronmaschine 20 hat eine Polpaarzahl ρ = 1, so ist im Leerlauf η = 6 000 U/min. Wirkt dagegen das Rad 26 als Widerstand, z. B. bei einer Bergfahrt, so sinkt die Drehzahl, z. B. auf 5 820 U/min. Im Rotor 23 wird dabei eine Spannung bestimmter Frequenz induziert, hier

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ζ. B. mit der Frequenz 3 Hz. Diese Frequenz wird im folgenden als Schlupffrequenz f~ bezeichnet. Ist der magnetische Fluß im Luftspalt konstant, so ist die Schlupffrequenz direkt dem abgegebenen

Drehmoment M, (Fig. 10) der Asynchronmaschine 22 proportional, mit anderen Worten, mit dem Einstellen der Schlupffrequenz f. 2 stellt man gleichzeitig das abgegebene Drehmoment H. bei ,jeder Drehzahl η ein. Diese Beziehung ist in Fig. 10 dargestellt; dort entsprechen die oberen Quadranten I und II dem Betrieb der Maschine 22 als Motor, die unteren Quadranten III und IV" dem Betrieb als Generator. Bei geeigneter Ausbildung kanu in allen Tier Quadranten das abgegebene bzw. auf genommene Drehmoment durch Einstellen der Schlupffrequenz fg eingestellt werden. Entsprechend kann - mit dem Drehmoment als unter-lagertem Regelkreis auch die Drehzahl sowohl in Vorwärtsrichtung (Quadranten I und IV) wie in Rückwärtsrichtung (Quadranten II und III) eingestellt , oder auch göregelt werden. Auf diesem bekannten Prinzip baut die ! vorllesends Erfindung auf.

Der Steuergenerator 28 und der Umrichter 22 sind nicht naher dargestellt, da sie aus konventionellen Bauteilen der Stromrichterteehnik bestehen können« Der Umrichter 22 ist vorzugsweise mit Halbleitergleichrichtern, ζ» B. sogenannten Silicon Controlled Rectifiers (fhyristoren) aufgebaut, die hohe Frequenzen bei geringen -irerXuß ti eis tungen ermöglichen. Der Steuergenerator ent- i hält Frequensteilerstufen, um aus-der höheren. Frequenz c · f₁ während ^eder Periode Steuerimpulse der Frequenz f₁ zu gewinnen. Die dem Asynchronmotor 20 zugeführte Spannung kann in bekannter Weise verändert werden, Der Umrichter 22 kann sowohl als Wechselrichter Energie aus der Energiequelle 27 zur Maschine 20 liefern (Motorbetriebj Quadranten I und II in Fig. 10) wie auch Energie aus der Maschine 20 aur Energiequelle 27 zurückliefern, z. B. beim Bremsen oder bei einer Talfahrt (-Generatorfoetrieb; Quadranten III und IV in Fig. 10). Derartige Umrichter und Steuergeneratoren sind konventionelle Bauelemente, vgl. z. B. die Zeitschrift Westixighouse Engineer, Juli 1961, S. 125-126, "Adjustable frequency AC Drive System with Static Inverter" ■»

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Der Eingang des Steuergenerators 28 (er wird oft auch als Gittersteuersatz bezeichnet) ist an den Ausgang eines Oszillators 51 angeschlossen, der eine Frequenz der Größe c* f-, erzeugt, die seiner Eingangsspannung U proportional ist. Diese Spannung U wird von einem Integrator 32 geliefert. Dies ist ein bei Analogieverstärkern häufig verwendetes Schaltglied, das an seinem Ausgang eine Spannung U liefert, die gleich dem Integral der zugeführten Eingangsspannung über der Zeit ißt. Diese Eingangsspannung des Integrators wird geliefert von einem Digital-Anälog-Wandler 33, dessen digitaler Eingang seinerseits an.den Ausgang eines Vorwärts-Rückwärts-Zählers 34- mit zwei Zähleingängen angeschlossen ist. Dies sind ein mit ν (Vorwärtszählen) bezeichneter Eingang für das Zählen in einer Richtung und ein mit r (Rückwärtszählen) bezeichneter Eingang für das Zählen in der entgegengesetzten Richtung. - Vorwärts-Rückwärts-Zähler werden in der Digitaltechnik häufig verwendet; i_m vorliegen- . den Fall kann ein sehr einfach codierter Zähler verwendet werden (reiner Binärcode).

Dem Zähleingang r wird die Ausgangsfrequenz c· ^ des Oszillators 31 zugeführt, dem Zähleingang ν eine von einer mit AS bezeichneten Additionsstufe 35 gelieferte Impulsfolge c · f -^' , die während einer Zeit von einer Sekunde c · f-jV Impulse hat, die Jedoch zeitlich nicht gleichmäßig verteilt sind. Der Aufbau der Additionsstufe 35 wird im folgenden im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 noch näher beschrieben.

Die Addtionsstufe 35 kat zwei Eingänge 36 und 37· Dem Eingang 36 wird die Ausgangsfrequenz c · fpsoll ^eines Oszillators 38 zugeführt, deren Größe am Eingang des Oszillators 38 eingestellt werden kann, z. B. mit einem Sollwertgeber 39, der als Gaspedal eines Fahrzeugs dargestellt; ist, oder mit der Aus gangs spannung eines Soll-Istwert-Vergleichers 4-2, der zu einem überlagerten Drehzahlregelkreis zum Einregeln der Drehzahl η gehört.

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Dem Eingang 37 wird die Ausgangsfrequenz c · f des Frequenz-. ge'bers 24 zugeführt. Falls ein überlagerter Drehzahlregelkreis vorgesehen werden soll, wird sie auch als Istwert dem einen Eingang des Soll-Istwert-Vergleichers 4-2 zugeführt, dessen an-■ de'rem Eingang von einem Drehzahl-Sollwertgeber 4-5 eine Größe c · f_nso;n zugeführt wird. (Wird im Vergleicher 4-2 die Ausgangsgröße c · (^f _nso]_i ~ ^£n) digital erzeugt, so kann diese Frequenz direkt dem Eingang 36 zugeführt werden. Wird diese Ausgangsgröße dagegen in analoger Form, also z.B. als Spannung oder Strom erzeugt, so kann man mit dieser analogen Größe die Frequenz des Oszillators 38 steuern.)

Die Anordnung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt: Es sei angenommen, daß die Asynchronmaschine 20 die Polpaarzahl ρ = 1 habe und mit einer Frequenz f-, von 100 Hz gespeist werde, ferner daß ein stationärer Betriebszustand vorliege und die Wellendrehzahl η 5 820 U/min betrage, so daß die Schlupffrequenz f^ ~ 3 Hz beträgt und die Wellenfrequenz f = 97 Hz ist. Wie in Fig. 8 dargestellt, gilt dann für diesen Betriebsfall f-, = f + fp.

Der Faktor c sei gleich 6, so daß dem Eingang r des Zählers 600 Impulse in der Sekunde zugeführt werden, während dem Eingang ν ebenfalls 600 Impulse in der Sekunde zugeführt werden, und zwar 582 Impulse vom Frequenzgebers 24-, der pro Wellenumdrehung sechs Impulse erzeugt (nämlich p· c Impulse pro Umdrehung, wobei ρ = Polpaarzahl der Maschine 20 und c= gemeinsamer Erhohungsfaktor), und-18 Impulse vom Oszillator 38, der mit dem Gaspedal 39 auf eine Frequenz von 18 Hz eingestellt ist.

In dem Zähler 34 werden also pro Sekunde 600 Impulse in Vorwärtsrichtung und 600 Impulse in Rückwärtsrichtung hineingezählt, d. h. sein Zählerstand liegt dauernd um den Wert Null herum. Entsprechend hat auch der Digital-Analog-Wandler eine Ausgangsspannung, die dauernd um Null herum pendelt, so daß sich die Ausgangsspannung U des Integrators 32 im wesentlichen nicht ändert, sondern auf ihrem stationären Wert bleibt, der

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einer Frequenz von c · f-, = 600 Hz entspricht. Das Rad 26 wird also mit einem konstanten Drehmoment und konstanter Drehzahl angetrieben.

Dieser Zustand ändert äch, wenn das Fahrzeug z. B. bergab rollt. Seine Geschwindigkeit erhöht sich und damit steigt auch die Drehzahl n, so daß die Größe c · f jetzt beispielsweise 595 Impulse in der Sekunde beträgt» Hierzu werden in der Additionsstufe 35 die 18 Impulse/Sekunde vom Oszillator 38 addiert, so daß dem Eingang ν des Zählers 34- 595 + 18 = 613 Impulse/Sekunde zugeführt werden, während dem Eingang r zunächst nur 600 Impulse in der Sekunde zugeführt werdend Der Zählerstand des Zählers 34-steigt also um eine Differenz Af an, ebenso die Ausgangsspan- ^ nung des Digital-Analog-Wandlers 33· Diese wird im Integrator integriert und erhöht dessen Ausgangsspannung U solange, bis die Frequenz c · f, ebenfalls 613 Impulse/Sekunde erreicht hat. Dann stellt sich ein neuer stationärer Zustand ein und der Zählerstand des Zählers 34- wird wieder zu Null. Die Frequenz c· f-^ wird also so geregelt, daß sie immer gleich der Summe der Frequenzen c · 2soll und c » f ist, anders ausgedrückt, die in Fig. 8 dargestellte Beziehung f-, = f^ + ^_n wird erfüllt, d. h. die Schlupffrequenz fo wird geregelt, obwohl sie gar nicht direkt gemessen wird.

Der Aufbau des Zählers 34- wird im Zusammenhang mit Fig. 2 noch näher erläutert. Es soll jedoch bereits -hier angegeben werden,

daß er nur wenige Zählstufen benötigt, so daß er etwa bis 2-1 oder 2<-1 in beiden Richtungen (positiv und negativ) zählen kann und daß bei Erreichen der höchsten zählbaren Zahl, also z. B. "31", diese Zahl solange festgehalten wird, bis Zählimpulse in umgekehrter Richtung eintreffen. Es ergibt sich also z. B. während eines Regelvorgangs folgender Zählerstand: 1, 2, ... 30, 31, 31, 31 ··· (obwohl weitere Zählimpulse eintreffen) ... 31, 31, 30 ... 2, 1, 0, -1, -2, -1, 0, +1, 0, etc. Beim Zählerstand "31" ist die Ausgangsspannung des Digital-Anal og-Wandlers 33 so groß, daß der Integrator 32 sehr schnell seine Ausgangsspannung U erhöht.

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Bei negativen Zählerständen des Zählers 34- wird die Polarität der Ausgangsspannungen des Analog-Digital-Wandlers 33 umgepolt j ^: war diese Polarität s. B. bei positiven Zählerständen positiv, so wird sie jetzt bei negativen Zählerständen negativ. Dies wird im Zusammenhang mit Fig. 2 noch näher erläutert. Auch bei Erreichen der höchsten zählbaren negativen Zahl wird diese solange festgehalten, bis wieder Impulse in umgekehrter Zählrichtung eintreffen, also der Zählerstand dem absoluten Betrag nach wieder abnimmt_e

Beim Bremsen aus dem zuerst "beschriebenen stationären Zustand spielt sich der umgekehrte Torgang ab, wie er vorhin "beim Beschleunigen beschrieben wurde. Wird das lad 25 gebremst, so verringert sich die Drehzahl η auf beispielsweise 5 760 U/min, so daß c · f = 576 Hz wird. Dem Eingang ν wird also eine Im-

von 5?6 ψ 18 = 594- Impulse in der Sekunde augeführt, während d*sm Eingang r zunächst noch 600 Impulse/Sekunde angeführt werden. Der Zählerstand des Zählers 34· wird also um eine Differenz A f aegativ und die Polarität der Ausgangsspamrang des Analog-Mgital-Usadlera 33 wird umgekehrt, so daß die Ausgangsspajmung ^TJ des Integrators 32 nunmehr abnimmt«, wodurch die Frequenz ^c*i\ ebenfalls absinkt«, bis sie die gleiche Impulsaahl/Sekunde erreicht hat, wi© sie dem Eingang ν des Zählers zugefüäi-t «IM, hier also 594· Impulse/Sekunde. Der Zählerstand wird dann wieder su Null, uad die·Ausgangespannung -U äsa Integrators 32 bleibt ihren darm erreichten Wert stationär bei.

Auch ^;weua desä aiaen oder dem anderen der Eingänge ν und r einmal einige ungewollte Störimpulse zugeführt werden sollten, stört dies nur ganz kurzzeitig. Die Störung wird sofort wieder ausgeregelt; hier liegt ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßea, Anordnung, da besonders bei Stromrichterschaltungen immer mit Störimptilsen gerechnet werden muß.

Ein anderer Vorteil ist, daß an die Genauigkeit des Integrators 32 uaä des Oscillators 31 keine großen Anforderungen gestellt

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werden müssen, da durch den geschlossenen Regelkreis vom Oszillator 31 zum Zähler 34- das gewünschte Ergebnis auf jeden Fall erreicht wird. Der Integrator 32 und der Oszillator 31 müssen lediglich so ausgelegt werden, daß bei der höchsten Spannung TJ am Ausgang des Integrators 32 die maximal zulässige Frequenz c · f-, (entsprechend der höchsten zulässigen Drehzahl n) erreicht wird. Man kann hier auch eine Spannungsbegrenzung vorsehen, die gleichzeitig ein Durchgehen der Asynchronmaschine im unbelasteten Zustand verhindert.

Mit der Schaltung nach Fig. 1 kann die Maschine 20 nur im motorischen Betrieb gefahren werden, da - wie in Fig. 8 und 9 dargestellt - die Schlupffrequenz fρ beim Übergang vom motorischen zum generatorischen Betrieb ihre Vektorrichtung wechselt. Da es aber keine negativen Frequenzen gibt, kann mit dem Oszillator dieser generatorische Bereich nicht eingestellt werden. Vielmehr muß, wie das in Fig. 14 für den generatorischen Betrieb dargestellt ist, die Additionsstufe 35 umgeschaltet werden, und zwar wird ihrem Eingang 36 jetzt die Frequenz c · f -, und ihrem Eingang 37 jetzt die gewünschte Schlupf frequenz c* f~_o -,-. , zugeführt. Die an ihrem Ausgang erzeugte Impulsfolge c · f' wird dem einen Eingang des Zählers 34 zugeführt, während dem anderen Zählereingang die Frequenz c · f zugeführt wird. - Die übrige Schaltung entspricht derjenigen nach Fig. 1.

Die Schaltung nach Fig. 14 erfüllt die in Fig. 9 angegebene Bedingung und regelt den Schlupf im generatorischen Betrieb, ^d· ^h· ^fl ^{+ f}2soll - ^fn - °-

Fig. 2 zeigt eine Erweiterung der Schaltung nach Fig. 1, mit der sowohl motorischer wie generatorischer Betrieb möglich ist und die einen kontinuierlichen Übergang vom einen zum anderen Betriebszustand ermöglicht.

Die Anordnung nach Fig. 2 entspricht teilweise derjenigen nach Fig. 1. Die übereinstimmenden Teile werden nicht nochmals beschrieben.

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Der VorwäVfes-Rückwärts-Zähler ist hier detaillierter dargestellt. Er bestellt aus einer eigentlichen Zählstufe 46, die in bekannter Weise aus bistabilen Flipflops aufgebaut ist, welche je nach angelegten Signalen V oder R die zugeführten Impulse zählen.

Die Signale V oder R werden von einer mit ZRE bezeichneten Stufe 49 zur Zahlrichtungsentscheidung erzeugt, und zwar abhängig vom Signal am Ausgang eines Vorzeichenflipflops 47 und abhängig von der Art der Impulse an den Eingängen ν und r. Das Vorzeichenflipflop 47 ist über eine Leitung 45 an den Ausgang der Zählstufe 4-6 angeschlossen. Über diese Leitung 4-5 wird angezeigt, wenn die Zählstufe 46 den Zählerstand Null hat. Folgt auf den Zählerstand Null ein Vorwärtsimpuls am Eingang v, so zeigt das Vorzeichenflipflop 47 einen positiven Zählerstand an. Folgt dagegen auf den Zählerstand Null ein Rückwärtsimpuls am Eingang r, so zeigt das Vorzeichenflipflop 47 einen negativen Zählerstand an und schaltet gleichzeitig über eine Leitung 48 die Polarität (+ oder -) der Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers 33 utn.Der Zählerstand Null selbst ergibt noch keine Änderung dieses Vorzeichens.

Dem Eingang der Stufe 49 zur Zählrichtungsentscheidung werden zwei Informationen zugeführt: Erstens das Ausgangssignal des Vorzeichenflipflops 47; und zweitens eine Information über die Art der ankommenden Impulse, nämlich entweder Impulse für den Zählereingang ν oder Impulse für den Zählereingang r. Fig. 12 zeigt in den beiden ersten Reihen solche Impulse. Jeder Impuls hat eine Vorderflanke und eine Rückflanke. Die Vorderflanke steuert die Stufe 49, während die Rückflanke die Zählstufe 46 steuert.

Ein Beispiel soll die Wirkungsweise erläutern, und zwar ausgehend vom Zählerstand +Ii

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Eingangs impuls an	Ausgang von-47	Ausgang von 4-9	Zählerstand von 46
	+		+1
V	+	V	+2
r	+	R	+1
r	+	R	+0
V	+	V	+1
r	+	R	+0
r	-	V	-1
V	-	R	-0
r		V	-1

Wie man sieht, wird das Ausgangssisgnal der Stufe 49 bei ,jedem ψ impuls von dessen Vorderflanke neu erzeugt. Ist der Zählerstand positiv (+0 bis + (2 -I)), dann erzeugt die Vorderflanke eines Impulses ν das Signal V, und die Rückflanke dieses Impiilses wird vorwärts gezählt. Ist der Zählerstand dagegen negativ (-0 bis -(2 -I)), dann erzeugt ein solcher Impuls das Signal R und er wird rückwärts gezählt.

Das Umgekehrte gilt für Signale am Eingang r: Bei positivem Zählerstand erzeugen sie ein Signal R und werden rückwärts gezählt, bei negativem Zählerstand dagegen ein Signal V und werden vorwärts, d. h. den Zählerstand erhöhend, gezählt.

Diese Ausbildung eines Zählers ist neu und erfinderisch und ' hat über den Rahmen der vorliegenden Erfindung hinaus Bedeutung, z. B. auch für Schieberegister.

Die Zählstufe 46 zählt, wie oben beschrieben, nur bis zum höchsten Zählerstand (sogenannte "Sicherung gegen das Vollaufen"). Dies erreicht man ebenfalls über die Signale V und R. Wenn nämlich die Zählstufe 46 ihren höchsten Zählerstand erreicht hat, wird diese Information der Stufe 49 über eine Leitung 51 zuge-

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führt. Das Signal V wird hierdurch aufgehoben, so daß nur noch solche Impulse die Zählstufe 46 beeinflussen, die deren Zählerstand vermindern, während vorwärtszählende Impulse nicht gezählt werden.

Da den beiden Eingängen ν und r des Vorwärts-Rückwärts-Zahlers 46, 47, 49 oft fast gleichzeitig ein Impuls zugeführt wird, also ζ. Β» ein Vorwärtsimpuls ν und gleichzeitig oder fast gleichzeitig ein Rückwärtsimpuls r, müßte dieser Zähler für eine sehr hohe Zählfrequenz bemessen werden, z. B. 2 NHz, um genaue Zählergebnisse zu erhalten.

Nach der Erfindung wird ihm deshalb eine mit DS bezeichnete Differenzstufe (50) Koinzidenzgatter) vorgeschaltet, die die Aufgabe hat, solche Impulspaare zu eliminieren, da sie am Zählerstand der Zählstufe 46 nichts ändern würden. Die Schaltung und Wirkungsweise dieser Differenzstufe 50 wird im folgenden noch anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben. Es genügt zunächst die Angabe, daß diese Differenzstufe 50 alle Impulspaare zwischen ihren Eingängen 53 und 54 unterdrückt, die sich zeitlich überlappen (koinzidieren). Die Stufe 50 läßt also nur solche Impulse durch, die zeitlich von den Impulsen am anderen Eingang mindestens den Abstand Null haben. Gleichzeitig liefert sie Ausgangsimpulse, die gegenüber den Eingangsimpulsen zeitlich verkürzt sind, wodurch ein Mindestabstand zwischen den einzelnen Impulsen gewährleistet wird, der für das richtige Funktionieren des Zählers erforderlich ist.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Zähler 46, 47, 49 für eine wesentlich niedrigere obere Grenzfrequenz ausgelegt werden kann«

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Der Eingang 53 ist an den Ausgang einer Additionsstufe 55 angeschlossen, der Eingang 54- an den Ausgang einer Additionsstufe 56. Die Additionsstufen 55 und 56 sind gleich aufgebaut wie die Additionsstufe 55 der Fig. 1. Ihr Aufbau wird im folgenden noch anhand der Fig. 4 und 5 näher erläutert.

Dem Eingang 57 der Additions stufe 55 wird die Frequenz c · f-, vom Ausgang des Oszillators 31 zugeführt, dem Eingang 58 die Ausgangsfrequenz c · f-' eines Oszillators 61, welche von dem Sollwertgeber 39 (Gaspedal des Fahrzeugs) gesteuert wird.

Die Additionsstufe 56 hat zwei Eingänge 62, 63· Dem Eingang wird die konstante Ausgangsfrequenz c · f eines Oszillators zugeführt. Diese Frequenz bestimmt den Übergang der Asynchronmaschine 20 vom motorischen in den generatorischen Betrieb und umgekehrt. Man kann sie selbstverständlich auch veränderlich machen, z. B. um eine Notbremsung zu ermöglichen oder um einen weiteren Betriebsparameter zu berücksichtigen, z. B. bei Be-

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nutzung einer Batterie als Energiequelle 27 den Ladezustand "dieser Batterie. Solche Modifikationen liegen selbstverständlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung.

Dem Eingang 63 wird vom Frequenzgeber' 24- her die Frequenz c · f zugeführt.

Fig. 3 zeigt den Zusammenhang der Frequenzen f^¹ und f . Die Frequenz f2* ist beim motorischen Betrieb der Maschine 20 kleiner als f ; beim synchronen Betrieb gilt fp' = f , und beim generatorischen Betrieb ist fg' größer als f . f selbst ist frei wählbar; da die Regelgeschwindigkeit des vorliegenden Reglers mit zunehmender Frequenz zunimmt, wird diese Frequenz hoch gewählt", dies hat auch den Vorteil, daß dann der Oszillator 64 nur kleine Schaltelemente benötigt. - Bei der Erläuterung anhand der Fig. 11 werden zum Erleichtern der grafischen Darstellung relativ niedrige Frequenzen dargestellt. Es wird jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Frequenzen f und f₂' höher gewählt werden können als die Frequenzen f und f-, ; hierin liegt ein besonderer "Vorteil der Anordnung nach Fig. 2.

Die Anordnung nach Fig. 2 arbeitet wie folgt: In Fig. 11 ist der Fall des motorischen Betriebs des Motors 11 an Impulsdiagrammen dargestellt, und zwar für folgendes Beispiel: f-, = 100 Hz; η β 5 700 U/min entsprechend f_n = 95 Hz; f _m = 38 Hz; Ϊ2' = 33 Hz. Diese Zahlen entsprechen dem stationären Zustand, bei dem gilt f_n + f_m - JT₃ ¹ - ΐ_χ = 0.

In Fig. 11 sind die einzelnen Impulse der besseren Anschaulichkeit wegen leicht schraffiert dargestellt. In den beiden obersten Reihen sind die Impulsfolgen c · f und c · f dargestellt. Sie werden von der Additionsstufe 56 addiert, so daß sich an ihrem Ausgang eine unregelmäßige Impulsfolge I^ ergibt. Mit und 68 sind z. B. zwei koinzidierende Impulse von c · f und c · f bezeichnet. In der Impulsfolge I-, entsprechen ihnen zwei aufeinanderfolgende Impulse 69 und 70 kürzerer Impulsdauer.

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In der vierten und fünften Reihe von Fig. 11 sind die beiden Impulsfolgen c · f, und c * fp¹ dargestellt. Diese werden von der Additionsstufe 50 addiert, an deren Ausgang sich eine un^ regelmäßige Impulsfolge I₂ ergibt (sechste Reihe von oben in Fig. 11). Zwei sich zeitlich überlappende Impulse von c* f·, und c · ig* sind mit 71 und 72 bezeichnet. In der Impulsfolge Ip entsprechen ihnen zwei aufeinanderfolgende Impulse 73 und 74 kürzerer Impulsdauer.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, überlappt der Impuls 69 der Impulsfolge I-, mit keinem Impuls der Impulsfolge I₂, so daß er einen Impuls 75 am Ausgang ν der Differenzstufe 50 erzeugt. Dieser Impuls 75 ist auch in der obersten Reihe von Fig. 12 dargestellt ^ (Fig. 12 wird im folgenden noch näher erläutert). Er wird der Zählstufe 46 zugeführt und erhöht ihren Zählerstand, z. B. von 0 auf +1.

Die Impulse 70 und 75 überlappen sich und werden deshalb von der Differenzstufe 50 unterdrückt, was in Fig. 11 durch einen Strich 76 kenntlich gemacht wird. Sie werden also nicht gezählt. Dagegen überlappt der Impuls 74 der Impulsfolge I₂ mit keinem Impuls der Impulsfolge I, und erzeugt deshalb einen Impuls 77 am Ausgang r der Differenzstufe 50. Er wird ebenfalls der Zählstufe 46 zugeführt und reduziert ihren Zählerstand wieder von +1 auf 0.

P Wie man leicht durch Auszählen feststellen kann, befinden sich in Fig. 11 in der dritten Reihe von oben (I, ) zehn Impulse und in der sechston Reihe von oben (I₂) elf Impulse. Von diesen zusammen 21 Impulsen werden insgesamt zwölf unterdrückt, so daß am Ausgang ν noch vier Impulse, nämlich 75 > 78, 79, 80, und am Ausgang r fünf Impulse, nämlich 77, 81, 82, 85, 84, übrigbleiben. Würde die Darstellung für eine größere Zahl von Impulsen gemacht, so würde die Zahl der Impulse am Ausgang ν genau der Zahl der Impulse am Ausgang r entsprechen. (Der in Fig. 11 dargestellte Zeitraum entspricht bei einem Faktor von c = 6 etwa 1,5 Millisekunden.)

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Die Impulse 75 bis 83 sind in Fig. 12 in den beiden obersten Reihen nochmals dargestellt. Wie ersichtlich, sind sie zufällig alternierend, d. h. auf einen Impuls am Ausgang ν folgt jeweils ein Impuls am Ausgang r. Dadurch wechselt der Zählerstand jeweils zwischen zwei Werten, z. B. 0 und +1 oder -1 und 0. In Fig. 12 ist in der dritten Reihe von oben der Fall dargestellt, daß der Zählerstand jeweils zwischen 0 und +1 wechselt. Beim Zählerstand +1 erhält der Integrator 32 eine kleine Eingangsspannung, so daß seine Ausgangsspannung U zunimmt. Diese Zunahme ist in der vierten Reihe von oben der Fig. 12 in stark übertriebener Form dargestellt. Wenn durch zwei aufeinanderfolgende Impulse am Ausgang r der Differenzstufe 50 der Zählerstand auf -1 springt, wird diese Zunahme wieder aufgehoben. Da sich Zunahme und Abnahme innerhalb äußerst kurzer Zeitspannen abwechseln, ist die Spannung U und damit die Frequenz f-^ praktisch konstant.

Man erhält also auch mit der Anordnung nach Fig. 2 eine Schlupffrequenz f^ in der Asynchronmaschine 20, die gleich dem am Sollwertgeber 39 eingestellten Sollwert ist, nämlich gleich der Differenz von f und f₂' (vgl. Fig. 3)·

Der generatorisehe Betrieb soll kurz an einem Zahlenbeispiel erläutert werden. Hierbei sei f = 100 Hz entsprechend einer Drehzahl von 6 000 U/min, ί_χ = 95 Hz, f_ffi = 33 Hz und ϊ_?' = 38 Hz. Auch dann gilt die Beziehung f + f - f₂' - f-> = 0. Für den stationären Betrieb gilt dann ebenfalls das Schaubild nach Fig. 11, wenn man setzt (Reihen von oben gezählt):

1.	Reihe	statt	C*	^fm	jetzt	C *	V
2.	Il	It	C ·		It	c ·
3-	Il	It	¹I		Il	I₂
4.	Il	It	C ·	^fl	It	c ·	^fn
5·	Il	■ 1	C ·	f₂'	It	C *	^fm
6.	It	ti	^T2		Il	¹I
7.	Il	Il	V		11	r
8.	Il	Il	τ·		Il	V

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Es gelten dann, sinngemäß übertragen, auch die oben gemachten Darlegungen zu Fig. 11.

Um einem Mißverständnis vorzubeugen, sei hier darauf hingewiesen, daß f im motorischen wie im generator!schen Betrieb gleich bleibt, also nicht geändert wird. Bei einer gleichbleibenden Frequenz von f = 38 Hz (wie beim ersten Zahlenbeispiel zu Fig. 2) müßte im zweiten Beispiel die Frequenz f~' = 4-3 Hz sein. Eine grafische Darstellung entsprechend derjenigen nach Fig. 11 für dieses Zahlenbeispiel würde sich aber kaum von der Darstellung nach Fig. 11 unterscheiden und nichts zur Erläuterung der Erfindung beitragen.

Für das zweite Zahlenbeispiel (generatorischer Betrieb) gilt ψ Fig. 12 nicht. Auch hier ergibt sich aber eine praktisch konstante Frequenz f, , die nur kleine zeitliche Schwankungen mit · sehr kurzer Periodendauer aufweist.

Fig. 13 zeigt einen Beschleunigungsvorgang bei der Anordnung nach Fig. 2, wobei die Frequenz f-, von einem stationären Wert f-jQ auf einen stationären Wert f·,-, erhöht wird.

In der obersten Reihe von Pig. 13 sind die Impulse am Ausgang ν der Differenzstufe 50-, in der zweitobersten Reihe die Impulse am Ausgang r der Differenzstufe 50 dargestellt. Die dritte Reihe von oben zeigt die Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 33, und die vierte Reihe von oben zeigt die Spannung U am P Ausgang des Integrators 32, die direkt der Frequenz f, proportional ist.

Wie ersichtlich, ist Fig. 13 in einem anderen Zeitmaßstab gezeichnet als Fig. 12 und zeigt einen längeren Zeitraum als letztere.

die Am Ausgang ν treten zunächst fünf Impulse 87 auf, die/Zähl-

stufe 46 auf den Zählerstand + 5 bringen und eine entsprechende

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"Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers hervorrufen. Dabei steigt die Spannung U wie gezeichnet an, und damit auch die Frequenz f-,.

Es folgen sieben Impulse 88 am Ausgang r, die die Zählstufe über den Zählerstand Null auf den Zählerstand-2 bringen und über die Leitung 4-7 den Digital-Analog-Wandler auf negative Polarität umschalten, so daß seine Ausgangsspannung negativ wird, wie das in der dritten Reihe von Fig. 13 dargestellt ist. Die Spannung U am Ausgang des Integrators 32 wird dadurch wieder reduziert und nähert sich ihrem stationären Wert, der der Frequenz f-,-, entspricht. Die weiteren Impulse an den Ausgängen ν und r bewirken ein weiteres Einschwingen auf diesen Wert.

Selbstverständlich können die einzelnen Spannungsstufen des Digital-Analog-Wandlers 33 verschieden groß gemacht werden, z. B. in der Weise, daß der Zählerstellung "1" eine Spannung von 0,1 V", der Zählerstellung "2" eine Spannung von 0,3V, der Zählerstellung "3" eine Spannung von 0,6 V, der Zählerstellung "4-" eine Spannung von 0,9 V entspricht usw. Mit solchen Maßnahmen kann besonders die Stabilität im stationären Zustand verbessert werden, da sie ähnlich wie eine D-Rückführung wirken.

Fig. 6 zeigt die Schaltung der Differenz stufe 50, d. h. einer Schaltung, die dazu dient, Impulse zweier paralleler Impulsreihen zu unterdrücken, wenn zwei solche Impulse sich zeitlich mindestens teilweise überschneiden (koinzidieren). Mit dieser Schaltung gelingt es, alle im Betrieb vorkommenden Überschneidungsfälle zu meistern, wie das in Fig. 7 an Beispielen dargestellt wird.

Die Schaltung nach Fig. 6, die auch als Koinzidenzgatter bezeichnet werden kann, hat zwei Eingänge 53 und 54 und zwei Ausgänge ν und r. Dem Eingang 53 wird einmal die Impulsfolge 10,

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zum anderen die dazu inverse Impulsfolge 10 ("zehn invers") zugeführt. Ebenso wird dem Eingang 54- die Impulsfolge 12 und die dazu inverse Impulsfolge T2" zugeführt. In Fig. 7 sind die Impulse der Impulsfolgen 10 und 12 durch eine leichte Schraffur kenntlich gemacht. Mit "0" ist jeweils der Zustand ohne Signal und mit "L" der Zustand mit Signal bezeichnet. (In der Literatur wird oft statt "L" auch "1" verwendet.)

Durch ein UND-Gatter 90 mit negiertem Ausgang wird aus den beiden Impulsfolgen 10 und 12 eine Impulsfolge 10 & 12 gewonnen, die in Pig. 7 als solche bezeichnet ist und deren Impulse mit ihrer Vorderflanke einen monostabilen Multivibrator 91 anstoßen (triggern), der an seinem Ausgang verlängerte Impulse 15 erzeugt, die durch eine sogenannte Anhebungsstufe 92 um eine bestimmte Spannung verschoben werden, wodurch sich eine Impulsfolge 16 (Fig. 7) ergibt. Die Funktion der Anhebungsstufe ergibt sich aus einem Vergleich der Impulsfolgen 15 und 16 in Fig. 7· Die Impulsfolge 16 wird jeweils dem einen Eingang von zwei UND-Gattern 93 und 94· zugeführt, an deren Ausgänge jeweils ein monostabiler Multivibrator 95 bzw. 96 von relativ kurzer Impulsdauer tp, bezogen auf die Impulsdauer der Impulse 10 und 12, angeschlossen ist. Der Ausgang des Multivibrators 95 dient als Ausgang ν der Differenzstufe 50» an ihm erscheinen Impulse 17· Der Ausgang des Multivibrators 96 dient als Ausgang r der Differenzstufe 50; an ihm erscheinen Impulse 18.

Die inversen Impulse TU (vgl. zweite Reihe von Fig. 7) stoßen mit ihren Rückenflanken einen monostabilen Multivibrator 97 an; seine Ausgansimpulse 13 sind etwas langer als die Impulse 10 und mit diesen in Phase. Die Rückflanken der Impulse 13 werden in einem Differenzierglied 98 differenziert und ergeben Nadelimpulse 13* , die dem zweiten Eingang des UND-Gatters 93 zugeführt werden.

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Die inversen Impulse T2~ (vgl* vierte Reihe von fig» 7) stoßen mit ihren Riickf lenken einen monostabilen Multivibrator 99 an; seine Ausgaßgsimpulse 14 sind etwas langer als die Impulse 12 und mit diesen in Phase. Die Rückflanken der Impulse 14 werden in einem Differenzierglied 100 differenziert "und ergeben Nadelimpulse 14' _t die dem zweiten Eingang des UKD-Gatters 94 zugeführt werden.

Signal am Ausgang der Anhebungsstufe 92 dient als Information dafür, daß keine Koinzidenz von Impulsen vorliegt«. Nur wenn das Signal 16 die UND-Gatter 93 und 94 freigibt, können die Nadeliapulse IJ' oder 14' die Multivibrator©η 95 oder 96 anstoßen \m& Ausgangsimpulse 17 oder 18 erzeugen«

-In Figo 7 sin! in der ersten. Reihe (Impulsfolge "10") sieben Impulse und ia der dritten Reihe (Impulsfolge "12') sechs Impulse dargestellt.» Von diesen zusammen dreizehn Impulsen koinzidieren zehn Impulse zeitlich, so daß am Ausgang ν nur sswei Impulse 17 und am Ausgang r nur ein Impuls 18 auftritt» Auch bei weiteren denkbaren Koinzidenzfäll en ergibt sieb, das gleiche Er-ge mis, ά« ho bei jeder Art von zeitlicher Koinzidenz sweier Impulse x-ierdea, mit der vorliegenden Schaltung nach Pig_a 6 diese beiden Impulse unterdrückt=

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Die Schaltung nach Fig. 6 hat selbstverständlich auch für andere Anordnungen Bedeutung als für die Anordnung nach den Fig. 2 und 15. Sie kann z. B. auch mit Vorteil bei den Anordnungen nach den Fig. 1 und 14 den Eingängen des Zählers 34 vorgeschaltet werden.

Fig. 4 zeigt die Schaltung einer Additionsstufe, z. B. der Additions stufe 35 in d.en Fig.l und 14 oder der Additionsstufen 55 und 56 in den Fig. 2 und I5. Die Einganssignale werden deshalb mit 1 und 2 bezeichnet. Sie sind in der ersten und der dritten Reihe von Fig. 5 dargestellt. Die Impulse sind dort durch Schraffisren leichter kenntlich gemacht.

Am Eingang der Additionsstufe sind zwei UND-Gatter 102 und " 103 mit negiertem Ausgang und zwei UND-Gatter 104 und 105 vorgesehen. Den beiden Eingängen des UND-Gatters 102 werden die Signale 1 und 2 angeführt, so daß man an seinem Ausgang ein Signal 1 &2 erhält, dessin. Rückflanke von einem Differenzierglied 106 differenzier!; wird, so daß man dort Nadelimpulse 3¹ erhält, die über eine Diode 107 auf eine gemeinsame Leitang 108 gegeben werden.

Den beiden Eingängen des ÜHli-Gatters IO3 werden die Signale T und Ί? zugeführt, so daß m&L. an seinem Ausgang ein Signal T' & "2" erhält, dessen Rückflanke von einem Differenzierglied 109 differenziert wird, so daß man dort Nadelimpulse 4' erhält, die über eine Diode 110 der Leitung 108 zugeführt werden.

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Den beiden Eingängen des IIIB-Gatters 104- v/erden die Signale 1 ' und "2 zugeführt, so daß man an seinem Ausgang ein Signal 1 & "2 erhält, dessen Rückflanke von einem Differenzierglied 111 differenziert wird, so daß man dort Nadelimpulse 5¹ erhält, die über eine Diode 112 der Leitung 108 zugeführt werden.

Den beiden Eingängen des UND-Gatters 105 v/erden die Signale T und 2 zugeführt, so daß man an seinem Ausgang ein Signal T & 2 erhält, dessen Rückflanke von einem Differenzierglied 113 differenziert xtfird, so daß man dort Nadelimpulse 6' erhält, die über eine Diode 114· der Leitung 108 zugeführt werden.

An der Leitung 108 werden alle Nadelimpulse 3', 4·', 5'» 6¹ zu einer gemeinsamen Impulsfolge 7 (unterste Reihe von Fig. 5) überlagert. Koinzidieren mehrere Nadelimpulse, z. B. in Fig. 5 die mit a und b bezeichneten Nadelimpulse der Impulsfolgen 4¹ und 6', so werden diese zu einem einzigen, hier mit c bezeichneten Impuls der Impulsfolge 7 überlagert.

An die Leitung 108 ist der Eingang eines monostabilen Multivibrators 115 angeschlossen, dessen Impulszeit t (Fig. 5) kurzer ist als die Impulszeit der Eingangs impulse. V/enn die Dauer der Eingangsimpulse 1 und 2 gleich und gleich T ist, dann muß bei einem gewünschten Mindest-Impulsabstand t . am Ausgang des Multivibrators 115 gelten T = t + t_m:;_n· - Die Impulsfolge 7 triggert den Multivibrator 115? so daß an seinem Ausgang eine Impulsfolge 8 (letzte Reihe von Fig. 5) entsteht. Ihre Impulszahl pro Zeiteinheit ist gleich der Impulszahl der Impulsfolger 1 und 2 in derselben Zeiteinheit. Z'. B. hat die Impulsfolge 1 in Fig. 5 sechs Impulse, die Impulsfolge 2 hat fünf Impulse und die Impulsfolge 8 hat elf kürzere Impulse, die voneinander einen zeitlichen Mindestabstand t . haben.

Ersichtlich ist auch die Schaltung nach Fig. 4 allgemein anwendbar und kann auch für andere Anordnungen als diejenigen nach den Fig. 1, 2, 14 und 15 verwendet werden.

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Fig. 15 zeigt eine Sciialtungsvariante zu Fig. 2. Es werden nur diejenigen Teile gezeigt, die anders geschaltet sind als diejenigen nach Fig. 2. -An den Eingang 58 der Additionsstufe 55 ist hier die konstante Frequenz c* f vom Oszillator 64 angeschlossen, und an den Eingang 62 der Additionsstufe 56 ist der vom Sollwertgeber 39 gesteuerte Oszillator 61 angeschlossen, der die Frequenz c · fp¹ erzeugt.

Fig. 16 zeigt die Frequenz fp¹ in Abhängigkeit von der Schlupffrequenz f£. Geht man vom motorischen zum generatorischen Betrieb über, so nimmt fp' ab und. ist beim Synchronismus (fp = 0) gleich der konstanten Frequenz f . Wie ein Vergleich von Fig. 3 und Fig. 16 zeigt, verlaufen die Frequenzen f^¹ für die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 15 spiegelbildlich zueinander.

Die Anordnung nach Fig. 15 arbeitet in der gleichen Weise wie diejenige nach Fig. 2. Z. B. sind die Verhältnisse im Synchronismus, d. h. für fp¹ = f , völlig identisch, wie ein kurzer Vergleich der Schaltungen zeigt.

Fig. 11 kann auch zur Erläuterung von Fig. 15 dienen, und zwar für generatorischen Betrieb mit folgenden Daten: f = 100 Hz; f₂' = 33 Hz; f = 38 Hz; £_± = 95 Hz. Hierbei ergibt sich für die einzelnen Reihen von Fig. 11 folgende Bedeutung:

1.	Reihe	bleibt	*C f**	χ»	I₂	jetzt	c· f_x
2.	Il	statt	¹I		V	Il
3.	It	ti	r	Il	^c'^fn
4.	ti	Il
5.	It	bleibt	ti	¹I
6.	!I	rj 4- p-j 4- 4- o υαου	Il	r
7.	Il	Il	It	V
8.	tt	It

Die Erläuterungen zu Fig. 11 gelten dann sinngemäß auch für den vorliegenden Fall» Auch lie Erläuterung des motoi^ischen

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~ 2? - ϊ ö s ο / ο θ;

Betrieb Ist anhand von Figo 11 möglich für folgend® Baten?, f = 95 He? f_o· a 45 Hz; f « 58 Ha; f, = 100JIk= Dabei aol.i

Χΰ. '— ill -L

aucii hier "bemerkt werden, daß f selbstverotäadlicli beim ^eneratorischea wie beim motorisclien Betrieb gleiciibleibte

Auch bei den Anordnimgen nach dea'figo 2 imd 15 kas,n in der gleichen Weise eine Drehzahlregelung vorgesekea werdsn, wie dies in Fig. 1 eingezeichnet ist.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es also, die Schlupffrequenz und damit das Drehmoment einer Asynchronmaschine beliebig und sehr rasch einausteilen, und swar durch digitale Frequenzerfassung und daher.mit sehr hoher Genauigkeit„

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Steuerung der Schlupffrequenz einer Asynchronmaschine, die aus einer Energiequelle mit einer Spannung steuerbarer Frequenz, insbesondere über einen Wechselrichter, versorgt wird, wobei die Energiequelle vorzugsweise so ausgebildet ist, daß sie auch aus der Asynchronmaschine rückgelieferte Energie aufnehmen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung als Regelkreis ausge-

* bildet ist, der eine in zwei Richtungen zählende digitale Zählstufe (34; 46, 47, 49)', z. B. einen Vor-Rückwärts-Zähler enthält, deren einem Zähleingang für das- Zählen in einer Richtung eine erste Impulsfolge zugeführt wird, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit mindestens von der Frequenz der Spannung steuerbarer Frequenz abhängig ist und deren anderem Zähleingang für das Zählen in der entgegengesetzten Richtung eine zweite Impulsfolge zugeführt wird, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit mindestens von der Wellendrehzahl (n) der Asynchronmaschine (20) abhängig ist, wobei eine dieser Impulsfolgen außerdem von der gewünschten Schlupffrequenz abhängig ist, und daß der Zählerstand der Zählstufe über einen Digital-Analog-Wandler (33) und einen diesem nachgeschalteten Integrierverstärker (32) die Frequenz der Spannung steuerbarer Frequenz steuert.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung der Integrierstufe (32) einem Os-

■ zillator (31) zugeführt wird, dessen Schwingfrequenz (c · ^

>■
spannnungsabhängig ist, und daß diese Frequenz die Frequenz

(f-, ) der Spannung steuerbarer Frequenz steuert.

3« Anordnung nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Schlupffrequenz (c · fο') auf die Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit der von der gewünschten Schlupffrequenz abhängigen Impulsfolge additiv einwirkt.

4-. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Führunggröße für die gewünschte Schlupffrequenz eine Impulsfolge verwendet wird, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit (c * f^') sich bei Änderung der Schlupffrequenz Vom generatorischen zum motorischen Betrieb hin etwa linear ändert.

5* Anordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß bei der größten im Betrieb zulässigen Schlupffrequenz die Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit der als Führungsgröße für die gewünschte Schlupffrequenz dienenden Impulsfolge (c · f^¹) ³¹⁰Ck größer als Null ist.

6. Anordnung nach Anspruch. 3 und. mindestens einem der Ansprüche 4 oder.5, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit der nicht von der Schlupf-

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frequenz abhängigen Impulsfolge um eine vorbestimmte Impulszahl pro Zeiteinheit (c · f ) erhöht ist.

7· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Impulszahl pro Zeiteinheit (c · f_) gleich der Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit ist, die die als Führungsgröße für die gewünschte Schlupffrequenz dienende Impulsfolge (c · fp¹) ^ei der gewünschten Schlupf frequenz Null aufweist (Fig. 2, 5, 15, 16).

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche', dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Eingängen (v, r) der Zählstufe (4-6, 47, 49) ein Koinzidenzgatter (50) vorgeschaltet ist, das bei zeitlicher Überschneidung von zwei Impulsen an den beiden Eingängen der Zählstufe diese beiden Impulse unterdrückt (Fig. 2, 6, 7, 15),

9· Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Hegelkreises Frequenzen verwendet werden, die gegenüber den tatsächlichen Frequenzen an der Asynchronmaschine (20) um einen bestimmten, für alle Frequenzen gemeinsamen Faktor (c) erhöht sind.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Dreiphasensystems zur Speisung der Asynchronmaschine (20) die Frequenzen um den Faktor η ·

erhöht sind, wobei η eine ganze Zahl der Reihle 1, 2 ... ist.

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11. Anordnung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen einer dritten Impulsfolge, deren Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit gleich der Summe der Impulshäufigkeit pro Zeiteinheit zweier zugeführter

■ Impulsfolgen ist, eine Addierstufe (35, 55, 56; Fig. 4) vorgesehen ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Addierstufen (55<, 56) vorgesehen sind, wobei einer dieser Addierstufen eine von der Frequenz der Spannung steuerbarer Frequenz abhängige Frequenz und eine von der gewünschten Schlupffrequenz abhängige Frequenz zugeführt wird, während der anderen Additionsstufe eine von der Wellendrehzahl (n) der Asynchronmaschine (20) abhängige Frequenz und eine Frequenz vorbestimmter Größe zugeführt wird, die gleich der Frequenz der von der gewünschten Schlupffrequenz abhängigen Frequenz beim gewünschten Schlupf Null ist, und daß die Impulsfolge am Ausgang der einen Additionsstufe dem Zähleingang für das. Zählen in einer Richtung, die Impulsfolge am Ausgang der anderen Additionsstufe dem Zähleingang für das Zählen in entgegengesetzter Richtung zugeführt wird (Fig. 2, 3, 11, 12).

13· Anordnung nach den Ansprüchen 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Impulsfolgen (I₁, Ip) den beiden Zähleingängen über ein Koinzidenzgatter (50) zugeführt werden.

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14. Anordnung nach, einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß zum Unterdrücken von sich, mindestens teilweise überschneidenden Impulsen zweier getrennter Impulsfolgen die Dauer der Impulse jeder Impulsfolge auf eine bestimmte Mindestdauer verlängert wird, daß ferner ' ein Signal gebildet wird, das nur vorhanden ist, wenn keine Signalüberschneidung vorliegt und dessen Rückflanke jeweils einen ersten monostabilen Multivibrator anstößt, und daß jeweils die Rückflanken der verlängerten Impulse und das Ausgangssignal des ersten Multivibrators über ein konjunktives Gatter einem Ausgangsmultivibrator zugeführt werden, so daß dieser nur dann einen Impuls abgibt, wenn der erste monostabile Multivibrator keinen Impuls abgibt und gleichzeitig eine Rückflanke eines verlängerten Impulses vorhanden ist (Pig. 6 und 7)·

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vier Signale gebildet werden, von denen das erste vorhanden ist, wenn die negierte Konfunktion der beiden Eingangssignale vorhanden ist, das zweite, wenn mindestens eines der beiden Eingangssignale vorhanden ist, das dritte, wenn ein Eingangssignal der ersten Impulsfolge vorhanden und kein Eingangssignal der zweiten Impulsfolge vorhanden ist, und das vierte, wenn ein Eingangssignal der zweiten Impulsfolge vorhanden und eines der ersten Impulsfolge nicht vorhanden ist, und

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daß die Rückflanken dieser vier Signale ein gemeinsames Ausgangsglied, insbesondere einen monostabilen Multivibrator steuern (Fig. 4 und 5)·

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsdauer (t ) des gemeinsamen Ausgangsglieds um den gewünschten Mindestabstand (t · ) zwischen -zwei Ausgangsimpulsen kurzer ist als die Impulsdauer (T) der Eingangs impulse (Pig. 4· und 5)·

17· Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Addierstufen (55 > 56) vorgesehen sind, wobei einer dieser Addierstufen (55) eine von der Frequenz (f-,) der Spannung steuerbarer Frequenz abhängige Frequenz (c . f, ) ' und eine Frequenz vorbestimmter Größe (c · f ) zugeführt wird, während der anderen Additionsstufe (56) eine von der Wellendrehzahl (n) der Asynchronmaschine (20) abhängige Frequenz (c · f ) und eine von der gewünschten. Schlupffrequenz (f₂) abhängige Frequenz (c · fp') zugeführt wird und wobei die Frequenz vorbestimmter Größe (c · f ) gleich der Frequenz der von der gewünschten Schlupffrequenz abhängigen Frequenz beim gewünschten Schlupf Null (fg = 0) ist, und daß die Impulsfolge (I₂) am Ausgang der einen Additionsstufe (55) dem Zähleingang (v) für das Zählen in einer Richtung, die Impulsfolge (Iy) am Ausgang der anderen Additionsstufe (56) dem Zähleingang (r) für das Zählen in entgegengesetzter > Richtung zugeführt wird,

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18. Anordnung nach. Anspruch 17, dadurch, gekennzeichnet, daß die beiden Impulsfolgen (I,, Ip) den beiden Zähleingängen (v, r) über ein Koinzidenzgatter (50) zugeführt werden.

19. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch, gekennzeichnet, daß die Zählstufe beim Erreichen des höchsten vorgesehenen Zählerstands die Zufuhr von diesem Zählerstand erhöhenden Impulsen blockiert.

20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählstufe beim Übergang von einem positiven Bereich des Zählerstands zu einem negativen Bereich des Zählerstands oder umgekehrt das Vorzeichen der Ausgangsspannung des Analog-Digital-Wandlers (55) umkehrt, so daß jedem Vorzeichenbereich des Zählerstands ein bestimmtes Vorzeichen der Ausgangsspannung dieses Wandlers (55) entspricht.

21. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, -dadurch gekennzeichnet, daß sie für einen Fahrantrieb vorgesehen ist.

22. Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (27) als Batterie ausgebildet ist.

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23· Anordnung nach. Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (39) zur Einstellung der gewünschten Schlupffrequenz (f«) nach Art eines Gaspedals ausgebil-

det ist.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geschwindigkeitsregelung vorgesehen ist, bei der die Schlupffrequenz in einem unterlagerten Regelkreis auf einen von der Geschwindigkeitsregelung (42, 43) jeweils vorgegebenen Wert geregelt wird (Pig. I).

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