DE19805643A1

DE19805643A1 - Device for speed-synchronised operation of induction machine, especially for use in wind converters for charging accumulators

Info

Publication number: DE19805643A1
Application number: DE19805643A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Haitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1998-02-12
Publication date: 1999-09-30

Abstract

A device for speed-synchronised operation of an induction machine is described, especially for use in wind converters for charging accumulators with short-circuited cages and an oscillator for generating an alternating voltage to supply the induction machine with an excitation current. The device has a device to measure the speed (1) of the induction machine 92). The device for speed measurement of the induction machine has a functional connection to the oscillator (18) and the oscillator is connected to a control unit 96) with which a certain slip of the induction machine can be adjusted. A phase shifter is connected to the control unit which has logic gates with fixed phase shifting.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum drehzahlsyn chronisierten Betrieb einer Asynchronmaschine, insbesondere zum Einsatz mit Windkonvertern zum Laden von Akkumulatoren, mit einem Kurzschlußläufer und einem Oszillator zur Erzeugung einer Wechselspannung zur Versorgung der Asynchronmaschine mit einem Magnetisierungsstrom. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Ver fahren zum drehzahlsynchronisierten Betrieb einer Asynchronma schine.The invention relates to a device for speed syn chronized operation of an asynchronous machine, in particular for Use with wind converters to charge batteries, with a squirrel-cage rotor and an oscillator for generating a AC voltage to supply the asynchronous machine with a Magnetizing current. Furthermore, the invention relates to a ver drive to speed-synchronized operation of an asynchronous machine seem.

Asynchronmaschinen werden überwiegend als Motoren in Haus haltsgeräten verwendet. Treibt man einen solchen Motor jedoch an, so daß der Läufer schneller rotiert als das Ständerdreh feld, wird der Schlupf negativ. Der Schlupf ist definiert als die Differenz aus Drehfeld-Drehzahl und Läufer-Drehzahl geteilt durch die Drehfeld-Drehzahl. Ist das Ergebnis dieser Gleichung größer als Null, so arbeitet die Asynchronmaschine als Motor. Wird dieses Verhältnis kleiner als Null, so arbeitet die Asyn chronmaschine als Generator. Eine solche Asynchronmaschine kann je nach Betrieb, also entweder als Generator oder als Motor ar beiten. Im Folgenden wird aufgrund des beabsichtigten Einsatzes überwiegend von einem Asynchrongenerator gesprochen, obwohl grundsätzlich auch ein Einsatz im Motorbetrieb möglich ist.Asynchronous machines are mostly used as in-house motors holding devices used. However, if you drive such an engine so that the rotor rotates faster than the stator rotation field, the slip becomes negative. The slip is defined as divided the difference between the rotating field speed and rotor speed through the rotating field speed. Is the result of this equation greater than zero, the asynchronous machine works as a motor. If this ratio becomes less than zero, the Asyn works chron machine as generator. Such an asynchronous machine can depending on the operation, either as a generator or as a motor ar work. The following is due to the intended use mostly spoken by an asynchronous generator, though In principle, use in engine operation is also possible.

Bisher sind solche Asynchrongeneratoren ganz überwiegend selbsterregt betrieben worden, was bedeutet, daß beispielsweise eine Kondensatorbatterie parallel zu den Ständerspulen des Asynchrongenerators geschaltet wird, so daß insgesamt ein Schwingkreis gebildet ist. Bei angetriebenem Läufer wird der Schwingkreis durch einen Stromstoß angeregt und nach einer kur zen Einschwingzeit stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein. Ein Beispiel für einen selbsterregten Asynchrongenerator ist in der EP 0 130 242 A1 beschrieben. Ein netzunabhängiger dreh zahlsynchronisierter Betrieb ist mit selbsterregten Asynchron generatoren jedoch nur begrenzt möglich.So far, such asynchronous generators have been predominant have been operated self-excited, which means that, for example a capacitor bank parallel to the stator coils Asynchronous generator is switched so that a total Resonant circuit is formed. When the rotor is driven, the Resonant circuit excited by a surge and after a cure The settling time is an equilibrium. An example of a self-excited asynchronous generator is in EP 0 130 242 A1. An off-grid rotation number-synchronized operation is with self-excited asynchronous however, generators are only possible to a limited extent.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Asynchron maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei Drehzahlschwankungen besonders gut einsetzbar ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum drehzahlsynchronisierten Betrieb einer Asynchronmaschine zu schaffen.The invention has for its object an asynchronous to create machine of the type mentioned, which also at Speed fluctuations can be used particularly well. Farther is the object of the invention, a method for speed-synchronized operation of an asynchronous machine create.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist im Patent anspruch 17 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved with the features of patent claim 1 solved. A method for solving this problem is in the patent Claim 17 specified. Advantageous further training of the Erfin tion are described in the subclaims.

Dabei ist für die Erfindung wesentlich, daß in einer Vor richtung der eingangs genannten Art eine Einrichtung zur Mes sung der Drehzahl der Asynchronmaschine vorhanden ist, daß die Einrichtung zur Messung der Drehzahl der Asynchronmaschine funk tional mit dem Oszillator verbunden ist, und daß der Oszillator mit einer Steuerung verbunden ist, die einen solchen Ma gnetisierungsstrom erzeugt, insbesondere die Ständerwicklungen der Asynchronmaschine in der Weise speist, daß ein bestimmter Schlupf der Asynchronmaschine erzielbar ist. Insbesondere wird mit dieser Steuerung bzw. Regelschleife ein ganz bestimmter negativer Schlupf erzielt, der durch die Regelung konstant gehalten werden kann.It is essential for the invention that in a pre direction of the type mentioned a device for measuring Solution of the speed of the asynchronous machine is that the Device for measuring the speed of the asynchronous machine radio tionally connected to the oscillator, and that the oscillator is connected to a controller that such a Ma generated electrification current, especially the stator windings the asynchronous machine feeds in such a way that a certain Slip of the asynchronous machine can be achieved. In particular with this control or control loop a very specific one negative slip achieved by the control constant can be held.

Anders ausgedrückt kann der wesentliche Gedanke auch darin gesehen werden, daß eine regelbare Kondensatorbatterie mit einem regelbaren Blindstromlieferanten geschaffen wird.In other words, the essential idea can also be in it can be seen that an adjustable capacitor bank with an adjustable reactive current supplier is created.

Bei den bisher eingesetzten selbsterregten Asynchronma schinen soll eine Kondensatorbatterie den Magnetisierungsstrom liefern. Hierzu wird der erzeugte Wirkstrom durch die Kon densatorbatterie um 90° phasenverschoben. Bei einer Änderung der Motordrehzahl muß die Kondensatorbatterie eine andere Kapazität aufweisen. Das gilt ebenso für Belastungsänderungen. Das Problem einer derartigen selbsterregten Asynchronmaschine liegt darin, daß der Magnetisierungsstrom nur durch Ventile geregelt werden kann. Der Stromfluß zwischen Kondensa torbatterie und Ständerwicklung muß geregelt werden, da der Blindstrom durch eine konstante Kapazität erzeugt wird. Wei terhin muß die Leistungsentnahme drehzahlabhängig erfolgen, da der Magnetisierungsstrom nicht zu schwach werden darf. With the previously used self-excited asynchronous machines A capacitor battery is supposed to keep the magnetizing current deliver. For this purpose, the active current generated by the Kon capacitor battery 90 ° out of phase. In the event of a change The capacitor battery must have a different motor speed Have capacity. This also applies to changes in load. The problem of such a self-excited asynchronous machine is that the magnetizing current is only through valves can be regulated. The current flow between condensate Door battery and stator winding must be regulated because the Reactive current is generated by a constant capacitance. Wei Furthermore, the power consumption must be speed-dependent, because the magnetizing current must not become too weak.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die Kapazität zu regeln, so daß ein optimaler Magnetisierungsstromfluß möglich ist. Der Magnetisierungsstrom ist dabei der Blindstrom. Dabei wird der zugeführte Blindstrom in Abhängigkeit von der Rotorfrequenz der Asynchronmaschine geregelt. Der drehzahlabhängige Blindstrom liefert also auch einen optimalen Magnetisierungsstrom. Der Wirkstrom, der von der Asynchronmaschine erzeugt wird, wird durch die Rückführung der Energie durch elektronische Schalter in einen Blindstrom gewandelt. Da die Wirkleistung höher als die benötigte Blindleistung ist, kann die überschüssige Energie dem Netz zugeführt werden. Durch die gegensinnigen Wicklungen wird eine Plus/Minus-Spannung an der Asynchronmaschine realisiert.According to the invention, it is possible to regulate the capacity so that an optimal magnetizing current flow is possible. Of the Magnetizing current is the reactive current. The supplied reactive current depending on the rotor frequency of the Asynchronous machine regulated. The speed-dependent reactive current therefore also provides an optimal magnetizing current. Of the Active current that is generated by the asynchronous machine by returning energy through electronic switches converted into a reactive current. Since the active power is higher than the required reactive power is the excess energy be fed into the network. Through the opposite windings becomes a plus / minus voltage on the asynchronous machine realized.

Asynchrongeneratoren zeichnen sich allgemein durch nied rige Kosten und eine hohe Lebensdauer aus. Der vorliegende Asynchrongenerator ist insbesondere zum Einsatz mit Windkon vertern zum Laden von Akkumulatoren, insbesondere auf Segel booten geeignet, wobei die durch den Wind entstehende un gleichmäßige Drehzahl des Asynchrongenerators durch die Regelung berücksichtigt wird, indem die Oszillator-Frequenz geändert werden kann, mit der der Kurzschlußläufer des Asynchrongenerators gespeist wird und dadurch auch der Schlupf beeinflußt wird. Außerdem ist mit der erfindungsgemäßen Vor richtung zum Betrieb des Asynchrongenerators ein "Inselbetrieb" möglich, da der Oszillator auch batteriebetrieben sein kann und günstigerweise eine Rechteckspannung liefert und daher kein Stromnetz zur Bereitstellung eines Blindstromes benötigt wird. Asynchronous generators are generally characterized by low high costs and a long service life. The given Asynchronous generator is especially for use with Windkon alternate for charging accumulators, especially on sails suitable for booting, whereby the un uniform speed of the asynchronous generator through the Regulation is taken into account by the oscillator frequency can be changed with which the short-circuit rotor of the Asynchronous generator is fed and thus the slip being affected. In addition, with the invention direction for operating the asynchronous generator an "island operation" possible because the oscillator can also be battery operated and conveniently provides a square wave voltage and therefore none Power network is required to provide reactive current.

Der erfindungsgemäße Asynchrongenerator kann in großen Berei chen eingesetzt werden. So können nahezu alle permanent erreg ten Synchrongeneratoren ersetzt werden, die ein Spannungsnetz speisen sollen, wie z. B. kleine Windkonverter, Notstrom aggregate u. a. Auch der Einsatz in Kraftfahrzeugen als Licht maschine und in Schiffen ist möglich, wobei sich hier als Vor teile ein höherer Wirkungsgrad, eine billigere Herstellung und eine nur durch die Lager begrenzte Lebensdauer ergeben. Auf grund des höheren Wirkungsgrades sind auch kleinere Abmessungen möglich.The asynchronous generator according to the invention can be used in large areas Chen are used. So almost everyone can be permanently excited ten synchronous generators are replaced, which are a voltage network should dine such. B. small wind converter, emergency power aggregates u. a. The use in motor vehicles as light machine and in ships is possible, whereby here as a pre share a higher efficiency, cheaper manufacture and result in a service life limited only by the bearings. On due to the higher efficiency, there are also smaller dimensions possible.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an die Steuerung ein Phasenschieber angeschlossen. Dabei wird bevorzugt ein Logikgatter verwendet, da es eine feste Pha senverschiebung aufweist, wobei im Ergebnis bei einem zweipha sigen Asynchrongenerator eine Phasenverschiebung von 90° und bei einem dreiphasigen Asynchrongenerator eine Phasenverschie bung von 120° erzeugt werden muß, so daß entsprechende Logik gatter verwendet werden müssen. In einer bevorzugten Ausgestal tung der Erfindung weist der Phasenschieber ein EXOR- und vier NAND-Gatter auf. Mit einem solchen Phasenschieber wird eine frequenzunabhängige Phasenverschiebung erreicht, so daß im Er gebnis der Asynchrongenerator mit einer festen vorgegebenen Phasenverschiebung angesteuert wird und dadurch im Bereich des vorgesehenen Leistungsmaximums arbeiten kann, ohne daß fre quenzabhängige Phasenverschiebungen auftreten. Der ganz wesent liche Bestandteil des Phasenschiebers ist das EXOR-Gatter, mit dem bei einer zweiphasigen Asynchronmaschine beide Stränge mit einer Phasenverschiebung von 90° angesteuert werden können. Bei einer dreiphasigen Asynchronmaschine müßte eine Phasenver schiebung von 120° realisiert werden. Dies könnte beispiels weise durch die Verwendung mehrerer EXOR-Gatter erreicht werden, denen dann auch andere Eingangsfrequenzen zugeführt werden müßten. Die anschließenden NAND-Gatter dienen jeweils dazu, eine Phase um 180° zu drehen, so daß ein Gegentaktbetrieb oder wechselseitiger Betrieb der von MOS-FET-Transistoren ge bildeten elektronischen Schalter erreicht wird und damit im Er gebnis auch die Ständerwicklungen gegenphasig gespeist werden.In a particularly preferred embodiment of the invention a phase shifter is connected to the control. Here a logic gate is preferred because it is a fixed phase has shift, with the result in a two-phase sigen asynchronous generator a phase shift of 90 ° and in the case of a three-phase asynchronous generator, a phase shift Exercise of 120 ° must be generated, so that appropriate logic gates must be used. In a preferred embodiment tion of the invention, the phase shifter has one EXOR and four NAND gate on. With such a phase shifter frequency-independent phase shift reached, so that in Er result of the asynchronous generator with a fixed predetermined Phase shift is controlled and thereby in the range of provided maximum performance can work without fre sequence-dependent phase shifts occur. The very essential The EXOR gate, with, is part of the phase shifter with both strands in a two-phase asynchronous machine a phase shift of 90 ° can be controlled. At a three-phase asynchronous machine would have a phase ver shift of 120 ° can be realized. For example achieved by using multiple EXOR gates are then supplied with other input frequencies should be. The subsequent NAND gates serve each to rotate a phase by 180 ° so that push-pull operation or mutual operation of ge of MOS-FET transistors formed electronic switch is achieved and therefore in Er result, the stator windings are fed in opposite phases.

Die Steuerung weist in einer bevorzugten Ausführungsform einen Multiplizierer und einen programmierbaren Frequenzteiler auf. Mit dem Multiplizierer wird die von der Einrichtung zur Messung der Drehzahl gemessene Eingangsfrequenz mit einem be stimmten Faktor multipliziert, so daß der dann erhaltene Wert in direkter Abhängigkeit zur Eingangsfrequenz steht. Durch die Multiplikation des gemessenen Wertes ist eine Weiterverarbei tung des Wertes mit einer höheren Genauigkeit möglich. Der so erhaltene Wert wird auf einen programmierbaren Frequenzteiler gegeben, wobei der Frequenzteiler schlupfabhängig so einge stellt wird, daß die gewünschte Ausgangsfrequenz berechnet wird. Insgesamt kann man hier auch von einer Regelung und einer Regelschleife beim Betrieb der Asynchronmaschine sprechen. Für den Multiplizierer ist eine günstige schaltungsmäßige Um setzung ein PLL (Phase-Locked-Loop), der wiederum aus einem Phasendetektor, einem Tiefpaßfilter und einem spannungsgesteu erten Oszillator besteht, wobei eine Rückkopplung über einen Teiler erfolgt.The controller has in a preferred embodiment a multiplier and a programmable frequency divider on. With the multiplier, the from the device to Measurement of the speed measured input frequency with a be agreed factor multiplied, so that the value then obtained is directly dependent on the input frequency. Through the Multiplying the measured value is a further processing The value can be determined with greater accuracy. The way value obtained is on a programmable frequency divider given, with the frequency divider depending on slip is that the desired output frequency is calculated becomes. Overall, you can also get one regulation and one Talk control loop when operating the asynchronous machine. For the multiplier is a favorable circuit order setting a PLL (phase-locked loop), which in turn consists of a Phase detector, a low pass filter and a voltage control erten oscillator, with feedback via a Divider is done.

Der programmierbare Frequenzteiler, der hinter dem Multi plizierer angeordnet ist, wird von einem Frequenz-Spannungsum setzer, der ebenfalls direkt die Drehzahl der Einrichtung zur Messung der Drehzahl des Asynchrongenerators abgreift, und einem Codierer angesteuert. Mit dem Frequenz-Spannungsumsetzer erhält man eine frequenzabhängige Spannung, der vom Codierer ein bestimmter Teiler zugeordnet wird, so daß bei hoher Dreh zahl, die einer hohen im Wind enthaltenen Energie entspricht, auch eine hohe Leistung entnommen werden kann und die Sollfre quenz entsprechend eingestellt wird. Die Sollfrequenz wird durch den bekannten Zusammenhang mit der Rotorfrequenz und dem gewünschten negativen Schlupf bestimmt.The programmable frequency divider behind the Multi is arranged by a frequency voltage um setters, which also directly the speed of the device for Measurement of the speed of the asynchronous generator taps, and controlled by an encoder. With the frequency-voltage converter you get a frequency dependent voltage, that from the encoder a certain divider is assigned so that at high speed number that corresponds to a high energy contained in the wind, also a high power can be taken and the Sollfre is set accordingly. The target frequency is through the known relationship with the rotor frequency and the desired negative slip determined.

Die Steuerung und der Phasenschieber können dabei in einer bevorzugten Ausgestaltung von einem Mikrocomputer gebildet werden, so daß die Realisierung der Schaltung weiter verein facht werden kann.The control and the phase shifter can be in one preferred embodiment formed by a microcomputer be so that the realization of the circuit further unite can be fanned.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Ein richtung zur Messung der Drehzahl fotoelektrisch ausgelegt. Insbesondere ist es dabei günstig an der Generatorwelle eine Scheibe zu montieren, die am Rand mit einem Loch versehen ist. Auf der einen Seite der Scheibe ist eine Lichtquelle und auf der anderen Seite der Scheibe ein Empfänger angeordnet, der je desmal dann einen Impuls registriert, wenn das Loch der rotie renden Scheibe zwischen Lichtquelle und Empfänger vorbeikommt, so daß ein Lichtstrahl ungehindert in den Empfänger dringen kann. Dieser ist mit einem Verstärker und einem Schmitt-Trigger verbunden, der ein definiertes Rechtecksignal erzeugt, welches dann auf die vorher beschriebene Steuerung mit dem Multiplizie rer gegeben wird. Hinter dem Schmitt-Trigger ist bevorzugt noch eine monostabile Kippstufe vorgesehen, die die zur Triggerung des Schmitt-Triggers nötigen Nadelimpulse liefert.In another development of the invention, the one direction for measuring the speed photoelectrically designed. In particular, it is favorable on the generator shaft To mount the disc, which is provided with a hole at the edge. On one side of the pane is a light source and on a receiver is arranged on the other side of the disk, each then an impulse is registered when the hole of the rotie passing between the light source and the receiver, so that a light beam can penetrate the receiver unhindered can. This is with an amplifier and a Schmitt trigger connected, which generates a defined square wave signal, which then on the control described above with the multiplication is given. Behind the Schmitt trigger is still preferred a monostable multivibrator is provided, which is used for triggering of the Schmitt trigger supplies the necessary needle impulses.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind dem Asynchrongenerator elektronische Schalter und ein Leistungs trenner vorgeschaltet. Die elektronischen Schalter werden gün stigerweise von MOS-FET-Transistoren gebildet. Durch die Ver wendung dieser MOS-FET-Transistoren ist ein geringerer Energie verbrauch und damit auch eine geringere Erwärmung der Schaltung als mit anderen vergleichbaren Schaltern möglich. Der Lei stungstrenner besteht bevorzugt aus einem Transformator, wobei vom Oszillator erzeugte Spannung in eine positive und eine ne gative Halbwelle umgeformt werden muß, um am Ausgang des Trans formators eine Wechselspannung zu erhalten. Hier wird günsti gerweise ein Transformator mit einer doppelten Primärwicklung verwendet, wobei die Wicklungen gegensinnig verbunden sind. Da bei wird bevorzugt eine Zweiweg-Gleichrichtung mit einer Mit telanzapfung der Transformatoren der beiden Phasenstränge rea lisiert, wobei die Masseleitung durch die Schaltzustände der elektronischen Schalter bestimmt werden.In a preferred embodiment of the invention, the Asynchronous generator electronic switches and a power upstream disconnector. The electronic switches are green Mostly formed by MOS-FET transistors. By ver Utilization of these MOS-FET transistors is less energy consumption and thus less heating of the circuit than possible with other comparable switches. The lei Stungstrenner preferably consists of a transformer, wherein voltage generated by the oscillator into a positive and a ne gative half-wave must be transformed to at the output of the trans formators to receive an alternating voltage. Here is cheap sometimes a transformer with a double primary winding used, the windings are connected in opposite directions. There at is preferred a two-way rectification with a tapping the transformers of the two phase strands rea lized, the ground line by the switching states of electronic switches can be determined.

Falls die Netzspannung der Asynchronmaschine mit der Akku mulatorspannung identisch ist, können die Transformatoren auch grundsätzlich entfallen. In diesem Fall muß jedoch ein Vier quadrantenbetrieb erfolgen, da eine Plus/Minus-Batteriespannung an der Asynchronmaschine benötigt wird.If the mains voltage of the asynchronous machine with the battery mulator voltage is identical, the transformers can also basically eliminated. In this case, however, a four Quadrant operation take place because of a plus / minus battery voltage is required on the asynchronous machine.

In einer Weiterentwicklung der Erfindung kann der Lei stungstrenner mit dem Schalter kombiniert werden, wobei dies bevorzugt im Vierquadrantenbetrieb mit vier zusätzlichen Tran sistoren durchgeführt wird.In a further development of the invention, the Lei Stungspenner be combined with the switch, this being preferably in four quadrant mode with four additional tran sistors is performed.

Falls eine Spannungsanpassung zwischen Belastungsspannung und der Strangspannung am Asynchrongenerator erfolgen muß, so ist günstigerweise noch ein Anpassungstransformator unmittelbar vor dem Asynchrongenerator vorgeschaltet. Dieser kann auch mit der Leistungstrennung kombiniert werden. In einer anderen Aus führungsform kann der Leistungstrenner auch 90° nach jedem Schaltimpuls für weitere 90° gestartet werden, da die Wirklei stung von der Asynchronmaschine gegenüber der zugeführten Lei stung um 90° verschoben ist.If there is a voltage adjustment between the load voltage and the phase voltage at the asynchronous generator must take place, so is conveniently still a matching transformer directly upstream of the asynchronous generator. This can also be used the power separation can be combined. In another out the power isolator can also be designed 90 ° after each Switching pulse can be started for a further 90 °, because the Wirklei performance of the asynchronous machine compared to the supplied power is shifted by 90 °.

Der Asynchrongenerator ist mehrpolig und mehrphasig, ins besondere zwei- oder dreiphasig ausgelegt.The asynchronous generator is multi-pole and multi-phase, ins specially designed for two or three phases.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum drehzahlsynchronisier ten Betrieb einer Asynchronmaschine zeichnet sich dadurch aus, daß die Drehzahl der Asynchronmaschine gemessen wird, daß aus gehend von der Drehzahl der Asynchronmaschine und des gewünsch ten Schlupfes der Asynchronmaschine eine Ständerwicklungsfre quenz ermittelt wird und daß die ermittelte Ständerwicklungs frequenz mit einem Oszillator und einer Steuerschaltung erzeugt wird. Dadurch kann insbesondere ein vorgegebener negativer Schlupf erzeugt werden, mit dem die Asynchronmaschine als Gene rator betrieben wird und dabei im Bereich einer optimalen Lei stungsabgabe betrieben wird.The inventive method for speed synchronization Operation of an asynchronous machine is characterized by that the speed of the asynchronous machine is measured that from based on the speed of the asynchronous machine and the desired ten slip of the asynchronous machine a stator winding fre quenz is determined and that the determined stator winding frequency generated with an oscillator and a control circuit becomes. This allows, in particular, a predefined negative Slip is generated using the asynchronous machine as genes rator is operated and in the area of an optimal lei service tax is operated.

Dabei wird bevorzugt von der Steuerschaltung ein Teiler ermittelt, mit dem die Oszillator-Frequenz auf die gewünschte Ständerwicklungsfrequenz (Drehfeld-Drehzahl) reduziert wird. Um ein besonders genaues Ergebnis zu erhalten, ist es vorteilhaft, die vom Oszillator erzeugte Frequenz zunächst zu multi plizieren, so daß ausgehend von einem hohen Wert mit dem Teiler die gewünschte Ständerwicklungsfrequenz besonders genau vorge geben werden kann. Der Schlupf wird dabei bevorzugt auf -5 bis -10% eingestellt, da in diesem Bereich eine besonders gute Leistungsabgabe der als Generator arbeitenden Asynchronmaschine möglich ist.The control circuit preferably uses a divider determined with which the oscillator frequency to the desired Stator winding frequency (rotating field speed) is reduced. Around To get a particularly accurate result, it is advantageous the frequency generated by the oscillator is initially too multi plicate so that starting from a high value with the divider the desired stator winding frequency is particularly precisely pre can be given. The slip is preferably from -5 to -10% set, because in this area a particularly good one Power output of the asynchronous machine working as a generator is possible.

Die so erzeugte Frequenz wird auf einen Phasenschieber ge geben, so daß verschiedene, gegeneinander phasenverschobene Si gnale erzeugt werden. Besonders günstig ist es, die Phasenver schiebung frequenzunabhängig durchzuführen und bei einer zwei phasigen Asynchronmaschine eine Phasenverschiebung von 90° und bei einer dreiphasigen Asynchronmaschine eine Phasenverschie bung von 120° durchzuführen.The frequency generated in this way is applied to a phase shifter give so that different, phase-shifted Si signals are generated. It is particularly favorable to the phase ver to carry out shift independent of frequency and with one two phase asynchronous machine has a phase shift of 90 ° and a phase shift in a three-phase asynchronous machine exercise of 120 °.

Diese Asynchronmaschine ist besonders gut geeignet für Leistungen bis 10 kW, weil sie die in diesem Bereich arbeiten den permanenterregten Synchronmaschinen ersetzen kann.This asynchronous machine is particularly well suited for Outputs up to 10 kW because they work in this area can replace the permanently excited synchronous machines.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeich nung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels weiter er läutert. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in: The invention is based on a in the drawing illustrated preferred embodiment he further purifies. The schematic representations show in detail in:

Fig. 1 eine Prinzipschaltung der erfindungsge mäßen Vorrichtung zum Betrieb einer os zillatorgesteuerten Asynchronmaschine; Fig. 1 shows a basic circuit of the erfindungsge MAESSEN apparatus for operating an asynchronous machine zillatorgesteuerten os;

Fig. 2a und 2b ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betrieb einer oszilla torgesteuerten Asychronmaschine; Figs. 2a and 2b is a circuit diagram of an inventive apparatus for operating an asynchronous machine oszilla gated;

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild für eine erfin dungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb einer oszillatorgesteuerten Asynchronmaschine mit Netzanschluß und Fig. 3 is a schematic diagram for an inventive device for operating an oscillator-controlled asynchronous machine with mains connection and

Fig. 4 ein Prinzipschaltbild für eine erfin dungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb einer oszillatorgesteuerten Asynchronmaschine zum Einsatz in einem KFZ. Fig. 4 is a schematic diagram for an inventive device for operating an oscillator-controlled asynchronous machine for use in a motor vehicle.

In Fig. 1 ist eine Prinzipschaltung einer oszillatorge steuerten Asynchronmaschine dargestellt, die mit Batteriespan nung arbeitet, die mit Hilfe eines Transformators auf die Strangspannung der Asynchronmaschine transformiert wird. Mit 1 ist ein Drehimpulsgeber bezeichnet, der die Drehfrequenz des Asychrongenerators 2 mißt. Dies erfolgt auf fotoelektrischem Weg, indem eine Lochscheibe an der Achse des Generators angebracht ist und die Zahl der Umläufe anhand von Licht impulsen gemessen wird, die durch das Loch in der Scheibe von einem Detektor in dem Drehimpulsgeber 1 detektiert werden. Der Drehimpulsgeber 1 erzeugt also eine Frequenz f-Rotor, die er auf einen Multiplizierer 3 gibt. Der Multiplizierer 3 weist u. a. einen spannungsgesteuerten Oszillator auf und erzeugt im Ergebnis eine Rechteckspannung mit einer Frequenz, die das N-fache der mit dem Drehimpulsgeber 1 gemessenen Rotorfrequenz beträgt. Dieser Wert wird auf einen programmierbaren Teiler 4 gegeben, der die Aufgabe hat, den vorher erhaltenen Wert durch den Faktor T zu teilen, so daß im Ergebnis eine Frequenz ausgegeben wird, auf deren Grundlage eine Wechselsparinung zur Speisung der Ständerwicklungen des Asynchrongenerators erzeugt wird. Die so berechnete Ständerfrequenz steht in einem solchen Verhältnis zur vorher gemessenen Rotorfrequenz, daß ein negativer Schlupf erreicht wird, wodurch ein drehzahlunabhängiger Betrieb des Asychrongenerators möglich ist, so daß der Asychrongenerator die Leistung liefert, um sich selbst zu erregen und dem Gleichspannungsnetz über eine geeignete Elektronik die überschüssige Leistung zuzuführen. Da es wichtig ist, eine möglichst genaue Ständerfrequenz zu erzeu gen, ist es günstig, den Faktor N des Multiplizierers 3 mög lichst groß zu wählen, um möglichst genaue Werte erzeugen zu können. Der programmierbare Teiler 4 wird von einer Steuerein heit 5 angesteuert, die im wesentlichen aus einem Frequenz- Spannungsumsetzer und einem Codierer besteht. Der Multiplizie rer 3 gibt eine von der Rotorfrequenz abhängige Spannung auf die Steuereinheit 5. Die Steuereinheit 5 stellt dann entspre chend dem erhaltenen Wert einen bestimmten Teiler T ein, mit dem eine geeignete Frequenz für die Ständerwechselspannung ent sprechend den obigen Ausführungen erzielt wird. Der Multipli zierer 3, der programmierbare Teiler 4 und die Steuereinheit 5 bilden gemeinsam die eigentliche Steuerung 6. Im Anschluß an die Steuerung 6 ist ein Phasenschieber 7 vorgesehen, der dafür sorgt, daß die vorher in der Steuerung 6 ermittelte Frequenz mit den exakten Phasenverschiebungen, nämlich von 90° bei Zwei phasenbetrieb und 120° bei Dreiphasenbetrieb mit konstanter Phasenverschiebung und phasenrichtig zu den Ständerwicklungen gegeben wird. Die Steuerung 6 und der Phasenschieber 7 können gemeinsam von einem Mikrocomputer gebildet werden. Die so er zeugte Spannung wird auf elektronische Schalter 8 gegeben, die zusammen mit Transformatoren die Wechselspannung erzeugen, die auf die Ständerwicklungen des Generators gegeben wird. Diese Wechselspannung entspricht in ihrer Frequenz der vorher in der Steuerung 6 erzeugten Frequenz. Falls die Netzspannung der Asynchronmaschine und die Akkumulatorspannung nicht identisch sind, wird zwischen die elektronischen Schalter 8 und die Asyn chronmaschine der Anpassungstransformator 9 geschaltet. Zwi schen den elektronischen Schaltern 8 und dem Generator 2 wird Leistung über einen Leistungstrenner 10 entnommen, mit der dann beispielsweise ein gegen Masse liegender Akkumulator aufgeladen werden kann.In Fig. 1, a basic circuit of an oscillator-controlled asynchronous machine is shown, which works with battery voltage, which is transformed with the aid of a transformer to the phase voltage of the asynchronous machine. 1 with a rotary pulse generator is designated, which measures the rotational frequency of the asynchronous generator 2 . This is done in a photoelectric way, in that a perforated disk is attached to the axis of the generator and the number of revolutions is measured using light pulses which are detected by the detector in the rotary pulse generator 1 through the hole in the disk. The rotary pulse generator 1 thus generates a frequency f-rotor, which it outputs to a multiplier 3 . The multiplier 3 has, inter alia, a voltage-controlled oscillator and, as a result, generates a square-wave voltage with a frequency which is N times the rotor frequency measured with the rotary pulse generator 1 . This value is given to a programmable divider 4 , which has the task of dividing the previously obtained value by the factor T, so that a frequency is output as a result, on the basis of which an alternating saving for supplying the stator windings of the asynchronous generator is generated. The stator frequency calculated in this way is in such a ratio to the previously measured rotor frequency that negative slip is achieved, whereby speed-independent operation of the asynchronous generator is possible, so that the asynchronous generator supplies the power to excite itself and the DC voltage network via suitable electronics to supply the excess power. Since it is important to generate a stator frequency that is as accurate as possible, it is expedient to select the factor N of the multiplier 3 as large as possible in order to be able to generate values that are as accurate as possible. The programmable divider 4 is controlled by a control unit 5 , which consists essentially of a frequency-voltage converter and an encoder. The multiplier 3 outputs a voltage dependent on the rotor frequency to the control unit 5 . The control unit 5 then adjusts accordingly to the value obtained a certain divider T, with which a suitable frequency for the stator AC voltage is achieved accordingly in accordance with the above statements. The multiplier 3 , the programmable divider 4 and the control unit 5 together form the actual controller 6 . Following the controller 6 , a phase shifter 7 is provided, which ensures that the frequency previously determined in the controller 6 with the exact phase shifts, namely 90 ° in two-phase operation and 120 ° in three-phase operation with constant phase shift and in phase with the stator windings is given. The controller 6 and the phase shifter 7 can be formed together by a microcomputer. The voltage generated in this way is given to electronic switches 8 which, together with transformers, generate the AC voltage which is applied to the stator windings of the generator. The frequency of this AC voltage corresponds to the frequency previously generated in the controller 6 . If the mains voltage of the asynchronous machine and the accumulator voltage are not identical, the matching transformer 9 is switched between the electronic switch 8 and the asynchronous machine. Between the electronic switches 8 and the generator 2 , power is withdrawn via a power isolator 10 , with which, for example, an accumulator lying against ground can then be charged.

Ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Generatorschaltung, die im wesentlichen dem Prinzipschaltbild in Fig. 1 entspricht, ist in Fig. 2, genauer in den beiden Teilfiguren 2a und 2b dar gestellt. In Fig. 2a ist im oberen linken Bereich der Schaltung der Drehzahlgeber 1 realisiert, dessen zentrales Teil ein LDR 11 ist, der die Lichtimpulse bei der Messung der Generatorfre quenz empfängt und durch die Helligkeitsänderung seinen Wider standswert stark verändert. Der LDR 11 wird im Basisspannungs teiler einer Transistorstufe 12 in Emitterschaltung betrieben, so daß sich ein Impuls pro Umdrehung ergibt, der immer dann auftritt, wenn die Bohrung der Scheibe genau zwischen einer hier nicht dargestellten LED und dem LDR 11 ist. Der nachfol gende Verstärker, der im wesentlichen von einem weiteren Tran sistor 13 gebildet wird, soll den Impuls verstärken. Dieser Im puls wird nun auf einen Schmitt-Trigger 14 gegeben, um ein de finiertes Rechtecksignal zu erhalten. Das Rechtecksignal wird nun auf eine monostabile Kippstufe mit nachfolgender Anzeige gegeben. Diese beide funktionalen Elemente sind in der Schal tung mit 15 bezeichnet. Dabei hat das Signal vorher ein Diffe renzierglied durchlaufen, um die zur Triggerung des Schmitt- Triggers 14 nötigen Nadelimpulse zu liefern. Die Anzahl der Na delimpulse stimmt genau mit der Anzahl der Lichtimpulse über ein. Vom Drehimpulsgeber 1 wird das Signal über einen Eingang 17 auf den Multiplizierer 3 gegeben. Das Eingangssignal trifft auf einen Phasendetektor und wird über einen Tiefpaßfilter auf einen spannungsgesteuerten Oszillator 18 gegeben, der eine Fre quenz erzeugt und sie auf den Eingang zurückgibt. Die Frequenz aus dem spannungsgesteuerten Oszillator 18 wird nun mit der Eingangsfrequenz phasenverglichen und über den Tiefpaßfilter zurück auf den spannungsgesteuerten Oszillator gegeben. Am Aus gang 19 stellt sich die gleiche Frequenz wie am Eingang 17 ein. In der Rückkopplung ist ein Teiler 21 vorgesehen, der die Aus gangsfrequenz so weit herunterteilt, daß der Oszillator 18 eine Frequenz erzeugen muß, die N mal größer als die Frequenz am Eingang 17 ist, um mit dem Phasendetektor zu korrespondieren. Bei dem Oszillator handelt es sich um einen digitalen PLL (Phase-Locked-Loop), der in CMOS-Technik ausgeführt ist. Der sich an den Ausgang 19 des Multiplizierers 3 anschließende Tei ler 4' weicht insoweit von dem in Fig. 1 beschriebenen program mierbaren Teiler 4 ab als der hier dargestellte Teiler 4' ein fest eingestelltes Teilerverhältnis aufweist. Die Steuerein gänge 20 sind hier auf Masse gelegt, so daß der Zähler fest eingestellt ist. Der Teiler 4' ist jedoch grundsätzlich pro grammierbar und kann auch als Johnson-Zähler eingesetzt werden. Die Steuereingänge 20 werden dann mit dem Signal vom Ausgang 39 des Drehzahlimpulsgebers 1 beaufschlagt, wobei das Signal vom Ausgang 39 zunächst eine Frequenz-Spannungsumsetzung erfährt und dann über einen Codierer auf die Eingänge 20 gegeben wird, so daß der Teiler 4' entsprechend der gemessenen Frequenz ein gestellt wird. Die drei linken Teilerblöcke erzeugen am Ausgang 22 eine Frequenz von 2f, die von dem ganz rechts gelegenen Tei lerblock noch einmal um den Faktor 2 geteilt wird, so daß am Ausgang 23 die Frequenz f anliegt.A circuit diagram of a generator circuit according to the invention, which essentially corresponds to the basic circuit diagram in FIG. 1, is shown in FIG. 2, more precisely in the two sub-figures 2a and 2b. In Fig. 2a in the upper left area of the circuit of the speed sensor 1 is realized, the central part of which is an LDR 11 , which receives the light pulses during the measurement of the generator frequency and greatly changes its resistance value due to the change in brightness. The LDR 11 is operated in the base voltage divider of a transistor stage 12 in an emitter circuit, so that there is a pulse per revolution that occurs whenever the bore of the disc is exactly between an LED, not shown here, and the LDR 11 . The follower amplifier, which is essentially formed by a further transistor 13 , is intended to amplify the pulse. This pulse is now given to a Schmitt trigger 14 in order to obtain a defined square-wave signal. The square wave signal is now given to a monostable multivibrator with the following display. These two functional elements are designated by 15 in the formwork. The signal has previously passed through a differentiating element in order to deliver the needle pulses required to trigger the Schmitt trigger 14 . The number of needle impulses is exactly the same as the number of light impulses. The signal from the rotary pulse generator 1 is fed to the multiplier 3 via an input 17 . The input signal strikes a phase detector and is passed through a low-pass filter to a voltage-controlled oscillator 18 , which generates a frequency and returns it to the input. The frequency from the voltage-controlled oscillator 18 is now phase-compared with the input frequency and fed back to the voltage-controlled oscillator via the low-pass filter. At the output 19 , the same frequency is set as at the input 17 . In the feedback, a divider 21 is provided which divides the output frequency downwards so far that the oscillator 18 must generate a frequency which is N times greater than the frequency at the input 17 in order to correspond with the phase detector. The oscillator is a digital PLL (phase-locked loop), which is implemented in CMOS technology. The adjoining the output 19 of the multiplier 3 divider 4 'differs from the programmable divider 4 described in FIG. 1 as the divider 4 ' shown here has a fixed divider ratio. The Steuerein gears 20 are here ground, so that the counter is fixed. The divider 4 'is, however, basically programmable and can also be used as a Johnson counter. The control inputs 20 are then acted upon by the signal from the output 39 of the speed pulse generator 1 , the signal from the output 39 first experiencing a frequency-voltage conversion and then being passed to the inputs 20 via an encoder, so that the divider 4 'corresponds to the measured frequency one is set. The three left divider blocks generate a frequency of 2f at the output 22 , which is divided by the factor on the far right Tei lerblock again by a factor of 2, so that the frequency f is present at the output 23 .

Die beiden Eingänge 22 und 23 finden sich in Fig. 2b wie der, in der der zweite Teil der Schaltung dargestellt ist. An die Eingänge 22 und 23 schließt sich zunächst der Phasenschie ber 7 an. Im Ergebnis soll die in Fig. 2b dargestellte Schal tung zwei voneinander um 90° verschobene Spannungen erzeugen, die in ihrer Amplitude an den Generator 2 angepaßt sind. Der Phasenschieber 7 beinhaltet zunächst ein EXOR-Gatter, das zwei Signale über die Eingänge 22 und 23 erhält, wobei die Frequenz auf dem Eingang 22 doppelt so groß ist wie auf dem Eingang 23. Am Ausgang des EXOR-Gatters wird dann eine um 90° verschobene Spannung f erzeugt. Der Phasenschieber 7 beinhaltet weiterhin vier NAND-Gatter 25, 26, 27 und 28, wobei gemäß den vorhergehen den Erläuterungen das Eingangssignal am NAND-Gatter 25 gegen über dem Eingangssignal am NAND-Gatter 26 um 90° phasenver schoben ist. Die NAND-Gatter 25 und 27 sollen wiederum die Phase um 180° gegeneinander verschieben. Diese Taktsignale die nen dem Spannungswandler als Eingangssignale. Im Ergebnis ent steht so am Transformator 29 eine 0°-Spannung und am Transfor mator 30 eine -90°-Spannung, die auf die Ständerwicklungen 31 und 32 des Generators 2 gegeben werden. Die Ausgangssignale der vier NAND-Gatter 25-28 werden noch einmal durch nachgeschal tete Transistoren verstärkt und die so verstärkten Signale werden dann auf die elektronischen Schalter 8 gegeben. Die elektronischen Schalter 8 weisen im wesentlichen vier MOS-FET- Transistoren 33, 34, 35 und 36 auf. Der MOS-FET-Transistor 33 er hält das Eingangssignal mit einer Phase von 180°, der MOS-FET- Transistor 34 mit einer Phase von 0°, der MOS-FET-Transistor 25 mit einer Phase von -90° und der MOS-FET-Transistor 36 mit einer Phase von +90°. Die elektronischen Schalter 8 schalten abwechselnd durch und sorgen so dafür, daß die Ständerwicklun gen 31 und 32 mit einer Spannungshalbwelle mit definierter Phase versorgt werden, die von den Transformatoren 29 und 30 entsprechend den erhaltenen Signale erzeugt wird. Ein zusätzli cher Transformator zur Spannungsanpassung könnte in Reihe zu dem Transformator 30 geschaltet werden, jedoch wird bevorzugt das Wicklungsverhältnis der Transformatoren 29, 30 so angepaßt, daß ein solcher zusätzlicher Transformator meist nicht benötigt wird.The two inputs 22 and 23 can be found in FIG. 2b like the one in which the second part of the circuit is shown. At the inputs 22 and 23 , the phase shifter 7 connects first. As a result, the scarf device shown in FIG. 2b is to produce two voltages shifted from one another by 90 °, the amplitude of which is adapted to the generator 2 . The phase shifter 7 initially contains an EXOR gate which receives two signals via the inputs 22 and 23 , the frequency at the input 22 being twice as high as at the input 23 . A voltage f shifted by 90 ° is then generated at the output of the EXOR gate. The phase shifter 7 further includes four NAND gates 25 , 26 , 27 and 28 , wherein according to the preceding explanations, the input signal at the NAND gate 25 is phase shifted by 90 ° relative to the input signal at the NAND gate 26 . The NAND gates 25 and 27 are again intended to shift the phase by 180 ° relative to one another. These clock signals are used as input signals to the voltage converter. As a result, there is a 0 ° voltage on the transformer 29 and a -90 ° voltage on the transformer 30 , which are given to the stator windings 31 and 32 of the generator 2 . The output signals of the four NAND gates 25-28 are amplified once again by transistors which are switched on, and the signals thus amplified are then passed to the electronic switches 8 . The electronic switches 8 essentially have four MOS-FET transistors 33 , 34 , 35 and 36 . The MOS-FET transistor 33 it holds the input signal with a phase of 180 °, the MOS-FET transistor 34 with a phase of 0 °, the MOS-FET transistor 25 with a phase of -90 ° and the MOS- FET transistor 36 with a phase of + 90 °. The electronic switches 8 switch through alternately, thus ensuring that the stator windings 31 and 32 are supplied with a voltage half-wave with a defined phase, which is generated by the transformers 29 and 30 in accordance with the signals obtained. An additional transformer for voltage adjustment could be connected in series with the transformer 30 , but the winding ratio of the transformers 29 , 30 is preferably adjusted such that such an additional transformer is usually not required.

Die Betriebsspannung U beträgt in dieser Schaltung 12 Volt. Die Leistungsentnahme erfolgt über eine Mittelanzapfung der Transformatoren 29, 30. Falls der Strom aus dem zu ladenden Akkumulator kleiner Null ist, so wird der Schalter S betätigt und der Akkumulator geladen, wobei der Strom durch zwei Schottky-Dioden gleichgerichtet wird, die im oberen Bereich der Fig. 2b neben dem Schalter S angeordnet sind. Der hier darge stellte Schalter S ist günstigerweise elektronisch und mit einem Ladezustandsmesser für den Akkumulator ausgebildet.The operating voltage U in this circuit is 12 volts. The power is drawn via a center tap of the transformers 29 , 30 . If the current from the accumulator to be charged is less than zero, the switch S is actuated and the accumulator is charged, the current being rectified by two Schottky diodes which are arranged next to the switch S in the upper region of FIG. 2b. The Darge presented here S is conveniently electronic and designed with a state of charge meter for the battery.

Der weiterhin in Fig. 2a dargestellte Schaltungsblock 33 beinhaltet einen Test-Oszillator, dessen Testsignal über den Schalter 38 alternativ zu dem durch den Drehzahlgeber 1, den Multiplizierer 3 und den Teiler 4 erzeugten Signal auf den Pha senschieber 7 gegeben werden kann. Dieser Oszillator dient zu Test- und Kontrollzwecken und ergänzt die erfindungsgemäße Schaltung sinnvoll.The circuit block 33 further shown in Fig. 2a includes a test oscillator, the test signal via the switch 38 as an alternative to the signal generated by the speed sensor 1 , the multiplier 3 and the divider 4 can be given to the phase shifter 7 . This oscillator is used for test and control purposes and expediently supplements the circuit according to the invention.

In Fig. 3 ist eine Prinzipschaltung für den Betrieb eines Generators am Netz dargestellt. Dargestellt ist ein Phasen schieber 7, an dessen Eingang 40 die bereits in Fig. 1 darge stellten Elemente des Drehzahlimpulsgebers 1, des Multiplizie rers 3 und des programmierbaren Teilers 4 mit der Steuereinheit angeschlossen sind. Der Phasenschieber 7 arbeitet im Netzbe trieb günstigerweise mit drei Phasen, die jeweils um 120° ge geneinander verschoben sind und mit denen drei elektronische Schalter 41, 42, 43 angesteuert werden, die im Vierquadrantenbe trieb arbeiten. Nebenbei sei bemerkt, daß auch die elektroni schen Schalter 8 gemäß Fig. 1, die mit den MOS-FET-Transistoren 33-36 in Fig. 2 realisiert worden sind, im Vierquadrantenbe trieb geschaltet sein können. An den Netzanschluß 45 ist eine Brückengleichrichtung 46 angeschlossen. Darüber wird über einen als Batterieersatz geschalteten Pufferkondensator 47 ebenfalls eine Spannung an die elektronische Schalter 41 bis 43 gegeben, die dann entsprechend schalten und die Spannung drehzahlabhän gig und phasenrichtig auf die Ständerwicklungen des Generators 2 abgeben. Da die Asynchronmaschine bereits auf Netzspannung arbeitet ist keine Anpassung notwendig. Hier ist ein Vierqua drantenbetrieb notwendig. Anstelle der Primärwicklung des Transformators wird die Strangwicklung der Asynchronmaschine direkt angeschlossen. Weiterhin ist ein Wechselrichter 44 vor gesehen, der die erzeugte Gleichspannung in eine Wechselspan nung umsetzt und über den auch eine Leistungsabgabe über den Netzanschluß 45 in das Netz möglich ist.In Fig. 3 shows a basic circuit for the operation of a generator is shown on the grid. A phase shifter 7 is shown , at the input 40 of which the elements of the speed pulse generator 1 , the multiplier 3, and the programmable divider 4 and the programmable divider 4, which are already shown in FIG. 1, are connected to the control unit. The phase shifter 7 works in Netzbe conveniently operated with three phases, which are each shifted by 120 ° ge against each other and with which three electronic switches 41 , 42 , 43 are controlled, which operate in four-quadrant mode. Incidentally, it should be noted that the electronic switch 8's of FIG. 1, which have been implemented with the MOS-FET transistors 33-36 in FIG. 2, can be operated in the four-quadrant mode. A bridge rectifier 46 is connected to the mains connection 45 . In addition, via a buffer capacitor 47 connected as a battery replacement, a voltage is also given to the electronic switches 41 to 43 , which then switch accordingly and deliver the voltage in a speed-dependent manner and in phase to the stator windings of the generator 2 . Since the asynchronous machine is already working on mains voltage, no adjustment is necessary. Four-quadrant operation is necessary here. Instead of the primary winding of the transformer, the phase winding of the asynchronous machine is connected directly. Furthermore, an inverter 44 is seen before, which converts the generated DC voltage into an AC voltage and via which a power output via the mains connection 45 into the network is also possible.

In Fig. 4 ist eine Schaltung für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. Hier ist als Spannungsquelle ein 12-Volt-Akkumulator 50 vorhanden, der eine Spannung auf die elek tronischen Schalter 48 und 49 gibt, die im Vierquadrantenbe trieb geschaltet sind. Transformatoren sind bei dieser 12-Volt- Gleichspannung nicht notwendig. Die Rotorfrequenz des Genera tors 2 wird durch den Drehzahlimpulsgeber 1 bestimmt und auf den Multiplizierer 3 gegeben. Mit Hilfe der Steuereinheit 5 und des programmierbaren Teilers 4 wird die für den optimalen Schlupf notwendige Ständerfrequenz ermittelt. Mit Hilfe des Phasenschiebers 7 wird dieses Frequenzsignal mit einer 90° Pha senverschiebung auf die elektronischen Schalter 48 und 49 gege ben. Der Generator 2 ist mehrpolig und mindestens zweiphasig ausgelegt. Die Asynchronmaschinenstrangspannung muß der Batte riespannung entsprechen, andernfalls müßten zusätzliche Trans formatoren verwendet werden. Daher muß die Strangspannung 12- Volt-Wechselspannung betragen. Falls eine handelsübliche Asynchronmaschine verwendet werden kann, so kann eine Schaltung entsprechend der Fig. 2a und 2b komplett übernommen werden.In Fig. 4 shows a circuit for use in a motor vehicle is provided. Here is a 12-volt battery 50 is available as a voltage source, which gives a voltage to the electronic switches 48 and 49 , which are operated in four-quadrant mode. Transformers are not necessary with this 12 volt DC voltage. The rotor frequency of the generator 2 is determined by the speed pulse generator 1 and given to the multiplier 3 . With the help of the control unit 5 and the programmable divider 4 , the stator frequency necessary for the optimal slip is determined. With the help of the phase shifter 7 , this frequency signal with a 90 ° phase shift to the electronic switches 48 and 49 is given. The generator 2 is designed with multiple poles and at least two phases. The asynchronous machine string voltage must correspond to the battery voltage, otherwise additional transformers would have to be used. The string voltage must therefore be 12 volt AC. If a commercially available asynchronous machine can be used, a circuit corresponding to FIGS. 2a and 2b can be completely adopted.

Claims

1. Device for speed-synchronized operation of an asynchronous machine, in particular for use with wind converters for charging accumulators, with squirrel-cage rotors and with an oscillator for generating an alternating voltage for supplying the asynchronous machine with a magnetizing current, characterized in that
that the device has a device for measuring the speed ( 1 ) of the asynchronous machine ( 2 ),
that the device for measuring the speed ( 1 ) of the asynchronous machine ( 2 ) is in functional connection with the oscillator ( 18 ), and
that the oscillator ( 18 ) is connected to a controller ( 6 ) with which a certain slip of the asynchronous machine ( 2 ) is adjustable.

2. Device according to claim 1, characterized in that a phase shifter ( 7 ) is connected to the controller ( 6 ).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the phase shifter ( 7 ) has logic gates with a fixed phase shift.

4. Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the phase shifter ( 7 ) has an EXOR gate ( 24 ).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 6 ) has a multiplier ( 3 ) and a frequency divider ( 4 ).

6. The device according to claim 5, characterized in that the frequency divider ( 4 ) is programmable.

7. Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the programmable frequency divider ( 4 ) is controlled by a frequency-voltage converter and an encoder.

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the controller ( 6 ) and the phase shifter ( 7 ) are formed by a microcomputer.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device for measuring the speed ( 1 ) works photoelectrically.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that between the asynchronous generator ( 2 ) and the phase shifter ( 7 ) electronic switches ( 8 ) are arranged.

11. The device according to claim 10, characterized in that the electrical switches ( 8 ) of MOS-FET transistors are ge.

12. Device according to one of claims 10 or 11, characterized in that the electronic switches ( 8 ) are each switched in four-quadrant operation.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the asynchronous generator ( 2 ) a power isolator ( 10 ) is pre-switched.

14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an adaptation transformer ( 9 ) is connected immediately before the asynchronous generator ( 2 ).

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the asynchronous generator ( 2 ) is three-phase in network operation.

16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the asynchronous generator ( 2 ) is at least two-phase when used in a motor vehicle and the switches ( 48 ; 49 ) are switched in four-quadrant mode.

17. A method for speed-synchronized operation of an asynchronous machine, in which
the speed of the asynchronous machine ( 2 ) is measured, a stator winding frequency is determined based on the speed of the asynchronous machine ( 2 ) and the desired slip of the asynchronous machine ( 2 ), and
the stator winding frequency determined is generated with an oscillator ( 18 ) and a control circuit.

18. The method according to claim 17, characterized, that the control circuit determines a divider with which the Oscillator frequency to the desired stator winding frequency is reduced.

19. The method according to any one of claims 17 or 18, characterized in that the frequency generated by the oscillator ( 18 ) is first multiplied.

20. The method according to any one of claims 17 to 19, characterized, that the slip is set to -5 to -10%.