DE3112062A1

DE3112062A1 - "regelanordnung fuer ein antriebssystem mit einem lastgefuehrten wechselrichter und einer synchronmaschine und verfahren zum einstellen der wechselrichterfrequenz"

Info

Publication number: DE3112062A1
Application number: DE3112062A
Authority: DE
Inventors: Bimal Kumar Latham N.Y. Bose
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-03-31
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-03-04
Also published as: JPS5926198B2; JPS56162998A; US4276505A

Description

3Ί12062

Regelanordnung für ein Antriebssystem mit einem lastgeführten Wechselrichter und einer Synchronmaschine und Verfahren zum Einstellen der Wechselrichterfrequenz

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Antriebssysteme mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine und betrifft insbesondere eine verbesserte Regelanordnung zum Betreiben eines Antriebssystems mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine bei maximalem Maschinenwirkungsgrad und verringerter Maschinenblindleistung.

Antriebssysteme mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine werden gewöhnlich für industrielle Zwecke benutzt, beispielsweise bei der Glasherstellung, der Textilverarbeitung und dgl., wo ein großer Bereich der Maschinendrehzahlregelung erwünscht ist» Im allgemeinen bestehen derartige Antriebssysteme mit einem Wechselrichter und einer Synchron-

maschine aus einer mehrphasigen Synchronmaschine, die über einen Wechselrichter aus einer Gleichstromquelle erregt wird, bei der es sich gewöhnlich um einen phasenanschnittgesteuerten Gleichrichter handelt. Vorzugsweise enthält der Wechselrichter mehrere Paare gesteuerter Schaltvorrichtungen, wie beispielsweise Thyristoren, wobei die Anzahl der Thyristorpaare der Anzahl der Maschinenphasen entspricht, die Thyristoren jedes Paares jeweils gleichsinnig in Reihe geschaltet sind und jedes der Reihenschaltungsthyristorpaare an die Gleichstromquelle angeschlossen ist. Wenn die Thyristoren jedes Paares in einer vorgeschriebenen Reihenfolge leitend gemacht werden, wird die Maschine durch den Wechselrichter mit Wechselstrom gespeist. Durch Einstellen der Wechselrichterthyristorzündfrequenz kann die Wechselrichterausgangsfrequenz und damit die Maschinendrehzahl entsprechend gesteuert werden. Durch Verändern der Amplitude des Zwischenkreisstroms, der durch den phasenanschnittgesteuerten Gleichrichter geliefert wird, wird die Wechselrichterausgangsstromamplitude verändert.

Bislang bestehen Steuervorrichtungen, die zum Einstellen des Leitens der Wechselrichterthyristoren benutzt werden, aus zugeordneter Hardware, die so ausgelegt ist, daß ein fester Abschaltwinkel δ aufrechterhalten wird, wobei der Abschaltwinkel die Winkelperiode ist, während welcher eine Rückwärtsvorspannung an den dann leitenden oder abgehenden Wechselrichterthyristor angelegt wird, um ihn nichtleitend zu machen. Das Festhalten des Wechselrichterabschaltwinkels bereitet keine Schwierigkeiten, wenn die Wechselrichterfrequenz fest ist, wie es in dem Fall von Antrieben fester Drehzahl der Fall ist. Der Grund dafür ist, daß der Wechselrichtervorgabewinkel β, d.h. die Phasenverzögerung zwischen dem Einleiten des Leitens des ankommenden Thyristors und dem Nulldurchgang der Maschinenphasenspannungen so eingestellt werden kann, daß die Maschinenblindleistung minimiert wird. Wenn jedoch

die Wechselrichterfrequenz verändert wird, wie es bei Antrieben mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine mit veränderlicher Drehzahl der Fall ist, bringt das Festhalten des Wechselrichterabschaltwinkels zum Erzielen minimaler Blindströme bei maximalen Maschinenfrequenzen das Problem mit sich, daß bei den niedrigeren Drehzahlen die festgelegte Wechselrichterabschaltzeit, die dem festgelegten Abschaltwinkel entspricht, größer als notwendig ist, was dazu führt, daß die Maschine mit einem unnötig niedrigen Leistungsfaktor arbeitet, wodurch die Maschinenblindleistung erhöht wird. Außerdem arbeiten bekannte Steuervorrichtungen für Antriebe mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine gewöhnlich so, daß der maximale Synchronmaschinenwirkungsgrad durch Einstellen des Wechselrichterzwischenkreisstroms, d.h. des durch den Wechselrichter aus der Gleichstromquelle aufgenommenen Stroms,gemäß einer festen Beziehung zwischen dem Wechselrichterzwischenkreisstrom und dem Luftspaltfluß erzielt wird. Das Arbeitsprinzip von solchen bekannten Steuervorrichtungen basiert auf der Annahme, daß sich das Maschinenlastdrehmoment in einer vorbestimmten Beziehung zur Maschinenfrequenz verändert, daß die Maschinenparameter konstant bleiben und daß der Formfaktor der Maschinenspannungs-, der Maschinenstrom-und der Maschinenflußkurven konstant bleibt. Leicer sind solche idealen Bedingungen kaum jemals während des Betriebes eines typischen Antriebssystems mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine unter normalen Umständen vorhanden und deshalb ist der maximale Maschinenwirkungsgrad durch die Verwendung von solchen bekannten Steuervorrichtungen gewöhnlich nicht zu erzielen.

Im Gegensatz zu solchen bekannten Steuervorrichtungen optimiert die Regelanordnung nach der Erfindung für ein Antriebssystem mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine die Wechselrichterthyristorabschaltzeit ungeachtet der Maschinenfrequenz, wodurch die Blindleistung des Antriebs-

3"- Λ f~ '·, r^ /-ν i i iUbi

systems mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine minimiert wird. Darüber hinaus stellt die Regelanordnung nach der Erfindung den Wechselrichterzwischenkreisstrom und den Maschinenfeldstrom gemäß dem Echtzeitmaschinenwirkungsgrad ein, um zu gewährleisten, daß das Antriebssystem mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine ungeachtet der Drehzahl und des Drehmoments der Maschine mit maximalem Wirkungsgrad arbeitet.

Demgemäß schafft die Erfindung eine Regelanordnung auf Mikrocomputerbasis für ein Antriebssystem mit einem Wechselrichter und einer Synchronmaschine, die vorteilhafterweise die Wechselrichterschaltvorrichtungsabschaltzeit optimiert, um die Maschinenblindleistung zu minimieren.

Ferner optimiert die Regelanordnung nach der Erfindung vorteilhafterweise den Wechselrichterzwischenkreisstrom und den Synchronmaschinenfeldstrom, um ungeachtet der Maschinendrehzahl und des Drehmoments einen maximalen Maschinenwirkungsgrad zu erzielen.

In der bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung enthält, kurz gesagt, eine verbesserte Regelanordnung zum Betreiben eines Antriebssystems mit einem lastgeführten Wechselrichter und einer Synchronmaschine bei optimalem Wirkungsgrad und verringerter Maschinenblindleistung eine erste, eine zweite und eine dritte Schaltung. Die erste Schaltung, die mit der Synchronmaschine und mit der Synchronmaschinenfeldspannungsversorgung verbunden ist, bestimmt den optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß, d.h. diejenige Größe des Flusses,die erforderlich ist, um den maximalen Maschinenwirkungsgrad zu erzielen, und stellt den Synchronmaschinenfeldstrom durch Verändern der Maschinenfeldspannung auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß und dem Istsynchronmaschinenluftspaltfluß hin ein. Die zweite Schaltung, die mit der Synchronmaschine und mit der Wechsel-

3 rl: J6

richterzwischenkreisspannungsversorgung verbunden ist, bestimmt den optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom, d.h. diejenige Größe des Zwischenkreisstroms, die erforderlich ist, um den maximalen Maschinenwirkungsgrad zu erzielen, und stellt die Zwischenkreisstromamplitude durch Verändern der Wechselrichterzwischenkreisspannung auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen und dem Istwechselrichterzwischenkreisstrom hin ein.Dadurch, daß der Synchronmaschinenfeldstrom und der Wechselrichterzwischenkreisstrom auf diese Weise eingestellt werden, wird der Maschinenwirkungsgrad ungeachtet der Drehmoment- und Drehzahlbedingungen maximiert. Die dritte Schaltung, die mit dem Wechselrichter und mit der Synchronmaschine verbunden ist, bestimmt die optimale Wechselrichterabschaltzeit, d.h. diejenige Abschaltzeit, die die Abschaltwinkel minimiert, und stellt die Wechselrichterfrequenz auf die Größendifferenz zwischen der optimalen und der Istwechselrichterabschaltzeit hin ein. Dadurch, daß die Maschinenfrequenz auf diese Weise eingestellt wird, wird die Maschinenblindleistung minimiert, wodurch ebenfalls der Maschinenwirkungsgrad verbessert wird.

Vorzugsweise bestehen die erste, die zweite und die dritte Schaltung jeweils aus einem Prozessor und einem Regelkreis. Die Schaltungsprozessoren können jeweils aus einem einzelnen Mikrocomputer aufgebaut sein, oder es können, wie in der gegewärtig bevorzugten Ausfuhrungsform, zwei Mikrocomputer als Prozessor für jede der drei Schaltungen dienen. Die Verwendung von Mikrocomputern gestattet eine beträchtliche Vereinfachung der Hardware und gestattet verschiedene Diagnoseprogramme vorzusehen, die eine einfache Wartung gestatten.

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

- 18 - .: V-- "--' -^:- i ι z u b ζ

Fig. 1 ein Schaltbild eines Antriebssystems mit

einem lastgeführten Wechselrichter und einer Synchronmaschine,

die Fig. 2a - 2f jeweils das Leiten eines gesonderten

Wechselrichterthyristors und eines gesonderten Thyristors eines phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters, die in der Anordnung von Fig. 1 benutzt werden,

Fig. 3 die Ausgangsspannung des phasenanschnitt-

gesteuerten Gleichrichters in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 4a die Wechselrichterausgangsspannung in

Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 4b den durch einen kommutierten Wechselrich

terthyristor und durch den folgenden ankommenden Wechselrichterthyristor geführten Strom in Abhängigkeit von der Zeit,

Fig. 4c die Spannung an jedem abgehenden Wechsel

richterthyristor in Abhängigkeit von der Zeit,

die Fig. 5A, 5B ein Blockschaltbild der Regelanordnung

nach der Erfindung,

Fig. 6a ein Diagramm, in welchem der optimale Ma-

schinenluftspaltfluß über dem Maschinenlastdrehmoment für verschiedene Werte der Maschinenfrequenz aufgetragen ist,

Fig, 6b ein Diagramm, in welchem der optimale

Wechselrichterzwischenkreisstrom über dem Maschinenlastdrehmoment für verschiedene Werte der Maschinenfrequenz aufgetragen ist,

Fig. 7 ein Flußdiagramm, welches das Programm

zeigt, das durch einen der Prozessoren der Regelanordnung von Fig. 5 ausgeführt wird, um den optimalen Luftspaltfluß und den optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom zu bestimmen, und

Fig. 8 in einem Diagramm die Beziehung zwischen

dem Maschinenwirkungsgrad und dem Luftspaltfluß.

Fig. 1 zeigt ein Antriebssystem 10 mit einer Synchronmaschine 12, die aus einem lastgeführten Wechselrichter 14 mit Wechselstrom veränderbarer Frequenz und veränderbarer Amplitude gespeist wird. Der Wechselrichter 14 wird durch eine Gleichspannungsquelle 16 versorgt. Vorzugsweise enthält die Gleichspannungsquelle 16 einen phasenanschnittgesteuerten Gleichrichter, der mit einer Glättungsdrossel 17 in Reihe geschaltet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Synchronmaschine 12 eine dreiphasige Maschine, wobei die Maschinenphasen 18a, 18b und 18c jeweils durch eine Phaseninduktivität 20 und eine Spannungsquelle 22, deren Ausgangsspannung sich gemäß der Synchronmaschinenphasen-EMK ändert, dargestellt sind. Das Feld 24 der Synchronmaschine 12 wird mit Gleichspannung veränderbarer Amplitude aus einer wechselstromgespeisten Felderregerschaltung 26 gespeist. Die Feldspannung Vr;, die durch den Felderreger 26 geliefert wird, ändert sich in der Amplitude gemäß einem Feldspannungssteuersignal V_f', das dem Felderregerkreis aus einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) geliefert wird. Verschiedene Feld-

ο ί ι ζ UO-Z

erregerkreise stehen zur Verfügung, und die Auswahl eines geeigneten Felderregerkreises wird von den gewünschten Entwurf skenndaten abhängen. Die Einzelheiten des Felderregerkreises 26 sind deshalb nicht dargestellt worden. Bezüglich näherer Einzelheiten von Synchronmaschinenfelderregerkreisen wird auf das Buch "Power Semiconductor Circuits" von Dewan und Straughen (John Wiley & Sons, 1975) verwiesen.

Bei als dreiphasige Maschine auf gebauter Synchronmaschine 12 ist der Wechselrichter 14 typischerweise als dreiphasiger Brückenwechselrichter aufgebaut, der drei Paar Hauptthyristoren 28a und 28b, 28c und 28d bzw. 28e und 28f enthält, wobei die Thyristoren jedes Paares gleichsinnig in Reihe geschaltet sind und wobei jedes der Reihenschaltungsthyristorpaare an die Reihenschaltung des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters 16 und der Drossel 17 angeschlossen ist. Jedes Paar in Reihe geschalteter Wechselrichterhauptthyristoren ist an dem Verbindungspunkt zwischen den Thyristoren mit einer der Maschinenphasen 18a, 18b bzw. 18c verbunden. Der Wechselrichter 14 enthält außerdem zwei Hilfsthyristoren 28g und 28h, die in Reihe an der Reihenschaltung aus dem phasenanschnittgesteuerten Gleichrichter 16 und der Drossel 17 liegen. Der Verbindungspunkt zwischen den Hilfsthyristoren 28g und 28h ist über einen Kommutierungskondensator 30 mit dem Sternpunkt der Synchronmaschine 12 verbunden.

Die Wechselrichterhauptthyristoren 28a-28f sowie die Wechselrichterhilf sthyristoren 28g und 28h werden in einer vorbestimmten Reihenfolge auf Zündsignale hin leitend gemacht, die der Steuerlektrode jedes Thyristors aus einer Wechselrichterzündschaltung 30 geliefert werden, welche ihrerseits auf ein Frequenzsteuersignal ω anspricht, das aus der externen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) geliefert wird. Verschiedene Schaltungen zum Zünden von Wechselrichterthyristoren gemäß einem Frequenzsteuersignal stehen zur Verfügung und sind bekannt. Die Einzelheiten der Wechselrichterzündschal-

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tung 30 sind deshalb nicht dargestellt worden. Bezüglich weiterer Einzelheiten über Thyristorzündschaltungen wird auf das Handbuch der Fa. General Electric Company, "Silicon Controlled Rectifier Handbook", 5. Auflage, veröffentlicht durch Semiconductor Products Department der Fa. General Electric Company, Syracuse, New York, 1972, verwiesen.

Der Aufbau des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters 16 wird durch die Art der verfügbaren Wechselstromquelle bestimmt. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform, in der eine kommerzielle dreiphasige Wechselstromquelle angenommen ist, besteht der phasenanschnittgesteuerte Gleichrichter 16 aus einer dreiphasigen Gleichrichterbrücke und enthält drei Paar Thyristoren 32a und 32b, 32c und 32d bzw. 32e und 32f, wobei die Thyristoren jedes Thyristorpaares gleichsinnig in Reihe geschaltet sind und wobei die Reihenschaltungsthyristorpaare in Reihe mit der Drossel 17 an die Wechselrichterthyristorpaare 28a und 28b, 28c und 28d, 28e und 28f sowie 28g und 28h angeschlossen sind. Die Thyristorpaare des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters sind jeweils entgegengesetzt zu den Thyristorpaaren des Wechselrichters gepolt. Der Verbindungspunkt zwischen den Thyristoren 32a und 32b, 32c und 32d bzw. 32e und 32f ist mit einer der drei Phasen einer dreiphasigen Wechselstromquelle (nicht dargestellt) verbunden.

Die Thyristoren 32a-32f des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters werden in einer vorbestimmten Reihenfolge auf Zündsignale hin leitend gemacht, die der Steuerelektrode jedes Thyristors aus einer Thyristorzündschaltung 34 geliefert werden, welche auf ein Spannungssteuersignal V-, anspricht, das ihmdurch die externe Steuerschaltung (nicht dargestellt) geliefert wird. Verschiedene Thyristorzündschaltungen stehen zur Verfügung und sind bekannt. Die Einzelheiten der Gleich-

richterzündschaltung 34 sind deshalb nicht dargestellt worden. Bezüglich näherer Einzelheiten von solchen Thyristorzündschal tungen wird auf das oben erwähnte "General Electric Silicon Controlled Rectifier Handbook" verwiesen.

Die Arbeitsweise des mit dem Wechselrichter 14 versehenen Antriebssystems 10 wird am besten anhand der Fig. 2a-2f verständlich. Die Thyristoren 32a, 32c und 32e des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters 16 werden sequentiell leitend gemacht, und die Thyristoren 32f, 32b und 32d des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters 16 werden ebenfalls sequentiell leitend gemacht. Jeder Thyristor des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters bleibt für eine Dauer von 1/3f leitend, wobei f die Frequenz des Wechselstroms ist, der dem phasenanschnittgesteuerten Gleichrichter 16 zugeführt wird. Die Thyristoren 32f, 32b und 32d werden jeweils nach einem Intervall der Dauer 1/6f im Anschluß an das Leiten jeweils der Thyristoren 32a, 32c bzw. 32e leitend gemacht. Die Thyristoren 32a-32f werden jeweils im Anschluß an das Einleiten des Thyristorleitens kommutiert, d.h. nichtleitend gemacht, wenn eine geeignete der drei Phasenwechselspannungen den dann leitenden Thyristor rückwärtsvorspannt. Das Leiten der Thyristoren 32a, 32c, 32e und 32b, 32d und 32f ist in den Fig. 2a, 2b, 2c, 2d, 2e bzw. 2f graphisch dargestellt.

Gemäß Fig. 3, die die Ausgangs spannung V", des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters in Abhängigkeit von der Zeit der dreiphasigen Eingangsspannungskurve überlagert zeigt, erscheint, wenn der Zündwinkel α des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters, d.h. das Phasenverzögerungsintervall zwischen dem Nulldurchgang von zwei aufeinanderfolgenden Eingangswechselspannungen und dem anschließenden Einleiten der Thyristorleitung, kleiner als 90° ist, eine Gleichspannung an dem Eingang des Wechselrichters 14 von Fig. 1.

Oi i ZÜu2

Durch Verändern des Thyristorzündwinkels α des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters gemäß dem Spannungssteuersignal V_d*, das der Gleichrichterzündschaltung 34 von Fig. zugeführt wird, kann die Amplitude der dem Wechselrichter zugeführten Gleichspannung entsprechend eingestellt werden.

Die Arbeitsweise des Wechselrichters 14 von Fig. 1 wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2a-2f und die Fig. 4a sowie 4b besser verständlich. Zu Erläuterungszwecken wird angenommen, daß der Zwischenkreis- oder Eingangsstrom, der dem Wechselrichter 14 zugeführt wird und der mit I, bezeichnet ist, im wesentlichen frei von Welligkeit ist, was nicht fernliegend ist, wenn die Induktivität der Drossel 17 von Fig. 1 ausreichend groß gewählt wird, um den Ausgangsstrom des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters 16 zu glätten. Um der Synchronmaschine 12 Wechselströme in richtiger Dreiphasenbeziehung zu einander zuzuführen, werden die Wechselrichterhauptthyristoren 28a, 28c und 28e sowie die Wechselrichterhauptthyristoren 28f, 28b und 28d der Reihe nach durch die Wechselrichterzündschaltung 30 auf das Frequenzsteuersignal ω hin leitend gemacht. Die Wechselrichterhauptthyristoren 28a, 28c und 28e sowie 28f, 28b und 28d werden jeweils für ein Intervall mit der Dauer 2 π / 3 Ω leitend gemacht^wobei Ω die Winkeldrehfrequenz oder Kreisfrequenz der Synchronmaschine 12 ist, während die Thyristoren 28f, 28b und 28d jeweils nach einem Intervall der Dauer τγ/3Ω leitend gemacht werden, das sich an das Einleiten des Leitens eines der Hauptthyristoren 28a, 28c bzw. 28e anschließt. Die Fig. 2a-2f zeigen graphisch das Leiten der Thyristoren 28a, 28c, 28e, 28f, 28b bzw. 28d.

Am Anfang wird jeder der Wechselrichterhauptthyristoren 28a, 28c und 28e von Fig. 1 in einem geeigneten Intervall im Anschluß an das Einleiten des Thyristorleitens kommutiert, wenn der Thyristor 28g leitend gemacht wird, um den Kommu-

- 24 I i ZUb Z

tierungskondensator 30 und eine der Maschinenphasen 18a, 18b und 18c an den dann leitenden Wechselrichterhauptthyristor anzuschließen. Ebenso werden die Wechselrichterhauptthyristoren 28f, 28b und 28d jeweils kommutiert, wenn der Thyristor 28h leitend gemacht wird. Der Thyristor 28g wird selbst im Anschluß an das Leiten eines folgenden Thyristors der Thyristoren 28a, 28c und 28e kommutiert, und ebenso wird der Thyristor 28h im Anschluß an das Leiten eines folgenden Thyristors der Thyristoren 28f, 28b bzw. 28d kommutiert.

Die oben beschriebene Folge des Wechselrichterthyristorleitens wird ständig wiederholt, was bewirkt, daß die Synchronmaschine 12 erregt wird und sich zu drehen beginnt. Wenn die Synchronmaschine eine vorbestimmte Maschinendrehzahl überschreitet, werden die Wechselrichterthyristoren 28a-28f jeweils durch die Synchronmaschinen-EMK kommutiert, und die Wechselrichterthyristoren 28g und 28h werden nicht länger leitend gemacht, nachdem sie kommutiert worden sind.

Fig. 4a zeigt die Kurve der Wechselrichterausgangsspannung der Kurve der Wechselrichtereingangsspannung V, (deren Mittelwert durch die schraffierte Fläche dargestellt ist) überlagert. Durch Steuern des Wechselrichterzündwinkels α., d.h. der Phasenverzögerung zwischen den Nulldurchgängen der Maschinenphasenspannungen und dem anschließenden Einleiten des Wechselrichterthyristorleitens, kann der Überlappungswinkel μ, d.h. der Phasenwinkel, während welchem sowohl der ankommende als auch der dann leitende oder abgehende Wechselrichterthyristor leitend sind, was deutlicher in Fig. 4b zu erkennen ist, verändert werden, wodurch der Phasenwinkel zwischen der Maschinenspannung und dem -strom und damit die Maschinenblindleistung verringert wird. Es ist erwünscht, den Wechselrichter mit α. = 180° und 6, der Winkelperiode, während der der ankommende Thyristor rückwärtsvorgespannt ist, gleich 0° zu betreiben, so daß die Phasen-

J i i ZLlZ

verzögerung zwischen dem Maschinenstrom und der Maschinenspannung klein und die Maschinenblindleistung vernachlässigbar ist. In der Praxis ist es jedoch nicht möglich, einen lastgeführten, stromgespeisten Wechselrichter, wie den Wechselrichter 14 von Fig. 1, mit α. = 180° zu betreiben. Der Grund dafür ist, daß jeder Wechselrichterthyristor, wenn er kommutiert wird, nicht augenblicklich nichtleitend wird und dadurch die Vorwärtsspannung blockiert, sondern daß vielmehr jeder Thyristor, wenn er kommutiert wird, über einem relativ kurzen Intervall, wie es in Fig. 4b dargestellt ist, allmählich aufhört, Wechselrichterzwischenkreisstrom zu leiten. Wenn der Phasenwinkel, der als Vorgabewinkel β bezeichnet wird, zwischen dem Beginn der Kommutierung eines dann leitenden Wechselrichterthyristors und einem anschliessenden Spannungsnulldurchgang eine so begrenzte Dauer hat, daß der dann kommutierte Wechselrichterthyristor noch die Vorwärtsspannung zu blockieren hat, bevor der ankommende Hauptthyristor mit der Stromleitung beginnt, dann kann der Wechselrichterthyristor, der kommutiert wird, wieder in den leitenden Zustand getriggert werden, was zu einer Wechselrichterkommutierungsstörung führt. Der Vorgabewinkel 3 steht in folgender Beziehung zu dem Wechselrichterzündwinkel ct. :

3 = 180° - (X₁ (1)

Bislang werden Antriebssysteme mit einem lastgeführten Wechselrichter und einer Synchronmaschine, wie beispielsweise das Antriebssystem 10, so ausgelegt, daß der Abschaltwinkel δ ungeachtet der Maschinenfrequenz fest bleibt. Da sich der Abschaltwinkel 6, der für die Beendigung der Thyristorkommutierung erforderlich ist, direkt mit der Maschinenfrequenz ändert, muß er ausreichend groß gewählt werden, so daß eine Wechselrichterkommutierungsstörung bei maximaler Maschinenfrequenz vermieden wird. Wenn der Abschaltwinkel <5 fest ist, um eine Wechselrichterkommutierungsstörung bei maximaler Maschinenfrequenz zu vermeiden, arbeitet die Syn-

chronmaschine mit einem Leistungsfaktor, der niedriger als notwendig ist, wenn die Maschinenfrequenz kleiner als die maximale Maschinenfrequenz ist. Wenn jedoch der Thyristorvorgabewinkel β gemäß der Maschinenfrequenz verändert wird, so daß der Abschaltwinkel δ immer auf dem niedrigstmöglichen Wert ist, dann wird die Maschinenblxndleistung verringert, der Maschinenwirkungsgrad erhöht und dadurch Energie gespart. Bei Antriebssystemen mit einem lastgeführten Wechselrichter und einer Synchronmaschine hoher Leistung führt selbst eine geringe Erhöhung des Maschinenwirkungsgrades zu großen Energieeinsparungen.

Das Minimieren des Winkels β gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 4a, 4b und 4c besser verständlich. In den Fig. 4a und 4b ist zu erkennen, daß der Winkel β, der Vorgabewinkel, ausgedrückt werden kann durch

ß = μ + δ (2)

wobei μ der Kommutierungsüberlappungswinkel und δ der Abschaltwinkel ist. Der Winkel δ steht in Beziehung zu der

Zeit T , dem Intervall, während welchem der abgehende Thyaus

ristor rückwärtsvorgespannt ist, und zu der Maschinenfrequenz durch folgenden Ausdruck

^{6 = Ω} ' ^Taus ⁽³⁾

In Fig. 4c ist die Zeit T . gezeigt, und es ist zu erkennen,

CLU.S

daß sie in umgekehrter Beziehung zu V ,der Spitzenrückwärtsvorspannung an dem abgehenden Thyristor, steht. Die Zeit T steht außerdem in direkter Beziehung zu dem Parameter T , der minimal zulässigen Thyristorabschaltzeit, die sich gemäß den physikalischen Kenndaten der Vorrichtung ändert. Typischerweise beträgt bei Thyristoren, die in Antrieben mit lastgeführtem Wechselrichter benutzt werden, die Zeit T ungefähr 30 με. Da die Zeit T proportional zu T und umgekehrt

ei U. S C[

proportional zu V ist, kann sie durch folgende Beziehung

- 27 - "- ^: ■-■--..■--■

J . L· U Lj ausgedrückt werden

^Taus = ^K1^Tq ^{+ K} ₂/^Vr ⁽⁴⁾

wobei K₁ und K₂ Konstanten sind. Nachdem die Größe von V bestimmt worden ist, kann die Zeit T gemäß der Gleichung (4) berechnet werden. Wenn das Intervall, während welchem die Thyristorrückwärtsvorspannung auf null abnimmt, gemessen wird, dann kann die tatsächliche Größe von T ermittelt

aus

werden. Durch Einstellen des Wechselrxchterthyristorleitens gemäß der Differenz zwischen dem berechneten und dem tatsächlichen Wert oder Istwert von T kann der Thyristorabschaltwinkel δ minimiert werden, wodurch die Synchronmaschinenblindleistung verringert wird.

Eine Regelanordnung 100 zum Einstellen der Frequenz des Wechselrichterthyristorleitens, um den Thyristorabschaltwinkel zu minimieren, und zum Einstellen des Wechselrichtereingangsstromsund des Maschinenfeldstroms, um den Synchronmaschinenwirkungsgrad zu maximieren und dadurch den Energieverbrauch der Synchronmaschine zu reduzieren, ist in Blockform in den Fig. 5a und 5b gezeigt. Die Regelanordnung 100 enthält eine erste Regelschleife 105 zum Einstellen der Synchronmaschinenfeldspannung V^. Die Regelschleife 105 enthält einen ersten Summierverstärker 106, der an dem Nichtinvertiereingang aus einer (im folgenden noch näher beschriebenen) Prozessorschaltung 108 mit einem Signal Ψ* versorgt wird, das sich gemäß dem Optimalwert des Synchronmaschinenluftspaltflusses ändert, d.h. gemäß, demjenigen Wert des Flusses, der zum Erzielen des maximalen Synchronmaschinenwirkungsgrades bei stationären Maschinenzuständen erforderlich ist. Dem Summierverstärker 106 wird an dem Invertiereingang ein Signal ψ aus der Prozessorschaltung 108 zugeführt, das sich gemäß dem Istsynchronmaschinenluftspaltfluß ψ ändert. Der Summierverstärker liefert ein Flußfehlersignal, das sich gemäß der Größendifferenz zwischen den an den Invertier- und

ο ι i\ ι υ ο

an den Nichtinvertiersummierverstärkereingang angelegten Signalen ändert, an einen Verstärker 116 hoher Verstärkung. Der Verstärker skaliert das Flußfehlersignal, um eine Feldstromführungsgröße I * zu erzeugen, die die Sollgröße des Feldstoms darstellt und dem Nichtinvertiereingang eines zweiten Summierverstärkers 118 zugeführt wird. Der Summierverstärker 118 empfängt an dem Invertiereingang aus einem Stromfühler 122, der in Reihe mit der Felderregerschaltung 26 und der Synchronmaschine 12 angeordnet ist, ein Signal i_f, das sich gemäß dem Istsynchronmaschinenfeldstrom I, ändert. Gemäß der Größendifferenz zwischen den an den Invertier- und an den Nichtinvertiersummierverstärkereingang angelegten Signalen gibt der Summierverstärker 118 ein Feldstromfehlersignal an einen Verstärker 124 ab, der das ihm zugeführte Feldstromfehlersignal skaliert, um eine Feldspannungsführungsgröße V.C* zu erzeugen.

Einem dritten Summierverstärker 126 wird an dem Nichtinvertiereingang die Feldspannungsführungsgröße zugeführt, die durch den Verstärker 124 erzeugt wird, und an dem Invertiereingang ein Signal v_f aus dem Prozessor 108, das sich gemäß der Istsynchronmaschinenfeldspannung V_f ändert. Gemäß der Größendifferenz zwischen den Signalen, die an den Invertier- und an den Nichtinvertiereingang angelegt werden, gibt der Summierverstärker 126 ein Spannungssteuersignal V_f' an die Felderregerschaltung 26 ab, die die Felderregung der Synchronmaschine 26 entsprechend einstellt.

Eine zweite Regelschleife 130 stellt den Synchronmaschinenständerstrom durch Verändern der Ausgangsspannungsamplitude des phasenanschnittgesteuerten Gleichrichters 16 ein. Die Regelschleife 130 enthält einen ersten Summierverstärker 132, der an dem Nichtinvertiereingang aus dem Prozessor 108 ein Signal I,* empfängt, das sich gemäß dem optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom ändert, d.h. gemäß derjenigen Größe

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des Zwischenkreisstroms, die der Wechselrichter benötigt, um die Synchronmaschine bei maximalem Maschinenwirkungsgrad zu betreiben. Der Summierverstärker 132 empfängt an dem Invertiereingang aus einem Stromfühler 136, der mit der Drossel 17 und dem Wechselrichter 16 in Reihe geschaltet ist, ein Signal i^, das sich gemäß dem Istwechselrichterzwischenkreisstrom I, ändert. Gemäß der Größendifferenz zwischen den an den Invertier- und den Nichtinvertiersummierverstärkereingang angelegten Signalen erzeugt der Summierverstärker 132 ein Wechselrichterzwischenkreisstromfehlersignal, das durch einen Verstärker 138 verstärkt wird, um die Wechselrichterzwischenkreisspannungsführungsgröße v,* zu erzeugen, die dem Nichtinvertiereingang eines zweiten Summierverstärkers 142 zugeführt wird. Der Summierverstärker 142 empfängt an dem Invertiereingang aus dem Prozessor 108 ein Signal V,, das sich gemäß der Istwechselrichterzwischenkreisspannung V, ändert. Gemäß der Größendifferenz zwischen den an den Invertier- und an den Nichtinvertiersummierverstärkereingang angelegten Signalen gibt der Summierverstärker 142 das Wechselrichterzwischerkreisspannungssteuersignal V-,¹ an den phasenanschittgesteuerten Gleichrichter 16 von Fig. 1 ab. Der phasenanschnittgesteuerte Gleichrichter spricht auf das Signal V,¹ an und stellt die Wechselrichterzwischenkreisspannungsamplitude dementsprechend ein.

Eine dritte Regelschleife 150 stellt die Wechselrichterfrequenz ein, um einen geeigneten Vorgabewinkel festzulegen, damit der Synchronmaschinenblindstrom minimiert wird. Die Regelschleife 150 enthält eine Signalquelle 151, die ein festverstärktes Ausgangssignal t erzeugt, dessen Größe der Mindestwechselrichterthyristorabschaltzeit T entspricht. Das durch die Signalquelle 151 erzeugte Ausgangssignal wird an den ersten Nichtinvertiereingang eines ersten Summierverstärkers 152 angelegt. Ein Dämpfungsglied 154 empfängt aus der Prozessorschaltung 108 ein Signal ν , das sich gemäß der Rückwärtsvorspannung V an jedem ankommenden Hauptthyristor

Oil ·*~, r\ ο π

J ι ι ζ υ 6 2

des Wechselrichters 14 endet, und erzeugt ein Ausgangssignal, das sich gemäß k„/V ändert, wobei k„ eine Konstante ist. Das von dem Dämpfungsglied 154 erzeugte Ausgangssignal wird an den Nichtinvertiereingang des Summierverstärkers 152 angelegt. Gemäß der Summe der Signale, die dem ersten und dem zweiten Eingang zugeführt werden, gibt der Summierverstärker 152 ein Ausgangssignal, das in der Größe zu dem Ausdruck T + k-,/ν proportional ist und sich somit gemäß der Wechselrichterabschaltzeit T ändert, an den Nichtinvertiereingang

aus

eines zweiten Summierverstärkers 156 ab. Der Summierverstärker 156 empfängt an dem Invertiereingang aus dem Prozessor 108 ein Signal T , das sich gemäß der Istwechselrichter-

aus

thyristorabschaltzeit T ändert, die, wie weiter unten

aus

dargelegt, aus den Wechselrichterausgangsphasenspannungen V_a, V_b und V_c bestimmt wird. Gemäß der Größendifferenz zwischen den an den Invertier- und an den Nichtinvertiersummierverstärkereingang angelegten Signalen gibt der Summierverstärker 156 ein Kommutierungszeitfehlersignal an den Eingang eines Verstärkers 158 ab, der eine PI-Ubergangskennlinie aufweist. Das Ausgangssignal des Verstärkers 158, das sich gemäß dem Integral des an ihn angelegten Eingangssignals ändert, wird an einen spannungsgesteuerten Oszillator 160 angelegt, der das Wechselrichterfrequenzsteuersignal ω erzeugt, das an den Wechselrichter 14 angelegt wird.

Zum Verringern der Wahrscheinlichkeit einer Wechselrichterkommutierungsstörung in dem Fall von transienten Wechselrichterzwischenkreisströmen wird an den spannungsgesteuerten Oszillator 160 das Ausgangssignal eines Steigungsdetektors 162 angelegt. Dem Steigungsdetektor 162 wird aus einem Stromfühler 136 ein Signal i, zugeführt, das in der Görße zu dem Istwechselrichterzwischenkreisstrom I, proportional ist, und in Abhängigkeit davon, ob der Wechselrichterzwischenkreisstrom in der Größe ansteigt oder abfällt, veranlaßt der Steigungsdetektor 162 den spannungsgesteuerten Oszillator 160, das an den Wechselrichter 14 angelegte Frequenzsteuer-

O , i /_ U O i

signal ω zu ändern, so daß die sich ergebende Phasendifferenz zwischen dem Nulldurchgang der Wechselrichterausgangsspannung und dem Einleiten der Wechselrichterthyristorleitung entsprechend vergrößert oder verkleinert wird.

Die Prozessorschaltung 108, die der Regelschleife 105 die Signale ψ*, Ψ und v_f liefert, der Regelschleife 130 die Signale I,* und v, und der Regelschleife 150 die Signale ν und

t , enthält eine Signalverarbeitungsschaltung 165 und eine aus

Optimierungsschaltung 170. Die Signalverarbeitungsschaltung 165 enthält vorzugsweise einen Mikrocomputer, wie beispielsweise das von der Fa.Intel Corp. hergestellte Modell 8086. An den Mikrocomputer 165 wird über Leiter 172a und 172b die Wechselrichterzwischenkreisspannung V, und über Leiter 172c und 172d die Synchronmaschinenfeldspannung V_f angelegt. Aus den Spannungen V, und V_£ erzeugt der Mikrocomputer 165 zwei Ausgangssignale v, und v_, deren Amplitude sich jeweils gemäß einer der Spannungen V, bzw. V^ ändert. An den Mikrocomputer 165 werden über Leiter 173a, 173b und 173c von der Synchronmaschine 12 her die Klemmenspannungen V , V, bzw. V ange-

el Jj C

legt, und aus den Spannungen V , V, und V bestimmt der

a ίο c

Mikrocomputer 165 die Rückwärtsvorspannung V an jedem ankommenden Wechselrichterhauptthyristor sowie die Thyristorabschaltzeit T _us folgendermaßen. Aus Fig. 4a ist zu erkennen, daß V gleich der Größendifferenz zwischen jedem Paar nacheinander ansteigender Maschinenklemmenspannungen (beispielsweise zwischen V und VY) in dem Zeitpunkt ist, in welchem der ankommende Wechselrichterthyristor leitend gemacht wird. Die Größe von V kann daher durch wiederholtes Abtasten der Maschinenklemmenspannungen und Feststellen, wann die Differenz zwischen nacheinander ansteigenden Klemmenspannungen am negativsten ist, ermittelt werden. Nachdem V_r ermittelt ist, kann dementsprechend das Signal ν erzeugt werden. Wenn die Zeitspanne, während der die Spannungsdifferenz zwischen nacheinander ansteigenden Maschinenklemmenspannungen negativ

bleibt, gemessen wird, dann kann die Zeit T ermittelt und

3. U. S

das Signal t dementsprechend erzeugt werden, aus

Damit der Mikrocomputer 165 von Fig. 5 den Synchronmaschinenluftspaltfluß ψ berechnen kann, müssen die Maschinenfrequenz Ω und einer der AugenblicksmaschinenphasenständerstrÖme I ,

I, und I ermittelt werden. Aus Fig. 4a ist zu erkennen, daß die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Polaritätswechseln einer der Maschinenklemmenspannungen V , V. und V

a id c

umgekehrt proportional zu der Kreisfrequenz der Maschine ist. Aus wiederholtem Abtasten der Maschinenklemmenspannungen kann daher der Mikrocomputer 165 die Maschinenkreisfrequenz ermitteln. Die Augenblicksmaschinenständerströme ändern sich jeweils in der Amplitude gemäß einem der Ausgangssignale i ,

i, bzw. i , die durch einen der Stromfühler 174a, 174b bzw. 174c erzeugt werden, welche jeweils mit einer der drei Phasen der ilaschine 12 und des Wechselrichters 14 in Reihe geschaltet sind. Aus einem der Maschinenphasenströme, beispielsweise

aus I , und der Maschinenfrequenz Q berechnet der Mikrocoma

puter 165 den Synchronmaschinenluftspaltfluß gemäß folgendem Ausdruck

wobei R der Maschinenständerwiderstand und L die Maschinena a

Streuinduktivität ist. Nachdem ψ berechnet worden ist, wird das Signal Ψ erzeugt, um sich entsprechend zu ändern.

Der Mikrocomputer 165 von Fig. 5A und 5B erzeugt außerdem drei zusätzliche Signale ω, t und P_e-_n/ die an die Optimierungsschaltung 170 angelegt werden. Das Signal ω wird gemäß Ω,αεΓ Maschinenfrequenz, erzeugt. Das Signal t, das sich gemäß dem Maschinendrehmoment T ändert, wird erzeugt, nachdem das Synchronmaschinendrehmoment T aus folgender Gleichung ermittelt worden ist

T = (4ρ/3Ω)(Ι₃ψ sin θ) (6)

3 ι 12 06 2

wobei ρ die Zahl der Synchronmaschinenpole, θ der Phasenwinkel zwischen dem Maschinenständerstrom und dem Luftspaltfluß und I₀ der Spitzenwert von I ist. Zum Bestimmen von

ο 3.

sin θ aus den Synchronmaschinenklemmenspannungen und -ständerströmen gibt es verschiedene Algorithmen, weshalb der Algorithmus zum Berechnen von sin θ nicht beschrieben wird.

Das Signal ρ . , das. durch den Mikrocomputer 165 erzeugt wird, ändert sich gemäß P . , der Synchronmaschineneingangsleistung, und wird erzeugt, nachdem P . ermittelt worden ist. Die Synchronmaschineneingangsleistung kann leicht aus den Synchronmaschinenklemmenspannungen V₂., V_ß und V_r und den Augenblicksmaschinenständerströmen I-, I_R und I_n gemäß folgender Beziehung ermittelt werden

P s f (v I +VI +VI) dt (7) ein ^J AC BB CC

Die Optimierungsschaltung 170 enthält einen Mikrocomputer 180, wie beispielsweise einen Intel 8086, zum Erzeugen der Signale I,* und Ψ*, und eine Empfindlichkeitsschleife 185 zum Sperren des Betriebes des Mikrocomputers 180 während Intervallen transienter Maschinenzustände. Wenn dem Mikrocomputer 180 die Signale ω, t und ρ . aus dem Mikrocomputer 165, die Signale i_f aus dem Feldstromfühler 122 und das

Signal i aus dem Stromfühler 174a zugeführt werden, berecha

net er die Synchronmaschinenverluste und benutzt diesen Parameter zum Berechnen des Synchronmaschinenwirkungsgrades. Beim Berechnen des Synchronmaschinenwirkungsgrades berechnet der Mikrocomputer 180 zuer-st die Synchronmaschinenverluste, die auf den Maschinenständerwiderstand, den Maschinenfeidwiderstand, den Maschinenluftwiderstand und die Maschineninduktivität zurückzuführen sind. Der Synchronmaschinenständer-Widerstandsverlust, der mit P bezeichnet wird, wird durch den Mikrocomputer 180 gemäß folgender Gleichung berechnet

P_c = 31 ²R (8)

S el el

ο ι \

Verluste, die auf den Synchronmaschinenfeidwiderstand zurückzuführen sind und mit P^ bezeichnet werden, werden gemäß folgender Gleichung bestimmt

^Pf ^{= I}f^2Rf ⁽⁹⁾

wobei R_f der Synchronmaschinenfeldwiderstand und I- der Synchronmaschinenf eldstrom ist. Die induktiven oder Kernverluste der Synchronmaschine, die mit P bezeichnet werden, ändern sich gemäß dem Synchronmaschinenluftspaltfluß ψ und gemäß der Maschinenfrequenz Ω gemäß folgendem Ausdruck:

P_e = k₁ Ψ² Ω² + ^4Ψ¹ '⁶ si (10)

wobei k₁ und k_ jeweils Konstanten sind. Die Maschinenluftwiderstands- oder -ventilationsverluste P ändern sich gemäß

dem Quadrat der Maschinenfrequenz nach folgender Gleichung:

P_w = k₃ Ω² (11)

wobei k₃ eine Konstante ist.

Der Synchronmaschinenwirkungsgrad η, der das Verhältnis der Maschinenausgangsleistung zur Maschineneingangsleistung angibt, kann durch die Verluste P , P^, P und P und durch die Eingangsleistung P . folgendermaßen ausgedrückt werden:

η = 1 - ( (P_s+P_{e +} P_w+P_f)/P_ein) (12)

Unter stationären Bedingungen ändert sich der Maschinenspitzenphasenständerstrom I gemäß dem Wechselrichterzwischenkreisstrom I.,. Wenn beachtet wird, daß unter diesen Bedingungen I, α I ist und daß sich das Maschinendrehmoment T gemäß dem

Cj. ο

Produkt aus I- und I ändert, kann deshalb der Synchronmaschinenwirkungsgrad als eine Funktion des Maschinendrehmoments, der Maschinenfrequenz, des Wechselrichterzwischenkreisstroms und des Maschinenluftspaltflusses durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Π = f ( Ψ, T, I_d, Ω ) (13)

3 ι ι 20 6

Aus den Istwerten der Maschinenfrequenz und des Maschinendrehmoments werden die optimalen Werte für den Wechselrichterzwischenkreisstrom und den Maschinenluftspaltfluß, die mit I, bzw. Ψ bezeichnet werden, aus der Gleichung (13) erhalten, indem 9η/3Ι, und 3η/3Ψ gleich null gesetzt werden.

Fig. 6b zeigt graphisch den optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom über dem Maschinenlastdrehmoment für mehrere Werte der bezogenen Maschinenfrequenz. Fig. 6a zeigt graphisch den optimalen Synchronmaschinenfluß über dem Maschinenlastdrehmoment für mehrere Werte der bezogenen Maschinenfrequenz.

Ein mögliches Verfahren zum Erzeugen der Signale I,* und ψ* enthält die Schritte des Speicherns von zwei Gruppen von Suchtabellen in dem Mikrocomputerspeicher, von denen die erste Gruppe Tabellen des optimalen Wechselrichterzwischenkreisstroms und der entsprechenden Drehmomentwerte enthält, während die zweite Gruppe Tabellen des optimalen Synchronmaschinenluftspaltflusses und der Drehmomentwerte enthält, wobei jede Tabelle innerhalb der beiden Gruppen einer besonderen Maschinenfrequenz entspricht. Nachdem die Synchronmaschinenfrequenz und das Maschinendrehmoment ermittelt sind, werden geeignete Optimalwerte I, . und ψ . für den Wechselrichterzwischenkreisstrom bzw. den Synchronmaschinenfluß aus der ersten bzw. zweiten Gruppe von Tabellen erhalten, und die Signale I, und ψ* können erzeugt werden, um sich gemäß I, , bzw ψ . zu ändern.

In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Gewinnung der Optimalwerte für den Wechselrichterzwischenkreisstrom und den Maschinenluftspaltfluß durch Echtzeitberechnung der Synchronmaschinenverluste und des Synchronmaschinenwirkungsgrades, im Gegensatz zu dem weniger effizienten speicherintensiven Verfahren, das oben beschrieben ist.

Zum Berechnen der Synchronmaschinenverluste und des Synchronmaschinenwirkungsgrades in Echtzeit und zum Erhalten der Optimalwerte des Luftspaltflusses und des Wechselrichterzwischenkreisstroms aus dem Istmaschinenwirkungsgrad führt der Mikrocomputer 180 das gespeicherte Programm aus, das als Flußdiagramm in Fig. 7 gezeigt ist. Am Anfang werden die Signale t, ω, ρ . , i_f und i "abgefühlt", d.h. die Größe jedes Signals wird bestimmt. Gemäß der Größe jedes der

Signale t, ω, i , ρ . und i- wird ein Wert des Maschinena ein x.

drehmoments, der Maschinenfrequenz, des Maschinenphasenständerstroms, der Maschineneingangsleistung bzw. des Maschinenfeldstroms festgesetzt. Nachdem ein Wert für jeden dieser Maschinenparameter festgesetzt worden ist, werden die Maschinenverluste gemäß den Gleichungen (8) bis (12) berechnet. Nachdem die Maschinenverluste berechnet worden sind, wird der Synchronmaschinenwirkungsgrad gemäß der Gleichung (13) berechnet. Anschließend wird ψ , , der optimale Luftspaltfluß, ermittelt, indem 3η/3Ψ=0 gesetzt wird.

Zum Feststellen, ob der berechnete Wert von ψ . tatsächlich derjenige Wert des Luftspaltflusses ist, der erforderlich ist, um den maximalen Maschinenwirkungsgrad zu erzielen, wird der Wert von ψ .um die Größe Δψ . dekrementiert, wo-

opt opt

bei Δ typischerweise = 0,001 oder kleiner ist, und dann werden die Maschinenverluste und der Maschinenwirkungsgrad erneut berechnet. Die Differenz Δη zwischen den erneut berechneten und den vorher berechneten Werten des Maschinenwirkungsgrades wird ermittelt, und das Verhältnis von Δη/Δψ wird berechnet. Sollte der Wert von Δη/Δψ größer als null sein, was bedeutet, daß der erneut berechnete Wert von ψ . kleiner als der Optimalwert des Luftspaltflusses ist, so wird der erneut berechnete Wert von ψ , um Δψ ,inkrementiert, und es werden die folgenden Schritte ausgeführt:

a) Die Maschinenverluste und der Maschinenwirkungsgrad werden gemäß den Gleichungen (8) - (12) berechnet.

-37- : .

οι ι ζ υ ö

b) Δη wird berechnet und

c) Δη/Δψ wird berechnet.

Wenn der Wert von Δη /Δψ wieder größer als null ist, dann wird ψ um Δψ inkrementiert, und die Schritte a), b) und c) werden erneut ausgeführt. Sollte jedoch Δη/Δψ kleiner als null sein, was anzeigt, daß der berechnete Wert von ψ tatsächlich größer als der wahre Wert des optimalen Luftspaltflusses ist, dann wird ψ um Δη dekrementiert und die Schritte a), b) und c) werden erneut ausgeführt.

Schließlich, nachdem ψ . in der erforderlichen Weise inkrementiert oder dekrementiert worden ist, werden die Schritte a) - c) ausgeführt, Δη/Δψ . wird null, was anzeigt, daß ψ . nun gleich dem wahren optimalen Luftspaltfluß ist. Diese Methode des Festsetzens eines Optimalwertes für den Luftspaltfluß durch Annähern des Punktes des maximalen Maschinenwirkungsgrades, das als On-Line-Empfindlichkeitslösung bezeichnet werden kann, wird anhand von Fig. 8 besser verständlich. Wenn der Luftspaltfluß unter dem wahren optimalen Luftspaltfluß liegt, dann ist Δη/Δψ größer als null. Wenn der Luftspaltfluß Δ^ größer als der wahre optimale Luftspaltfluß ist, dann ist Δη/Δψ kleiner als null.

Gemäß Fig. 7 wird, nachdem Δη/Δψ null ist, ψ gesetzt,

und I, wird gemäß folgender Beziehung berechnet opt

I, = T/(K ψ cos θ ) (15)

opt ^ρ

wobei θ der Winkel zwischen dem Luftspaltfluß und dem Ständerstrom und K eine Konstante ist. Nachdem I, berechnet ist, wird sein Wert gesetzt, und die Signale ψ* und I,* werden gemäß ψ , bzw. I, erzeugt.

opt

\ L υ 6

Es sei angemerkt, daß bezüglich des in dem Flußdiagramm in Fig. 7 dargestellten Programms der optimale Maschinenluftspaltfluß statt dessen bestimmt werden könnte, indem zuerst ein Optimalwert für den Wechselrichterzwischenkreisstrom I , gemäß der On-Line-Empfindlichkeitslösung, die oben an-

" gegeben ist, festgesetzt und dann ψ . aus der Gleichung (15) berechnet wird.

In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, den berechneten Wert des Synchronmaschinenwirkungsgrades dem Bedienungspersonal anzuzeigen. Das ist leicht möglich, indem das als Flußdiagramm in Fig. 7 dargestellte Programm so modifiziert wird, daß, nachdem Δη/Δψ = 0 ist, das Anzeigen des Maschinenwirkungsgrades angeordnet wird. Der Mikrocomputer 180 von Fig. sendet dann ein Anzeigesignal η an eine Anzeigevorrichtung 187, die mit ihm verbunden ist und eine sichtbare Anzeige des Synchronmaschinenwirkungsgrades liefert. In Abhängigkeit von Entwurfsüberlegungen kann die Anzeigevorrichtung 187 von Fig. 5 entweder als analoge oder als digitale Anzeigevorrichtung ausgebildet sein.

Während Intervallen transienter Zustände ist es nicht erwünscht, die Wechselrichterzwischenkreisspannung und die Synchronmaschinenfeldspannung durch Optimieren dieser Parameter gemäß der oben beschriebenen Technik zu steuern. Aus diesem Grund wird dem Mikrocomputer 180 von Fig. 5 aus der Schleife 185 ein Signal sin Θ* zugeführt, das sich in der Amplitude gemäß der Differenz zwischen Ω*, einer vom Bedienungspersonal eingegebenen stationären Maschinenfrequenz, und Ω, der Istmaschinenfrequenz, ändert. Der Mikrocomputer 180 spricht auf das Signal sin Θ* an und, wenn die Größe von sin Θ* einen vorbestimmten Wert übersteigt (d.h., wenn Ω*/Ω > 0,9 ist) wird der Mikrocomputer 180 durch die Schleife 185 unwirksam gemacht, um keine Signale ψ* und I,* zu erzeugen. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform enthält die Empfind-

3ί!2062

lichkeitsschleife 185 einen Summierverstärker 188, dessen Nichtinvertiereingang ein Signal ω * zugeführt wird, das sich in der Amplitude gemäß Ω* ändert. Der Summierverstärker 188 empfängt an dem Invertiereingang aus der Signalverarbeitungsschaltung 165 das Signal ω, und er erzeugt gemäß der Differenz zwischen den an seinen Invertier- und an seinen Nichtinvertiereingang angelegten Signalen ein Frequenzfehlersignal, das er an den Eingang eines ersten Empfindlichkeitsschleifenverstärkers 190 anlegt. Der Verstärker 190 führt eine Drehmomentführungsgröße, die sich gemäß dem Ausgangssignal des Summierverstärkers 188 ändert, dem Nichtinvertiereingang eines zweiten Empfindlichkeitsschleifensummierverstärkers 192 zu. Der Invertiereingang des Summierverstärkers 192 empfängt aus der Signalverarbeitungsschaltung 165 das Signal t, und gemäß der Größendifferenz zwischen den an seinen Invertier- und seinen Nichtinvertiereingang angelegten Signalen erzeugt der Summierverstärker 192 ein Drehmomentfehlersignal, das an den Eingang eines zweiten Empfindlichkeitsschleifenverstärkers 194 angelegt wird. Der Verstärker 194 liefert dem Mikrocomputer 180 das Signal sin Θ* gemäß dem durch den Summierverstärker 192 erzeugten Ausgangssignal. Die so aufgebaute Regelschleife 185 regelt den Betrieb des Mikrocomputers 180 und hindert den Mikrocomputer am Erzeugen der Signale ψ* und I,* während Intervallen transienter Maschinenzustände.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Regelanordnung nach der Erfindung die Wechselrichterthyristorleitungsfrequenz einstellt, um die Wechselrichterabschaltzeit zu optimieren und dadurch die Maschinenblindleistung zu verringern und den Maschinenwirkungsgrad zu erhöhen. Der Wechselrichterzwischenkreisstrom und der Synchronmaschinenfeldstromfluß werden durch die hier beschriebene Regelanordnung gemäß dem Istsynchronmaschinenwirkungsgrad optimiert, um einen Synchronmaschinenbetrieb mit maximalem Wirkungsgrad zu gewährleisten und dadurch beträchtliche Energieeinsparungen zu erzielen.

Leerseite

Claims

Patentansprüche :

( 1.)Regelanordnung für ein Antriebssystem (10) mit einem lastgeführten Wechselrichter (14) und einer Synchronmaschine (12), mit einer ersten Quelle (26), die eine Gleichspannung veränderbarer Amplitude liefert und mit der Synchronmaschine verbunden ist, um dieser die Feldspannung zu liefern, und mit einer zweiten Quelle (16) , die eine Gleichspannung veränderbarer Amplitude liefert, wobei der Wechselrichter (14) zwischen die zweite Quelle von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung und die Synchronmaschine (12) geschaltet ist, um diese mit Wechselstrom veränderbarer Frequenz und veränderbarer Amplitude zu speisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelanordnung (100) zum Einstellen der Wechselrichterfrequenz, um die Synchronmaschinenblindleistung zu minimieren, und zum Einstellen der durch die erste und die zweite Quelle gelieferten Gleichspannung veränderbarer Amplitude, um den Synchronmaschinenwirkungsgrad zu maximieren, enthälts

Ji i z j υ

eine erste Einrichtung (105, 108), die mit der Synchronmaschine (12) und mit der ersten Quelle (26) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung verbunden ist und den optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß aus Istmaschinenantriebssystemspannungen und -strömen bestimmt und die durch die erste Quelle gelieferte Gleichspannung veränderbarer Amplitude auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß und dem Istsynchronmaschinenluftspaltfluß hin einstellt;

eine zweite Einrichtung (108, 130), die mit der Synchronmaschine (12) und mit der zweiten Quelle (16) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung verbunden ist und den optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom aus Maschinenantriebssystemspannungen und -strömen bestimmt und die durch die zweite Quelle (16) gelieferte Gleichspannung veränderbarer Amplitude auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom und dem Istwechselrichter zwischenkreisstrom hin einstellt; und

eine dritte Einrichtung (108, 150), die mit der Synchronmaschine (12) und dem Wechselrichter (14) verbunden ist und die optimale Wechselrichterabschaltzeit aus Maschinenantriebssystemspannungpn bestimmt und die Wechselrichterfrequenz auf die Größendifferenz zwischen der optimalen Wechselrichterabschaltzeit und der Istwechselrichterabschaltzeit hin einstellt und dadurch die Synchronmaschinenblindleistung minimiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (105, 108) enthält:

eine Prozessoreinrichtung (108), die mit der Synchronmaschine (12) verbunden ist und den optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß aus Maschinenantriebssystemströmen und -spannungen

Oi I ,:_ ^ J Z.

bestimmt und ein sich damit änderndes Ausgangssignal erzeugt sowie den Istsynchronmaschinenluftspaltfluß aus Maschinenantriebssystemströmen _und -spannungen bestimmt und ein sich dementsprechend änderndes zweites Ausgangssignal erzeugt; und

eine Regelschleife (105), die mit der Prozessoreinrichtung und mit der ersten Quelle (26) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung verbunden ist und die durch die erste Quelle gelieferte Gleichspannung veränderbarer Amplitude auf die Größendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Prozessoreinrichtungsausgangssignal hin einstellt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoreinrichtung (108) enthält:

eine Signalverarbeitungsschaltung (165), die mit der Synchronmaschine (12) verbunden ist und auf Synchronmaschinenströme und -spannungen anspricht sowie das sich gemäß dem Istsynchronmaschinenluftspaltfluß ändernde zweite Signal und mehrere Zwischensignale erzeugt, welch letztere sich jeweils gemäß der Istgröße eines vorgewählten Synchronmaschinenparameters ändern; und

eine Optimierungsprozessoreinrichtung (170), die mit der Signalverarbeitungsschaltung (165) und der Regelschleife (105) verbunden ist, um die Synchronmaschinenverluste und den Synchronmaschinenwirkungsgrad aus den Zwischensignalen der Signalverarbeitungsschaltung (165) zu bestimmen, und die das sich gemäß dem optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß ändernde erste Ausgangssignal auf den Synchronmaschinenwirkungsgrad hin erzeugt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (165) einen Mikrocomputer enthält.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierungsprozessoreinrichtung (170) einen Mikrocomputer (180) enthält.

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (187), die mit dem Mikrocomputer (180) verbunden ist und eine Sichtanzeige des Synchronmaschinenwirkungsgrades liefert.

7. Anordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Fühlerschleife (185), die mit dem Mikrocomputer verbunden ist, um den Mikrocomputer während Intervallen transienter Synchronmaschinenzustände unwirksam zu machen.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschleife (105) enthält:

einen ersten Summierverstärker (106), der einen ersten und einen zweiten Ausgang hat, die mit der Prozessoreinrichtung (108) verbunden sind, um aus der Prozessoreinrichtung dessen erstes bzw. zweites Ausgangssignal zu empfangen, und der ein Flußfehlersignal erzeugt, das zu der Größendifferenz zwischen den an den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang angelegten Signalen proportional ist;

eine erste Verstärkereinrichtung (116), die mit dem ersten Summierverstärker (106) verbunden ist und eine Feldstromführungsgröße gemäß dem Flußfehlersignal erzeugt;

einen zweiten Summierverstärker (118), der einen ersten Eingang hat, welcher mit der ersten Verstärkereinrichtung (116) verbunden ist, so daß er aus diesem die Feldstromführungsgröße empfängt, und einen zweiten Eingang, welcher mit der Synchronmaschine (12) verbunden ist, um aus dieser ein sich gemäß dem Istsynchronmaschinenfeldstrom änderndes Signal zu

~ 5 —*

empfangen, wobei der zweite Summierverstärker (118) ein Feldstromfehlersignal proportional zu der Größendifferenz zwischen den an seinen ersten und an seinen zweiten Eingang angelegten Signalen erzeugt;

eine zweite Verstärkereinrichtung (124), die mit dem zweiten Summierverstärker (118) verbunden ist und eine Feldspannungsführungsgroße gemäß dem Feldstromfehlersignal erzeugt; und

einen dritten Summierverstärker (126), der einen ersten und einen zweiten Eingang hat und an seinem ersten Eingang mit der zweiten Verstärkereinrichtung (124) verbunden ist, um aus diesem die Feldspannungsführungsgroße zu empfangen, und an seinem zweiten Eingang ein sich gemäß der Istsynchronmaschinenfeldspannung änderndes Signal empfängt, wobei der dritte Summierverstärker ein Feldspannungssteuersignal erzeugt, das zu der Größendifferenz zwischen den an seinen ersten und an seinen zweiten Eingang angelegten Signalen proportional ist und an die erste Quelle (26) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung angelegt wird, die daraufhin die Amplitude der an die Synchronmaschine (12) angelegten Feldspannung ändert.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (108, 130) enthält:

eine Prozessoreinrichtung (108) , die mit der Synchronmaschine (12) und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist und den optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom aus Antriebssystemmaschinenspannungen und -strömen bestimmt sowie ein sich dementsprechend änderndes Ausgangssignal erzeugt; und

eine Regelschleife (130), die mit der Prozessoreinrichtung (108) und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, um aus dem Wechselrichter ein sich gemäß dem Istwechselrichter-

3* 1 — Ζ". Λ f\ Ί ! ^- Ub Z

zwischenkreisstrom änderndes Signal zu empfangen, wobei die zweite Regelschleife (130) die Amplitude der durch die zweite Quelle (16) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung auf die Größendifferenz zwischen dem Prozessoreinrichtungsausgangssignal und dem sich gemäß dem Istwechselrichterzwischenkreisstrom ändernden Signal hin einstellt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoreinrichtung (108) enthält:

eine Signalverarbeitungsschaltung (165), die mit der Synchronmaschine (12) und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist und mehrere Zwischensignale aus Maschinenströmen und -Spannungen erzeugt, von denen sich jedes gemäß der Istgröße eines vorgewählten Synchronmaschinenparameters ändert; und

eine Optimierungsprozessoreinrichtung (170), die mit der Signalverarbeitungsschaltung (165), mit der Synchronmaschine (12) und mit der Regelschleife (130) verbunden ist und die Synchronmaschinenverluste und den Synchronmaschinenwirkungsgrad auf die Zwischensignale der Signalverarbeitungsschaltung hin bestimmt sowie das sich gemäß den optimalen Wechselrichterzwischenkreisströmen ändernde Ausgangssignal auf den Synchronmaschinenwirkungsgrad hin erzeugt.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung (165) einen Mikrocomputer enthält.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierungsprozessoreinrichtung (170) einen Mikrocomputer (180) enthält.

.' .J O

1:3. Anordnung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Fühlerschleife (185) zum Sperren des Betriebes des Mikrocomputers (180) während Intervallen transienter Maschinenzustände.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschleife (130) enthält:

einen ersten Summierverstärker (132), der einen ersten und einen zweiten Eingang hat, von denen der erste Eingang mit der Prozessoreinrichtung (108) verbunden ist, um das Prozessoreinrichtungsausgangssignal zu empfangen, während der zweite Eingang mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, um aus diesem ein Signal zu empfangen, das sich gemäß dem Istwechselrichterzwischenkreisstrom ändert, wobei der erste Summierverstärker (132) ein Wechselrichterzwischenkreisstromfehlersignal proportional zu der Größendifferenz zwischen den an den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang angelegten Signalen erzeugt;

eine Verstärkereinrichtung (138) , die mit dem ersten Summierverstärker (132) verbunden ist und eine Wechselrichterzwischenkreisspannungsführungsgröße gemäß dem Wechselrichterzwischenkreisstromfehlersignal erzeugt; und

einen zweiten Summierverstärker (142), der einen ersten und einen zweiten Eingang hat und an seinem ersten Eingang mit der Verstärkereinrichtung (138) verbunden ist, um die Wechselrichterzwischenkreisspannungsführungsgröße aus dieser zu empfangen, und an seinem zweiten Eingang ein Signal empfängt, das sich gemäß der Istwechselrichterzwischenkreisspannung ändert, wobei der Summierverstärker (142) ein Wechselrichterzwischenkreisspannungssteuersignal proportional zu der Grössendifferenz zwischen den an seinen ersten und an seinen zweiten Eingang angelegten Signalen erzeugt und wobei die zweite

Οι I Z U D

Quelle (16) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung mit dem dritten Summierverstärker verbunden ist und die Amplitude der an den Wechselrichter (14) angelegten Ausgangsspannung auf das Wechselrichterzwischenkreisspannungssteuersignal hin ändert.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (108, 150) enthält:

eine Verarbeitungseinrichtung (108), die mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist und die Wechselrichterausgangsspannung verarbeitet, um ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen, daß sich gemäß der Rückwärtsvorspannung an jeder ankommenden Wechselrichterschaltvorrichtung ändert, sowie ein zweites Ausgangssignal, das sich gemäß der Istwechselrichterabschaltzeit ändert; und

eine Regelschleife (150), die mit der Prozessoreinrichtung (108) und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist und die optimale Wechselrichterabschaltzeit gemäß dem ersten Prozessoreinrichtungsausgangssignal bestimmt sowie zum Minimieren des Synchronmaschinenblindstroms die Wechselrichterfrequenz auf die Differenz zwischen der optimalen Wechselrichterabschaltzeit und der Istwechselrichterthyristorabschaltzeit hin einstellt.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozessoreinrichtung (108) einen Mikrocomputer (165) aufweist.

17. Anordnung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschleife (150) enthält:

ein Dämpfungsglied (154) , das mit der Prozessoreinrichtung (108)verbunden ist und ein Ausgangssignal liefert, welches

sich umgekehrt zu dem ersten Ausgangssignal der Prozessoreinrichtung ändert;

eine Signalquelle (151) zum Erzeugen eines Ausgangssignals fester Amplitude;

einen ersten Summierverstärker (152), der einen ersten und einen zweiten Eingang hat, von denen der erste Eingang mit dem Dämpfungsglied verbunden ist, so daß er aus diesem das Dämpfungsgliedausgangssignal empfängt, während der zweite Summierverstärkereingang mit der Signalquelle (151) verbunden ist, so daß er aus dieser das Ausgangssignal fester Amplitude empfängt, wobei der Summierverstärker ein Ausgangssignal erzeugt, das sich direkt mit der optimalen Wechselrichterabschaltzeit gemäß der Summe der an den ersten und an den zweiten Summierverstärkereingang angelegten Signale ändert;

einen zweiten Summierverstärker (156), der einen ersten Eingang hat, welcher mit der Prozessoreinrichtung (108) verbunden ist, so daß er aus dieser das zweite Ausgangssignal empfängt, und einen zweiten Eingang, welcher mit dem ersten Summierverstärker (152) verbunden ist, so daß er dessen Ausgangssignal empfängt, wobei der zweite Summierverstärker (156) ein Ausgangssignal erzeugt, daß sich gemäß der Größendifferenz zwischen den an seinen ersten und an seinen zweiten Eingang angelegten Signalen ändert;

eine Verstärkereinrichtung (158), die eine PI-Verstärkungskennlinie hat und mit dem zweiten Summierverstärker (156) verbunden ist, um dessen Ausgangssignal zu skalieren; und

einen spannungsgesteuerten Oszillator (160) , der mit der Verstärkereinrichtung (156) verbunden ist und eine Frequenzführungsgröße gemäß dem Verstärkereinrichtungsausgangssignal

3 ; ι\ L U 6

erzeugt, wobei der spannungsgesteuerte Oszillator außerdem mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist, der, wenn er die durch den spannungsgesteuerten Oszillator erzeugte Frequenzführungsgröße empfängt, seine Ausgangsfrequenz entsprechend ändert.

18. Anordnung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Neigungsdetektor (162), der mit dem Wechselrichter (14) und mit dem spannungsgesteuerten Oszillator (160) zum Einstellen der Wechselrichterfrequenzführungsgröße gemäß dem Wechselrichterzwischenkreisstrom verbunden ist.

19. Regelanordnung für ein Antriebssystem (10) mit einem lastgeführten Wechselrichter (14) und einer Synchronmaschine (12), mit einer ersten Quelle (26), die eine Gleichspannung veränderbarer Amplitude liefert und mit der Synchronmaschine verbunden ist, um dieser die Feldspannung zu liefern, und mit einer zweiten Quelle (16), die eine Gleichspannung veränderbarer Amplitude liefert, wobei der Wechselrichter (14) zwischen die zweite Quelle von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung und die Synchronmaschine (12) geschaltet ist, um diese mit Wechselstrom veränderbarer Frequenz und veränderbarer Amplitude zu speisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelanordnung (100) zum Einstellen der Wechselrichterfrequenz, um die Synchronmaschinenblindleistung zu minimieren, und zum Einstellen der durch die erste und die zweite Quelle gelieferten Gleichspannung veränderbarer Amplitude, um den Synchronmaschinenwirkungsgrad zu maximieren, enthält:

eine Prozessoreinrichtung (108), die mit der Synchronmaschine (12) und mit dem Wechselrichter (14) verbunden ist und ein erstes Signal erzeugt, das sich gemäß dem optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß ändert, ein zweites Signal, das sich gemäß dem optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom ändert,

-J I I Δ -J U L

ein drittes Signal, das sich gemäß der Rückwärtsvorspannung an jeder ankommenden Wechselrichterschaltvorrichtung ändert, und ein viertes Signal, das sich gemäß der Istwechselrichterabschaltzeit ändert;

eine erste Regelschleife (105), die mit der Prozessoreinrichtung (108), mit der Synchronmaschine (12) und mit der ersten Quelle (26) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung verbunden ist und die Synchronmaschinenfeldspannung auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen Synchronmaschinenluftspaltfluß und dem Istsynchronmaschinenluftspaltfluß hin einstellt;

eine zweite Regelschleife (130), die mit der Prozessoreinrichtung (108) und mit der zweiten Quelle (16) von in der Amplitude veränderbarer Gleichspannung verbunden ist und die Wechselrichtereingangsspannung auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom und dem Istwechselrichterzwischenkreisstrom hin einstellt; und

eine dritte Regelschleife (150), die mit der Signalprozessorschaltung und mit dem Wechselrichter verbunden ist und die optimale Wechselrichterabschaltzeit aus dem dritten Signal der Prozessoreinrichtung bestimmt und die Wechselrichterfrequenz gemäß der Größendifferenz zwischen der optimalen Wechselrichterabschaltzeit und der Istwechselrichterabschaltzeit einstellt.

20. Verfahren zum Einstellen der Wechselrichterfrequenz, um Synchronmaschinenblindströme zu minimieren, und zum Einstellen der Synchronmaschinenfeld- und -Ständerstromamplitude, um den Synchronmaschinenwirkungsgrad zu optimieren, in einem Antriebssystem mit einem lastgeführten Wechselrichter und einer Synchronmaschine, mit einer ersten Quelle, die einen in der Amplitude veränderbaren Gleichstrom liefert und mit

der Synchronmaschine verbunden ist, um der Synchronmaschine Feldstrom zu liefern, und mit einer zweiten Quelle, die in der Amplitude veränderbaren Gleichstrom liefert, wobei der Wechselrichter zwischen die zweite Quelle von in der Amplitude veränderbarem Gleichstrom und die Synchronmaschine geschaltet ist, um die Synchronmaschine mit in der Amplitude und in der Frequenz veränderbarem Ständerstrom zu speisen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bestimmen des optimalen Synchronmaschinenluftspaltflusses aus Maschinenantriebssystemspannungen und -strömen und Einstellen der Amplitude der Synchronmaschinenfeldspannung auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen Synchronmaschinenluftspaltf luß und dem Istsynchronmaschinenluftspaltfluß hin;

Bestimmen des optimalen Wechselrichterzwischenkreisstroms aus Istmaschinenspannungen und -strömen und Einstellen des Wechselrichterzwischenkreisstroms auf die Größendifferenz zwischen dem optimalen Wechselrichterzwischenkreisstrom und dem Istwechselrichterzwischenkreisstrom hin; und

Bestimmen der optimalen Wechselrichterabschaltzeit aus Maschinenspannungen und Einstellen der Wechselrichterfrequenz gemäß der Größendifferenz zwischen der optimalen Wechselrichterabschaltzeit und der Istwechselrichterabschaltzeit.