DE4324306A1

DE4324306A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Drehfelderregten Stromrichtermotors

Info

Publication number: DE4324306A1
Application number: DE4324306A
Authority: DE
Inventors: Andreas Prof Dr Ing Boehringer; Michael Dipl Ing Roether; Hans Werner Dipl Ing Partes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 1995-01-26
Also published as: DE19500847A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanord nung zum Betreiben eines p Polpaare aufweisenden und mit oder ohne Schleifringe ausgeführten Drehfelderregten Stromrichter motors mit veränderbarer Drehzahl.

Die bekannten Drehfelderregten Stromrichtermotoren weisen zwar die Vorzüge der gleichstromerregten Stromrichtermotoren auf, ohne mit deren Nachteilen beim Anlauf und im Bereich kleiner Drehzahlen behaftet zu sein. Dennoch ist die Einsatzmöglich keit beschränkt. Beispielsweise müssen bei einer Verwendung als Vier-Quadranten-Antrieb erhebliche Einschränkungen in Kauf genommen werden. Ferner ist eine Feldschwächung nicht möglich. Bei einem Einsatz als Positionierantrieb sind aufwendige Positionsgeber erforderlich. Außerdem ist die beispielsweise für ein schnelles Positionieren erforderliche Dynamik in vielen Fällen nicht ausreichend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Betreiben eines Drehfelderregten Stromrichtermotors zu schaffen, die zu vielfältigeren Einsatzmöglichkeiten führen. Diese Aufgabe lösen die Verfahren mit den Merkmalen der An sprüche 1 bis 4.

Durch die Möglichkeit, von der einen auf die andere Ständer frequenz-Kennlinie durch eine Vertauschung der Phasenfolge des Erregerdrehspannungssystems wechseln zu können, können alle kritischen Drehzahlen vermieden werden. Es ist deshalb eine uneingeschränkte Einsatzmöglichkeit als Vier-Quadranten-An trieb gegeben. Durch einen Wechsel von der einen zur anderen Ständerfrequenz-Kennlinie können aber beispielsweise auch die Eisenverluste im Ständer reduziert oder der Blindleistungsbe darf minimiert werden.

Durch die Erzeugung des Erregerdrehspannungssystems mit Hilfe eines Wechselrichters wird die Möglichkeit einer Feld schwächung eröffnet, was die Einsatzmöglichkeit unabhängig von einem Übergang von der einen zur anderen Ständerfrequenz-Kenn linie erweitert. Ist eine Vertauschung der Phasenfolge des Erregerdrehspannungssystems vorgesehen, dann kann diese zu jedem beliebigen Zeitpunkt vorgenommen werden, was ebenfalls einen wesentlichen Vorteil darstellt.

Durch eine Positionserfassung ausschließlich mit Hilfe der an den Wicklungseingängen meßbaren elektrischen Größen kann der Drehfelderregte Stromrichtermotor als Positionierantrieb ein gesetzt werden, ohne teure Geber verwenden zu müssen. Dies er weitert ebenfalls die Einsatzmöglichkeiten beträchtlich, unab hängig davon, ob eine Feldschwächung vorgenommen oder ein Wechsel von einer zur anderen Ständerfrequenz-Kennlinie mög lich ist.

Die Verwendung eines Umrichters mit Gleichspannungszwischen kreis auf der Ständerseite der Maschine gestattet es, unabhän gig von der Möglichkeit der Phasenvertauschung, der Feld schwächung oder der Positionserfassung ohne Positionsgeber die Ständerströme sinusförmig einzuprägen. Auf diese Weise lassen sich höhere Ströme, eine größere Dynamik und damit ein schnel leres Positionieren erreichen. Außerdem wird der Bereich der noch zulässigen Streuung der Maschine vergrößert. Vorteil hafterweise wird dabei eine Rückspeisefähigkeit des Umrichters vorgesehen.

Besonders vorteilhaft ist eine Kombination von zwei, drei oder allen vier erfindungsgemäßen Verfahren. Beispielsweise ist es dann möglich, ohne einen Geber eine Istwertermittlung sowohl der Drehzahl als auch des Lagewinkels des Läufers im gesamten Drehzahlbereich vorzunehmen, der sowohl die untersynchrone als auch die übersynchrone und die gegensynchrone Betriebsweise umfaßt, und in kostengünstiger Weise eine sehr gute Positio niergenauigkeit und eine hohe Dynamik zu erreichen.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahren ist nicht auf Drehfelderregte Stromrichtermotoren mit Schleifringen be schränkt. Sie können auch für Drehfelderregte Stromrichter motoren eingesetzt werden, die als schleifringlose Induktions maschinenkaskade ausgebildet sind. Allerdings haben dann die beiden Ständerfrequenz-Kennlinien je einen zusätzlichen kriti schen Drehzahlbereich, die jedoch in gleicher Weise wie die anderen kritischen Drehzahlbereiche durch einen Übergang auf die andere Kennlinie vermieden werden können.

Die Möglichkeit, von der einen auf die andere Ständerfre quenz-Kennlinie überwechseln zu können, kann beispielsweise dazu genutzt werden, nach einem Hochfahrvorgang auf der im Bereich von Drehzahlen < 0 keine kritischen Drehzahlen auf weisenden Ständerfrequenz-Kennlinie auf die andere Kennlinie überzuwechseln, die bei gleicher Drehzahl eine geringere Stän derfrequenz ergibt, um dadurch die teils linear, teils quadra tisch von der Ständerfrequenz abhängigen Eisenverluste im Ständer zu reduzieren. Da die Amplitude des in der Ständer wicklung induzierten Drehspannungssystems proportional der Ständerfrequenz ist, führt eine Reduzierung der Ständerfre quenz auch zu einer Absenkung der Amplitude der Ständerspan nungen, wenn bei Drehzahlen, deren Betrag größer ist als f₀/p, stets auf die jeweils günstigere Kennlinie übergewechselt wird, wodurch die Bemessungsleistung des Zwischenkreisumrich ters, an welchen die Ständerwicklung angeschlossen ist, herab gesetzt werden kann, ohne daß das Leistungsvermögen des Dreh felderregten Stromrichtermotors in irgendeiner Weise darunter leidet.

Vorteile lassen sich auch hinsichtlich der Blindleistungsauf nahme des Drehfelderregten Stromrichtermotors beispielsweise für den Hochlauf von der Drehzahl 0 aus auf seine Bemessungs drehzahl erreichen. Für den Hochlauf wird zunächst diejenige Ständerfrequenz-Kennlinie gewählt, welche die höhere Ständer frequenz ergibt. Mit steigender Drehzahl nimmt die Ständerfre quenz zu. Infolgedessen werden der Zündverzögerungswinkel des netzseitigen Stromrichters und damit auch die von diesem auf genommene Steuer-Blindleistung solange kleiner, bis der Wert 0 des Zündverzögerungswinkels erreicht ist. Wird nun auf die an dere Kennlinie übergegangen, dann sinken die Ständerfrequenz und die Amplitude des in der Ständerwicklung induzierten Dreh spannungssystems wieder ab. Bei der anschließenden Beschleuni gung auf die angestrebte Bemessungsdrehzahl werden der Zünd verzögerungswinkel des netzseitigen Stromrichters und damit auch die von diesem aufgenommene Steuer-Blindleistung wieder kleiner, so daß insgesamt der Hochlauf mit einer kleinstmög lichen Blindleistung durchgeführt wird, was einer häufig ge äußerten Forderung der Anwender entspricht.

Sofern der Stromrichtermotor erregerseitig an das starre Netz angeschlossen ist, können nennenswerte Ausgleichsvorgänge bei einer Vertauschung der Phasenfolge dann vermieden werden, wenn die Phasenvertauschung zu einem Zeitpunkt vorgenommen wird, zu dem der Betrag derjenigen Komponente des Raumzeigers der Er regerflußverkettung im erregerseitigen Koordinatensystem, welche jener Verbindung zwischen der Erregerwicklung und dem Drehstromversorgungsnetz zugeordnet ist, die durch die Umkeh rung der Phasenfolge nicht geändert wird, einen seiner Maxi malwerte durchläuft. Frei von dieser Beschränkung ist man, wenn das Erregerdrehspannungssystem mittels eines Wechselrich ters erzeugt wird. Dann kann eine Vertauschung der Phasenfolge und die damit verbundene Umkehr der Drehrichtung des magne tischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung zu jedem be liebigen Zeitpunkt erfolgen. Werden zudem mit Hilfe dieses Wechselrichters die Erregerflußverkettungen der Maschine ge regelt, so ist eine Umkehrung der Drehrichtung des magne tischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung sogar völlig ohne Ausgleichsvorgänge möglich. Außerdem ermöglicht ein sol cher, vorzugsweise hochfrequent getakteter Wechselrichter, die Erregerfrequenz frei zu wählen.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, Schaltungsan ordnungen anzugeben, mit denen sich die verbesserten Einsatz möglichkeiten eines Drehfelderregten Stromrichtermotors er reichen lassen. Diese Aufgabe lösen Schaltungsanordnungen mit den Merkmalen der Ansprüche 25 bis 28.

Die Umkehrung der Phasenfolge kann beispielsweise durch die Vertauschung zweier Verbindungen zwischen der Erregerseite des Drehfelderregten Stromrichtermotors und dem Drehstromversor gungsnetz bewirkt werden. Im Phasenfolgetauscher werden somit mindestens vier bidirektionale elektronische Schalter, welche ein- und ausschaltbar sind, eingesetzt. Da die Ströme in der Erregerwicklung der Maschine während einer Umkehrung der Phasenfolge eingeprägt sind, müssen diese stetig weiterfließen können. Dies kann erreicht werden durch die Einstellung be stimmter Betriebszustände des Drehfelderregten Stromrichter motors und/oder durch eine geeignete Abfolge der Umschaltmaß nahmen und/oder die Verwendung von durchbruchfesten bidirek tionalen elektronischen Schaltern bzw. wenn dies nicht gegeben ist, durch den Einsatz von Überspannungsbegrenzungspfaden (z. B. Varistor) oder von Überspannungsbegrenzungsnetzwerken. Sofern Maßnahmen zur Spannungsbegrenzung erforderlich sind, hängen diese davon ab, ob ein sogenanntes Kurzschließen des Netzes zugelassen werden kann oder nicht. Im erstgenannten Falle ist sowohl für eine natürliche als auch für eine erzwun gene Kommutierung eine geeignete Abfolge der Umschaltmaßnahmen sowie mindestens ein Überspannungsbegrenzungspfad erforder lich. Im zweitgenannten Falle sind mindestens zwei Überspan nungsbegrenzungspfade erforderlich. Muß eine vollständige Trennung der Erregerseite vom Netz zulässig sein, dann sind für beliebige Abfolgen der Umschaltmaßnahmen, vorzugsweise für solche, die mit dem vollständigen Abtrennen beginnen, minde stens drei Überspannungsbegrenzungspfade erforderlich.

Ein Wechselrichter, der sowohl das Erregerdrehspannungssystem erzeugt als auch eine Phasenvertauschung ermöglicht, kann Teil eines im Vergleich zum ständerseitigen Umrichter relativ kleinen Umrichters mit Gleichspannungszwischenkreis sein. Hat der ständerseitige Umrichter einen Gleichspannungszwischen kreis, dann kann der das Erregerdrehspannungssystem erzeugende Wechselrichter auch an dessen Gleichspannungszwischenkreis an geschlossen werden, was den Aufwand reduziert.

Ein ständerseitiger Umrichter mit Gleichspannungszwischenkreis hat jedoch gegenüber einem solchen mit Gleichstromzwischen kreis noch weitere, erhebliche Vorteile. Mit Hilfe einer Rege lung können sinusförmige Ständerströme eingeprägt werden. Wird beispielsweise im ständerfesten Koordinatensystem hierzu der Raumzeiger der Ständerströme senkrecht zum Raumzeiger der Er regerflußverkettungen eingestellt, so wirken diese Ströme rein drehmomentbildend. Man erhält somit einen extrem reaktions schnellen Antrieb. Der Verschiebungsfaktor cosϕ des Antriebs liegt dabei nahe 1. Wird andererseits der Raumzeiger der Stän derströme senkrecht zum Raumzeiger der Ständerflußverkettungen eingestellt, so erreicht man ständerseitig einen Betrieb des Antriebs mit dem Verschiebungsfaktor cosϕ = 1.

Zusammenfassend kann also gesagt werden:
Durch die Möglichkeit, die Phasenfolge des erregerseitigen Drehspannungssystems durch die Vertauschung von zwei Phasen verändern zu können, ist es möglich, alle kritischen Drehzahl bereiche zu umfahren, den Drehfelderregten Stromrichtermotor als Vier-Quadranten-Antrieb einzusetzen, sofern der ständer seitige Umrichter rückspeisefähig ist. Außerdem ergibt sich eine Reduzierung der Eisenverluste im Ständer sowie der Bemes sungsleistung des ständerseitigen Umrichters und eine Verrin gerung der Blindleistungsaufnahme des Antriebs. Erfolgt die Umkehrung der Phasenfolge mittels eines Phasenfolgetauschers, dann ist eine Vertauschung ohne nennenswerte Ausgleichsvor gänge nur zu bestimmten Zeitpunkten möglich. Außerdem ist die Erregerfrequenz fest vorgegeben. Der Aufbau ist aber einfach, robust und erfordert einen relativ geringen Aufwand. Erfolgt die Phasenvertauschung mit Hilfe eines Umrichters, dann ist nicht nur die Erregerfrequenz frei wählbar, sondern auch der Zeitpunkt der Phasenvertauschung. Werden mit Hilfe dieses Wechselrichters die Erregerflußverkettungen der Maschine ge regelt, so ist eine Umkehrung der Drehrichtung des magneti schen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung sogar völlig ohne Ausgleichsvorgänge möglich. Außerdem ist eine Feldschwä chung möglich. Man erhält deshalb einen dynamisch hochwertigen Antrieb. Hat der ständerseitige Umrichter einen Gleichspan nungszwischenkreis, dann kann an diesen der das Erregerdreh spannungssystem erzeugende Wechselrichter angeschlossen wer den. Da wegen des Gleichspannungszwischenkreises die Ständer ströme eingeprägt werden können, und zwar derart, daß sie um 900 gegenüber der Erregerflußverkettung bezüglich des Ständer systems phasenverschoben sind, erhält man einen reaktions schnellen Antrieb, der mit einem Verschiebungsfaktor nahe 1 betrieben werden kann. Auch auf eine exakte Positionierung wirken sich die sinusförmig eingeprägten Ständerströme positiv aus. Weiterhin sind größere Ströme und höhere Streuinduktivi täten der Maschine noch zulässig. Im Falle eines Einsatzes als Positionierantrieb sind schließlich Geber für die Drehzahl und die Winkellage des Läufers nicht erforderlich, da diese Werte aus den am Drehfelderregten Stromrichtermotor meßbaren elek trischen und magnetischen Größen ermittelt werden können.

Im folgenden ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungs beispiels,

Fig. 2 das Schaltbild des Phasenfolgetauschers des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 das Schaltbild der elektronischen Schalter des Phasenfolgetauschers,

Fig. 4 die erste und die zweite Kennlinie des ersten Ausführungsbeispiels für die Ab hängigkeit der Ständerfrequenz von der Drehzahl,

Fig. 5 die erste und die zweite Kennlinie mit einem Beispiel für eine Umfahrung der kritischen Drehzahlbereiche beim Übergang von einer hohen positiven Drehzahl zu einer hohen negativen Drehzahl,

Fig. 6 die beiden Kennlinien mit einem Beispiel für einen Hochlaufvorgang auf der ersten Kennlinie und einem anschließenden Über gang auf die zweite Kennlinie zur Reduzierung der Ständerfrequenz,

Fig. 7 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungs beispiels,

Fig. 8 die erste und die zweite Kennlinie für die Abhängigkeit der Ständerfrequenz von der Drehzahl des zweiten Ausführungsbei spiels,

Fig. 9 die beiden Kennlinien des zweiten Ausfüh rungsbeispiels mit einem Beispiel für einen Übergang von einer hohen positiven Drehzahl zu einer hohen negativen Dreh zahl,

Fig. 10 die erste und zweite Kennlinie des zweiten Ausführungsbeispiels mit einem Beispiel für den Übergang von einer hohen positiven zu einer hohen negativen Drehzahl mit möglichst niedriger Ständerfrequenz,

Fig. 11 ein Schaltbild eines dritten Ausführungs beispiels,

Fig. 12 ein Diagramm für die Raumzeiger der Er regerflußverkettung sowie der Erreger spannung unmittelbar vor und nach dem Überwechseln von der ersten auf die zweite Kennlinie oder umgekehrt, gültig für R_E = 0,

Fig. 13a die Lage des Raumzeigers der Erregerfluß verkettung im ständerfesten Koordinaten system,

Fig. 13b die Lage des Raumzeigers der Erregerfluß verkettung im erregerfesten Koordinaten system,

Fig. 14 ein Blockschaltbild zur Ermittlung des Winkels α aus den Signalen sind und cosα,

Fig. 15 die Lage der Raumzeiger der Erregerfluß verkettung bezüglich des ständerfesten Koordinatensystems und bezüglich des mit einem angenommenen Lagewinkel p ϑ* des Läufers in dieses transformierten erregerfesten Koordinatensystems,

Fig. 16 einen Stromregelkreis.

Die Schleifringläufer-Drehstrommaschine eines als Ganzes mit 1 bezeichneten, Drehfelderregten Stromrichtermotors weist, wie Fig. 1 zeigt, sowohl in ihrem Ständer 2 als auch in ihrem Läufer 3 je eine Drehfeldwicklung auf. Die Ständerwicklung ist an einen Zwischenkreisumrichter 4 mit Gleichstromzwischenkreis angeschlossen. Die Wicklung des Läufers 3 dient als Erreger wicklung. Sie ist über Schleifringe 5 an ein Drehstromversor gungsnetz 7 angeschlossen, an das auch der netzseitige Strom richter 8 des Zwischenkreisumrichters 4 angeschlossen ist. Dieser netzseitige Stromrichter ist über den Gleichstrom zwischenkreis, der eine Gleichstromglättungsdrossel 10 ent hält, mit dem maschinenseitigen Stromrichter 9 verbunden.

Wird die Drehzahl n des Läufers in jener Richtung positiv ge zählt, in welcher der magnetische Hauptfluß relativ zur Erre gerwicklung für f_E = + f₀ rotiert, dann gilt für den einge schwungenen Zustand die Gleichung

f_S = p·n + f₀

wobei f_S die Ständerfrequenz, p die Polpaarzahl der Schleif ringläufer-Drehstrommaschine, n die Drehzahl von deren Läufer und f₀ die Frequenz des Drehspannungssystems, an das die Wick lung des Läufers 3 angeschlossen ist, also die Erregerfre quenz, bedeuten. Der sich aus dieser Gleichung ergebende Zu sammenhang zwischen der Ständerfrequenz und der Drehzahl ist in Fig. 4 als Kennlinie I dargestellt.

Wird ohne Änderung der Phasenfolge für die Ständerwicklung die Phasenfolge für die Schleifringe 5 so gewählt, daß die Dreh richtung des magnetischen Hauptflusses relativ zur Erreger wicklung der positiven Drehrichtung des Läufers entgegenge setzt gerichtet ist, dann gilt für die Ständerfrequenz

f_S = p·n - f₀

Diese Funktion ist in Fig. 4 als Kennlinie II dargestellt.

Die Kennlinie I hat um die Drehzahl n = -f₀/p herum einen kritischen Drehzahlbereich, der für den Betrieb des Motors nicht zur Verfügung steht, da in ihm eine ordnungsgemäße Kommutierung des maschinenseitigen Stromrichters nicht mehr möglich ist. Dieser Bereich ist deshalb in Fig. 4 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Einen entsprechenden kriti schen Drehzahlbereich hat die Kennlinie II um die Drehzahl +f₀/p herum. Auch in diesem Bereich ist ein Betrieb des Motors nicht möglich.

Erfindungsgemäß können jedoch die beiden kritischen Drehzahl bereiche dadurch umfahren werden, daß man spätestens beim Er reichen des kritischen Drehzahlbereiches auf die andere Kenn linie überwechselt und dann auf dieser Kennlinie bleibt oder nach dem Überfahren des kritischen Drehzahlbereiches wieder auf die zuvor benutzte Kennlinie zurückkehrt. Für die Ausfüh rung dieser Wechsel von der einen zur anderen Kennlinie ist in den Verbindungsleitungen von den Schleifringen 5 zum Dreh stromversorgungsnetz 7 ein Phasenfolgetauscher 11 vorgesehen, mittels dessen zwei der drei Phasen vertauscht werden können.

Wie Fig. 2 zeigt, weist der Phasenfolgetauscher 11 vier bidi rektionale ein- und ausschaltbare elektronische Schalter 20 auf, von denen je einer in jedem der beiden Phasenleiter und je einer in einem Querzweig liegt. Diese beiden Querzweige sind einerseits netzseitig, also vor den in den Phasenleitern liegenden Schaltern 20, mit dem einen bzw. anderen Phasen leiter und andererseits maschinenseitig, also nach den in den Phasenleitern liegenden Schaltern 20, mit dem jeweils anderen Phasenleiter verbunden.

Jeder der gleich ausgebildeten Schalter 20 besteht im Ausfüh rungsbeispiel in bekannter Weise aus einer Gleichrichterbrücke mit je einem Gleichrichter 21 in den vier Brückenzweigen und einem IGBT (insulated gate bipolar transistor) 22 im Brücken querzweig. Statt des IGBT könnte aber auch beispielsweise ein Feldeffekttransistor verwendet werden.

Die Schalter 20 liegen zwischen zwei Gleichrichterbrücken 23, über die die beiden Phasenleiter miteinander verbunden sind. Die beiden Ausgangsklemmen der einen Gleichrichterbrücke 23 sind über zwei Verbindungsleitungen mit den Ausgangsklemmen der anderen Gleichrichterbrücke 23 verbunden. Ein Kondensator 24 ist an die eine bzw. andere Verbindungsleitung angeschlos sen. Statt des Kondensators 24 könnte auch ein anderes Span nungsbegrenzungselement, beispielsweise eine Zenerdiode oder ein Varistor, verwendet werden.

Ein Spannungsbegrenzungsnetzwerk, das die beiden Gleichrich terbrücken 23 und der Kondensator 24 bilden, ermöglicht, daß die Ströme in der Erregerwicklung während der Umkehrung der Phasenfolge stetig weiterfließen können. Es kann deshalb auch mit dem Abschalten der beiden vor dem Beginn der Phasenver tauschung leitfähigen Schalter 20 begonnen werden.

Wenn das Drehstromversorgungsnetz 7 ausreichend starr ist, ist ein plötzliches Überwechseln von der einen zur anderen Kenn linie, also eine plötzliche Umkehr der Drehrichtung des magne tischen Hauptflusses, ohne nennenswerte, die ordnungsgemäße Funktion des Drehfelderregten Stromrichtermotors störenden Ausgleichsvorgänge möglich, wenn sich während des Wechsels weder die Drehzahl noch der durch die Glättungsdrossel 10 fließende Gleichstrom noch der Zündverzögerungswinkel des maschinenseitigen Stromrichters 9 ändern. Die ersten beiden Bedingungen werden wegen der rotierenden Masse des Läufers 3 bzw. der im Magnetfeld der Glättungsdrossel 10 gespeicherten Energie von selbst eingehalten. Deshalb muß lediglich dafür gesorgt werden, daß der Zündverzögerungswinkel keine sprung hafte Veränderung erfährt. Erreicht werden kann dies durch eine geeignete Ausbildung des nicht dargestellten Gate-Steuer gerätes des maschinenseitigen Stromrichters 9, zum Beispiel durch dessen Führung durch die auf die Ständerseite transfor mierte Erregerflußverkettung.

Allerdings ist noch eine weitere Voraussetzung zu beachten.

Die Phasenvertauschung darf nämlich nur zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, zu dem der Betrag derjenigen Komponente des Raumzeigers der Erregerflußverkettung im erregerseitigen Koordinatensystem ein Maximum hat, welcher jenem Phasenleiter zugeordnet ist, der von der Vertauschung nicht betroffen ist. Aber auch diese Voraussetzung kann ohne weiteres erfüllt wer den, weil dieser Zeitpunkt meßtechnisch erfaßt werden kann. Während des Überwechselns von der einen zur anderen Kennlinie ändert sich die Amplitude des in der Ständerwicklung fließen den Drehstromsystems nicht. Auch die Augenblickswerte des in der Erregerwicklung des Läufers 3 fließenden Drehstromsystems bleiben unverändert. Deshalb wird auch der Magnetisierungszu stand des Motors nicht verändert, so daß auch sein Drehmoment keine Änderung erfährt.

Hingegen verändert sich der arithmetische Mittelwert der gleichgerichteten Spannung des maschinenseitigen Stromrichters 9, da er der bei der Phasenvertauschung auftretenden Verände rung der Amplitude des in der Ständerwicklung induzierten Drehspannungssystems direkt proportional ist. Die Proportio nalitätskonstante ist ein Kennwert der Schaltung des maschi nenseitigen Stromrichters 9, der bei der in Fig. 1 dargestell ten Drehstombrückenschaltung den Wert hat. Damit kann die Veränderung des arithmetischen Mittelwerts der gleichge richteten Spannung des maschinenseitigen Stromrichters 9, welche eine Veränderung des Stromes in der Glättungsdrossel 10 einleitet, als bekannt vorausgesetzt werden. Dieser Verände rung des Stromes durch die Glättungsdrossel 10 wird durch die bei Drehfelderregten Stromrichtermotoren üblicherweise vorhan denen Regelsysteme entgegengewirkt, nämlich entweder direkt durch einen Regler für den Strom durch die Glättungsdrossel oder durch einen übergeordneten Regler, zum Beispiel einen Regler für die Drehzahl. Besonders vorteilhaft ist es, der durch den Kennlinienwechsel eingeleiteten Veränderung des Stromes durch die Glättungsdrossel 10 im Wege einer sogenann ten Störgrößenaufschaltung entgegenzuwirken. Durch eine solche Störgrößenaufschaltung muß der arithmetische Mittelwert der gleichgerichteten Spannung des netzseitigen Stromrichters 8 um die mit -1 multiplizierte Veränderung des arithmetischen Mittelwertes der gleichgerichteten Spannung des maschinen seitigen Stromrichters 9 verstellt werden. Diese Verstellung kann über eine entsprechende Veränderung des Zündverzögerungs winkels des netzseitigen Stromrichters 8 ohne weiteres vorge nommen werden.

Bei der Kennlinie I kann der positive Drehzahlbereich als ge gensynchroner Betriebsbereich, der Drehzahlbereich zwischen der Drehzahl 0 und -f₀/p als untersynchroner Betriebsbereich und der Bereich mit Drehzahlen, die kleiner als -f₀/p sind, als übersynchroner Betriebsbereich bezeichnet werden. Bei der Kennlinie II umfaßt der gegensynchrone Bereich die Drehzahlen n<0 und der übersynchrone Bereich die Drehzahlen n<f₀/p. Dazwischen liegt der untersynchrone Bereich. Dementsprechend sind die Abschnitte der Kennlinien I und II in Fig. 4 gekenn zeichnet.

Soll beispielsweise die Drehzahl des Stromrichtermotors 1 von großen positiven Werten über 0 zu großen negativen Werten hin verändert werden, und erfolgt der Betrieb zunächst gemäß der Kennlinie I, dann kann man, wie Fig. 5 zeigt, auf der Kenn linie I bis zu einem negativen Wert der Drehzahl bleiben, der noch außerhalb des kritischen Drehzahlbereiches um den Wert -f₀/p liegt. Bei dieser Drehzahl erfolgt der Übergang auf die Kennlinie II, auf der dann der für die Kennlinie I geltende kritische Drehzahlbereich problemlos umfahren werden kann. Dieses Beispiel läßt auch erkennen, daß der Stromrichtermotor 1 sich ohne Einschränkungen als Vier-Quadranten-Antrieb ein setzen läßt.

Ein Kennlinienwechsel ist beispielsweise auch dann vorteil haft, wenn der Stromrichtermotor von 0 auf große positive Drehzahlen beschleunigt werden soll. Wie Fig. 6 zeigt, wird zu Beginn des Hochlaufes die Kennlinie I benutzt. Dabei nimmt die Ständerfrequenz und die Amplitude des in der Ständerwicklung induzierten Drehspannungssystems zu. Infolgedessen werden der Zündverzögerungswinkel des netzseitigen Stromrichters 8 und damit auch die von diesem aufgenommene Steuer-Blindleistung solange kleiner, bis der Wert 0 des Zündverzögerungswinkels erreicht ist. Wird nun auf die Kennlinie II übergewechselt, dann ist bereits der kritische Drehzahlbereich der Kennlinie II überfahren. Durch den Übergang auf die Kennlinie II werden die Ständerfrequenz und die Amplitude des in der Ständerwick lung induzierten Drehspannungssystems erheblich abgesenkt. Bei der nun erfolgenden weiteren Erhöhung der Drehzahl werden er neut der Zündverzögerungswinkel des netzseitigen Stromrichters 8 und damit auch die von diesem aufgenommene Steuer-Blind leistung immer kleiner. Der Anlaufvorgang wird deshalb mit kleinstmöglicher Blindleistung ausgeführt, was eine häufige Forderung der Anwender ist. Außerdem werden durch den Übergang auf die Kennlinie II und die damit erfolgende Absenkung der Ständerfrequenz die Eisenverluste im Ständer deutlich redu ziert. Der Übergang von der einen zur anderen Kennlinie kann deshalb auch dazu benutzt werden, um insgesamt die Eisenver luste im Ständer möglichst gering zu halten. Außerdem bewirkt eine Senkung der Ständerfrequenz, daß keine Überdimensionie rung des Zwischenkreisumrichters 4 mehr erforderlich ist. Das Leistungsvermögen des Drehfelderregten Stromrichtermotors 1 wird durch die Herabsetzung der Bemessungsleistung des Zwi schenkreisumrichters 4 nicht beeinträchtigt.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel nur die Schleif ringläufer-Drehstrommaschine durch eine schleifringlose Induk tionsmaschinenkaskade ersetzt. Der Läufer 3 ist dabei in zwei axial versetzte Teile unterteilt, von denen der eine zusammen mit dem Ständer 2 eine erste Teilmaschine und der andere zu sammen mit einem zusätzlichen Ständer 12 eine zweite Teil maschine bildet, die beide mit der halben Polpaarzahl der er setzten Schleifringläufer-Drehstrommaschine ausgeführt sind. An das Drehstromversorgungsnetz 7 ist unter Zwischenschaltung der Phasenvertauschungsvorrichtung 11 die Wicklung des Stän ders 12 der zweiten Teilmaschine angeschlossen.

Bei einer derartigen Ausführungsform des Stromrichtermotors 1 hat die Kennlinie I, welche die Abhängigkeit der Ständerfre quenz f_S von der Drehzahl des Läufers 3 wiedergibt, zusätzlich zu dem kritischen Drehzahlbereich um die Drehzahl -f₀/p herum noch einen kritischen Drehzahlbereich um den Wert -2·f₀/p herum. Entsprechend liegen die kritischen Drehzahlbereiche der Kennlinie II um den Wert +f₀/p und um den Wert +2f₀/p herum, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Eine Vertauschung der Phasenfolge des Drehspannungssystems, an das die Wicklung des Stators 12 der zweiten Teilmaschine angeschlossen ist, also ein Übergang von der einen zur anderen Kennlinie, ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, weshalb alle für das Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 1 erläuterten Vorteile auch für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 gelten.

Beispielsweise kann die Ständerfrequenz möglichst gering ge halten werden, wenn oberhalb einer Drehzahl n_r, die größer ist als die Drehzahl +2·f₀/p die Kennlinie II verwendet wird und ein Betrieb mit der Kennlinie I bei positiven Drehzahlen nur zwischen den Werten 0 und n_r erfolgt. Bei der Drehzahl 0 kann dann beispielsweise wieder auf die Kennlinie II übergewechselt werden, bis ein Wert n₁ der Drehzahl erreicht ist, zwischen dem und der Drehzahl 0 die beiden kritischen Drehzahlbereiche der Kennlinie I liegen. Daher kann bei der Drehzahl n₁ wieder auf die Kennlinie I übergegangen werden.

Bei dem in Fig. 9 dargestellten Beispiel sind im gesamten Drehzahlbereich nur drei Kennlinienwechsel erforderlich. Dafür wird nicht immer die geringstmögliche Ständerfrequenz er reicht. Steht diese Forderung im Vordergrund, dann sind, wie Fig. 10 zeigt, eine größere Anzahl von Kennlinienwechsel not wendig, nämlich je ein Wechsel bei den Drehzahlen n₁ bis n₄, bei der Drehzahl 0 und bei den Drehzahlen -n₁ bis -n₄.

Der Nachteil der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 7, also Drehfelderregter Stromrichtermotoren, bei denen das Er regerdrehspannungssystem durch ein starres Drehstromversor gungsnetz gebildet ist, nämlich die Beschränkung einer Phasen vertauschung zum Zwecke des Kennlinienwechsels auf diejenigen Zeitpunkte, zu denen eine der Komponenten des Raumzeigers der Erregerflußverkettung im erregerfesten Koordinatensystem ein Minimum oder ein Maximum hat, kann in einfacher Weise dadurch überwunden werden, daß das Erregerdrehspannungssystem mittels eines zweiten Wechselrichters 13 erzeugt wird, der im Ausfüh rungsbeispiel ebenso wie der ständerseitige Wechselrichter 9 an einen Gleichspannungszwischenkreis 6 eines Umrichters 14 mit Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist. Letzterer ist wie der Umrichter 4 der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 7 an das Drehstromversorgungsnetz 7 angeschlossen. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf die Ausführungen zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 Bezug genommen, da insoweit Übereinstimmung besteht mit der Ausbildung des Drehfelderregten Stromrichtermotors gemäß Fig. 1.

Der zweite Wechselrichter 13 kann dank seiner steuerbaren elektrischen Ventile auch die Phasenvertauschung bewirken. Die am Ausgang des zweiten Wechselrichters 13 zur Verfügung stehende Erregerfrequenz ist deshalb ±f₀.

Weitere Vorteile der Erzeugung des Erregerspannungssystems mittels eines Wechselrichters bestehen darin, daß die Erregung mit einer anderen Frequenz als der Frequenz des Drehstromver sorgungsnetzes erfolgen kann und daß auch eine Feldschwächung möglich ist.

Die beiden Kennlinien, welche die Abhängigkeit der Ständer frequenz von der Drehzahl wiedergeben, haben ebenso wie die entsprechenden Kennlinien des ersten Ausführungsbeispiels je einen kritischen Drehzahlbereich, welche um die gleichen Drehzahlen herum liegen wie bei dem ersten Ausführungsbei spiel. Würde die Schleifringmaschine durch eine schleifring lose Induktionsmaschinenkaskade mit der halben Polpaarzahl beider Teilmaschinen ersetzt, dann würden die beiden Kenn linien mit denjenigen des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 übereinstimmen.

Zur Erzeugung der Erregung gibt es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 11 prinzipiell zwei Möglichkeiten. Die eine Mög lichkeit besteht darin, die Erregerflußverkettung unmittelbar zu regeln, wie dies beispielsweise in der DE 40 34 520 A1 be schrieben ist. Hier ist die Umkehrung der Erregung, also der Drehrichtung des magnetischen Hauptflusses, durch eine ent sprechende Sollwertvorgabe leicht möglich. Der Istwert des Raumzeigers der Erregerflußverkettung läßt sich nach der Gleichung

bestimmen, wobei - den Raumzeiger der Erregerflußverkettung bezüglich des erregerfesten Koordinatensystems, den Raumzeiger der Erregerspannung, den Raumzeiger des Erregerstromes und R_E den Wicklungswiderstand der Erregerwicklung im einphasigen Ersatzschaltbild des Erregerkreises bedeuten.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, am Ausgang des zweiten, also erregerseitigen Wechselrichters 13 mittels einer Regelung ein Drehspannungssystem zu erzeugen. Hierbei muß aber durch eine geeignete Sollwertvorgabe für das Drehspannungssystem sichergestellt werden, daß unmittelbar ,nach dem Überwechseln zum Beispiel von der Kennlinie I auf die Kennlinie II am Ausgang des zweiten Wechselrichters 13 der Sternspannungsraum zeiger so eingestellt wird, wie dies Fig. 12 zeigt. Des besseren Verständnisses wegen wurde in Fig. 12 der ohmsche Widerstand R_E der Erregerwicklung vernachlässigt (R_E=0). Der unmittelbar nach dem Wechsel gültige Sternspannungsraumzeiger der Erregerspannung muß also in Phasenopposition stehen zu dem unmittelbar vor dem Überwechseln gültigen Sternspannungsraumzeiger der Erregerspannung. Die beiden Raumzeiger der Erregerflußverkettung unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Kennlinienwechsel decken sich und schließen mit den beiden Spannungsraumzeigern einen Winkel von je 90° ein.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösungen und damit aller Ausführungsbeispiele besteht auch darin, daß die Istwerte der Winkellage des Läufers und seiner Drehzahl ohne einen Geber bestimmt werden können, weil sie aus den unmittel bar auf der Ständer- und auf der Erregerseite meßbaren, elek trischen und magnetischen Größen ermittelt werden können, bei denen es sich um reine Wechselgrößen handelt. Der erfindungs gemäße Drehfelderregte Stromrichtermotor kann deshalb als reaktionsschneller, geberfreier Positionierantrieb verwendet werden. Die Positioniergenauigkeit liegt dabei im Bereich von 0,1°.

Für den Lagewinkel p · ϑ gilt die Formel

p · ϑ = ϕ - ε.

Bei dem Winkel ϕ handelt es sich um den Winkel des Raumzeigers der Erregerflußverkettung im statorfesten Koordinatensystem A_a, A_b und A_c (vergl. Fig. 13a). In Fig. 13b ist die Lage des Raumzeigers der Erregerflußverkettung in einem erregerfesten Koordinatensystem A_u, A_v und A_w mit dem Winkel ε dargestellt. Die Ermittlung der zur Bestimmung des Lagewinkels ϑ benötigten Winkel ϕ und ε kann aus den Komponenten der Raumzeiger der Erregerflußverkettung bezüglich des ständerfesten Koordinaten systems und bezüglich des erregerfesten Koordinatensystems er folgen, beispielsweise nach dem Verfahren, das in dem Aufsatz von Boehringer und Voss, erschienen in "Regelungstechnik", 12. Jahrgang (1964), Seiten 264 und 265 beschrieben ist. Hierfür müssen die Beträge der beiden genannten Raumzeiger nicht be kannt sein. Ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Durchfüh rung eines solchen Verfahrens zeigt Fig. 14.

Das vorstehend beschriebene Verfahren kann dahingehend abge wandelt werden, daß man einen Winkel p · ϑ* annimmt. Mit dieser Annahme wird das erregerfeste Koordinatensystem A_u, A_v und A_w in das ständerfeste Koordinatensystem A_a, A_b und A_c transfor miert. Die dann vorliegende Abweichung zwischen den beiden in Rede stehenden Raumzeigern, die in Fig. 15 dargestellt sind, kann dazu benutzt werden, den angenommenen Lagewinkel p· ϑ* mit dem beschriebenen Verfahren solange zu verändern, bis diese Abweichung zu Null wird. Dann gilt: ϑ* = ϑ. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß im Gegensatz zum erstgenannten Verfahren nur ein einziger Winkel bestimmt werden muß. Dafür muß allerdings die Transformation des Koordinatensystems A_u, A_v und A_w in das Koordinatensystem A_a, A_b und A_c durchgeführt werden.

Zu einer Bestimmung eines Winkels α mittels der Schaltung gemäß Fig. 14 ist die Kenntnis von sinα und cosα notwendig. Der Winkel α* wird zunächst willkürlich angenommen. Hinter dem Summationspunkt ergibt sich bei der dargestellten Anordnung sinα·cosα* - cosα·sinα = sin(α-α). Je nachdem, ob dieser Ausdruck größer oder kleiner null ist, wird der Zähler hoch oder herunter gezählt und damit α* solange beeinflußt, bis α=α* ist.

Im vorliegenden Anwendungsfall wird dieses Verfahren dazu be nutzt, die Winkel ϕ und ε zu ermitteln. Die Werte für sinϕ und cosϕ bzw. sinε und cosε ergeben sich, bis auf einen Fak tor, aus zwei beliebig auswählbaren Komponenten des Raum zeigers der Erregerflußverkettung.

Für die Ermittlung der Drehzahl gibt es prinzipiell zwei Mög lichkeiten. Die eine Möglichkeit besteht darin, die Drehzahl durch eine Differentiation des Lagewinkels nach der Zeit zu bestimmen. Einfacher ist die Ermittlung der Drehzahl bei spielsweise aus der Frequenz der Ständerflußverkettung oder der Ständerspannung. Beispielsweise können die Nulldurchgänge der Komponenten des Raumzeigers der Ständerflußverkettung aus gewertet werden. Die Zahl der Nulldurchgänge pro Periode kann durch eine Frequenzvervielfachung erhöht werden, wodurch die Meßgenauigkeit gesteigert werden kann. Die Ermittlung der Drehzahl aus diesen Nulldurchgängen kann dann wie bei den be kannten Verfahren zur Auswertung der Signale von Inkremental gebern ausgeführt werden. Bei kleinen Drehzahlen wird es allerdings in der Regel sinnvoller sein, den Verlauf der analog vorliegenden Meßwerte auszuwerten.

Beim ständerseitigen Umrichter handelt es sich bei den vor stehend beschriebenen Ausführungsbeispielen um einen fremdge führten Umrichter 4 mit Gleichstromzwischenkreis. In neu artiger Weise kann auch ein selbstgeführter Umrichter 14 mit Gleichspannungszwischenkreis eingesetzt werden, mit welchem die Ständerströme sinusförmig eingeprägt werden können.

Die Sollwerte für das Ständerstromsystem lassen sich sehr einfach bilden und damit eine überlagerte Regelung zum Bei spiel für die Drehzahl sehr einfach gestalten. Dies hat zwei Gründe. Zum einen wird der gesamte zur Erregung der Maschine benötigte Blindstrom dem Drehfelderregten Stromrichtermotor über die Erregerwicklung zugeführt. Zum anderen benötigt der auf der Ständerseite verwendete Umrichter 14 mit Gleichspan nungszwischenkreis keine Grundschwingungsblindleistung. Der Ständerstrom kann also ausschließlich zur Bildung des Dreh momentes verwendet werden.

Für die Orientierung des Raumzeigers des Ständerstromes gibt es wie bei einer permanenterregten Synchronmaschine zwei sinnvolle Möglichkeiten. Entweder soll der Ständerstrom aus schließlich momentbildend wirken. Dann muß der Raumzeiger des Ständerstromes senkrecht zum Raumzeiger der Erregerflußverket tung bezüglich des ständerfesten Koordinatensystems stehen, wodurch sich ein extrem reaktionsschneller Positionierantrieb realisieren läßt. Oder es soll dem Ständer nur Wirkleistung zugeführt werden. Dann muß der Raumzeiger des Ständerstromes senkrecht auf dem Raumzeiger der Ständerflußverkettung stehen.

Während des Umschaltens von einer Kennlinie auf die andere ändert sich die Amplitude des im Ständer induzierten Drehspan nungssystems. Die Größe dieser Änderung ist der Änderung der Ständerfrequenz proportional und damit bekannt. Da die Ände rung der Amplitude für den Stromregelkreis wie eine Störgröße wirkt, kann durch Aufschalten dieser Störgröße der Stromregel kreis dynamisch hochwertig gestaltet werden.

In Fig. 16 ist der Regelkreis für die Ständerströme darge stellt. Die Maschine wird hierzu durch ein Verzögerungsglied 1. Ordnung und die als Störgröße wirksame "innere Spannung"

beschrieben.

Die Amplitude dieser "inneren Spannung" ändert sich bei einer Umkehrung der Phasenfolge auf der Erregerseite des drehfelderregten Stromrichtermotors, da sich dadurch f_s ändert, die anderen Größen aber unverändert bleiben. Das leistungselektronische Stellglied (Stromzwischenkreisumrichter oder Gleichspannungszwischenkreisumrichter) ist als trägheitsloser Leistungsverstärker mit der Verstärkung V_LV dargestellt. Wird die Erregerflußverkettung bezüglich des ständerfesten Koordinatensystems ermittelt, insbesondere für eine Drehzahl- und Lageerfassung, so kann die innere Spannung der Maschine in einfacher Weise elektronisch nachgebildet werden.

Somit kann durch eine Störgrößenaufschaltung bei bekannter Veränderung der Ständerfrequenz f_S das dynamische Verhalten des Stromregelkreises bei einer Umkehrung der Phasenfolge entscheidend verbessert werden.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines p Polpaare aufweisenden und mit oder ohne Schleifringe ausgeführten, Drehfelderregten Stromrichtermotors, der mindestens zwei Drehfeldwicklungen aufweist, von denen die eine als Erregerwicklung und die andere als räumlich feststehende Ständerwicklung dient, mit

- einer Erregerfrequenz f_E, die je nach Phasenfolge des Erregerdrehspannungssystems die Werte +f₀ oder -f₀ annimmt,
- einem magnetischen Hauptfluß, der mit der Frequenz f_E/p relativ zur Erregerwicklung rotiert,
- einer veränderbaren Drehzahl n, die in jener Richtung positiv gezählt wird, in welcher der magnetische Haupt fluß relativ zur Erregerwicklung für f_E = + f₀ rotiert,
- einer Ständerfrequenz f_S, für die sich bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = +f₀ eine erste Kennlinie f_S = p · n+f₀ und bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = -f₀ eine zweite Kennlinie f_S = p·n-f₀ ergibt, wobei kritische Drehzahlen, bei denen die Ständerspannung sehr kleine Werte annimmt, vermieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß für einen Betrieb mit einer Drehzahl, die in einem kritischen Drehzahlbereich der einen Kennlinie liegt, die andere Kennlinie gewählt wird und daß für einen Wechsel von einem Betrieb auf der einen zu einem Betrieb auf der anderen Kennlinie die Drehrichtung des magnetischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung durch eine Änderung der Phasenfolge des Erregerdrehspannungs systems während des Betriebs umgekehrt wird.

2. Verfahren zum Betreiben eines p Polpaare aufweisenden und mit oder ohne Schleifringe ausgeführten, Drehfelderregten Stromrichtermotors, der mindestens zwei Drehfeldwicklungen aufweist, von denen die eine als Erregerwicklung und die andere als räumlich feststehende Ständerwicklung dient, mit

- einer Erregerfrequenz f_E, die je nach Phasenfolge des Erregerdrehspannungssystems die Werte +f₀ oder -f₀ annimmt,
- einem magnetischen Hauptfluß, der mit der Frequenz f_E/p relativ zur Erregerwicklung rotiert,
- einer veränderbaren Drehzahl n, die in jener Richtung positiv gezählt wird, in welcher der magnetische Haupt fluß relativ zur Erregerwicklung für f_E = + f₀ rotiert,
- einer Ständerfrequenz f_S, für die sich bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = + f₀ eine erste Kennlinie f_S = p·n+f₀ und bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = -f₀ eine zweite Kennlinie f_S = p·n-f₀ ergibt, wobei kritische Drehzahlen, bei denen die Ständerspannung sehr kleine Werte annimmt, vermieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerdrehspannungssystem mittels eines vorzugsweise hochfrequent getakteten Wechsel richters erzeugt und/oder die Erregerflußverkettung der Maschine mittels des Wechselrichters geregelt wird.

3. Verfahren zum Betreiben eines p Polpaare aufweisenden und mit oder ohne Schleifringe ausgeführten, Drehfelderregten Stromrichtermotors, der mindestens zwei Drehfeldwicklungen aufweist, von denen die eine als Erregerwicklung und die andere als räumlich feststehende Ständerwicklung dient, mit

- einer Erregerfrequenz f_E, die je nach Phasenfolge des Erregerdrehspannungssystems die Werte +f₀ oder -f₀ annimmt,
- einem magnetischen Hauptfluß, der mit der Frequenz f_E/p relativ zur Erregerwicklung rotiert,
- einer veränderbaren Drehzahl n, die in jener Richtung positiv gezählt wird, in welcher der magnetische Haupt fluß relativ zur Erregerwicklung für f_E = + f₀ rotiert,
- einer Ständerfrequenz f_S, für die sich bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = +f₀ eine erste Kennlinie f_S = p·n+f₀ und bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = -f₀ eine zweite Kennlinie f_S = p n-f₀ ergibt, wobei kritische Drehzahlen, bei denen die Ständerspannung sehr kleine Werte annimmt, vermieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ständerwicklung spei sende Drehstromsystem mittels eines Umrichters mit Gleich spannungszwischenkreis eingeprägt wird.

4. Verfahren zum Betreiben eines p Polpaare aufweisenden und mit oder ohne Schleifringe ausgeführten, Drehfelderregten Stromrichtermotors, der mindestens zwei Drehfeldwicklungen aufweist, von denen die eine als Erregerwicklung und die andere als räumlich feststehende Ständerwicklung dient, mit

- einer Erregerfrequenz f_E, die je nach Phasenfolge des Erregerdrehspannungssystems die Werte +f₀ oder -f₀ annimmt,
- einem magnetischen Hauptfluß, der mit der Frequenz f_E/p relativ zur Erregerwicklung rotiert,
- einer veränderbaren Drehzahl n, die in jener Richtung positiv gezählt wird, in welcher der magnetische Haupt fluß relativ zur Erregerwicklung für f_E = + f₀ rotiert,
- einer Ständerfrequenz f_S, für die sich bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = + f₀ eine erste Kennlinie f_S = p·n+f₀ und bei einer Wahl der Erregerfrequenz f_E = -f₀ eine zweite Kennlinie f_S = p·n-f₀ ergibt, wobei kritische Drehzahlen, bei denen die Ständerspannung sehr kleine Werte annimmt, vermieden werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Wert des Lagewinkels des Läufers ohne Geber auf rein elektrischem Weg aus dem Vergleich der Phasenlagen des Raumzeigers einer elektri schen oder magnetischen Größe der Maschine bezüglich des ständerfesten Koordinatensystems einerseits und bezüglich des erregerfesten Koordinatensystems andererseits ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß für einen Betrieb mit einer Drehzahl, die in einem kritischen Drehzahlbereich der einen Kenn linie liegt, die andere Kennlinie gewählt wird, und daß für einen Wechsel von einem Betrieb auf der einen zu einem Betrieb auf der anderen Kennlinie die Drehrichtung des magnetischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung durch eine Änderung der Phasenfolge des Erregerdrehspan nungssystems während des Betriebs umgekehrt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregerdrehspannungssystem mittels eines vorzugsweise hochfrequent getakteten Wechselrichters erzeugt und/oder die Erregerflußverkettung der Maschine mittels des Wechselrichters geregelt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ständerwicklung speisende Drehstromsystem mittels eines Umrichters mit Gleichspan nungszwischenkreis eingeprägt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ist-Wert des Lagewinkels des Läufers ohne Geber auf rein elektrischem Weg aus dem Vergleich der Phasenlagen des Raumzeigers einer elektrischen oder magne tischen Größe der Maschine bezüglich des ständerfesten Koordinatensystems einerseits und bezüglich des erreger festen Koordinatensystems andererseits ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß bei einer Änderung der Drehzahl in einen der kritischen Drehzahlbereiche hinein oder durch ihn hin durch spätestens beim Erreichen dieses kritischen Dreh zahlbereichs auf die jeweils andere Kennlinie übergewech selt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest in einem Bereich der wählbaren Drehzahlen diejenige Drehrichtung des magnetischen Haupt flusses relativ zur Erregerwicklung und damit diejenige der beiden Kennlinien gewählt wird, welche die geringere Ständerfrequenz ergibt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest in einem Bereich der wählbaren Drehzahlen diejenige Drehrichtung des magnetischen Haupt flusses relativ zur Erregerwicklung und damit diejenige der beiden Kennlinien gewählt wird, welche die geringere Blindleistungsaufnahme des Antriebs ergibt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Drehstrom versorgungsnetzes zur Erregung des Drehfelderregten Strom richtermotors die Phasenfolge des Erregerdrehspannungs systems durch die Vertauschung zweier Verbindungen zwi schen der Erregerwicklung und dem Drehstromversorgungsnetz umgekehrt wird, und daß die Umkehr der Phasenfolge nur in nerhalb von einem der Zeitintervalle vorgenommen wird, in welchen der Betrag derjenigen Komponente des Raumzeigers der Erregerflußverkettung im erregerseitigen Koordinaten system, welche jener Verbindung zwischen der Erregerwick lung und dem Drehstromversorgungsnetz zugeordnet ist, die durch die Umkehrung der Phasenfolge nicht geändert wird, einen seiner Maximalwerte durchläuft.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Zündverzöge rungswinkels des maschinenseitigen Stromrichters während der Umkehrung der Drehrichtung des magnetischen Haupt flusses relativ zur Erregerwicklung ein Gate-Steuergerät verwendet wird, welches durch die auf die Ständerseite transformierte Erregerflußverkettung des Drehfelderregten Stromrichtermotors geführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß die Umkehrung der Phasenfolge des Erregerdrehspannungssystems zu einem beliebigen Zeit punkt erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß die Drehfelderregung mit wähl barer Frequenz erfolgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß am Ausgang des erregerseitigen Wechselrichters mittels einer Regelung ein Drehspannungs system erzeugt und durch eine Sollwertvorgabe für dieses Drehspannungssystem die Drehrichtung des magnetischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung umgekehrt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 5 bis 16, da durch gekennzeichnet, daß die Erregerflußverkettung direkt oder mittelbar geregelt und die Umkehrung der Drehrichtung des magnetischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung durch eine entsprechende Sollwertvorgabe bewirkt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß während der Umkehrung der Drehrichtung des magnetischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung die Ströme in der Ständerwicklung eingeprägt werden, und daß die Sollwertvorgabe direkt oder indirekt über einen übergeordneten Regelkreis, vorzugsweise über den Regel kreis für die Drehzahl n des Motors, erfolgt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge kennzeichnet, daß einer Änderung der Ströme in der Stän derwicklung während der Umkehrung der Drehrichtung des magnetischen Hauptflusses relativ zur Erregerwicklung durch die Aufschaltung eines zur Änderung der in der Stän derwicklung induzierten Spannung proportionalen Signals auf das Stellglied für die Ströme in der Ständerwicklung entgegengewirkt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, daß ein erster Winkel, den der Raumzeiger einer elektrischen oder magnetischen Größe der Maschine bezüglich des ständerfesten Koordinatensystems mit der Bezugsachse dieses Koordinatensystems einschließt, ge bildet wird, und daß ein zweiter Winkel, den der Raum zeiger derselben elektrischen oder magnetischen Größe der Maschine bezüglich des erregerfesten Koordinatensystems mit der Bezugsachse dieses Koordinatensystems einschließt, gebildet wird, und daß der Ist-Wert des Lagewinkels des Läufers aus der Differenz dieser beiden Winkel ermittelt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19 mit einem erregerfesten und einem ständerfesten Koordinatensystem, dadurch gekennzeichnet, daß das eine der beiden Koordina tensysteme in das andere der beiden Koordinatensysteme derart transformiert wird, daß der Raumzeiger einer elek trischen oder magnetischen Größe der Maschine bezüglich des einen, transformierten Koordinatensystems mit dem Raumzeiger derselben elektrischen oder magnetischen Größe der Maschine bezüglich des anderen Koordinatensystems in Phase ist, und daß der Ist-Wert des Lagewinkels aus jenem Winkel ermittelt wird, den die Bezugsachse des einen, transformierten Koordinatensystems mit der Bezugsachse des anderen Koordinatensystems einschließt.

22. Verfahren nach Anspruch 21 mit einem erregerfesten und einem ständerfesten Koordinatensystem, dadurch gekenn zeichnet, daß mit einer angenommenen Größe des Lagewinkels des Läufers das eine der beiden Koordinatensysteme in das andere der beiden Koordinatensysteme transformiert wird, und daß der Wert der angenommenen Größe des Lagewinkels des Läufers solange verändert wird, bis der Raumzeiger einer elektrischen oder magnetischen Größe der Maschine bezüglich des einen, transformierten Koordinatensystems mit dem Raumzeiger derselben elektrischen oder magneti schen Größe der Maschine bezüglich des anderen Koordina tensystems in Phase ist, und daß dann der Ist-Wert des Lagewinkels des Läufers gleich dem Wert der angenommenen Größe des Lagewinkels des Läufers ist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch ge kennzeichnet, daß der Ist-Wert der Drehzahl durch eine Differentiation des Ist-Wertes des Lagewinkels nach der Zeit oder aus der Frequenz einer Spannung oder einer magnetischen Größe auf der Ständerseite ermittelt wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 5 bis 23, da durch gekennzeichnet, daß die Ständerströme durch eine Regelung sinusförmig eingeprägt werden.

25. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11,13) zur Änderung der Phasenfolge des von der Erregerdrehspan nungsquelle (7, 13) zur Verfügung gestellten Drehspannungs systems.

26. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregerein richtung ein zweiter Wechselrichter (13) vorgesehen ist.

27. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (9), an den die Ständerwicklung angeschlossen ist, Teil eines Umrichters (14) mit Gleichspannungszwischenkreis ist.

28. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Netzwerk, das den Ist-Wert des Lagewinkels des Läufers aus den an der Maschine meßbaren elektrischen und/oder magnetischen Größen bestimmt.

29. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11,13) zur Änderung der Phasenfolge des von der Erregerdrehspannungsquelle (7,13) zur Verfügung gestellten Drehspannungssystems.

30. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 25, 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß als Erregereinrichtung ein zweiter Wechselrichter (13) vorgesehen ist.

31. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 25, 26 oder 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter (9), an den die Ständerwicklung angeschlossen ist, Teil eines Umrichters (14) mit Gleichspannungszwischenkreis ist.

32. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, gekennzeichnet durch ein Netzwerk, das den Ist-Wert des Lagewinkels des Läufers aus den an der Maschine meßbaren, elektrischen und/oder magnetischen Größen ermittelt.

33. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung der Phasenfolge ein eingangsseitig direkt am Netz liegen der Phasenfolgetauscher (11) ist.

34. Schaltungsanordnung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeich net, daß der Phasenfolgetauscher (11) für eine Vertau schung von zwei Phasen ausgebildet ist und vier bidirek tionale, ein- und ausschaltbare elektronische Schalter (20) aufweist.

35. Schaltungsanordnung nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch ein die bidirektionalen, ein- und ausschaltbaren elektro nischen Schalter (20) überbrückendes Überspannungsbegren zungsnetzwerk (23, 24).

36. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wechselrichter (13) Teil eines direkt an das Netz angeschlossenen Umrichters mit Gleichspannungszwischenkreis ist.

37. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wechselrichter (13) an denselben Gleichspannungszwischenkreis wie der erste Wechselrichter (9) angeschlossen ist.

38. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der ständerseitige Umrichter (14) mit Gleichspannungszwischenkreis als rückspeise fähiger Umrichter ausgebildet ist.

39. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichtermotor als schleifringlose Induktionsmaschinenkaskade ausgebildet ist.