DE69318126T3

DE69318126T3 - Optimale Versorgung eines Elektromotors

Info

Publication number: DE69318126T3
Application number: DE69318126T
Authority: DE
Inventors: Sylvain Benoit; Francis Bidaud; Adolf Huber; Gerard Morizot; Jacques Plisson; Harald Roth
Original assignee: Tecumseh Europe SA
Current assignee: Tecumseh Europe SA
Priority date: 1992-12-30
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 2001-08-16
Anticipated expiration: 2013-12-30
Also published as: US5767652A; ES2115039T3; FR2700080B1; FR2700080A1; DK0605328T4; EP0605328A1; ES2115039T5; DE69318126T2; US5548199A; EP0605328B1; EP0605328B2; HK1008968A1; DE69318126D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur optimalen Speisung eines Elektromotors mit Wechselstrom, der von einem statischen Gleichstrom/Wechselstrom- und Wechselstrom/Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler gesteuert wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Das Prinzip der Speisung eines Elektromotors mit Hilfe einer Wechselspannung mit variabler Frequenz oder Amplitude ist bekannt. Man muß eine Gleichspannung so zerhacken, daß man an den Klemmen des Motors eine gewünschte synthetisierte Wellenform erhält, um die Speisespannung des Motors an sein Lastmoment anzupassen. Diese dem Fachmann bekannte Technik wird in dem Werk von Yvon Peers mit dem Titel "Variation de vitesse" beschrieben. Solche Vorrichtungen bestehen im allgemeinen aus einem Frequenzwandler, der durch ein Impulsbreitenmodulationsverfahren gesteuert wird und zwischen der Speisequelle und dem eine Applikation antreibenden Motor liegt.
Um einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad der Einheit aus Steuerung und Motor zu erzielen, ist es bekannt, diesen Steuerprozeß von einem oder mehreren Kontrollparametern abhängig zu machen. Diese Parameter werden von einem Modul verarbeitet, der sie interpretiert und Regelparameter für die Elemente der Vorrichtung ausgehend von Optimierungskriterien und/oder Konvergenzkriterien bildet. Fig. 1 zeigt die verschiedenen Schritte dieses Verfahrens im Überblick. Ausgehend von den physikalischen Größen 11 der Vorrichtung, wie z. B. Strom, Spannung oder Temperatur, werden Kontrollparameter 12 gemessen und dann in Form gebracht (Block 13), mit Sollwerten oder Optimierungs- und/oder Konvergenzkriterien (Block 14) verglichen (Block 15), worauf die Ergebnisse interpretiert werden (Block 16). Daraufhin wird eine Entscheidung (Block 17) über eine eventuelle Veränderung eines der Regelparameter (Block 18) der Vorrichtung getroffen und schließlich die entsprechende Steuerung an die geregelte Vorrichtung (Block 19) gesendet.
Diese Regelung erfolgt im allgemeinen durch eine Veränderung der Frequenz abhängig von den Strömen, die in den Transistoren fließen, und beruht auf einer Beziehung des Typs Um = H(f, P1, P2, ...Pn), in der Um die synthetisierte Spannung an den Klemmen des Motors, f die Frequenz dieser Spannung und P1, P2, ... Pn Kontrollparameter sind. Eine solche Standardbeziehung in den bekannten Vorrichtungen führt oft zu einer übergroßen Speisung des Motors und damit zu einer Überdimensionierung der Bauteile, d. h. zu erhöhten Herstellungskosten. Bestimmte nahezu als Standard geltende Beziehungen ermöglichen eine deutliche Verringerung der Gefahren einer übergroßen Speisung, ohne jedoch diese Nachteile auf zufriedenstellende Weise zu eliminieren.
Ein anderer wesentlicher Nachteil einer solchen Regelung besteht drin, daß diese Parameter durch ebensoviele Meßsonden und über ebensoviele Verbindungsleitungen gemessen werden müssen, wie es Kontrollparameter gibt. Andererseits muß die erfolgte Optimierung Toleranzen der Bauelemente berücksichtigen, wie sie für Kondensatoren, Leistungstransistoren oder die physikalischen Kennwerte des Motors gelten, sowie Streuungen bei der Serienherstellung des Motors und der von diesem angetriebenen Applikationen berücksichtigen. Um alle diese Bedingungen zu berücksichtigen und den Betrieb der Einheit aus Steuerung, Motor und Applikation nicht zu gefährden, erfolgt die Regelung so, daß der Motor ein reales Drehmoment liefert, das größer als das größte Lastmoment im Betriebsbereich ist. Eine solche Regelung erweist sich als unzureichend, da sie keinen optimalen Wirkungsgrad in allen Anwendungsfällen innerhalb des Betriebsbereichs ergibt. Parallel hierzu führen solche Regelungen meist zu sehr hohen Belastungen des Netzes während des Anfahrens. Dies erzeugt einen überflüssigen Energieverbrauch und gefährdet die Einhaltung bestimmter Normen bezüglich der tolerierbaren Störungen im speisenden Netz.
Eine andere bekannte Lösung, die den Bedingungen eines optimalen Wirkungsgrads näherkommt, wird beispielsweise in dem Patent US-A-4 249 120 und der PCT-Patentanmeldung WO-A-87/06403 beschrieben. Diese Druckschriften beschreiben Kontrollsysteme für die Speisung eines Motors ausgehend von einer Gleichrichterbrücke, auf die ein frequenzgesteuerter Gleichstrom/Wechselstromwandler folgt. Bei der Suche nach einem optimalen Betrieb beachtet man den Wert der Phasenverschiebung zwischen der Spannung und dem vom Motor absorbierten Strom oder den Wert des Leistungsfaktors des Motors, was das gleiche bedeutet, und man regelt die Ausgangsspannung des Wandlers so, daß ein gewünschter Wert dieser Phasenverschiebung entsteht.
Andere bekannte Lösungen betreffen adaptative Kontrollsysteme, deren Ziel die Optimierung des globalen Wirkungsgrads einer Einheit aus Motor und Stromversorgung ist, bei der der Motor ausgehend von einer gleichgerichteten Wechselspannung über einen Wechselrichter gespeist wird. Solche Lösungen sind beispielsweise beschrieben in einem Aufsatz "On-Line Efficiency Optimization of a Variable Frequency Induction Motor Drive" von D. S. Kirschen et al., veröffentlicht in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. IA-21, Nº4, Mai/Juni 1985, Seiten 610 bis 615 und einem Aufsatz "An Efficiency-Optimizing Permanent-Magnet Synchronous Motor Drive", von R. S. Colby et al. veröffentlicht in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 24, Nº3, Mai/Juni 1988, Seiten 462 bis 469. Diese Lösungen bestehen darin, eine Optimierung des globalen Wirkungsgrads ausgehend von Parametern zu erzielen, die in Höhe der Stromquelle oder des Eingangs des Wechselrichters entnommen werden, aber sie steuern nicht genau und eng die Speisung am Eingang des Motors.
Die bekannten Vorrichtungen ermöglichen keine Optimierung der Abstimmung zwischen der elektrischen Vorrichtung und dem gesteuerten Motor, bei der zugleich die Erfordernisse der anzutreibenden Applikation befriedigt werden, um eine austauschbare Einheit zu realisieren, die die eventuellen Fabrikationsstreuungen der Elemente der Kette aus Elektronik, Motor und Applikation integriert.
Die vorliegende Erfindung behebt diese Mängel mit Hilfe eines Speiseverfahrens, mit dem die automatische konstante Suche nach dem optimalen an den Motor zu liefernden Wertepaar aus Spannung und Frequenz aufgrund von verschiedenen Stellen der Kontrollparameter auf der aus Steuerung, dem Motor und der Last gebildeten Vorrichtung ermöglicht wird.
Die vorliegende Erfindung besteht in einem optimalen Speiseverfahren für eine induktive Last, die an eine Applikation gekoppelt ist, gemäß der Definition in den Ansprüchen 1 bis 11.
Die vorliegende Erfindung besteht auch aus einer Vorrichtung, die dieses Speiseverfahren implementiert und in den Ansprüchen 12 und folgende definiert ist.
So befindet sich die Einheit in jeder Betriebsphase (Dauerbetrieb, Übergangsbetrieb zwischen zwei Arbeitspunkten, Anfahren, Fluktuationen um einen Arbeitspunkt herum) permanent in einem Zustand entsprechend einem maximalen Wirkungsgrad.
Die unmittelbare Folge davon ist, daß, da die Beschleunigung vollkommen beherrscht wird, die vom Motor absorbierte Leistung angesichts der von der gegebenen Applikation geforderten Leistung einen Minimalwert hat, ebenso wie der Strom, der beim Anfahren aus der Speisequelle gezogen wird.
Dies erlaubt es, die Lebensdauer des Motors zu verlängern und seine Leistungsmerkmale sowie die Lebensdauer der Leistungsbauelemente des Wandlers beizubehalten und die Auswahlkriterien dieser Bauelemente zu optimieren. Die Abstimmung zwischen der Steuerelektronik, dem Motor und der Applikation ist optimiert, und insbesondere erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren die Veränderung der internen Parameter des Systems abhängig von der Zeit und von der Abnutzung der Bauelemente, ohne daß die gesamte Vorrichtung wegen eines schlechteren Wirkungsgrads oder einer Überschreitung der Normen ausgesondert werden müßte.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 wurde bereits beschrieben und zeigt das allgemeine Prinzip einer Kontrollprozedur für die Speisung einer Last.
Fig. 2 zeigt die Optimierung der selbstanpassenden Speisung einer induktiven Last.
Fig. 3a zeigt ein Beispiel des Verlaufs der von einer Last absorbierten Leistung abhängig von Kontrollparametern.
Fig. 3b zeigt die Tabelle der Auswahlmodi der möglichen Kombinationsarten der Verarbeitung von ausgewählten Parameterblöcken.
Fig. 4a zeigt das Flußdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bezüglich des Übergangs von einem Dauerbetrieb zu einem anderen Dauerbetrieb für kleine Veränderungen der Frequenz oder der Spannung an den Klemmen einer Last.
Fig. 4b zeigt ein Flußdiagramm gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bezüglich des Übergangs von einem Dauerbetrieb zu einem anderen Dauerbetrieb für große Veränderungen der Frequenz oder der Spannung an den Klemmen einer Last.
Fig. 5 zeigt den Verlauf der aufeinanderfolgenden Übergangszustände innerhalb des Betriebsbereichs für eine Last.
Fig. 6 zeigt das Anfahren eines Motors durch Verringerung der gelieferten Frequenz.
Fig. 7 zeigt das Anfahren eines Motors durch Erhöhung der gelieferten Frequenz.
Fig. 8 zeigt das Anfahren eines Motors durch Erhöhung der Frequenz und die entsprechenden optimalen Wirkungsgrade.
Fig. 9 zeigt den Verlauf der aufeinanderfolgenden Übergangszustände in Gegenwart von einer Pufferphase innerhalb des Betriebsbereichs.
Fig. 10 zeigt die Erfassung von Kontroll- und Regelparametern in einer bevorzugten Konfiguration.
Fig. 11 zeigt die Stromhüllkurven beim Anfahren abhängig vom ursprünglichen Ladezustand der Kondensatoren.
Fig. 12 zeigt eine bevorzugte statische Frequenzwandlervorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung in Anwendung auf einen Motor beschrieben, aber es versteht sich, daß entsprechend jede Last vom induktiven Typ durch das erfindungsgemäße Verfahren gespeist werden kann, wie z. B. die statischen variablen oder nicht variablen Transformationen oder auch die Transformatoren, die einen oder mehrere elektrische Motoren speisen.
In Fig. 2 ist das allgemeine Prinzipschema der automatischen Optimierung gezeigt. Kontrollparameter 20 werden an der Speisequelle 21 und/oder dem Wandler 22 und/- oder dem Motor 23 gemessen, die den Parameterblöcken B1 bzw. B2 bzw. B3 entsprechen. Diese Blöcke werden dann durch einen Modul 24 vorbearbeitet, der sie auswählt, gewichtet und mittels ODER- und UND-Verknüpfungen kombiniert. Dann werden die erhaltenen Werte mit Sollwerten oder Optimierungs- und/oder Konvergenzkriterien (Block 25) verglichen. Die Ergebnisse werden in Regelparameter 26 übersetzt und an die Steuerungen des Wandlers 22 angelegt. Dieses Prinzip des selbstanpassenden Suchverfahrens bietet die Möglichkeit einer näheren Steuerung der aus den Steuermitteln und dem Motor gebildeten Einheit, was die Möglichkeit eröffnet, die Vorrichtung aus Steuerung und Motoren in mehreren Anwendungsbereichen einzusetzen, da eine Messung der Größen durch Sonden an der Applikation 27 nicht erforderlich ist.
Der Dauerbetrieb der aus der Speisequelle, dem Wandler, dem Motor und der Applikation gebildeten Vorrichtung entspricht einem Arbeitspunkt der Vorrichtung und einem Wert der Spannung Um sowie einem Wert der Frequenz f der dem Motor gelieferten Spannung.
Wie in Fig. 3a zu sehen, haben bestimmte Kontrollparameter (PC) des Motors bei konstanter Frequenz der Motorwelle und konstanter Belastung des Motors eine konkave Form oder besitzen einen Extremwert abhängig von der dem Motor gelieferten Spannung Um. Der Mindestwert der absorbierten Leistung entspricht dem besten Wirkungsgrad des Motors. Der Mindestwert des absorbierten Stroms liegt in der Nähe des höchsten Wirkungsgrads des Motors, wobei der Unterschied auf dem wirksamen Kosinus φ des Motors beruht.
Die Optimierung besteht darin, als Kontrollparameter in den Blöcken B1, B2 und B3 Werte des Stroms bzw. der Leistung der Speisequelle, des Wandlers und des Motors zu berücksichtigen, und unter diesen Werten eine Auswahl zu treffen und sie nach den Regeln der Tabelle in Fig. 3b mit oder ohne Gewichtung zu kombinieren, um die an den Motor gelieferte Spannung Um nachzuregeln. Da gemäß Fig. 3a die Kontrollparameter auf der Ordinatenachse liegen und die Spannung U1 die optimale zu erzielende Spannung und U0 oder U'0 der Wert der Abweichung von Um ist, erfolgt die Nachregelung von Um nach U1 abhängig von der Richtung der Abweichung des oder der Kontrollparameter auf der Kurve ausgehend von den Werten U0 oder U'0. Behält man den absorbierten Strom als Kontrollparameter bei, dann kann man die Veränderungen des Drehmoments aufgrund einer fluktuierenden Last regeln, indem der absorbierte Strom diesen Fluktuationen des Drehmoments entspricht. Wenn die Last um einen Arbeitspunkt herum fluktuiert, weist der absorbierte Strom Verformungen wie z. B. Unsymmetrien zwischen den positiven und negativen Halbwellen auf. Durch Regelung dieser Unsymmetrien durch Nachregelung der Regelparameter des Wandlers kann man das Motormoment an das Widerstandsmoment anpassen und die Vibrationen der Einheit in Grenzen halten.
Im Fall eines Übergangsbetriebs, wie z. B. beim Übergang von einem permanenten Zustand entsprechend einem ersten Arbeitspunkt auf einen zweiten permanenten Zustand entsprechend einem zweiten Arbeitspunkt, falls das Verhalten der Applikation selbst sich ändert oder falls der Benutzer der Vorrichtung dies wünscht, ist es günstig, wenn man die Speisung des Motors nie zu schwach wählt, unabhängig von der gewünschten oder festgestellten Veränderungsrichtung der Arbeitspunkte, da sonst die Gefahr einer Blockierung des Motors besteht. Zwei Fälle können auftreten, je nach den Werten der Veränderung df der Frequenz f und der Veränderung dUm der Spannung Um. Diese Veränderungen der Frequenz df und der Spannung dUm können in einem oder in mehreren Schritten erfolgen.
Ein unter normalen Bedingungen arbeitender Motor wird von einer Spannung Um gespeist, die das Betriebsmoment auf einen Betriebswert bringt, der niedriger als der des Grenzmoments für die Frequenz ist, bei der er arbeitet. Der Abstand dC zwischen dem Betriebsmoment und dem Grenzmoment ergibt sich aus der guten Abstimmung zwischen den internen Definitionsparametern des Motors und dem optimalen Speiseverfahren im Dauerbetrieb gemäß der Erfindung.
Die Veränderung der Frequenz der Speisewelle des Motors durch Anwendung einer Frequenzänderung df > 0 oder df < 0 ohne Veränderung des Werts der dem Motor gelieferten Spannung Um führt zu einer Verringerung bzw. Vergrößerung des Drehmomentunterschieds dc.
Für den Fall df > 0 ist es wichtig, darauf zu achten, daß dC nicht zu klein wird, da sonst die Stabilität des Motors in Gefahr gerät. Dann können zwei Fälle auftreten:
Für ausreichend kleine Werte von df kann man die Frequenz f und die Spannung Um in einer Richtung oder einer beliebigen Reihenfolge variieren lassen, ohne eine unzureichende Speisung des Motors befürchten zu müssen. Dieser erste Fall ist in Fig. 4a gezeigt in Form eines Flußdiagramms des Übergangs von einem Dauerbetrieb 1 entsprechend einer Spannung U1 und einer Frequenz f1 des Motors (Block 41) auf einen anderen Dauerbetrieb 2 entsprechend einer Spannung U2 und einer Frequenz f2 (Block 42). Die Frequenz f1 wird einer Veränderung df (Block 43) unterworfen bis zum Wert f2 gemäß den Sollwerten (Block 44), die entweder vom Benutzer oder durch die selbstanpassende Regelung vorgegeben werden, wenn die Applikation von sich aus Veränderungen unterliegt. Der Wert der Spannung U1 wird um dU verändert, bis zum Wert U2 entsprechend dem optimalen Wert der Spannung (Block 45) des Arbeitspunkts 2 mit den Werten U2 und f2.
Für größere Werte von df entsprechend einem Wert dc, der die Stabilität des Motors gefährden könnte, muß man den größeren Wert auf dUm legen, um nicht Gefahr zu laufen, daß der Motor zu schwach gespeist wird. Die Erhöhung der Frequenz um einen solchen Wert df, ohne vorher dUm zu vergrößern, ergäbe nämlich die Gefahr, daß die Speisung des Motors zu gering wird. Dies ist in Fig. 4b gezeigt. Wenn der Eingangs-Sollwert im Block 404 eine Erhöhung der Frequenz erfordert (df > 0), wird zuerst die Spannung verändert (Block 403) und dann die Frequenz angepaßt (Block 402). Dies wird solange gemacht, bis der gewünschte Wert U2 erreicht ist. Wenn dagegen der Eingangs-Sollwert im Block 404 eine Verringerung der Frequenz fordert (df < 0), führt man zuerst die gewünschte Veränderung df durch und kann dann die Spannung anpassen, ohne daß Gefahr besteht, daß der Motor unterversorgt wird, da er vielmehr während eines kurzen Augenblicks überversorgt wird. Der Zustand des Systems kehrt sehr schnell zum Punkt des höchsten Wirkungsgrads aufgrund des anhand von Fig. 3a beschriebenen Merkmals zurück.
Ein Beispiel für die Anwendung dieser Flußdiagramme ist in Fig. 5 gezeigt. In dieser Figur sieht man den Arbeitsbereich 51 des Motors, der von diskreten Punkten 52 entsprechend den Arbeitspunkten der Vorrichtung gebildet wird (Vereinigungsgröße eines Drehmoments an der Abszisse und der Drehgeschwindigkeit des Motors an der Ordinate), während die Kurve C5 einen beliebigen Verlauf (PM) oder (MP) zeigt, wenn P und M die beiden Dauerbetriebszustände sind, die durch eine Folge von Übergangszuständen gebildet werden, wobei in jedem Punkt die Entwicklung des Systems gemäß einem der oben anhand der Fig. 4a und 4b beschriebenen Flußdiagramme durch selbstanpassende Regelung berücksichtigt wird.
Es gibt einen besonderen Übergangszustand, der beim Anfahren des eine Applikation antreibenden Motors vorliegt. Durch Analogie mit einer anderen induktiven Last, wie beispielsweise den Lasten nach Art eines variablen oder nicht variablen statischen Transformators oder den Transformatoren zur Speisung von elektrischen Motoren entspricht diese Anfahrphase der ersten Inbetriebnahme dieser Last. Ein vom Fachmann beim Anfahren angetroffenes Problem besteht darin, daß die Ströme, die zur Überwindung des Widerstandsmoments absorbiert werden, sehr hohe Werte im Vergleich zu den Werten der in einem Dauerbetrieb absorbierten Ströme oder im Vergleich zu einem Übergangsregime zwischen zwei permanenten Zuständen annehmen können. Diese Spitzen des absorbierten Stroms können das Speisenetz stören und/oder zu einer Überdimensionierung der Bauelemente der Vorrichtung führen. Nach der Überwindung des Anfahrmoments muß der Motor die Drehgeschwindigkeit der Anwendung bis zu einem ersten Arbeitspunkt erhöhen. Es gibt zwei Arten, wie die Beschleunigung des Motors kontrolliert werden kann.
Die erste Art besteht darin, beim Anfahren die Frequenz zu verringern, wie dies beispielsweise für das Anfahren eines asynchronen Motors in Fig. 6 gezeigt ist. Hier sind die Drehmomente auf der Abszisse und die Frequenz der Grundwelle der an den Motor gelieferten Spannung oder die Geschwindigkeit des Motors an der Ordinate aufgetragen. Der Fachmann versteht, daß diese Anfahrtechnik durch Verringerung der Frequenzen nicht auf Motoren anwendbar ist, die keine asynchronen Komponenten enthalten. Zum Zeitpunkt t0 wird dem Motor eine höhere Sollfrequenz f1, als sie dem zu erzielenden Arbeitspunkt entspricht, in Verbindung mit der geeigneten Spannung zugeführt, um das Widerstandsmoment beim Anfahren zu überwinden. Dann wird durch kontinuierliche Regelung der Spannung und der Frequenz letztere progressiv von f1 bis f4 über die Werte f2 und f3 abgesenkt, bis der Wert der Frequenz entsprechend dem ersten Dauerregime oder entsprechend einem sehr nahen Wert erreicht ist. Die Kurve C6 ist die Geschwindigkeits/Drehmoment-Kennlinie einer beliebigen Anwendung dieser Arbeitspunkte und die Kurven C61, C62, C63, C64 sind die Geschwindigkeits/Drehmoment- Kennlinien des Motors. Das zeitliche Veränderungsgesetz des Wertepaares (Um, f) kann abhängig von dem gewünschten Beschleunigungsgesetz gewählt werden.
Die zweite Art besteht darin, beim Start die Frequenz zu erhöhen, wie dies beispielsweise in Fig. 7 für das Anfahren eines Asynchronmotors gezeigt ist. In dieser Figur sind die Drehmomente an der Abszisse und die Frequenz der Grundwelle der Spannung an den Klemmen des Motors oder die Geschwindigkeit des Motors an der Ordinate aufgetragen. Zum Ursprungszeitpunkt t0 gelangt an den Motor eine Spannungswelle der Frequenz f1, die niedriger ist als diejenige, welche dem zu erreichenden Arbeitspunkt entspricht, sowie die entsprechende Spannung, um das Widerstandsmoment beim Anfahren zu überwinden. Durch kontinuierliche Regelung wird die Frequenz über f2 und f3 bis zu f4 erhöht, um den Wert entsprechend dem zu erzielenden ersten Dauerbetrieb zu erreichen. Die Kurve C7 ist die Geschwindigkeits/Drehmoment- Kennlinie einer Applikation und die Kurven C71, C72, C73 und C74 sind die Gesdhwindigkeits/Drehmoment-Kennlinien des Motors. Die Spannung wird in jedem Augenblick durch das erfindungsgemäße Verfahren so angepaßt, daß die Speisung des Motors möglichst genau gewährleistet ist. Dadurch kann man die Leistung, den absorbierten Strom und ggf. die Beschleunigung permanent kontrollieren.
Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich daraus, daß man beim Anfahren die Frequenz erhöht. Dadurch kann der Motor nämlich schneller auf eine höhere Geschwindigkeit als diejenige seines Grenzmoments arbeiten und seine Spannung kann so geregelt werden, daß er in großer Nähe seines optimalen Wirkungsgrads auch während der Beschleunigungsphase arbeitet. Diese Nachregelung kann die beim Anfahren absorbierte Leistung und damit die aus dem Netz und in der Anfahrvorrichtung gezogenen Ströme weiter verringern. Der Höchstwert der gestrichelt in Fig. 8 gezeigten Kurven entspricht dem optimalen Wirkungsgrad des Motors.
Das Ende der Anfahrphase kann auf zwei unterschiedliche Arten entschieden werden:
- Entweder wird eine Zeitdauer mit einem Sicherheitsabstand aufgrund der Kenntnis des Verhaltens und der Streuungen bei der Herstellung der Kennlinien des zu steuernden Prozesses festgelegt,
- oder das Ende der Beschleunigung wird aufgrund des Stroms oder einer äquivalenten physikalischen Größe erfaßt, wenn der vom Motor gezogenen Strom abnimmt.
Nach der Beschleunigungsphase können zwei Fälle in Betracht gezogen werden:
- Das Drehmoment des ersten Arbeitspunkts entspricht dem Drehmoment am Ende der Beschleunigungsphase,
- oder das Drehmoment des ersten Arbeitspunkts unterscheidet sich vom Drehmoment am Ende der Beschleunigungsphase, wie beispielsweise im Fall des Startens einer Pumpe eines Kühlkreislaufs nach der ersten Inbetriebnahme, wenn der Druckunterschied sich mit einer Verzögerung bezüglich des Anfahrzeitpunkts aufbaut, oder beispielsweise im Fall einer verzögerten Einkopplung einer Zentrifugalpumpe, einer Werkzeugmaschine wie z. B. einer Dreh- oder Fräsbank, bei der das Anfahren erfolgt, ehe das Werkzeug eingreift, oder zum Beispiel irgendeiner Vorrichtung, die durch Zentrifugaleffekt wirksam wird.
Wenn das vom Motor gelieferte Drehmoment am Ende der Beschleunigungsphase geringer als das Widerstandsmoment der Last entsprechend einem ersten Arbeitspunkt ist und wenn auf die Speisung nicht auf andere Weise eingewirkt wird, bestünde die Gefahr, daß der Motor sich blockiert, da er wegen der Berücksichtigung der Entwicklung des Zustands des Systems während der Beschleunigungsphase wie oben beschrieben nicht im Übermaß mit Strom versorgt ist. Es gibt zwei Techniken, um dieses Problem zu lösen.
Wenn die Parameter des ersten Arbeitspunkts entsprechend dem Dauerbetrieb bekannt oder vorhersagbar sind, besteht die erste Technik darin, an den Motor unmittelbar die Spannung Um entsprechend diesem Arbeitspunkt am Ende der Beschleunigungsphase anzulegen. Diese Technik kann sowohl in Betracht gezogen werden, wenn die Frequenz erhöht wurde, als auch, wenn die Frequenz verringert wurde, wie dies oben erläutert wurde.
Wenn die Parameter des ersten Arbeitspunkts entsprechend dem Dauerzustand nicht bekannt oder vorhersagbar sind, besteht die zweite Technik darin, eine Pufferphase zwischen der Beschleunigungsphase und der Prozedur der Regelung der Dauerbetriebszustände zu bilden. Da innerhalb des Betriebsbereichs ein Punkt D' im Dauerbetrieb erreicht werden soll, wie in Fig. 9 gezeigt, für den die beschreibenden Parameter unbekannt sind, werden die Parameter entsprechend denen des Punkts D mangels besserem gewählt. Das Drehmoment entsprechend dem Punkt D ist das höchste Drehmoment, das bei der geforderten Drehgeschwindigkeit im Dauerbetrieb erreicht werden kann. Der Motor, an dessen Klemmen die Spannung UmD entsprechend dem Arbeitspunkt D angelegt wird, ist dann während dieser Pufferphase überversorgt, aber die sofort wirksame Intervention des Regelverfahrens der Dauerbetriebszustände gemäß der Erfindung, wie es anhand von Fig. 3a beschrieben wurde, erlaubt es, schnell die richtigen Speisebedingungen des Punktes D' zu erreichen, der der reale Arbeitspunkt der Anwendung und des Motors ist und dem die Spannung UmD' < UmD entspricht. Die Dauer der Überversorgung des Motors ist sehr kurz, unabhängig davon, ob die Frequenz erhöht oder verringert wird. Im allgemeineren Fall der induktiven Lasten, wie sie bei variablen oder nicht variablen statischen Transformatoren vorliegen, oder bei der Speisung von elektrischen Motoren, enthält die erste Inbetriebnahme eine Pufferphase vor der Prozedur der Dauerarbeitszustände. Während dieser Pufferphase wird an diese Lasten eine Spannung entsprechend einem Arbeitspunkt angelegt, deren Leistung die höchste ist, die im Dauerbetrieb erreicht werden kann.
In einer bevorzugen Ausführungsform, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, kann man in den beiden obigen Fällen die Frequenz so festlegen, daß sie am Ende der Beschleunigungsphase möglichst nahe bei der Frequenz fmD' entsprechend dem Punkt D' liegt, so daß die Veränderung aufgrund des Frequenzwechsels vernachlässigbar ist, und zwar unabhängig davon, ob die Frequenz erhöht oder verringert wird.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform besteht darin, nicht den Punkt D als potentiellen Ankunftspunkt zu wählen, sondern einen mit den zeitlichen Beschleunigungserfordernissen besser zu vereinbarenden Punkt. Abhängig von der nach der Beschleunigung zu erreichenden Geschwindigkeit kann jeder auf dem Abschnitt (B, C, D, E, F) liegende Punkt gewählt werden; da dieser Abschnitt die Orte maximaler möglicher Drehmomente abhängig von der Drehgeschwindigkeit definiert. Ein brauchbares Auswahlkriterium kann die Minimisierung der Überversorgung des Motors sein. Um dann den tatsächlichen Arbeitspunkt (Punkt D' in Fig. 9) zu erreichen, verwendet man die oben anhand von Fig. 5 beschriebene Prozedur.
Für die Durchführung der Erfindung bildet eine an die Klemmen des Motors angelegte, besonders geeignete Wellenform für einen hohen Wirkungsgrad des Motors und seiner Speisevorrichtung eine Wechselstromwelle, von der eine Halbperiode eine gleichschenklige Trapezform besitzt und deren Maximalwert während einer Dauer von T/6 gehalten wird, wobei T die Periode der Welle ist. Die Grenzfrequenz während der ansteigenden und abfallenden Flanken der Halbperiode liegt vorzugsweise oberhalb von 10 kHz.
Eine bevorzugte Struktur des statischen Wandlers für die Durchführung der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 12 dargestellt. Diese Struktur ist die Kombination eines aktiven Filters zur Spannungserhöhung und eines Wechselrichterelements zur Absenkung der wirksamen Spannung aus der Sicht des Motors.
Ein solcher statischer Frequenzwandler wird durch ein Element zur Verarbeitung von Kontrollparametern und zur Bildung von Steuerungen 123 gesteuert, an das Sollwerte 1216 angelegt werden. Der Wandler enthält ein aktives Filter 122 an den Klemmen eines Wechselrichtermittels 124 und speist eine Last 125. Ein Gleichrichtermittel nach Art einer Diodenbrücke 121 wird von einer Speisespannung Ue gespeist und liefert eine Gleichspannung Ur an die Klemmen des aktiven Filters 122. Dieses aktive Filter besteht aus einer Induktivität L1 in Reihe mit einer Diode D1, die beide über einen Kondensator Co bzw. einen von dem Element 123 gesteuerten Unterbrecher K5 mit Masse verbunden sind. Dieses aktive Filter 122 liefert eine Spannung E an die Klemmen des Wechselrichters 124, der mindestens eine vollständige Brücke enthält, in der ein Arm zwei Kondensatoren C1 und C2 und der andere Arm zwei Unterbrecher K1 und K2 enthält. Die Last 125 vom Motortyp ist zwischen einerseits den beiden Unterbrechern K1 und K2 und andererseits den beiden Kondensatoren C1 und C2 angeschlossen. Da das Element 123 die Unterbrecher über die Anschlüsse 129 und 1210 steuert und ein Impulsbreitenmodulationsverfahren realisiert, liefert das Wechselrichtermittel 124 an die Klemmen des Motors 125 eine Spannung Um. Diese Spannung Um enthält eine Komponente UmBF, bei der es sich um die Spannung hinsichtlich der niederen Frequenzen handelt. Die Kondensatoren C1 und C2 haben an ihren Klemmen die Spannung V1 bzw. V2. Diese Vorrichtung speist einen einphasigen Motor, sie kann aber auf die Speisung eines mehrphasigen Motors erweitert werden.
Die Blöcke B1 bis B6 sind die Kontrollparameter, die vom Element 123 über Verbindungen 1212 verarbeitet werden und bilden physikalische Größen, die in Höhe der Speisequelle Ue, bzw. in Höhe des Ausgangs der Gleichrichtermittel 121, des aktiven Filters 122, des Wechselrichtermittels 124 und/oder des Motors 125 gemessen werden. Diese physikalischen meßbaren Größen können Spannungen, Ströme, Leistungen, Temperaturen, Verschiebungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Drücke, magnetische Felder und/oder elektrische Felder sein. Vorzugsweise ist ein Kontrollparameter ein Wert, der ein Bild für die Verformung dUmBF der Spannung UmBF an den Klemmen des Motors darstellt.
Aufgrund dieser Struktur kann das aktive Filter 122 so gesteuert werden, daß es sich wie eine Spannungserhöhungsschaltung verhält, und das Wechselrichterelement 124 kann so gesteuert werden, daß der Magnetfluß des Motors 125 sich verhält, als würde das Wechselrichterelement 124 als Spannungsabsenker wirken.
Unter den zahlreichen Vorzügen dieser Struktur sind manche besonders interessant, wie z. B. die Tatsache, daß diese Struktur das Netz nicht stört, daß sie völlig gegen Fluktuationen der Speisequelle Ue des Wandlers unempfindlich ist und als Regelparameter außer den verschiedenen meßbaren physikalischen Größen, die oben erwähnt sind, den Schwingungsgrad der Spannung an den Klemmen der Kondensatoren des Wechselrichterelements bietet, der ein Bild für die Schwankungen des Widerstandsmoments einer fluktuierenden Last liefert.
Die Regelparameter ihrerseits können von der Schließdauer ton des Unterbrechers K5 des aktiven Filters gebildet werden, um die Gleichspannung E an den Klemmen des Wechselrichterelements einzustellen, sowie der wirksame Anteil %Um von E aus der Sicht des Motors aufgrund des Impulsbreiten- Modulationsverfahrens zur Nachregelung der Unterbrecher des Wechselrichterelements.
Fig. 10 zeigt die Lokalisierung der Kontroll- und Regelparameter im Fall einer Wandlerstruktur, wie sie oben beschrieben wurde.
Aufgrund einer solchen Vorrichtung bedeutet im Fall der Dauerbetriebszustände eine Einstellung der Spannung an den Klemmen des Motors ausgehend von der konkaven Kennlinienform des Stroms und der vom Motor absorbierten Leistung, wie in Fig. 3a gezeigt, eine Einstellung der Gleichspannung E und des wirksamen Anteils %Um abhängig von der Variationsrichtung der gewählten Kontrollparameaer PC. Es gibt eine nahezu unbeschränkte Auswahl für E und für %Um, die zu einer gleichen Spannung UmBF an den Klemmen des Motors führt, da man entweder eine höhere Spannung E stärker oder eine geringere Spannung E weniger stark zerhacken kann. Die Wahl erfolgt durch Berücksichtigung von zwei Kriterien, nämlich dem Verformungsgrad der Spannung an den Klemmen des Motors und der Minimisierung der Verluste in den Leistungselementen des Wandlers entsprechend einem Minimalwert von E.
Bei Übergangszuständen ermöglicht eine solche Wandlerstruktur unabhängig von der Kompensation der Fluktuation der Applikation eine Erhöhung von E mit nachfolgender Nachregelung von %Um, so daß die erforderliche Flexibilität geboten wird, um die Übergangszustände von einem Arbeitspunkt zu einem anderen zu verfolgen und dabei stets eine optimale Spannung an den Motor zu liefern. Die Optimierung von E kann langsamer gemäß dem Ablauf des Prozesses oder bei der Rückkehr zu einem neuen Dauerbetriebszustand erfolgen.
Andererseits erlaubt eine solche Struktur im Fall des Anfahrens des Motors im Zeitpunkt t = 0 des effektiven Starts des Motors ab diesem Zeitpunkt die für die Überwindung des Anfahrwiderstandsmoments erforderliche Spannung UmBF zu liefern, indem die Kondensatoren C1 und C2 des Wechselrichterelements bis zum gewünschten Wert E vorgeladen werden, unabhängig vom Zustand der Speisequelle, und zwar entweder durch die alleinige Wirkung des Unterbrechers K5 der Spannungserhöhungsschaltung 122, während die Unterbrecher K1 und K2 des Wechselrichterelements 124 offengehalten werden, oder durch kombinierte Wirkung von K5 und von K1 und K2, die durch die Impulsbreitenmodulationsprozedur so gesteuert werden, daß dem Motor eine Welle mit dem zyklischen Schaltverhältnis 1/2 geliefert wird. Der Motor bleibt dann im Stillstand, da er sich so verhält, als würde er eine Spannung UmBF = 0 sehen. Es genügt dann, den Wert %Um zu verändern, um eines der oben beschriebenen Veränderungsgesetze zu respektieren. Dieses Merkmal kann analog auf alle Lasten mit induktivem Charakter erstreckt werden und erlaubt es, den Strom und/oder die Leistung zu liefern, die für die erste Inbetriebnahme der Last erforderlich sind.
Ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie eine Wiederholbarkeit des Anfahrvorgangs unter optimalen Bedingungen gewährleistet, da unabhängig vom Zustand der Speisequelle die an den Motor gelieferte Spannung gewährleistet ist und die aus dem Netz gezogenen Ströme somit einen Mindestwert haben.
Fig. 11 zeigt das Prinzip des Anfahrens A und der gezogenen Ströme, um zum Dauerbetrieb B zu gelangen. Wenn die ursprünglichen Ladebedingungen der Kondensatoren C1 und C2 nach dem obigen Prinzip erfüllt wurden, hat die Anfahrzeit den Wert dt1 und die Kurve C111 bildet die Hüllkurve des gezogenen augenblicklichen Stroms Imeff. Wenn diese Ursprungsbedingungen nicht vorliegen, erhöhen sich die effektiven Ströme I1eff, Imeff und I2eff. Mit ihnen steigt auch die Zeit dt1 für das Anfahren und wird dt2.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin liegen, daß man mit der mindestnotwendigen Spannung E an den Klemmen der Kondensatoren C1 und C2 anfahren kann, um die Belastung der Leistungsschalter des Wechselrichterelements zu begrenzen. Andererseits läßt sich durch das erfindungsgemäße Vorgehen eine überflüssige Vergrößerung der Werte von C1 und C2 nur für die Anfahrphase umgehen. Wenn das Anfahren durch Erhöhung der Frequenz erfolgt, können nämlich die ersten verwendeten Frequenzen große Veränderungen dV an den Klemmen der Kondensatoren C1 und C2 hervorrufen.
Die an die Kondensatoren C1 und C2 gelieferte Energie unterliegt unmittelbar den Schwankungen des gleichgerichteten Netzes, und ein einfaches Mittel, um diesen Effekt zu beherrschen, besteht in der Synchronisierung der Steuerung der Unterbrecher des Wechselrichterelements derart, daß bei der Grundfrequenz der Motorspannung die maximale Energie von den Kondensatoren in den Zeitphasen gefordert wird, in denen das Netz einen hohen Wert hat, was bedeutet, daß die Kondensatoren C1 und C2 beim Anfahren optimal genutzt werden. Das zweite Verfahren im Fall eines Anfahrens durch Verringerung der Frequenz ermöglicht es, die Kondensatoren C1 und C2 unter Bedingungen arbeiten zu lassen, bei denen die Veränderung dV der Spannung an ihren Klemmen in Grenzen bleibt. Man kann dann aufgrund der kombinierten Wirkung der Spannungserhöhungs- und Spannungsabsenkungsfunktionen die Spannung E für eine gleiche an den Motor zu liefernde Spannung Um verringern, wobei die Veränderung dV an den Kondensatoren C1 und C2 geringer ist.
Wenn ein Drehmomentunterschied zwischen dem Ende der Beschleunigungsphase und dem ersten Dauerbetriebszustand vorliegt, ermöglicht die vorliegende Erfindung eine große Flexibilität der Nachführung ohne Störung der Speisequelle, und zwar auch, wenn das vom Motor geforderte Drehmoment nach der Überwindung der Trägheitskräfte unbekannt ist.
Es ist möglich, so vorzugehen, daß E einen ausreichend großen Wert hat, um den Motor aauch unter den ungünstigsten Bedingungen des Betriebsbereichs, wie in Fig. 9 gezeigt, arbeiten zu lassen. Außerdem kann in der Beschleunigungsphase %Um auf den Wert entsprechend dem gewählten Punkt festgelegt werden, der dem höchsten Drehmoment am Rand des Betriebsbereichs entspricht. Dann ergibt die nahezu augenblickliche Nachregelung von %Um mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine optimale Spannung Um bei Dauerbetriebszuständen eine Verringerung der Zeit, während der der Motor im Übermaß gespeist wird.
Das optimale Speiseverfahren sowie die dieses Verfahren implementierende Vorrichtung gemäß der Erfindung lassen sich auf alle Arten von indukitiven Lasten anwenden, derart, daß das Verhältnis aus der von ihnen gelieferten Leistung und der von ihnen absorbierten Leistung bei einer gegebenen Frequenz einen Höchstwert abhängig von der Spannung UmBF hat, die der Last geliefert wird, wie beispielsweise auf asynchrone, synchrone, synchronisierte asynchrone Wechselstrom-Elektromotoren mit oder ohne einem variablen Reluktanzbeitrag, einphasig oder mehrphasig, und aufgrund der Analogie mit den erwähnten elektrischen Motoren auf die variablen oder nicht variablen statischen Transformatoren oder auch die Transformatoren zur Speisung von elektrischen Motoren.

Claims

1. Verfahren zur optimalen Speisung einer Last (23; 125) induktiven Charakters, die an eine Applikation (27) gekoppelt ist, wobei diese Last (23; 125) von einem statischen Wandler (122, 124) gesteuert wird, der durch einen elektronischen Modul (123) gesteuert wird und die elektronische Steuervorrichtung für die Last bildet, wobei der Wandler einen von einem aktiven Filter (122) gespeisten Wechselrichter (124) enthält, wobei das Verfahren darin besteht, Kontrollparameter (PC) an der Last, dem statischen Wandler oder einer Speisestromquelle (21) zu messen, dann eine Verknüpfung und/oder Gewichtung der Kontrollparameter durchzuführen und daraus Regelparameter für die Speisung ausgehend von vorbestimmten Kriterien abzuleiten, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

- Ableitung der Richtung der Veränderung um einen Extremwert herum entsprechend einer von der Last (23; 125) absorbierten Mindestleistung ausgehend von einem oder mehreren der gewichteten und/oder verknüpften Kontrollparameter;

- Bestimmung der Regelparameter ausgehend von dieser Richtung der Veränderung derart, daß in jedem Augenblick

- eine Regelung der von dem aktiven Filter gelieferten Spannung (E) größer oder gleich dem Spitzenwert der Spannung der Stromquelle (21) auf einen Wert gesteuert wird, der abhängig vom Verformungsgrad der Spannung an den Klemmen des Motors und der Minimierung der Verluste in den Leistungsbauelementen des Wandlers entsprechend der minimalen Gleichspannung (E) gewählt wird,

- und eine Regelung des Teils der als Lastspannung (Um) vom Wechselrichter an die Last gelieferten Gleichspannung (E) so gesteuert wird, daß die Lastspannung (Um) die von der Last aufgenommene Leistung minimisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrphase bis zum ersten Dauerbetriebszustand durch Erhöhung (df) der Frequenz der an die Last gelieferten Spannung (Um) in einem oder mehreren Schritten erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von einem Arbeitspunkt (U1, f1) zu einem anderen Arbeitspunkt (U2, f2) durch Weisung des Benutzers (1216) mittels Veränderung (df) der Frequenz der Spannung (Um) und dann mittels Veränderung (dU) der Spannung erfolgt, wenn die Veränderung der Frequenz (df) negativ ist, sowie durch Veränderung (du) der Spannung und dann durch Veränderung (df) der Frequenz, wenn die Veränderung der Frequenz (df) positiv ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von einem Arbeitspunkt (U1, f1) zu einem anderen Arbeitspunkt (U2, f2) aufgrund der Weisungen durch den Benutzer (1216) ohne Präferenzreihenfolge zwischen der Veränderung (df) der Frequenz und der Veränderung (dU) der Spannung erfolgt, wenn die Veränderung der Frequenz (df) positiv und betragsmäßig gering ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von einem Arbeitspunkt (U1, f1) auf einen anderen Arbeitspunkt (U2, f2) aufgrund der Veränderung der Applikation (27) selbst erfolgt.

6. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfahrphase bis zum ersten Dauerbetriebszustand durch Verringerung (df) der Frequenz der Spannung (Um) in einem oder in mehreren Schritten erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidung über das Ende der Anfahrphase getroffen wird, wenn der Strom durch die Last (23, 125) abnimmt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Last einen induktiven Charakter besitzt und ein variabler oder nicht variabler statischer Transformator oder auch ein Transformator ist, der einen oder mehrere elektrische Motoren speist, die erste Inbetriebnahme eine Pufferphase enthält, die der Prozedur der Dauerbetriebszustände vorausgeht und bei der an die Last (23, 125) eine Spannung entsprechend einem Arbeitspunkt (D) angelegt wird, deren Leistung die höchste ist, die im Dauerbetrieb erreicht werden kann.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Last ein elektrischer Motor ist, die Anlaufphase eine Pufferphase zwischen der Beschleunigungsphase und der Dauerbetriebsprozedur enthält, während der an den Motor (125) eine Spannung entsprechend dem Drehmoment des Arbeitspunkts (D) angelegt wird, das das höchstmögliche Drehmoment ist, das bei der in den Dauerbetriebszuständen erforderlichen Drehgeschwindigkeit erreicht werden kann.

10. Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Last (23, 125) ein asynchroner, synchroner, synchronisierter asynchroner, einphasiger oder mehrphasiger Wechselstrommotor oder ein variabler oder nicht variabler statischer Transformator ist.

11. Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der an die Klemmen der Last gelieferten Welle ein gleichschenkliges Trapez ist, deren Maximalwert eine Dauer von T/6 besitzt, wobei T die Periode der synthetisierten Welle an den Klemmen der Last ist.

12. Vorrichtung zur optimalen Speisung einer Last (23, 125) mit induktivem Charakter, die an eine Applikation (27) gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung das Verfahren gemäß einem beliebigen der obigen Ansprüche implementiert und einen statischen Frequenzwandler (122, 124) in Form eines aktiven Filters (122) an den Klemmen eines statischen Wechselrichters (124) und einen elektronischen Steuermodul (123) zur Steuerung des Wandlers besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler ein aktives Filter (123) zur Spannungserhöhung ist, das von einener Induktivität in Reihe mit einer Diode (D1) gebildet wird, wobei der Verbindungspunkt zwischen Induktivität und Diode über einen ersten Unterbrecher (K5) an Masse liegt, daß das Wechselrichtermittel (124) aus mindestens einer vollständigen Brücke besteht, deren einer Zweig zwei Kondensatoren (C1, C2) und deren anderer Zweig zwei Unterbrecher (K1, K2) enthält, daß der elektronische Modul (123) so angeschlossen ist, daß er alle Unterbrecher (K1, K2) steuert, wobei der Modul hierzu erste Mittel zur Messung von Kontrollparametern (PC) an der Last, am statischen Wandler oder an der Speisequelle, zweite Mittel, um eine Verknüpfung und/oder Gewichtung der Kontrollparameter durchzuführen und die Variationsrichtung eines oder mehrerer der gewichteten und/oder verknüpften Kontrollparameter um einen Extremwert entsprechend einer minimalen von der Last (23, 125) absorbierten Leistung abzuleiten, und dritte Mittel aufweist, um dem Wandler Regelparameter (26) zu liefern, mit denen der erste Unterbrecher (K5) zur Regelung der von dem aktiven Filter gelieferten Gleichspannung (E) größer oder gleich dem Spitzenwert der Spannung der Speisequelle (21) auf einen Wert gesteuert wird, der abhängig vom Verformungsgrad der Spannung an den Klemmen des Motors und von der Minimierung der Verluste in den Leistungsbauelementen des Wandlers entsprechend der minimalen Gleichspannung (E)gewählt wird, und mit denen die weiteren Unterbrecher (K1, K2) zur Regelung der als Lastspannung (Um) vom Wechselrichter an die Last gelieferten Teils der Gleichspannung (E) gesteuert werden, sodaß die Lastspannung (Um) die von der Last aufgenommene Leistung minimiert, und daß ein Kondensator (C0) zwischen der Eingangsklemme des aktiven Filters (122) und Masse liegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselrichtermittel (124) nur eine vollständige Brücke enthält und eine einphasige Last (5) speist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselrichtermittel (4) zwei vollständige Brücken enthält und eine zweiphasige Last speist.

15. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie Anschlußmittel (1212) besitzt, um dem Modul (123) die Kontrollparameter (PC) zu liefern, die von der durch die Last (125) absorbierten Leistung, dem die Last durchquerenden Strom, den Veränderungen der Spannung (dV1, dV2) an den Klemmen der Kondensatoren (C1, C2) und/oder dem Bildwert der Verformung (dUmBF) der Niederfrequenzkomponente (UmBF) der Spannung an den Klemmen der Last (125) gebildet werden.

16. Vorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Modul (23) so ausgebildet ist, daß er vor der Phase der ersten Inbetriebnahme entweder nur auf den Unterbrecher (K5) des aktiven Filters (122) einwirkt, während die Unterbrecher (K1, K2) des Wechselrichtermittels (124) offen sind, oder auf kombinierte Art den Unterbrecher (K5) des aktiven Filters (122) und die Unterbrecher (K1, K2) des Wechselrichtermittels (124) so steuert, daß die Kondensatoren (C1, C2) auf eine genaue Spannung (E) vorgeladen werden, die von der Speisespannung unabhängig ist, und an die Last eine Welle mit dem zyklischen Schaltverhältnis 1/2 geliefert wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Modul (123) so ausgebildet ist, daß das Vorladen der Kondensatoren (C1, 02) so gewählt ist, wie es notwendig ist, um das Widerstandschoment beim Anfahren zu überwinden, wenn die Last ein Elektromotor ist.