DE69113970T2

DE69113970T2 - Antrieb für einen elektrischen Motor und Vorrichtung zur Stromversorgung.

Info

Publication number: DE69113970T2
Application number: DE69113970T
Authority: DE
Inventors: Alan G Cocconi; Wally E Rippel
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1990-12-31
Filing date: 1991-12-05
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-12-06
Also published as: DE69113970D1; JPH04295202A; JP2695083B2; EP0493848A2; CA2054051C; EP0493848A3; EP0493848B1; CA2054051A1; US5099186A

Description

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Motoransteuerungsvorrichtung und insbesondere auf Motoransteuerungsvorrichtungen, die in zwei Richtungen arbeiten, um Leistung aus einer sekundären Batterie oder einer anderen Zweirichtungs- Gleichstromquelle zu mechanischer Leistung zu wandeln und regeln, und auch bidirektionell externe Wechselleistung zu Gleichstromleistung zur Batterieaufladung und -entladung zu wandeln und regeln.
Sowohl die Motoransteuerungs- als auch Leistungsverarbeitungsvorrichtung, die in elektrisch mit Leistung versehenen Fahrzeugen verwendet wird, weisen anspruchsvolle Anforderungen auf; Kosten, Gewicht und Energieumwandlungseffizienz sind jeweils kritisch. Zusätzlich muß der Motorleistungsprozessor (das Ansteuerungssystem genannt), fähig sein, effizient große Geschwindigkeitsbereiche und Drehmoment für sowohl Antreiben als auch Regeneration vorzusehen; niedrige Drehmomentansprechzeiten und hohe operative Zuverlässigkeit sind ebenfalls entscheidend. Neben der Fahrsystemfunktion ist eine Aufladefunktion auch erforderlich, worin Wechselstrom-Leitungsleistung zu Gleichstromleistung zur Batterieaufladung gewandelt wird. Die Anforderungen von Kosten, Gewicht und Energieeffizienz sind auch für die Aufladefunktion kritisch. Überdies ist ein hoher Leistungsfaktor, niedriges EMI und Flexibilität mit Bezug auf Leitungsspannung und Leitungsfrequenz ebenfalls kritisch.
Die Zitation US-A-4 920 475 offenbart eine integrierte Traktionsinvertier- und Batterieladevorrichtung, die einen Dreiphasenbrückenumrichter, eine nachladbare Gleichstromquelle und eine Polyphasenlast wie einen Wechselstrom- Traktionsmotor verwendet. Der Umrichter kann geregelt werden, um den Traktionsmotor zu betreiben oder als ein unitär-leistungsfaktor-einzelphasen-boostregulierter Batterielader zu wirken. Die Leckinduktivität des Dreiphasenmotors kann verwendet werden, um den Boost-Induktor für weitere Ersparnisse zu ersetzen.
Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale gekennzeichnet, die in Anspruch 1 spezifiziert sind.
Die vorliegende Erfindung schafft eine kombinierte Traktionsantrieb- und Batteriewiederladevorrichtung, was so die Kosten, das Gewicht und das Volumen eliminiert, die zu separaten, nicht integrierten Geräten gehören. Das Systemgewicht wird minimiert, weil Energiespeicherkomponenten wie Drosseln und Kondensatoren minimiert werden, die Antriebsvorrichtung und Batterieladevorrichtungen werden optimal derart integriert, daß ein Satz von Komponenten beiden Funktionen dient, und der Bedarf nach einem Transmissions- und Differentialgetriebe wird eliminiert. In sowohl den Antriebs- als auch Auflademoden wird die Motorleckinduktivität in der Leistungsverarbeitungsfunktion verwendet, und keine externen Induktivitäten werden verwendet, außer für EMI-Zwecke. Das Gewicht wird weiter dadurch verringert, daß die Motorsteuerung derart ist, daß das Spitzendrehmoment auf zuverlässige Weise gehandhabt werden kann.
Die Systemeffizienz wird unterstützt, weil sowohl die Transmission als auch das Differential eliminiert sind. Die Effizienz wird weiter verbessert, weil optimale Motorerregung derart vorgesehen wird, daß, für jeden Betriebspunkt, das optimale Abwägen zwischen Leitungs- und magnetischen Verlusten ausgewählt wird. Die Systemkosten werden minimiert, weil die Auflade- und Antriebsfunktionen integriert sind. Schließlich werden Motor- und Umrichterbenutzungen vermöge des verwendeten Regelalgorithmus maximiert.
Wenn in dem Antriebsmodus gearbeitet wird, sieht die Vorrichtung Motorleistung über alle vier Quadranten von Drehmoment und Geschwindigkeit vor. Regeldetails sind derart, daß für jeden Drehmoment-Geschwindigkeits-Batteriespannungspunkt des Betriebs die Systemenergieeffizienz optimiert wird. Inhärente Merkmale der Regelung ermöglichen dem Drehmoment, sich zu maximalen Werten zu erstrecken, die nur durch Motorzusammenbruch und Halbleiterstromgrenzwerte begrenzt sind.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Bewahrung von Antriebsleistung in der Gegenwart eines Einzelpunktmotor- oder Umrichterversagens. Noch andere Merkmale umfassen, daß Differentialwirkung (ausgeglichene Antriebswellendrehmomente) ohne die Kosten, das Gewicht und den Leistungsverlust geschaffen werden, die zu einem Differentialgetriebe gehören, und begrenzte Schlupf- und Antirutschfähigkeiten vorgesehen werden, welche durch Modifikationen mit niedrigen Kosten des Regelalgorithmus erreicht werden können.
Wenn in dem Auflademodus gearbeitet wird, wird geregelte, Einheits leistungs faktorbatterieladung aus irgendeiner Einzelphasenleistungsquelle mit einer Spitzenspannung erreicht, die die Batteriespannung nicht überschreitet. Pulsladung ist ebenfalls möglich, weil die Leistungsverarbeitungselemente, die in dem Auflademodus verwendet werden, inhärent bidirektional sind (d.h., Energie kann aus der Batterie extrahiert und zu der Nutzleitung auf einer geregelten Basis zugeführt werden). Eine andere Fähigkeit der Erfindung ist, das sinusförmige regulierte Wechselstromleistung bei einem Eingangs-/Ausgangsanschluß vorgesehen werden kann. Die Spannung kann auf irgendeinen Wert reguliert werden, vorausgesetzt, ihre Spitze überschreitet die Batteriespannung nicht. Demgemäß dient die Erfindung sowohl als ein elektrisches Antriebssystem als auch als ein Bereitschafts- oder nicht unterbrechbares Leistungssystem.
Eine Antriebs-/Aufladevorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 23 gekennzeichnet und umfaßt zwei Polyphasengleichstrommotoren (Dreiphaseninduktionstypen in dem bevorzugte Ausführungsbeispiel), jeder durch einen pulsbreitenmodulierten (PWM) spannungsgespeisten Brückenumrichter, der wiederum mit einer bidirektionellen Gleichstromquelle wie einer Batterie verbunden ist. Mit geeigneten Umrichterregelungen kann Einzelphasenaufladungsleistung an die neutralen Knoten der respektiven Motorwicklungen angelegt werden. Sowohl Leistungsfluß als auch Leistungsfaktor können auf gewünschte Werte geregelt werden, solange wie die Spitzenleitungsspannung die Batteriespannung nicht überschreitet. Überdies kann mit ähnlichen Regelungen einzelphasenregulierte Gleichstromleistung aus dem gleichen Paar von Knoten erhalten werden.
Wenn in dem Antriebsmodus gearbeitet wird, wird jeder Umrichter bzw. Invertierer derart geregelt, daß gleiche Drehmomente von den zwei Motoren erzeugt werden, unabhängig von der Motorgeschwindigkeit, was so den Bedarf nach einem mechanischen Differential eliminiert. Unter ungewöhnlichen Bedingungen wie in dem Fall eines elektronischen Versagens oder Verlust der Traktion können ungleiche Drehmomente befohlen werden, so daß der nützliche Fahrzeugbetrieb bewahrt wird.
In dem Antriebsmodus ist die PWM-Regelung von jedem der Phasenpole derart, daß Phasenstrom proportional zu symmetrisch beabstandeten sinusförmig phasenweisen Referenzen aufrechterhalten wird. Wiederum ist die Größe von jeder Referenz einem befohlenen Eingang proportional, während die Frequenz (oder die augenblickliche Phase) als eine Funktion der erfaßten Motorgeschwindigkeit (oder Winkelposition) oder anderer Parameter geregelt wird. Spezifischer wird in dem Fall von Induktionsmotoren die sinusförmige Referenzfrequenz der Rotorfrequenz multipliziert mit der Anzahl von Motorpolpaaren plus einer Schlupffrequenz gleichgemacht, welche wiederum als eine Funktion von zwei Parametern erzeugt wird, nämlich dem Befehlsstrom und dem Verhältnis von Motorgeschwindigkeit zu Batteriespannung. Die obige Zweiparameterfunktion kann derart gewählt werden, daß optimale Systemeffizienz für jeden Drehmoment-Geschwindigkeitsbetriebspunkt erreicht wird. Für Motoren des synchronen Typus wird eine ähnliche Strategie verwendet, wobei die Referenzsignalphase (statt der Schlupffrequenz) als eine Zweiparameterfunktion des befohlenen Stroms und dem Quotienten von Motorgeschwindigkeit und Batteriespannung geregelt wird.
Wenn in dem Auflademodus gearbeitet wird, ist die Modulationsregelung derart, daß innerhalb jeden Umrichters ein oder mehrere der Phasenströme proportional zu einer sinusförmigen Referenz gehalten werden, welche wiederum in Phase mit der Versorgungsleitungsspannung liegt. Für ein N-Phasensystem kann irgendeine Anzahl von Phasen zwischen 1 und N demgemäß (in jedem der zwei Umrichter) geregelt werden; jene Phasen, die nicht geregelt werden, werden außer Kraft gesetzt (sowohl Hochseiten- als auch Niederseitenschalter werden aus gehalten). Die obigen Proportionalitätskonstanten können wiederum als eine Funktion von Batterieparametern hergeleitet werden, was so Aufladeregelung ermöglicht. Schließlich kann die Antriebs-/Aufladevorrichtung einen einzelnen Polyphasenwechselstrommotor umfassen, der durch Zwillingsumrichter leistungsbeaufschlagt wird.
Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug auf die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und den begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Figur 1 ein Blockdiagramm einer Motorantriebs-Leistungsverarbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, die die primären Leistungshandhabungskomponenten für eine Zweimotoranordnung zeigt;
Figur 2 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Motorantriebs-Leistungsverarbeitungsvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist, das die primären Leistungshandhabungskomponenten für eine Einzelmotoranordnung mit dualen Sätzen von Wicklungen zeigt;
Figur 3 ein Blockdiagramm der Motorregelschaltungseingänge und -ausgänge für die in Figur 1 veranschaulichte Vorrichtung ist;
Figur 4 ein Blockdiagramm der Regelelemente ist, die zu jedem der Umrichter der Vorrichtung gehören, die in Figur 1 veranschaulicht sind, und zwar in dem Antriebsmodus verwendet; und
Figur 5 ein Blockdiagramm der Regelelemente ist, die zu jedem der Umrichter der Vorrichtung, die in Figur 1 veranschaulicht ist, gehören, und zwar in dem Auflademodus verwendet.
Eine Motorantriebs-Leistungsverarbeitungsvorrichtung 10, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, ist in Figur 1 veranschaulicht und umfaßt erste und zweite Induktionsmotoren 12a bzw. 12b, die elektrische Leistung zu mechanischer Leistung wandeln, die zu ihren Rotoren 14a und 14b zu ihren Ausgangswellen 16a bzw. 16b geliefert wird.
Im allgemeinen werden die Zeichnungsbezugszahlen mit einem "a"-Suffix für Komponenten bezeichnet werden, die zu dem ersten Induktionsmotor 12a gehören, und werden mit einem "b"-Suffix für Komponenten bezeichnet werden, die zu dem zweiten Induktionsmotor 12b gehören. In dieser Diskussion gilt, wenn Bezugnahmen auf derartige Komponenten ohne einen "a"- oder "b"-Suffix genommen werden, die Diskussion gleichermaßen für jeden Induktionsmotor.
Eine Zweirichtungsgleichstromleistungsquelle wie eine Batterie 26 ist mit dem Induktionsmotor 12 über einen elektrischen Bus 27 und Umrichter 40a und 40b verbunden. Die Zweirichtungsgleichstromleistungsquelle kann eine sekundäre Batterie oder irgendein Energiespeichersystem sein, das einen Gleichstromspannungsausgang erzeugt und fähig ist, Ströme von beiden Polaritäten handzuhaben.
Die Motorantriebs-Leistungsverarbeitungsvorrichtung 10 von Figur 1 sieht Antreibe- und Batterieaufladefunktionen in einer integrierten Vorrichtung vor, die viele der gleichen Komponenten verwendet, um die zwei Funktionen auszuführen, was so die Kosten, das Gewicht und das Volumen verringert, die zu einer Vorrichtung mit separaten Antriebs- und Aufladevorrichtungen gehören.
In dem Antriebsmodus sieht die Vorrichtung einen breiten Bereich von Drehmoment- und Motorgeschwindigkeitskombinationen vor und für jede Kombination von Drehmoment, Geschwindigkeit und Batteriespannung wird die Systemenergieeffizienz durch Implementierung von geeigneten Regelalgorithmen optimiert, die Fachleuten bekannt sein werden, und wie unten vollständiger beschrieben wird. In dem Auflademodus wird geregelte Einheitsleistungsfaktorbatterieladung über einen Eingangs-/Ausgangsanschluß 30 erreicht, der über eine Versorgungsleitung 32 mit irgendeiner (Einzelphasen-)Wechselstromleistungsleitungsquelle 34 mit einer Spitzenspannung verbunden ist, die die Batteriespannung nicht überschreitet. Pulsladung ist auch dadurch möglich, daß die Leistungsverarbeitungselemente, die in dem Auflademodus verwendet werden, inhärent bidirektional sind. Das heißt, elektrische Energie kann aus der Batterie 26 extrahiert und zu der Wechselstromleistungsleitungsquelle 34 bei dem Eingang-/Ausgangsanschluß 30 auf einer geregelten Basis zurückgeführt werden. Zusätzlich kann sinusförmige regulierte Wechselstromleistung auch an externen Vorrichtungen beim Eingang-/Ausgangsanschluß 30 vorgesehen werden. Die Spannung, die vorgesehen wird, kann auf irgendeinen Wert reguliert werden, vorausgesetzt, ihr Spitzenwert überschreitet die Batteriespannung nicht. Auf diese Weise dient die Vorrichtung als sowohl ein elektrisches Antriebssystem als auch als ein Leistungslieferungssystem.
Nach Figur 1 sind die Umrichter 40 spannungsgespeiste pulsbreitenmodulierte PWM-Einheiten. Während Dreiphasen-Konfigurationen bevorzugt sind, sind andere Phasenmultiplizitäten ebenfalls akzeptierbar. Jeder Umrichter besteht aus einem Eingangskondensator 41 und Phasenpolen 42, 44 und 46 plus Regelschaltung, die unten beschrieben wird. Die Regelschaltung befiehlt einem Satz von Festkörperschaltern, die zu jedem der drei Pole gehören, sich zu geeigneten Zeiten zu öffnen und schließen.
Die Festkörperschalter umfassen ein erstes Paar von Schaltern 48 und 49 für den ersten Pol 42, ein zweites Paar 50 und 51 für den zweiten Pol 44 und ein drittes Paar 52 und 53 für den dritten Pol 46. Jeder Umrichter 40 ist mit den Wikklungen seines respektiven Induktionsmotors 12 durch drei Phasenleitungen 60, 62 und 64 verbunden. Jeder Induktionsmotor 12 umfaßt drei Statorwicklungen 54, 56 und 58, die in einer Sternanordnung angeordnet sind, die mit den Phasenleitungen 60-64 bei einem Ende verbunden sind, und mit einem gemeinsamen neutralen Knoten 66 bei dem anderen verbunden sind.
Jeder Umrichter 40 ist mit Batterie 26 wie gezeigt mit einer Schmelzsicherung 78 (oder einer anderen schützenden Vorrichtung) seriell verbunden. Phasenleitungen 60, 62 und 64 von jedem Umrichter 40 werden mit den Statorwicklungen 54, 56 und 58 von jedem Induktionsmotor 12 verbunden. Neutralleitungen 76 von jedem der zwei Induktionsmotoren 12 werden mit einem EMI-Filter 72 verbunden, der wiederum mit den Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 30 verbunden ist. Mit dem geeigneten Regelalgorithmus (siehe Figur 5), kann Einzelphasenleistung, die an Verbindungsleitungen 68 und 70 angelegt wird, zu einem Aufladestrom umgewandelt werden, der an die Batterie 26 angelegt wird. Überdies werden mit dem geeigneten Regelalgorithmus die Ströme auf den Verbindungsleitungen 68 und 70 sinusförmig und in Phase mit der angelegten Eingangsspannung sein, was so den Einheitsleistungsfaktor beeinflußt. Es sollte auch bemerkt werden, daß Energie zu dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 30 zurückgeführt werden kann. Insbesondere kann der Regelalgorithmus derart sein, daß eine sinusförmige Spannung der gewünschten Spannung und Frequenz zwischen den Verbindungsleitungen 68 und 70 herbeigeführt wird. Dieses Merkmal kann ausgenützt werden, um Pulsladung zu erreichen, worin Energiepulse aus der Batterie 26 extrahiert und periodisch zu der Versorgungsleitung 32 zurückgeführt werden, die mit dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 30 verbunden wird. Eine Masseleitung 69 ist sowohl für Sicherheits- als auch Filterzwecke vorgesehen. In ähnlicher Weise dient die Verbindung 74 aus dem EMI Filter 72 an dem elektrischen Bus 27 dem Zweck, Hochfrequenzströme zurückzuführen, die zu der Filterwirkung gehören.
Jede Ausgangswelle 16 kann mit einem Antriebsrad entweder direkt oder durch ein Reduktionsgetriebe mit festem Verhältnis (oder einer Vorrichtung ähnlicher Funktion) verbunden werden. Dies eliminiert den Bedarf nach einer mechanischen Transmission und einem Differential, wodurch Gewicht und Kosten gespart werden. Mit dem geeigneten Regelalgorithmus für jeden der zwei Umrichter 40 können die folgenden Drehmoment-Geschwindigkeitscharakteristiken in dem Antriebsmodus erreicht werden:
1. Für Motorgeschwindigkeitsdifferenzen kleiner als ein Schwellwert sind die zwei Motordrehmomente wechselseitig gleich und durch einen Befehlseingang bestimmt. Sowohl positive als auch negative Drehmomente sind für jede Drehrichtung befehlbar.
2. Wenn die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den zwei Induktionsmotoren 12 einen Schwellwert überschreitet, wird das Drehmoment für den Motor mit der niedrigeren Geschwindigkeit erhöht und für den Motor mit der höheren Geschwindigkeit verringert, was so die Funktion eines Differentialgetriebes mit begrenztem Schlupf bewirkt.
3. Im Fall eines Umrichter-40- oder Induktionsmotor-12-Versagens kann die Regelfunktion, die in Punkt 2 oben spezifiziert ist, entweder manuell oder automatisch überstimmt werden, so daß der normale Betrieb des verbleibenden Umrichterinduktionsmotors möglich ist, was so redundanten Betrieb vorsieht.
Die Rotoren 14 der Induktionsmotoren 12 sind von dem Läuferkäfigtypus in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Andere Rotortypen wie Permanentmagneten sind ebenfalls möglich.
Eine Vorrichtung ähnlich zu dem Zweimotorschema von Figur 1 wird in Figur 2 veranschaulicht, worin ein einzelner Induktionsmotor 13 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, mit zwei gekoppelten Sätzen von Statorwicklungen 80a und 80b mit zwei Motorhälften. Der Figur 2-Aufbau kann auf Traktion- und variable Geschwindigkeit-Antriebssysteme angewendet werden, wie oben für die Zweimotoranwendung diskutiert. Der Induktionsmotor 13 umfaßt einen Rotor 82 und eine Ausgangswelle 84. Für Fahrzeuganwendungen kann die Welle direkt mit einem einzelnen Rad gekoppelt werden oder an zwei Räder über ein Reduktionsdifferentialgetriebe oder eine Transmissions-Differential-Getriebekombination. Wie mit dem Zweimotoraufbau von Figur 1 sind vier Quadranten von geregeltem Drehmoment und Geschwindigkeit möglich. Das heißt, alle möglichen Kombinationen von positivem und negativem Drehmoment und positiver und negativer Geschwindigkeit können erreicht werden. Überdies kann wie mit der Zweimotoranordnung, Einzelphasenleistung entweder aus dem Eingangs-/Ausgangsanschluß 30 extrahiert oder daran geliefert werden. Insbesondere ist geregelte Einheitsleistungsfaktoraufladung für irgendeine Einzelphasenwechselstromversorgungsleitung mit einer Spitzenspannung möglich, die die Gleichstrombusspannung VB nicht überschreitet.
Jeder Satz von Statorwicklungen 80a und 80b in Figur 2 umfaßt drei Wicklungen 86, 88 und 90. Elektrisch ist der erste Satz von Wicklungen 86a, 88a und 90a den ersten Motorwicklungen der oben diskutierten Zweimotoranordnung analog, und der zweite Satz von Wicklungen 86b, 88b und 90b ist den zweiten Motorwicklungen analog. So wird der erste Satz von Wicklungen mit einem ersten Umrichter 40a verbunden und der zweite Satz von Wicklungen wird mit einem zweiten Umrichter 40b verbunden. Wie zuvor werden die Umrichter 40 mit einer Zweirichtungsgleichstromleistungsquelle (Batterie 26) über einen elektrischen Bus 27 verbunden. In allen anderen Beziehungen sind die Umrichter von Figur 2 wie jene von Figur 1.
Figur 3 veranschaulicht, daß die Kontrollschaltung 100 Stromsignale von Stromsensoren 132a, 134a, 136a, die zu den Phasenleitungen 60a, 62a bzw. 64a gehören, und aus Stromsensoren 132b, 134b und 136b, die zu den Phasenleitungen 60b, 62b bzw. 64b gehören, empfängt. Die Regelschaltung 100 empfängt auch ein Antriebsstrombefehlsignal Vc über eine Eingangsleitung 121, ein Aufladestrombefehlsignal über eine Eingangsleitung 205, und ein Modusbefehlseingangssignal über eine Leitung 101, die den Regelblockbetriebsmodus zwischen Fahren und Aufladen auswählt. Schließlich liefern zwei Tachometer 158a und 158b ein Motorgeschwindigkeitssignal für jeden Induktionsmotor 12a bzw. 12b. Die Regelschaltung 100 sieht Ausgangssignale an den Phasenpolen 42-46 vor. Die Kontrollschaltung 100 wird unten weiter in Verbindung mit Figuren 4 und 5 beschrieben.
Figur 4 stellt die Hauptregelblöcke der Regelschaltung 100 dar, welche in dem Antriebsmodus die erforderlichen An- und Aus-Signale für die (Halbleiter)- Schalter 48a bis 53a erzeugen, die in dem ersten Umrichter 40a verwendet werden. In dem Fall des Figur 1-Zweimotorsystems, wird ein zweiter Satz von ähnlichen Kontroll- bzw. Regelblöcken verwendet, um die (Halbleiter)- Schalter 48b bis 53b zu regeln, die in dem zweiten Umrichter 40b gefunden werden. In dem Fall des Figur 2-Einzelmotorsystems können die Regelblöcke für die zwei Umrichter 40 zu einem gewissen Maß integriert werden. Während Figur 4 speziell auf ein Dreiphasenschema Anwendung findet, kann der Ansatz generalisiert werden, um für irgendeine Anzahl von Phasen angewendet zu werden.
In dem Ausführungsbeispiel von Figur 1, welches zwei Dreiphaseninduktionsmotoren verwendet, regeln die Regelblöcke, die in Figur 4 veranschaulicht sind, die Phasenströme auf den Phasenleitungen 60, 62 und 64 während des Antriebsmodus, um die folgenden vier Kriterien einzuhalten:
1. Zuerst sind die fundamentalen Stromkomponenten wechselseitig 1200 bezüglich der Zeit auseinander beabstandet.
2. Zweitens ist die Frequenz Fe der Phasenströme gleich
Fe = Np*Fm+Fs,
wobei Np die Anzahl von Polpaaren in dem Induktionsmotor ist, Fm die Ausgangswellenrotationsfrequenz und Fs die Motorschlupffrequenz, deren Wert eine Funktion des befohlenen Stroms, der erfaßten Motorgeschwindigkeit und der erfaßten Batteriespannung ist. Die Werte von Fm, Fe und Fs können jeder ein positives oder negatives Vorzeichen entsprechend der Rotationsrichtung der Ausgangswelle 16 und der Richtung des Drehmoments aufweisen.
3. Das dritte Kriterium ist, daß die Größe der Phasenströme proportional zu dem strombefohlenen Eingangssignal Vc gehalten wird.
4. Schließlich ist das letzte Kriterium, daß die Hochfrequenzschaltstromharmonischen auf den Phasenleitungen 60, 62 und 64 in der Zeit symmetrisch beabstandet sind, so daß Verluste auf dem Eingangskondensator 41 minimiert werden. Alle vier Kriterien werden durch das System eingehalten, das in Figur 4 veranschaulicht wird.
Der Betrieb der Figur 4-Kontrollblöcke ist wie folgt. Das Zweiphasentachometer 158 sieht Eingangspulse über Leitung 159 zu einem Referenzgenerator 116 vor. Diese Pulse werden mit einem Schlupffrequenzbefehlssignal entsprechend Fs über eine Leitung 163 aus einem Schlupfgeschwindigkeitsgenerator 162 kombiniert. Der Referenzgenerator 116 erzeugt Ausgangssignale, die den folgenden Beziehungen genügen:
V1a = V&sub0; sin 2π Fet
V1b = V&sub0; sin 2π(Fe+1/3)t
wobei V1a die Spannung über Leitung 117 ist, V1b die Spannung über Leitung 119 ist, V&sub0; ein konstanter Term ist und t die verstrichene Zeit.
Der Referenzgenerator 116 kann auf eine Vielzahl von Arten implementiert werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Referenzgenerator 116 digital implementiert und insbesondere addieren Zähler Phasensignale entsprechend respektive den Eingangspulsen aus dem Tachometer 158 und dem Schlupfgeschwindigkeitsgenerator 162 über Leitungen 159 bzw. 163. Das addierte Signal wird dann auf Nachschautabellen angewendet, deren Einträge einer Sinusfunktion entsprechen, die als V1a bei der (ersten Ausgangs-)Leitung 117 auftritt, und einer 1200 phasenverschobenen Sinusfunktion, die als V1b bei der (zweiten Ausgangs-)Leitung 119 auftritt.
Die Spannungssignale V1a und V1b werden dann an Multiplizierer 122 und 124 angelegt, worin die Spannungssignale jeweils mit dem Strombefehlssignal Vc multipliziert werden, das auf Eingangsleitung 121 auftritt. Die Multipliziererausgänge werden gegeben durch die Gleichungen:
V2a = K&sub1; V1a Vc
V2b = K&sub1; V1b Vc,
wobei V2a auf einer ersten Leitung 123 auftritt, V2b auf einer zweiten Leitung 125 auftritt, und K&sub1; ein konstanter Term ist. Die Spannungssignale V2a und V2b dienen als Referenzsignale, die wiederum die Phasenströme für zwei der drei Phasen befehlen.
Stromsensoren 132 und 134 (mit der Hilfe von Sensorverstärkern 138a und 140a) sehen Signale auf Leitungen 139a und 141a vor, welche nach Bildung der Phasenströme in Phasenleitungen 60a und 62a sind. Verstärker 126a und 128a vergleichen dann die Stromerfassungssignale mit den obigen Referenzsignalen, um Fehlersignale zu erzeugen, die respektive auf Leitungen 127 und 129 auftreten. Wiederum befehlen diese Fehlersignale respektive Tastzyklen für Phasenpole 42a und 44a derart, daß die gewünschten Phasenströme aufrechterhalten werden. Die dritte Phase, die dem Phasenpol 46a entspricht, ist derart untergeordnet, daß ihr Tastverhältnis der negativen Summe der Phase Eins- und Phase Zwei-Tastverhältnisse gleichgemacht ist. Dies wird erreicht, indem ein Fehlersignal für Phase Drei erzeugt wird, welches die negative Summe der Phase Eins- und Phase Zwei-Fehlersignale ist; ein Verstärker 130a plus Widerständen 144, 145 und 146 erreicht dies.
Die drei Fehlersignale, die auf Leitungen 127, 129 und 131 auftreten, werden dann in Tastverhältnissignale über Komparatoren 148a, 150a und 152a respektive umgewandelt, und einen Dreieckoszillator 154, der bei der gewünschten Schaltfrequenz arbeitet. Ein Signal auf Eingangsleitung 29, welches der Quellspannung VB proportional ist, regelt wiederum die Ausgangsamplitude des Dreieckoszillators 154, um VB proportional zu sein. Dies hält die Rückkopplungsschleifenverstärkungen aufrecht, die unabhängig von VB sind und ermöglicht dadurch optimale Steuerdynamiken über einen breiten Bereich von VB.
Treiber 102a, 104a und 106a akzeptieren Tastverhältniseingänge auf Leitungen 149a, 151a und 153a und sehen Ausgänge auf Leitungen 108a, 110a und 112a plus komplementäre Ausgänge auf Leitungen 109a, 111a und 113a vor. Wiederum treiben die Ausgänge auf Leitungen 108a, 110a und 112a respektive die (Halbleiter) Schalter 48a, 50a und 52a, während die komplementären Ausgänge die Halbleiterschalter 49a, 51a und 53a treiben. Elemente der Verstärkung, Logik und Erfassung können innerhalb von jedem Treiber 102, 104, 106 beinhaltet sein, um derartige Funktionen wie herunterfahren im Ansprechen auf Überstrom, Überspannung oder Übertemperaturbedingungen zu erreichen. "Totzeit" kann ebenfalls vorgesehen werden (Zeit, während der beide Halbleiterschalter den Übergängen zwischen Leitungszuständen der Niederseite und der Hochseite folgend ausgeschaltet gehalten werden).
Das Schlupffrequenzbefehlssignal, das auf Leitung 163 auftritt, wird durch den Schlupfgeschwindigkeitsgenerator 162 erzeugt. Der Schlupfgeschwindigkeitsgenerator 162 erzeugt diesen Ausgang als eine gemeinsame Funktion von zwei Eingangssignalen - eines, das auf Eingangsleitung 121 auftritt, entspricht dem befohlenen Strom, und das andere, das auf Leitung 165 auftritt, entspricht dem Verhältnis von Motorgeschwindigkeit zu Spannung, VB. Die spezifische Funktion zwischen dem Schlupfgeschwindigkeitsgeneratorausgang und den zwei Eingangssignalen des Schlupfgeschwindigkeitsgenerators 162 kann derart gewählt werden, daß optimale Systemeffizienz für jeden Drehmoment-Geschwindigkeit-Spannungspunkt erreicht wird. Andere Kriterien können ebenfalls verwendet werden. Die Implementierung des Schlupfgeschwindigkeitsgenerators 162 wird über eine zweidimensionale digitale Nachschautabelle im bevorzugten Ausführungsbeispiel erreicht.
Das Signal auf Leitung 165, das dem Quotienten von Motorgeschwindigkeit und Spannung entspricht, VB, wird durch einen Generator 164 erzeugt, der ein Tachometersignal auf Leitung 159 und ein Signal entsprechend zu VB auf Leitung 29 empfängt.
Figur 5 veranschaulicht die Hauptsteuerblöcke, die in dem Auflademodus die erforderlichen An- und Aussignale für die (Halbleiter-)Schalter 48a-53a und 48b-53b erzeugen, die in den Umrichtern 40a und 40b verwendet werden.
Ein Referenzgenerator 202 sieht eine sinusförmige Ausgangsreferenzspannung auf einer Leitung 203 vor, die in Phase mit der Spannung liegt, die zwischen den verbindenden Aufladeleitungen 68 und 70 auftritt. Der Referenzgenerator 202 kann entweder ein einfacher, skalierender Verstärker oder ein Sinusgenerator sein, welcher auf die Versorgungsleitung 32 über einen phasenstarren Schleifenschaltkreis eingerastet ist.
Das Signal auf der Leitung 203 wird an einem Multiplizierer 206 angelegt, wo es mit dem Nachladestrombefehlssignal, das auf der Eingangsleitung 205 auftritt, multipliziert wird. Der Multipliziererausgang, der auf Leitung 207 auftritt, wird dann, über einen Verstärker 210, mit einem Signal auf Leitung 213 verglichen, das den Durchschnitt aller erfaßten Ströme repräsentiert. Wiederum ist das Leitung-213-Signal aus einem Summierungsverstärker 212 hergeleitet, der Stromerfassungssignale aus dem Umrichter 40b zu dem invertierten bzw. umgerichteten Stromerfassungssignal aus dem Umrichter 40a addiert. Die invertierten Stromerfassungssignale werden durch Umrichter 226a, 228a, 230a vorgesehen. Wiederum befiehlt der Fehlerausgang des Verstärkers 210, der auf Leitung 211 auftritt, sinusförmige Ströme in den Umrichter 40a, während ein Komplementsignal, das auf Leitung 215 auftritt, Ströme entgegengesetzter Polarität in dem Umrichter 40b befiehlt.
Um Stromausgleich zwischen den verschiedenen Phasen sicherzustellen, wird ein Fehlersignal, das die Differenz zwischen dem erfaßten Phasenstrom und dem erfaßten Strom einer benachbarten Phase repräsentiert, zu den ursprünglichen Fehlersignalen auf Leitungen 211 und 215 addiert. Für jede Phase wird die obige Summation durch bestimmte Verstärker 218a-222a und 218b-222b durchgeführt. Schließlich wird die Tastverhältniserzeugung durch Komparatoren 232a-236a und 232b-236b durchgeführt, die die obigen Fehlerausgänge mit Dreieckssignalen vergleichen, die durch einen Dreiphasenoszillator 238 erzeugt werden. Indem ein Polyphasen- statt ein Einzelphasenoszillator verwendet wird, wird optimale Auslöschung von Stromharmonischen erreicht, was minimierte Anforderungen für den EMI Filter 72 zur Folge hat. Wie mit den Ansteuerungsmodussteuerungen von Figur 4 wird die Oszillatoramplitude proportional zu VB gehalten, so daß Steuerschleifenverstärkungen unabhängig von VB gemacht werden.
Es sollte bemerkt werden, daß es nicht notwendig ist, alle drei Phasen wie in Figur 5 gezeigt zu umfassen. Abhängig von den maximalen gewünschten Aufladeleistungsniveaus (und dem Ausmaß der gewünschten Stromharmonischen-Auslöschung) können eine oder zwei Phasen ausreichen. In allen Fällen muß die Oszillatorphasenmultiplizität der Anzahl von Umrichterphasen entsprechen, die während der Aufladung verwendet werden. Unbenutzte Umrichterphasen müssen außer Kraft gesetzt werden, indem sowohl die Hochseiten- als auch Niederseitenhalbleiterschalter während der Aufladung in dem Aus-Zustand gehalten werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird eine Motoransteuerungsvorrichtung geschaffen mit integrierter Fahr- und Batterieaufladefähigkeit derart, daß eine einzige integrierte Vorrichtung beide Funktionen ausführt. Dies minimiert den Bedarf nach Energiespeicherkomponenten und eliminiert den Bedarf nach einer separaten, mechanischen Transmission und einem Differential, was das Gewicht erniedrigt und die Effizienz erhöht. In dem Fahrmodus sieht die Vorrichtung Leistung über einen breiten Bereich von Drehmoment und Geschwindigkeit vor und wählt vorteilhafterweise die optimale Abwägung zwischen Leitungs- und magnetischen Verlusten für jeden Punkt des Motorbetriebs, wodurch die Systemeffizienz maximiert wird. In dem Auflademodus wird eine gesteuerte Einheitsleistungsfaktor Batterieaufladung erreicht unter Verwendung irgendeiner Einzelphasenleistungsquelle mit einer Spitzenspannung, die die Batteriespannung nicht überschreitet. Gepulste Ladung kann erreicht werden derart, daß Energie aus der Batterie extrahiert und zu der Wechselstromquelleitung bei einem Aufladeanschluß zurückgeführt werden kann. Zusätzlich kann regulierte Wechselstromleistung durch die Vorrichtung erzeugt werden und an dem Aufladeanschluß zum Gebrauch durch externe Vorrichtung vorgesehen werden.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es zu verstehen, daß Variationen Fachleuten ersichtlich sein werden. Andere Motoren als Dreiphaseninduktionsmotoren können beispielsweise verwendet werden, ohne von den vorliegenden Ansprüchen abzuweichen. Die Erfindung sollte daher nicht betrachtet werden, als auf die spezielle, hierin beschriebene Vorrichtung begrenzt zu sein, sondern es sollte verstanden werden, daß die vorliegende Erfindung eine breite Anwendbarkeit mit Bezug auf eine Vorrichtung mit Ansteuerungs- und Aufladefähigkeiten aufweist. Derartige alternative Anordnungen können durch Fachleute im Hinblick auf die obige Beschreibung erreicht werden, ohne von den vorliegenden Ansprüchen abzuweichen.

Claims

1. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung mit zumindest einem Polyphasenmotor (12, 13) mit Wicklungen in einer Sternanordnung, die einen ersten Satz von Wicklungen (54a-58a, 80a) und einen zweiten Satz von Wicklungen (54b-58b, 80b) festlegt, weiter mit einem Rotor (14, 82) mit einer Ausgangswelle (16, 84), einem ersten, allen Wicklungen des ersten Satzes gemeinsamen Neutralknoten (66a), und einem zweiten, allen Wicklungen des zweiten Satzes gemeinsamen Neutralknoten (66b); einem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel (26) zum Vorsehen und Empfangen elektrischer Leistung zu und von dem oder jedem Motor; einem ersten Umrichter (40a), welcher bidirektionell, vom Polyphasentypus, spannungsgespeist und pulsbreitenmoduliert ist, mit einer Phasenmultiplizität gleich jener des ersten Satzes von Wicklungen, der zwischen das Zweirichtunggleichstromleistungsquellmittel und den ersten Satz von Wicklungen geschaltet ist; einem zweiten Umrichter (40b), welcher bidirektionell, vom Polyphasentypus, spannungsgespeist und pulsbreitenmoduliert ist, mit einer Phasenmultiplizität gleich jener des zweiten Satzes von Wicklungen, der zwischen das Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel und den zweiten Satz von Wicklungen geschaltet ist; einem Eingangs-/Ausgangsanschluß 30, der mit den ersten und zweiten Neutralknoten verbunden ist, der einen gemeinsamen externen Verbindungsanschluß zu den ersten und zweiten Neutralknoten festlegt; und einem Steuermittel (100), das an die ersten und zweiten Umrichter gekoppelt ist, zum Betrieb in einem Antriebsmodus und einem Auflademodus, zum Steuern der ersten und zweiten Umrichter während des Antriebsmodus derart, daß elektrische Leistung, die an dem oder jedem Motor aus dem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel vorgesehen wird, zu mechanischer Leistung gewandelt wird, die bei der Ausgangswelle des oder jeden Motors erzeugt wird, und mechanische Leistung von der Rotation der Ausgangswelle des oder jeden Motors zu elektrischer Gleichstromleistung gewandelt wird, die an dem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel vorgesehen wird, und zum Steuern der ersten und zweiten Umrichter während des Auflademodus derart, daß elektrische Einzelphasenwechselstromleistung, die bei dem Eingangs-/Ausgangsanschluß empfangen wird, zu Gleichstromleistung umgewandelt wird, die an dem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel mit einer Einheitsleistungsfaktorumwandlung vorgesehen wird.

2. Eine elektrische Motoransteuerungs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel eine Batterie (26) ist.

3. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin der oder jeder Motor ein Induktionsmotor (12, 13) ist.

4. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter mit einem Filtermittel (72), das zwischen dem oder jedem Motor (12, 13) und dem Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) zur Verringerung von Hochfrequenzströmen des Gleichtakt- und Differentialmodus angeordnet ist, die bei dem Eingangs-/Ausgangsanschluß auftreten.

5. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin der Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) dazu angepaßt ist, mit einer elektrischen Einzelphasenwechselstromversorgungsleitung verbunden zu sein.

6. Ein elektrisches Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Steuermittel (100) die ersten und zweiten Umrichter (40a, 40b) derart steuert, daß elektrische Einzelphasenwechselstromleistung, die bei dem Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) angelegt ist, zu Gleichstromleistung gewandelt wird, die an das Gleichstromleistungsquellmittel mit einer Einheitsleistungsfaktorumwandlung angelegt wird.

7. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) sowohl elektrische Gleichstrom- als auch Wechselstromleistung akzeptiert und worin beide Arten der elektrischen Leistung unter der Steuerung des Steuermittels (100) umgewandelt werden können, um elektrische Gleichstromleistung an dem bidirektionellen Gleichstromleistungsquellmittel vorzusehen.

8. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Steuermittel (100) die ersten und zweiten Umrichter (40a, 40b) derart steuert, daß elektrische Gleichstromleistung aus dem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel (26) zu elektrischer Einzelphasenwechselstromleistung gewandelt wird, die bei dem Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) vorgesehen wird.

9. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Steuermittel (100) die ersten und zweiten Umrichter (40a, 40b) derart steuert, daß elektrische Gleichstromleistung, die bei dem Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) angelegt wird, an dem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel (26) vorgesehen wird.

10. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Steuermittel (100) die ersten und zweiten Umrichter (40a, 40b) derart steuert, daß elektrische Gleichstromleistung aus dem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel (26) zu elektrischer Gleichstromleistung gewandelt wird, die an den Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) geliefert wird.

11. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, worin das Steuermittel (100) ein Referenzgeneratormittel (116) umfaßt, das an die Umrichter (40a, 40b) zum Erzeugen sinusförmiger Referenzsignale gekoppelt ist, um die Umrichter zu steuern.

12. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 11, worin die Umrichter (40a, 40b) Schaltmittel (48-53) zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Schaltkreisweges innerhalb der Umrichter umfassen.

13. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, worin das Schaltmittel Halbleiterschaltelemente (48-53) umfaßt, die sich öffnen und schließen; und das Steuermittel (100) ein Referenzgeneratormittel (116) zum Erzeugen sinusförmiger Referenzsignale umfaßt, die an dem Schaltmittel vorgesehen sind, um das Öffnen und Schließen der Schaltelemente zu steuern.

14. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 13, weiter mit einem Motorgeschwindigkeitsmittel (158a, 158b) zum Erzeugen eines Motorgeschwindigkeitssignales, das für die Geschwindigkeit der Ausgangswelle (16, 84) von dem oder jedem Motor (12, 13) indikativ ist; und einem Schlupffrequenzerzeugungsmittel (162) zur Erzeugung eines Motorschlupffrequenzsignales, das an dem Referenzgeneratormittel (116) vorgesehen wird, wobei das Schlupffrequenzsignal auf einem Strombefehlssignal beruht und auf dem Motorgeschwindigkeitssignal, das aus dem Motorgeschwindigkeitsmittel empfangen wird.

15. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Steuermittel (100) ein Treibermittel (102-106) zum Erzeugen von Treibersignalen umfaßt, um die Umrichter (40a, 40b) zu steuern.

16. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 15, worin das Steuermittel weiter ein Steuerblockmittel für den oder jeden Motor (12, 13) umfaßt, derart, daß der oder jeder Steuerblock ein Tachometermittel (158) zum Vorsehen eines Signales umfaßt, das der Geschwindigkeit von dem oder jedem Motor entspricht; einen Signalgenerator (164), der ein Ausgangssignal entsprechend dem Quotienten der respektiven Motorgeschwindigkeit geteilt durch die Spannung des Gleichstromleistungsquellmittels (26) erzeugt; ein Schlupfgeschwindigkeitsgeneratormittel (162) zum Empfangen des Ausgangssignals aus dem Signalgenerator und Erzeugen eines Schlupffrequenzbefehlssignales; und einem Referenzgeneratormittel (116) zum Empfangen des Schlupffrequenzbefehlssignales und Erzeugen sinusförmiger Ausgangssignale, die mit einem Strombefehlssignal multipliziert werden und dann an dem Treibermittel vorgesehen werden, um die Treibersignale zu erzeugen.

17. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 16, worin der oder jeder Motor (12, 13) ein Dreiphasenmotor ist; und das Ansteuerungsmittel (102-106) einen Treiber umfaßt, der zu jeder Phase von dem oder jedem Motor gehört.

18. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 17, worin das Steuermittel (100) einen Stromsensor (132-134) umfaßt, der zu dem oder jedem Motor (12, 13) gehört, der Stromphasensignale für eine erste und zweite der Phasen für den oder jeden Motor vorsieht, und worin das Referenzgeneratormittel (116) erste und zweite sinusförmige Ausgangssignale entsprechend den ersten und zweiten Phasen erzeugt.

19. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 18, worin das Steuermittel weiter umfaßt ein Fehlersignalmittel zum Empfangen der ersten und zweiten Stromsensorsignale des oder jedes Motors (12, 13) und Vergleichen von ihnen mit den ersten und zweiten sinusförmigen Ausgangssignalen, um erste und zweite Fehlersignale indikativ für die Differenz zwischen den Signalen zu erzeugen und zum Erzeugen eines dritten Fehlersignals, das die negative Summe der ersten und zweiten Fehlersignale ist; ein Oszillatormittel (154) zum Erzeugen eines dreieckförmigen Rampensignals mit einer vorbestimmten Frequenz und einer Amplitude proportional zur Spannung des Gleichstromleistungsquellmittels (26); und einem Komparatormittel (148, 150, 152) zum Empfangen der Fehlersignale und des Dreieckoszillationssignals und zum Erzeugen von Tastverhältnissignalen, die durch die Treiber (102-106) vorgesehen werden.

20. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 19, worin der Eingangs-/Ausgangsanschluß (30) dazu angepaßt ist, mit einer elektrischen Einzelphasenwechselstromversorgungsleitung (32) verbunden zu sein und eine Leistungsleitung, eine Neutralleitung und eine Masseleitung umfaßt; und worin das Steuermittel (100) weiter ein Referenzmittel (202) zum Erzeugen einer sinusförmigen Referenzspannung umfaßt, die in Phase mit der Spannung liegt, die zwischen der Leistungsleitung und der Neutralleitung auftritt; einem Multiplizierermittel (206) zum Multiplizieren der sinusförmigen Referenzspannung mit einem Aufladebefehlssignal, was eine multiplizierte Referenzspannung erzeugt; einem anderen Stromsensor (136), der zu dem oder jedem Motor (12, 13) gehört, der ein Stromphasensignal vorsieht, das zu der dritten Motorphase für den oder jeden Motor gehört; einem Summationsmittel (212) zum Summieren der Stromphasensignale aus den Stromsensoren, die zu dem zweiten Umrichter (40b) gehören, zu den invertierten Stromphasensignalen aus den Stromsensoren, die zu dem ersten Umrichter (40a) gehören, wobei ein Durchschnittsstromsignal erzeugt wird; einem Aufladefehlermittel (210) zum Empfangen des durchschnittlichen Stromsignals und der multiplizierten Referenzspannung, um ein Aufladefehlersignal zu erzeugen; einem Fehlersummationsmittel (218-222) zum Erzeugen von Fehlersignalen zum Summieren der Differenz zwischen dem erfaßten Stromphasensignal jeder Phase und dem erfaßten Stromphasensignal einer benachbarten Phase zu dem Aufladefehlersignal; einem Dreiphasenoszillatormittel (238) zum Erzeugen dreieckiger Signale mit vorbestimmten Frequenzen und Amplituden, die der Spannung des Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittels (26) proportional sind; und einem Tastverhältnismittel (232-236) zum Erzeugen von Tastverhältnissignalen, die an den Umrichtern (40a, 40b) vorgesehen sind, indem die Aufladefehlersignale mit den Dreiecksignalen verglichen werden.

21. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 mit zwei Polyphasenmotoren (12a, 12b), wobei jeder Motor Wikklungen in einer Sternanordnung aufweist, Wicklungen eines Motors den ersten Satz von Wicklungen (54a-58a) definieren, und die Wicklungen des anderen Motors den zweiten Satz von Wicklungen (54b-58b) definieren.

22. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20 mit einem Polyphasenmotor (13) mit Wicklungen in einer Sternanordnung, die den ersten Satz von Wicklungen (80a) und den zweiten Satz von Wicklungen (80b) festlegen.

23. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung mit einem ersten Polyphasenmotor (12a) mit Wicklungen (54a-58a) in einer Sternanordnung mit einem ersten Neutralknoten (66a); einem zweiten Polyphasenmotor (126) mit Wicklungen (54b-58b) in einer Sternanordnung mit einem zweiten Neutralknoten (66b); einem Zweirichtungsgleichstromleistungsquellmittel (26) zum Vorsehen elektrischer Gleichstromleistung an den ersten und zweiten Motoren und zum Empfangen von elektrischer Gleichstromleistung; einem ersten Umrichter (40a), welcher vom Polyphasentypus, spannungsgespeist und pulsbreitenmoduliert ist, mit Schaltelementen (48a-53a) zum Steuern des Flusses elektrischer Leistung zwischen dem Gleichstromleistungsquellmittel und den Wicklungen des ersten Motors; einem zweiten Umrichter (40b), welcher vom Polyphasentypus, spannungsgespeist und pulsbreitenmoduliert ist, mit Schaltelementen (48b-53b) zum Steuern des Flusses elektrischer Leistung zwischen dem Gleichstromleistungsquellmittel und den Wicklungen des zweiten Motors; und einem Eingangs-/Ausgangsanschluß (30), der die ersten und zweiten Neutralknoten verbindet; worin die Schaltelemente der ersten und zweiten Umrichter derart geschaltet sind, daß elektrische Einzelphasenwechselstromleistung, die an den Eingangs-/Ausgangsanschluß angelegt ist, an das Gleichstromleistungsquellmittel in einer Einheitsleistungsfaktorumwandlung angelegt wird, elektrische Gleichstromleistung aus dem Gleichstromleistungsquellmittel zu elektrischer Einzelphasenleistung gewandelt wird, die zu dem Eingangs-/Ausgangsanschluß geliefert wird, elektrische Gleichstromleistung bei dem Eingangs-/Ausgangsanschluß an dem Gleichstromleistungsquellmittel vorgesehen wird, und elektrische Gleichstromleistung aus dem Gleichstromleistungsquellmittel zu Gleichstromleistung umgewandelt wird, die zu dem Eingangs-/Ausgangsanschluß geliefert wird.

24. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 23, worin jeder Motor ein Induktionsmotor (12a, 12b) ist, die Vorrichtung weiter Stromerfassungsmittel (132-136) zum Erfassen der Stromphase in den Wicklungen von jedem Motor und Erzeugen eines stromerfaßten Signales für jede Wicklung umfaßt.

25. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 24, weiter mit einem Treibermittel (102-106) zum Empfangen der erfaßten Stromsignale und Erzeugen von Schaltsignalen, um die Schaltung der Schaltelemente (48-53) der Umrichter (40) zu steuern.

26. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 25, weiter mit einem Referenzgenerator (116) zum Erzeugen von Referenzsignalen, die an dem Treibermittel (102-106) zum Bestimmen der Phase der Schaltsignale vorgesehen sind.

27. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 26, weiter mit Motorgeschwindigkeitssignalmitteln (158) zum Vorsehen der Motorgeschwindigkeit an dem Referenzgenerator (116); einem Quotientenmittel (164) zum Teilen der Motorgeschwindigkeit durch die Spannungsgröße des Gleichstromleistungsquellmittels (26) und Vorsehen des resultierenden Quotienten an dem Referenzgenerator; und einem Schlupfgeschwindigkeitsgenerator (162), der eine gewünschte Motorschlupfgeschwindigkeit an dem Referenzgenerator vorsieht.

28. Eine elektrische Motorantriebs- und Leistungsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 27, weiter mit einem Auflademittel zum Mitteln der erfaßten Stromsignale und Empfangen eines Aufladestromsignals, um ein Aufladefehler- Signal zu erzeugen, das zu den erfaßten Stromsignalen summiert wird und an den Treibern vorgesehen wird.