Zur Verbesserung der Betriebseigenschaften einer Induktions- maschine, die von einer nach dem Phasenanschnittprinzip ar- beitenden Steuereinrichtung (Drehstromsteller) angesteuert wird, ist es für eine Vielzahl von Antriebsaufgaben von Vor- teil, das von der Induktionsmaschine erzeugte Drehmoment zu beeinflussen oder zu regeln. Hierzu ist die Kenntnis des von der Induktionsmaschine erzeugten Drehmoments erforderlich.

Dieses kann beispielsweise mechanisch an der Welle der Induk- tionsmaschine gemessen werden. Eine solche mechanische Mes- sung des Drehmomentes ist allerdings konstruktiv aufwendig, da hierzu geeignete Messwertaufnehmer entweder in die Induk- tionsmaschine eingebaut oder außerhalb der Induktionsmaschine angeordnet werden müssen.

Alternativ zu letzterer Methode ist es auch möglich, das Drehmoment der Induktionsmaschine durch Messung rein elek- trischer Größen an den Klemmen der Induktionsmaschine zu bestimmen. Eine einfache Möglichkeit hierzu besteht darin, aus den messbaren Effektivwerten für Strom und Spannung das Drehmoment gemäß nachfolgender Gleichung zu bestimmen : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> 3#p<BR> <BR> #(US#IS#cos#-RS#IS2)M= (1)<BR> <BR> <BR> 2###~Netz M - durch die Maschine erzeugtes Drehmoment p-Zahl der Polpaare fNetz = Frequenz des speisenden Netzes

Us-Effektivwert der Stator-Strangspannung Is-Effektivwert des Statorstromes cos (p-Leistungsfaktor Rs-ohmscher Widerstand einer Statorwicklung inklusive Zuleitung Mit Hilfe der vorstehend genannten Gleichung lässt sich je- doch das Drehmoment nur in einfachen Betriebssituationen er- mitteln.

Eine insbesondere bei unsymmetrischen oder stark von der Si- nusform abweichenden Strömen genauere Bestimmung des Drehmo- mentes ist beispielsweise aus der DE 42 29 554 C2 bekannt.

Dort ist eine Berechnung des Drehmomentes aus dem verketteten Statorfluss und dem Statorstrom gemäß folgender Gleichung offenbart : m=3/2#p#(#S##iS#)(2) m-Drehmoment p-Zahl der Polpaare Tz-Raumzeiger des verketteten Statorflusses, bezogen auf das Stator-Koordinatensystem s-Raumzeiger des Statorstromes Operator#- mit z2#=Re#z1###Im#z2##-Im#z1###Re#z2### Während der Raumzeiger iz des Statorstromes aus den messbaren Statorklemmenströmen isl, s2, s3 mit Hilfe bekannter Koordinaten- transformationen direkt bestimmt werden kann, muß der Raum- zeiger #S# des verketteten Statorflusses indirekt aus den Stator-Strangspannungen usls2, s3 und den Statorklemmenströmen isi, s2, s3 ermittelt werden.

Für die zeitliche Ableitung des Raumzeigers S des verkette- ten Statorflusses gilt :

#S#<BR> <BR> <BR> RS#iS#uS#- (3) dt u5Z-Raumzeiger der Stator-Strangspannung Rs-ohmscher Widerstand einer Statorwicklung und der Zuleitung Der in Gleichung (2) enthaltene Widerstand Rs ist entweder als Parameter der Induktionsmaschine bekannt bzw. an der Ma- schine messbar. Im allgemeinen reicht es aus, den Widerstand einer Statorwicklung zu verwenden, da üblicherweise die Wi- derstände Rsl, Rs2, Rs3 jeder Statorwicklung gleich sind, d. h.

RS1 = Rs2 = RS3 = Rs- Durch Integration folgt schließlich der Raumzeiger des ver- ketteten Statorflusses der Induktionsmaschine zu : Beiden Verfahren zur Bestimmung des Drehmoments aus elektri- schen Größen ist gemein, dass der ohmsche Widerstand der Statorwicklung einschließlich der Zuleitungen bekannt sein muss. In der Praxis wurde der ohmsche Widerstand der Stator- wicklung und der Zuleitungen allein aufgrund der Bemessungs- leistung des Drehstromstellers und der hieraus zu erwartenden Nennleistung der angeschlossenen Induktionsmaschine ge- schätzt.

Anstelle einer Schätzung ist es prinzipiell möglich, den ohmschen Widerstand der Statorwicklung und der Zuleitung der Induktionsmaschine zu messen. Aus"Conference Record, IEEE Instrument and Measurement Technology Conference, New York, 1991, S. 288-291, ist es beispielsweise bekannt, die elektri- schen Größen des Statorkreises einer Induktionsmaschine la- bormäßig dadurch zu bestimmen, dass an den Statorkreis eine vorgegebene Spannung angelegt und der Strom gemessen wird.

Die elektrischen Größen einer in Betrieb befindlichen Induk- tionsmaschine können jedoch auch bei gleichem Typ untereinan- der variieren und zudem von der Betriebsdauer und dem jewei- ligen Betriebszustand, insbesondere der Temperatur, abhän- gen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen des ohmschen Widerstandes eines Statorkreises ei- ner Induktionsmaschine anzugeben, das die betriebsmäßige Be- stimmung des Widerstandes einer über eine nach dem Phasenan- schnittprinzip arbeitende Steuereinrichtung an ein Drehstrom- netz angeschlossenen Induktionsmaschine ermöglicht. Außerdem soll eine geeignete Einrichtung zur Durchführung des Ver- fahrens geschaffen werden.

Die Aufgabe ist bezüglich des Verfahrens durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 und bezüglich der Einrichtung durch die Merkmale des Patentanspruches 5 gelöst. Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Statorkreis mit einem Gleichstrom beaufschlagt und als spannungsbestimmender Widerstand einem Strom-Spannungs-Wandler zugeschaltet, dessen Ausgangsspannung als Maß für den Widerstand herangezogen wird. Bei der Erfindung wird der zur Messung des Stator- widerstandes zwingend notwendige Gleichstrom durch die Spannungsversorgung, und zwar typischerweise 5V, des in der Steuereinrichtung üblicherweise integrierten Mikroprozessors bzw. der ansonsten vorhandenen Elektronik erzeugt. Der Widerstand kann nach entsprechender Analog-Digital-Wandlung in einem Mikroprozessor verarbeitet werden. Die Messung des Stator-widerstandes mittels des beschriebenen Verfahrens darf insbesondere nur dann vorgenommen werden, wenn sich sowohl Stator als auch Rotor im stromlosen Zustand befinden. Dieser Zustand wird gewährleistet, indem einerseits der Stator durch das Steuergerät vom Netz getrennt wird und andererseits der

stromlose Zustand des Rotors durch das Fehlen der Stator- Klemmenspannung detektiert wird.

Unter Statorkreis ist dabei im folgenden der durch die Sta- torwicklungen zwischen zwei Klemmen der Induktionsmaschine festgelegte Stromkreis zu verstehen, der je nach Beschaltung der Induktionsmaschine aus einer Serienschaltung von zwei Statorwicklungen (Sternschaltung) oder aus einer Parallel- schaltung einer Statorwicklung mit zwei in Serie geschalteten Statorwicklungen (Dreieckschaltung) und den jeweiligen Zulei- tungen besteht. Der zur Berechnung des Drehmomentes erforder- liche ohmsche Widerstand einer Statorwicklung inklusive Zu- leitung kann damit unmittelbar aus dem ohmschen Widerstand eines Statorkreises abgeleitet werden.

Da die Widerstands-Messeinrichtung von der Spannungsversor- gung der Steuereinrichtung versorgt wird, d. h. die zur Mes- sung des Widerstands erforderlichen elektrischen Signale aus der zur Versorgung der Elektronik der Steuereinrichtung vor- handenen Versorgungsspannung erzeugt werden, ist eine einfa- che Integration in einen bereits vorhandenen Drehstromteller möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Messung des ohmschen Widerstandes vor jedem An- lauf der Induktionsmaschine.

Der auf diese Weise gemessene ohmsche Widerstand wird dann vorteilhaft als Eingangsgröße zum Bestimmen des Drehmomentes aus dem verketteten Statorfluss und dem Statorstrom verwen- det.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung enthält eine Messschal- tung mit einem Strom-Spannungs-Wandler, an dem der Stator- kreis über einen steuerbaren Schalter als spannungsbestimmen- der Widerstand anschließbar ist, und eine Konstantstromquelle

zum Erzeugen eines konstanten Gleichstroms die an den Strom- Spannungswandler angeschlossen ist.

Vorzugsweise ist als Strom-Spannungswandler ein Operations- verstärker vorgesehen, dessen Rückkopplungskreis durch den zuschaltbaren Statorkreis gebildet ist.

Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst insbesondere eine Steuereinrichtung zur Steuerung des steuerbaren Schalters in Abhängigkeit von der Klemmenspannung.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung zur Steuerung einer Halbleiterventilanordnung vorgesehen, mit der die Induktions- maschine an ein Netz angeschlossen ist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinrichtung zum Bestimmen des Drehmoments der Induktionsmaschine aus dem verketteten Statorfluss und dem Statorstrom unter Verwendung des gemessenen ohmschen Wider- standes vorgesehen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs- beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patent- ansprüchen. Es zeigen jeweils als Blockschaltbild Figur 1 eine Einrichtung zum Messen des ohmschen Widerstandes eines Statorkreises einer Induktionsmaschine und Figur 2 eine gegenüber Figur 1 abgeänderte Einrichtung zum Messen des Statorwiderstandes.

Gemäß Figur 1 ist eine Induktionsmaschine 2 über eine nach dem Phasenanschnittprinzip arbeitende Steuereinrichtung 4 mit ihrem Ständer an die Phasen Ll, L2, L3 eines dreiphasigen Netzes angeschlossen. Die Steuereinrichtung 4 umfasst hierzu eine Halbleiterventilanordnung 40, die im Ausführungsbeispiel

für jede Phase L1, L2, L3 aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 42 besteht.

Die Steuereinrichtung 4 enthält einen Mikroprozessor 44, in dem die zum Bereitstellen der Zündsignale für die Thyristoren 42 erforderlichen Operationen durchgeführt und die hierzu notwendigen, den Betriebszustand der Induktionsmaschine 2 charakterisierenden Messdaten verarbeitet werden.

An die Steuereinrichtung 4 ist eine von der Spannungsversor- gung Vcc der Steuereinrichtung 4 versorgte Widerstands-Mess- einrichtung 60 angeschlossen, die über einen steuerbaren Schalter 46 an die Klemmen K2, K3 der Induktionsmaschine 2 geführt ist. Der Schaltzustand des steuerbaren Schalters 46, im Ausführungsbeispiel ein Relais, wird durch ein vom Mikro- prozessor 44 der Steuereinrichtung 4 bereitgestelltes Steuer- signal S gesteuert.

Die Widerstands-Messeinrichtung 60 enthält zur Messung des ohmschen Widerstandes Rs der zwischen den Klemmen K2 und K3 befindlichen Statorwicklung einen Strom-Spannungs-Wandler 62, der im Ausführungsbeispiel durch einen Operationsverstärker gebildet ist, an dessen invertierenden Eingang eine Konstant- stromquelle 70 angeschlossen ist. Der nichtinvertierende Ein- gang des Operationsverstärkers ist über einen Spannungsteiler Ro an eine zur Versorgung der Steuereinrichtung 4 bereits vorhandene Versorgungsspannung Vcc angeschlossen, so dass an seinem nichtinvertierenden Eingang eine vorgegebene Spannung Uo anliegt.

Der zwischen den Klemmen K2 und K3 befindliche Teil der Sta- torwicklung der Induktionsmaschine 2 bildet den Rückkopp- lungskreis des Operationsverstärkers. Der von der Konstant- stromquelle 70 erzeugte konstante Strom Imess fließt bei ge- schlossenem Schalter 46 über diesen Teil der Statorwicklung der Induktionsmaschine 2, so dass am Ausgang eine dem Wider-

stand R zwischen den Klemmen K2, K3 des Statorkreises propor- tionale Spannung Ual gemäß nachstehender Gleichung anliegt.

U, i=Uo-I..-R (5) Der Widerstand R wiederum ist dem Widerstand Rs einer Stator- wicklung proportional und beträgt je nach Beschaltung 2RS (Stern) oder 2Rs/3 (Dreieck), so dass die Spannung Uai eben- falls proportional zu Rs ist. Die mittels des Spannungstei- lers Ro am nicht invertierenden Eingang des Operationsver- stärkers angelegte Spannung Uo dient dazu, ein Funktionieren der Widerstands-Messeinrichtung 60 auch bei unipolarer Span- nungsversorgung zu gewährleisten.

Dem Stromspannungswandler 62 ist eine ebenfalls aus einem Operationsverstärker und Widerständen Rvl und Rv2 aufgebaute Verstärkerschaltung 64 nachgeschaltet, an deren Ausgang eine verstärkte Spannung Ua2 gemä# Gleichung Rv2 Imess#RUa2=U0+# (6) @<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> R,, i<BR> anliegt.

Die analoge Ausgangsspannung Ua2 der Verstärkerschaltung 64 wird über einen Analog-Digital-Wandler 66 dem Mikroprozessor 44 zugeführt, in dem der Widerstand R und damit auch Rs aus der obigen Gleichung abgeleitet und beispielsweise nach den in der deutschen Patentschrift 42 29 554 C2 genannten Algo- rithmen zur Bestimmung des Drehmomentes herangezogen wird.

Die Messung des Widerstandes R erfolgt in einem Zeitab- schnitt, in dem die Induktionsmaschine 2 vom Netz L1, L2, L3 durch entsprechende Ansteuerung der Halbleiterventilanordnung 40 getrennt ist, sich im stromlosen Zustand befindet und die durch Zuschalten der Konstantstromquelle 70 verursachten transienten Vorgänge abgeklungen sind. Der steuerbare Schal- ter 46 wird hierzu vorzugsweise vor dem Anlaufen der Induk-

tionsmaschine 2 geschlossen. Zusätzlich kann eine in der Steuereinrichtung 4 enthaltene Messeinrichtung 68 zum Messen der Klemmenspannung UK zwischen den Klemmen K2 und K3 vor- gesehen sein, mit der ein stromloser Rotor der Induktions- maschine 2 durch Verschwinden der Klemmenspannung UK fest- gestellt und sichergestellt werden kann, dass die Wider- stands-Messeinrichtung 60 nur bei stromlosem Rotor der Induktionsmaschine zugeschaltet wird.

Nach Abklingen der transienten Vorgänge, d. h. nach etwa 100ms, sind die Ausgangsspannung Ual des Stromspannungswand- lers 62 und die Ausgangsspannung Ua2 der Verstärkerschaltung 64 dem zu bestimmenden Widerstand R direkt proportional. Ge- gebenenfalls kann der Verstärkerschaltung 64 noch ein passi- ver Tiefpassfilter nachgeschaltet sein oder alternativ hierzu eine digitale Tiefpassfilterung auch im Mikroprozessor 44 er- folgen.

In Figur 2 ist die Einrichtung gemäß Figur 1 insoweit ver- einfacht, dass Widerstand Rnot des Motors 2 an den positiven Eingang eines Operationsverstärkers 72 angeschaltet ist, der eine Verstärkung des aus eingeprägtem Messstrom Imess und Widerstand RMot des Motors 2 resultierenden Spannungsabfalls vornimmt. An den positiven Eingang des Operationsverstärkers 72 wird hierzu der Messstrom Imess aus der Gleichspannungs- versorgung mit 5 V eingeprägt. Dem Operationsverstärker 72 ist ein A/D-Wandler 75 nachgeschaltet. Mit dem A/D-Wandler 75 wird der Spannungsabfall am Widerstand erfaßt, so dass der Wert des spannungsbestimmenden Widerstandes R direkt anzeig- bar ist.

Mit dem anhand der vorangehenden Beispiele beschriebenen Ver- fahren und den zugehörigen Einrichtungen ergeben sich somit gegenüber dem Stand der Technik vereinfachte Möglichkeiten, den ohmschen Widerstand eines Statorkreises einer an ein Netz angeschlossenen Induktionsmaschine, insbesondere eines Motors, zu bestimmen und anzuzeigen.