DE102004001687A1

DE102004001687A1 - Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Drehstrommotoren

Info

Publication number: DE102004001687A1
Application number: DE200410001687
Authority: DE
Inventors: Eugen Holl; Hans-Peter Lang; Swen Ruppert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2004-01-12
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Drehstrommotoren (1, 2), wobei diese an Umrichterphasen (3 bis 7) angeschlossen sind. Es ist vorgesehen, dass zum Betreiben von zwei Drehstrommotoren (1 und 2) fünf Umrichterphasen (3 bis 7) dienen, dass der erste Drehstrommotor (1) an der ersten (3), zweiten (4) und dritten Umrichterphase (5) angeschlossen ist und dass der zweite Drehstrommotor (2) an der dritten (5), vierten (6) und fünften Umrichterphase (7) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Drehstrommotoren, wobei diese an Umrichterphasen angeschlossen sind.
Es ist bekannt, dass ein Drehstrommotor drei Umrichterphasen benötigt. Folglich war es bisher üblich, dass zum Betreiben von zwei Drehstrommotoren sechs Umrichterphasen vorhanden sein mussten. Entsprechend benötigten drei Drehstrommotoren neun Umrichterphasen.
Ein üblicher Umrichter weist drei Umrichterphasen auf. Es sind aber auch Umrichter mit mehr als drei, z.B. fünf, sieben oder acht Phasen bekannt. Falls man, wie bisher üblich, für jeden Drehstrommotor drei Umrichterphasen benötigt, kann es vorkommen, dass ein zusätzlicher Umrichter benötigt wird, dessen Umrichterphasen aber zum Teil ungenutzt bleiben. Umrichter, die nicht vollständig gebraucht werden, verursachen aber genauso hohe Kosten und benötigen genauso viel Platz wie vollständig genutzte Umrichter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Drehstrommotoren anzugeben, die mit weniger Umrichtern, zumindest jedoch mit weniger Umrichterphasen als bisher auskommt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass zum Betreiben von zwei Drehstrommotoren fünf Umrichterphasen dienen, dass der erste Drehstrommotor an der ersten, zweiten und dritten Umrichterphase angeschlossen ist und dass der zweite Drehstrommotor an der dritten, vierten und fünften Umrichterphase angeschlossen ist.

Dadurch, dass die dritte Umrichterphase von beiden Drehstrommotoren benutzt wird, kommt man mit weniger Umrichterphasen und insbesondere auch mit weniger Umrichtern aus. Es werden also Platz, Kosten und Gewicht gespart, was insbesondere beim Einsatz in einem Fahrzeug von Bedeutung ist, das zum Beispiel eine Lokomotive ist.

Beispielsweise sind die Spannungen zwischen den Umrichterphasen derart steuerbar, dass sie periodische Funktionen sind. Geeignete periodische Funktionen sind beispielsweise Sinusfunktionen oder Trapezfunktionen.

Man kommt vorteilhaft mit weniger Umrichterphasen als bisher zum Betreiben der gleichen Anzahl von Drehstrommotoren aus.

Beispielsweise sind die Spannungen zwischen den Umrichterphasen derart steuerbar, dass für den ersten Drehstrommotor die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Umrichterphase u12(t) = US1·sin(ω1·t + φ)zwischen der zweiten und der dritten Umrichterphase u23(t) = US1·sin(ω1·t – 120° + φ)und zwischen der dritten und der ersten Umrichterphase u31(t) = US1·sin(ω1·t – 240° + φ)ist und dass für den zweiten Drehstrommotor die Spannung zwischen der dritten und der vierten Umrichterphase u34(t) = US2·sin(ω2·t + φ)zwischen der vierten und der fünften Umrichterphase u45(t) = US2·sin(ω2·t – 120° + φ) und zwischen der fünften und der dritten Umrichterphase u53(t) = US2·sin(ω2·t – 240° + φ)ist.

Dabei ist Us die Scheitelspannung, ω ist die Frequenz und φ ist der Phasenwinkel. t steht für die Zeit.

Dadurch, dass die Spannungen zwischen den Umrichterphasen in der genannten Weise gesteuert werden, wird der Vorteil erzielt, dass z.B. zwei Drehstrommotoren an fünf Umrichterphasen zu betreiben sind, obwohl eine der Umrichterphasen von beiden Drehstrommotoren genutzt wird.

Um die gewünschten Spannungen zwischen den Umrichterphasen zu bekommen, können als Modulationsverfahren an die fünf Umrichterphasen beispielsweise die folgenden Spannungsverläufe angelegt werden: u1(t) = (US1 + US2)/√3 + (US1/√3)·sin(ω1·t) + (US2/√3)·sin(ω2·t) u2(t) = (US1 + US2)/√3 + (US1/√3)·sin(ω1·t – 120°) + (US2/√3)·sin(ω2·t) u3(t) = (US1 + US2)/√3 + (US1/√3)·sin(ω1·t + 240°) + (US2/√3)·sin(ω2·t) u4(t) = (US1 + US2)/√3 + (US1/√3)·sin(ω1·t – 240°) + (US2/√3)·sin(ω2·t – 120°) u5(t) = (US1 + US2)/√3 + (US1/√3)·sin(ω1·t – 240°) + (US2/√3)·sin(ω2·t) – 240°)

Die Zwischenkreisgleichspannung ist dabei U_ZK ≥ 2·(U_S1 + U_S2)/√3.

Es sind auch andere gleich gute Modulationsverfahren möglich, insbesondere wenn andere Spannungen zwischen den Umrichterphasen vorgesehen sind.

Beispielsweise ist zum Betreiben von drei Drehstrommotoren der dritte Drehstrommotor an einer sechsten, siebten und achten Umrichterphase angeschlossen. Das ist sinnvoll, falls oh nehin ein Umrichter mit insgesamt acht Umrichterphasen zur Verfügung steht.

Nach einem anderen Beispiel ist zum Betreiben von drei Drehstrommotoren der dritte Drehstrommotor an der fünften und an einer sechsten und siebten Umrichterphase angeschlossen.

Dabei wird die fünfte Umrichterphase sowohl vom zweiten als auch vom dritten Drehstrommotor benutzt. Das ist möglich, da auch in diesem Fall die Spannungen zwischen den Umrichterphasen in geeigneter Weise steuerbar sind. Es wird der Vorteil erzielt, dass für drei Drehstrommotoren statt neun Phasen sogar nur sieben Phasen notwendig sind. Man kommt also mit weniger Umrichtern zumindest aber mit weniger Umrichterphasen aus.

Nach einem zusätzlichen Beispiel sind zum Betreiben von n Drehstrommotoren diese an (2n + 1) Umrichterphasen angeschlossen.

Hiermit wird dargelegt, wieviele Umrichterphasen mindestens für eine beliebige Anzahl von Drehstrommotoren erforderlich sind. Man kann also eine beliebige Anzahl von Drehstrommotoren einsetzen und stets vorteilhaft mit einer gegenüber dem Bekannten reduzierten Anzahl von Umrichterphasen auskommen.

Es wird der Vorteil erzielt, dass, insbesondere in einem Fahrzeug, z.B. in einer Lokomotive, Platz und Gewicht und auch Kosten eingespart werden, da weniger Umrichterphasen notwendig sind, um eine gewünschte Anzahl von Motoren zu betreiben.

Die Vorrichtung nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert:
1 zeigt drei Drehstrommotoren, die an acht Umrichterphasen angeschlossen sind.
2 zeigt drei Drehstormmotoren, die an sieben Umrichterphasen angeschlossen sind.
Nach den 1 und 2 sind ein erster Drehstrommotor 1 und ein zweiter Drehstrommotor 2 an fünf Umrichterphasen 3 bis 7 angeschlossen. Am gesamten Umrichter liegt die Zwischenkreisgleichspannung U_ZK an. An den einzelnen Umrichterphasen 3 bis 7 liegen die Spannungen u1 bis u5 an. Dazu sind Spannungsverläufe zwischen den einzelnen Umrichterphasen vorgesehen. Diese Spannungsverläufe sind u12, u23, u34 und u45, sowie u31 und u53. Mit diesen Spannungsverläufen wird der Vorteil erzielt, dass bestimmte Umrichterphasen für unterschiedliche Drehstrommotoren herangezogen werden können.
Bei der Vorrichtung nach 1 weist der Umrichter, der auch aus zwei Teilumrichtern bestehen kann, insgesamt acht Umrichterphasen 3 bis 7 und 9 bis 11 auf. Es ist daher ein dritter Drehstrommotor 8 an der sechsten 9, siebten 10 und achten Umrichterphase 11 angeschlossen.
Die 2 zeigt eine Vorrichtung zum Betreiben von drei Drehstrommotoren 1, 2 und 12, die mit sieben Phasen 3 bis 7, 9 und 10 eines Umrichters auskommt. Dabei ist der dritte Drehstrommotor 12 an der fünften 7, sechsten 9 und siebten Umrichterphase 10 angeschlossen, obwohl die fünfte Umrichterphase 7, wie bei der Ausführungsform nach 1, auch für den zweiten Drehstrommotor 2 verwendet wird. Im übrigen entspricht die Ausführungsform der 2 derjenigen der 1. Man kommt mit weniger Umrichterphasen als beim Bekannten aus. Insbesondere werden ganze Umrichter eingespart.

Claims

Vorrichtung zum Betreiben von mindestens zwei Drehstrommotoren (1, 2), wobei diese an Umrichterphasen (3 bis 7) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betreiben von zwei Drehstrommotoren (1, 2) fünf Umrichterphasen (3 bis 7) dienen, dass der erste Drehstrommotor (1) an der ersten (3), zweiten (4) und dritten Umrichterphase (5) angeschlossen ist und dass der zweite Drehstrommotor (2) an der dritten (5), vierten (6) und fünften Umrichterphase (7) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen zwischen den Umrichterphasen (3 bis 7) derart steuerbar sind, dass sie periodische Funktionen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die periodischen Funktionen Sinusfunktionen oder Trapezfunktionen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen zwischen den Umrichterphasen (3 bis 7) derart steuerbar sind, dass für den ersten Drehstrommotor (1) die Spannung zwischen der ersten (3) und der zweiten Umrichterphase (4) u12(t) = US1·sin(ω1·t + φ)zwischen der zweiten (4) und der dritten Umrichterphase (5) u23(t) = US1·sin(ω1·t – 120° + φ)und zwischen der dritten (5) und der ersten Umrichterphase (3) u31(t) = US1·sin(ω1·t – 240° + φ)ist und dass für den zweiten Drehstrommotor (2) die Spannung zwischen der dritten (5) und der vierten Umrichterphase (6) u34(t) = US2·sin(ω2·t + φ)zwischen der vierten (6) und der fünften Umrichterphase (7) u45(t)US2·sin(ω2·t – 120° + φ)und zwischen der fünften (7) und der dritten Umrichterphase (5) u53(t) = US2·sin(ω2·t – 240° + φ)ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betreiben von drei Drehstrommotoren (1, 2 und 8) der dritte Drehstrommotor (8) an einer sechsten (9), siebten (10) und achten Umrichterphase (11) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betreiben von drei Drehstrommotoren (1, 2 und 12) der dritte Drehstrommotor (12) an der fünften (7) und an einer sechsten (9) und siebten Umrichterphase (10) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betreiben von n Drehstrommotoren diese an (2n + 1) Umrichterphasen angeschlossen sind.