DE1183592B - Anordnung zur Speisung eines Synchronmotors ueber im Schaltbetrieb arbeitende Wechselrichter - Google Patents

Description

• Anordnung zur Speisung eines Synchronmotors über im Schaltbetrieb arbeitende Wechselrichter Der gewöhnliche, im Schaltbetrieb arbeitende Wechselrichter besteht aus zwei Schaltelementen, die eine Gleichspannung abwechselnd mit-entgegengesetzter Polarität auf den Verbraucher schalten. Die Ausgangsspannung eines solchen Wechselrichters zeigt F i g. 1. Die Frequenz der Umschaltungen entspricht der vom Verbraucher verlangten Frequenz. Der Nachteil dieses Wechselrichters besteht darin, daß die Amplitude der Ausgangsspannung konstant ist und daß zur Frequenzänderung eine Änderung der Schaltfrequenz selbst erforderlich ist.
• Es wurde daher bereits ein Wechselrichter..vorgeschlagen, der mit einer Schaltfrequenz arbeitet, die sehr groß ist gegenüber der vom Verbraucher verlangten Frequenz. Bei diesem vorgeschlagenen Wechselrichter wird das Schaltzeitenverhältnis Ti/T2 (F i g. 2), das bei dem bekannten Wechselrichter konstant ist (F i g. 1), in Abhängigkeit der Augenblickswerte einer vorzugsweise sinusförmigen Spannung gesteuert. Daher schwankt der Mittelwert der Ausgangsspannung sinusförmig, so daß sich der hochfrequenten Ausgangsspannung U" eine Unterwellenspannung Uä unterlagert, die zur Speisung des Verbrauchers dient. F i g. 2 zeigt diese Verhältnisse. Dieser bereits vorgeschlagene Wechselrichter ist besonders geeignet zur Speisung von Wechselstrommaschinen, deren Drehzahl durch Frequenzvariation einstellbar sein soll.
• Ausgangsspannung und Ausgangsstrom der Wechselrichter sind stark oberwellenbehaftet (F i g. 2). Der Oberwellengehalt ist eine relative Größe und bestimmt sich im bereits vorgeschlagenen Falle gemäß F i g. 2 aus dem Verhältnis der Frequenz Ud und der Schaltfrequenz fi + Ta . Man erkennt also, daß der Oberwellengehalt um so größer wird, je größer die Frequenz der Unterwellenspannung und damit die Drehzahl des Motors wird. Dieser Oberwellengehalt kann durch Erhöhung der Schaltfrequenz der Schaltelemente herabgesetzt werden. Dies läßt sich entweder durch Herabsetzung der Verbraucherinduktivität oder durch einen Eingriff in den Steuervorgang selbst erreichen, auf den nicht näher eingegangen zu werden braucht. Man darf aber die Schaltfrequenz nicht beliebig heraufsetzen, da gewisse Mindestschaltzeiten T1 bzw. T2 nicht unterschritten werden dürfen, wenn ein ordnungsgemäßes Arbeiten der Schaltelemente gewährleistet bleiben soll. Da der Oberwellengehalt der den Motor speisenden Spannung bestimmte Werte nicht überschreiten darf, ist damit der einstellbare Drehzahlbereich nach oben begrenzt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den einstellbaren Drehzahlbereich bei Speisung eines Synchronmotors zu erhöhen.
• Bei synchron umlaufenden Wechselstrommotoren ist es bereits bekannt, die dreiphasige Läuferwicklung derart mit der dreiphasigen Ständerwicklung in Reihe zu schalten, daß vom Läufer ein zum Ständerdrehfeld gegenläufiges Drehfeld erzielt wird. Die Verwendung dieser bekannten Maßnahme bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung bietet jedoch den besonderen Vorteil, daß sich ein doppelter Drehzahlbereich bei günstigem Oberwellengehalt der Speiseanordnung und geringer Schaltfrequenz der Schaltmittel erzielen läßt.
• Die Erfindung geht aus von einer bekannten Anordnung zur Speisung eines Synchronmotors über im Schaltbetrieb mit sehr hoher Schaltfrequenz arbeitende Wechselrichter, bei denen das Schaltzeitenverhältnis der steuerbaren Schaltelemente jedes Wechselrichters in Abhängigkeit der Augenblickswerte periodischer, vorzugsweise snusförmiger Sollwertwechselspannungen mit einer wesentlich geringeren Frequenz als die Schaltfrequenz derart gesteuert wird, daß der zeitliche Verlauf des Mittelwertes der zerhackten Ausgangsspannung .jedes Wechselrichters seinem Sollwertspannungsverlauf entspricht. Erfindungsgemäß besitzt der Läufer des Synchronmotors 4 in an sich bekannter Weise eine dreiphasige Wicklung 6 a bis 6c, die derart mit der Dreiphasenwicklung des Ständers 5 a bis 5 c in Reihe geschaltet ist, daß vom Läufer ein zum Ständerdrehfeld gegenläuflges Drehfeld erregt wird.
• In F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindune dareestellt. Der Läufer besitzt eine Dreiphasenwicklung 6 a bis 6c. Diese Dreiphasenwicklung ist über Schleifringe mit der Dreiphasenwicklung des Ständers 5 a bis 5 c in Reihe geschaltet. Die Polung ist so vorgenommen, daß bei Stillstand des Synchronmotors das von der Läuferwicklung erregte Drehfeld 5 in entgegengesetzter Richtung im Raum umläuft wie das von der Ständerwicklung erregte Drehfeld.
• Da sich der Läufer des Motors so schnell drehen muß, daß beide Drehfelder im Raum synchron umlaufen, erhöht sich die Drehzahl des Motors bei un- io veränderter Speisefrequenz auf den doppelten Wert. Man kann also durch die Schaltungsmaßnahmen nach der Erfindung den durch den Wechselrichter 1 bis 3 einstellbaren Drehzahlbereich bei unverändertem Oberwellengehalt auf das Doppelte erhöhen. 15 Durch die Reihenschaltung der beiden Wicklungen wird die Induktivität des Lastkreises vergrößert. Dies kann ein Vorteil sein in den Fällen, in denen zur Erzielung einer ordnungsgemäßen Arbeitsweise des Wechselrichters die Einschaltung von Zusatzinduk- 2o tivitäten zwischen Wechselrichter und Last erforderlich ist. Dank der Erhöhung der Lastinduktivität können dann die Zusatzinduktivitäten entsprechend verkleinert werden. Außerdem ergibt sich eine Ersparnis an Polraderregerleistung. 25

Claims (1)

1. Patentanspruch: Anordnung zur Speisung eines Synchronmotors über im Schaltbetrieb mit sehr hoher Schaltfrequenz arbeitende Wechselrichter, bei denen das Schaltzeitenverhältnis der steuerbaren Schaltelemente jedes Wechselrichters in Abhängigkeit der Augenblickswerte periodischer, vorzugsweise sinusförmiger Sollwertwechselspannungen mit einer wesentlich geringeren Frequenz als die Schaltfrequenz derart gesteuert wird, daß der zeitliche Verlauf des Mittelwertes der zerhackten Ausgangsspannung jedes Wechselrichters seinem Sollwertspannungsverlauf entspricht; dadurch gekennzeichnet, -daß der Läufer des Synchronmotors (4) in an sich bekannter Weise eine dreiphasige Wicklung (6a bis 6c) besitzt, die derart mit der Dreiphasenwicklung des Ständers (5a bis 5c) -in Reihe geschaltet ist, daß vom Läufer ein zum Ständerdrehfeld gegenläufiges Drehfeld erregt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 682 535; deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 080.