DE1238556B - Anordnung zum Betrieb eines ueber Wechselrichter gespeisten Mehrphasen-Synchronmotors mit einstellbarem Polradwinkel bei beliebiger Drehzahl - Google Patents

Anordnung zum Betrieb eines ueber Wechselrichter gespeisten Mehrphasen-Synchronmotors mit einstellbarem Polradwinkel bei beliebiger Drehzahl

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DE1238556B
DE1238556B DEL41848A DEL0041848A DE1238556B DE 1238556 B DE1238556 B DE 1238556B DE L41848 A DEL41848 A DE L41848A DE L0041848 A DEL0041848 A DE L0041848A DE 1238556 B DE1238556 B DE 1238556B
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DE
Germany
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synchronous motor
voltages
voltage
speed
arrangement
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DEL41848A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Heinz Guenter Lott
Dr Phil Karl Steimel
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • H02P25/024Synchronous motors controlled by supply frequency

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

  • Anordnung zum Betrieb eines über Wechselrichter gespeisten Mehrphasen-Synchronmotors mit einstellbarem Polradwinkel bei beliebiger Drehzahl Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Mehrphasen-Synchronmotor, der in einer Anordnung über im Schaltbetrieb mit einer im Vergleich zur Motomennfrequenz sehr hohen Frequenz arbeitende Wechselrichter aus einem Gleichstromnetz gespeist wird, so zu betreiben, daß sein Polradwinkel bei beliebiger Drehzahl einstellbar ist.
  • Es ist bereits eine Anordnung zur Regelung der Drehzahl eines Mehrphasen-Synchronmotors bekannt, bei der der Synchronmotor von Wechselrichtern gespeist wird, deren Ausgangsgröße in ihrer Amplitude und ihrer Frequenz einstellbar ist. Dabei wird die Spannung zur Steuerung der Ausgangsgröße des Wechselrichters von einem Drehtransformator abgegriffen, welcher durch eine mit dem Synchronmotor gekuppelte Drehstromtachometermaschine erregt wird. Über eine Verstelleinrichtung wird der Drehtransformator entsprechend der vorgegebenen Drehzahl fortlaufend verstellt. Im Prinzip könnte die bekannte Anordnung auch zur Erzwingung eines konstanten Polradwinkels verwendet werden. Die bekannte Anordnung hätte dann aber den Nachteil, daß ein relativ komplizierter Drehtransformator erforderlich ist und daß dieser Drehtransformator durch seine zusätzlichen Induktivitäten die Stabilität der Regelanordnung beeinträchtigt.
  • Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird nach der Erfindung eine Anordnung der eingangs angegebenen Art vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Größe und Frequenz der Ausgangsspannungen oder der Ausgangsströme der den Synchronmotor speisenden Wechselrichter durch sinusförmige, von einer mit dem Synchronmotor gekuppelten Drehstromtachometermaschine abgegriffene Sollspannungen vorgegeben sind und daß zwischen die Wellen des Synchronmotors und der Drehstromtachometermaschine ein Glied eingefügt ist, das die gegenseitige Winkellage dieser Welle einzustellen gestattet.
  • Abgesehen von dem andersartigen Zweck, dem die im zweiten Absatz geschilderte bekannte Anordnung dient, ist die Anordnung nach der Erfindung gegenüber der bekannten Anordnung durch ihre größere Einfachheit und durch ihre größere Regelstabilität gekennzeichnet.
  • F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Erläuterung dieser Figur bleiben zunächst die Widerstände 9 a und 9 b außer Betracht. Die Ankerwicklungsstränge 1 a bis 1 c eines Mehrphasen-Synchronmotors l werden über drei Wechselrichter 2 a bis 2 c aus einer Gleichspannungsquelle 4 gespeist. Diese Gleichspannungsquelle liefert auch den Erregerstrom für die Polradwicklung 1 d. Die Wechselrichter 2 a bis 2 c sind derart beschaffen, daß die von ihnen gelieferten Motorspannungen oder Motorströme hinsichtlich ihrer Amplitude und ihrer Frequenz von sinusförmigen Sollspannungen aas geführt werden. Hierzu werden die Sollspannungen u, mit Istspannungen u1 in drei Summierungspunkten 3 a bis 3 c verglichen. Die Istspannungen ac= bilden die den Motor speisenden Spannungen oder Ströme ab. Mit dem Läufer des Synchronmotors l ist über ein Glied 5 eine Drehstromtachometermaschine 6 gekuppelt. Das Glied 5 gestattet, die gegenseitige Winkellage (Polradwinkel 0) zwischen den Wellen des Synchronmotors und der Tachometermaschine zu verstellen. Die Tachometermaschine 6 liefert die Sollspannungen ass für die den Motor speisenden Spannungen oder Ströme.
  • Unabhängig von der Drehzahl oder der Belastung des Synchronmotors behält der Polradwinkel 0 des Synchronmotors (wobei ein Motor mit der Polpaarzahl 1 angenommen wird) den durch das Glied 5 vorgegebenen Wert. Wird über das Glied 5 ein anderer Polradwinkel vorgegeben, so ändert sich die Phasenlage der Sollspannungen u", die ihrerseits eine Veränderung der Phasenlage der den Motor speisenden Spannungen bewirken, so daß der Polradwinkel des Motors sich auf den neuen Wert einstellt.
  • Für das von dem Synchronmotor abgegebene Drehmoment M gilt. -M - 0 IA sin,0.
  • Darin bedeutet 0 den von der Polradwicklung erregten magnetischen Fluß und IA den Ankerstrom des Synchronmotors. Der Fluß 0 ist konstant, solange der Polraderregerstrom konstant ist. Man erkennt, daß, wenn der Polradwinkel 0 auf den Wert 90° eingestellt wird, der Motor in bekannter Weise (an der Kippgrenze) sein größtes Drehmoment entwickelt.
  • Man kann die Anordnung nach der Erfindung auch dazu benutzen, den Motor mit einem von der Drehzahl unabhängigen Drehmoment zu betreiben, wobei die Größe dieses Drehmoments durch das Glied 5 eingestellt werden kann. Solange der Ankerstrom 1A in Abhängigkeit von der Sollspannung u, geregelt wird, steigt das Drehmoment proportional mit der Drehzahl, da ja die von der Tachometermaschine gelieferte Sollspannung u, drehzahlproportional ist. Wenn man jedoch die den Motor speisende Spannung UA in Abhängigkeit der Sollspannung u, regelt, dann wird der Ankerstrom 1A und damit das Drehmoment annähernd konstant bleiben, denn mit Erhöhung der Drehzahl wachsen auch sämtliche induktiven Widerstände der Wicklungen, so daß bei drehzahlproportionalem Anwachsen der Spannung UA der Ankerstrom 1A konstant bleibt.
  • Die Regelung des Ankerstroms in Abhängigkeit von der Sollspannung u, hat jedoch den Vorteil, daß der Motor mit einem sinusförmigen Strom gespeist wird. Um daher trotz Regelung des Ankerstroms ein von der Drehzahl unabhängiges Moment zu erzielen, wird nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die von der Tachometermaschine 6 gelieferten Sollspannungen von der Drehzahl unabhängig zu machen. Dies kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß an die Ausgangsklemmen der Drehstromtachometermaschine Reihenschaltungen aus je einem Konstantstromwiderstand und einem spannungsunabhängigen Widerstand angeschlossen sind und daß die Spannungen an den spannungsunabhängigen Widerständen als Sollspannungen für die Regelung der Wechselrichterausgangsgrößen dienen.
  • In F i g. 1 sind die erforderlichen Widerstände eingetragen. Jeder Wicklungsstrang der Tachometermaschine 6 ist durch die Reihenschaltung zweier Widerstände 9a, 9b belastet. Dabei ist je einer dieser Widerstände 9a ein Konstantstromwiderstand, während die anderen Widerstände 9 b spannungsunabhängig sind. Die Spannungen an den spannungsunabhängigen Widerständen 9 b sind also unabhängig von der Drehzahl der Tachometermaschine. Werden die Sollspannungen u, durch die Spannungen u,' an den spannungsunabhängigen Widerständen 9 b ersetzt, dann ist das vom Synchronmotor gelieferte Drehmoment auch bei Regelung des Ankerstroms von der Drehzahl unabhängig.
  • Die Wechselrichter 2 a bis 2 c können in einer bereits vorgeschlagenen Weise aufgebaut sein. Das Wesentliche dieser Wechselrichter besteht darin, daß sie als Schaltwechselrichter ausgeführt sind, die mit einer Frequenz arbeiten, die sehr groß ist gegenüber der für die Speisung des Motors erforderlichen Frequenz. Das Breitenverhältnis der abwechselnd aufeinanderfolgenden positiven und negativen Rechteckhalbwelle dieser hochfrequenten Wechselrichterspannung ist steuerbar. Dadurch überlagert sich der hochfrequenten Wechselspannung eine niederfrequente Mittelwertspannung.
  • In F i g. 2 und 3 sind diese Verhältnisse dargestellt. F i g. 2 zeigt die hochfrequente Ausgangswechselspannung des Wechselrichters. Die abwechselnd aufeinanderfolgenden positiven und negativen Rechteckhalbwellen sind diesem Beispiel gleich breit, d. h., das Breitenverhältnis tl/t, hat den Wert eins. Die niederfrequente Mittelwertspannung ist Null. In F i g. 3 ist das Breitenverhältnis t1/t, entsprechend den Augenblickswerten einer führenden sinusförmigen Wechselspannung verändert. Die Mittelwertspannung Um schwankt sinusförmig, so daß der hochfrequenten Ausgangsspannung U, der Wechselrichter eine niederfrequente Unterwellenspannung UM unterlagert ist. Diese Unterwellenspannung ist die die Ankerwicklung speisende Spannung. Zwischen dem Ausgang des Wechselrichters und der Ankerwicklung können in bekannter Weise Siebmittel zur Fernhaltung der hochfrequenten Spannung vom Motor eingeschaltet sein.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum Betrieb eines über im Schaltbetrieb mit einer im Vergleich zur Motornennfrequenz sehr hohen Frequenz arbeitende Wechselrichter gespeisten Mehrphasen-Synchronmotors mit einstellbarem Polradwinkel bei beliebiger Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Frequenz der Ausgangsspannungen oder der Ausgangsströme der Wechselrichter (2a, 2b, 2e) durch sinusförmige, von einer mit dem Synchronmotor (1) gekuppelten Drehstromtachometermaschine (6) abgegriffene Sollspannungen vorgegeben sind und daß zwischen die Wellen des Synchronmotors und der Drehstromtachometermaschine ein Glied (5) eingefügt ist, das die gegenseitige Winkellage dieser Wellen einzustellen gestattet.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1 zum Betrieb des Synchronmotors mit konstantem Drehmoment, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ausgangsklemmen der Drehstromtachometermaschine (6) Reihenschaltungen aus je einem Konstantstromwiderstand (9a) und einem spannungsunabhängigen Widerstand (9b) angeschlossen sind und daß die Spannungen an den spannungsunabhängigen Widerständen als Sollspannungen für die Regelung der Wechselrichterausgangsgrößen dienen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1065 080.
DEL41848A 1962-04-27 1962-04-27 Anordnung zum Betrieb eines ueber Wechselrichter gespeisten Mehrphasen-Synchronmotors mit einstellbarem Polradwinkel bei beliebiger Drehzahl Pending DE1238556B (de)

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FR2412A FR1360439A (fr) 1962-04-27 1963-04-26 Système pour faire fonctionner un moteur synchrone avec réglage de l'angle électrique de décalage de sa roue polaire pour une vitesse quelconque du moteur

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DE1065080B (de) * 1954-04-07 1959-09-10 Siemens Ag Einrichtung zur verlust-und blindleistungsarmen Umformung von Spannungen

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