DE1238989B

DE1238989B - Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Drehstromasynchronmotors mit Kurzschlusslaeufer

Info

Publication number: DE1238989B
Application number: DEL40898A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Floris Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-01-10
Filing date: 1962-01-10
Publication date: 1967-04-20
Also published as: GB1018053A; CH415734A

Description

Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Drehstromasynchronmotors mit Kurzschlußläufer In der Antriebstechnik, beispielsweise bei elektrischen Triebfahrzeugen, besteht der Wunsch, die Kollektoren und Schleifringe der elektrischen Motoren zu vermeiden und regelbare Drehzahlen mit einfachen Kurzschlußläufermotoren zu erreichen. Es sind derartige Antriebe bekannt, bei denen die Statorwicklung eines Asynchronmotors von einem Wechselrichter, der seine Energie aus einer Gleichspannungsquelle bezieht, mit einer Wechselspannung konstanter oder variabler Spannungsamplitude und variabler Frequenz gespeist wird.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Drehstromasynchronmotors mit Kurzschlußläufer, der aus einer Gleichspannungsquelle über einen mit veränderbarer Frequenz und konstanter Spannungsamplitude arbeitenden Wechselrichter gespeist wird. Erfindungsgemäß ist zwischen der Statorwicklung und der Gleichspannungsquelle eine Rückarbeitsverbindung hergestellt, die aus im Sternpunkt der Statorwicklung oder in den Zuleitungen der Statorwicklung direkt oder über einen Umspanner angeordneten ungesteuerten Gleichrichtern in Brückenschaltung und einer steuerbaren Tastschaltung besteht.
Die Rücklieferung von Energie an die Gleichspannungsquelle erfolgt in regelbarer Weise, so daß die Spannungsverteilung auf Statorwicklung und Gleichrichter derart frequenzabhängig regelbar ist, daß der Asynchronmotor praktisch mit angenähert konstanter Amplitude des Flusses arbeitet, d. h. also, daß mit abnehmender Frequenz die Amplitude der Spannung in der Statorwicklung abnimmt, so daß die Spannungszeitfläche einer Halbwelle, die die Amplitude des Flusses im Motor bestimmt, angenähert konstant bleibt.
In der Zeichnung ist ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. 1 bis 6 sind die steuerbaren Halbleiterelemente eines aus einer Gleichspannungsquelle28 gespeisten Wechselrichters, die durch die eingezeichneten Kondensatoren zu vorgegebenen Zeitpunkten gelöscht werden können, so daß sich entsprechend ihrer Steuerfrequenz eine veränderbare Frequenz der Drehspannung ergibt, die der Statorwicklung 29 eines Drehstromasynchronmotors mit Kurzschlußläufer über die Klemmen R, S, T zugeführt wird. Damit die Kondensatoren unabhängig von der Belastung arbeiten, ist je eine Diode oder Triode 7 bis 12 in Reihe mit einem steuerbaren Halbleiterelement 1 bis 6 geschaltet. Außerdem liegt diesen Reihenschaltungen je eine Diode 13 bis 18 parallel, welche vorübergehend oder dauernd Rücklieferung von Energie aus der Statorwicklung 29 in die Gleichspannungsquelle 28 ermöglichen. Die Rotorwicklung 30 des Motors ist als Käfigwicklung oder auch als mehrphasige, kurzgeschlossene Wicklung ausgeführt. Mit der Sternpunktseite der Statorwicklung 29 sind ungesteuerte Gleichrichter 19 bis 24 in dreiphasiger Brückenschaltung über einen Umspanner 31 oder auch direkt angeschlossen. Die ungesteuerten Gleichrichter arbeiten über eine Drossel 25 und eine Diode 26 zurück auf die Spannungsquelle 28. Dabei wird der Rückarbeitsstrom durch eine Tasttriode 27 gesteuert. Diese Triode kann nicht nur mittels ihres Gitters gezündet werden, sondern auch durch eine nicht gezeichnete Kondensatorlöschschaltung in an sich bekannter Weise zu vorgegebenen Zeitpunkten wieder gelöscht werden. Das Zusammenwirken der Drossel 25 mit der Diode 26 und der Triode 27 ermöglicht es, unabhängig von dem Verhältnis der Gleichrichterspannung Ug zur Speisespannung U, einen gewünschten Strom in die Spannungsquelle 28 zurückzuliefern, solange nur die Gleichrichterspannung U, kleiner ist als die Speisespannung U,.
Die Steuerung der Ein- und Ausschaltzeitpunkte der löschbaren Tasttriode 27 kann derart erfolgen, daß die an der Statorwicklung liegende Drehspannung in einem bestimmten Verhältnis zur Frequenz des Wechselrichters steht, und zwar derart, daß die Spannungszeitfläche einer Halbwelle unabhängig von der Frequenz des Wechselrichters angenähert konstant ist, wie es erforderlich ist, wenn der Fluß im Asynchronmotor unabhängig von der Frequenz angenähert konstant sein soll. Nur bei kleinen Frequenzen wird man mit Rücksicht auf die Spannungsabfälle die Spannung etwas größer wählen. Macht man die Drossel 25 groß genug, so erzwingt man in den Strängen der Statorwicklung bei dreiphasiger Brükkenschaltung der Gleichrichter 19 bis 24 Stromblöcke von 120° Dauer. Entsprechende Stromblöcke fließen auch in der Rotorwicklung 30. Derartige Stromblöcke kommen der Sinusform bereits nahe, da sie keine dritte Oberwelle enthalten. Man kann durch Wahl höherer Phasenzahlen in der Statorwicklung und/oder in den Gleichrichtern die Stromform auch noch günstiger gestalten.
Es ist weiterhin möglich, den Sternpunkt der Statorwicklung 29 zu schließen und die Gleichrichter 19 bis 24 transformatorisch an die Zuleitungen zur Statorwicklung anzukoppeln. Die Anordnung wirkt dann als Reihenschaltung der Statorwicklung mit der Primärwicklung dieses Umspanners, wobei die wirksame Reaktanz der Umspannerwicklung von der Leerlaufreaktanz bis zur Kurzschlußreaktanz mit Hilfe der löschbaren Triode 27 gesteuert werden kann, so daß der auf die Statorwicklung entfallende Anteil der Spannung die der Frequenz entsprechende Größe erhält.
Statt der eingezeichneten Gleichspannungsbatterie 28 kann auch eine beliebige andere Gleichspannungsquelle verwendet werden, beispielsweise ein Mittelfrequenzgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter oder mit je einem Gleichrichter und Wechselrichter in Antiparallelschaltung, wobei letztere bekanntlich einen Energiefluß in beiden Richtungen ermöglicht. Eine Umkehr der Energierichtung ist unter anderem dann erforderlich, wenn der Asynchronmotor im übersynchronen Gebiet abgebremst werden soll. In diesem Fall muß die Frequenz des Wechselrichters höher eingestellt werden, als es der Drehzahl des Motors entspricht. Auch an ein normales Starkstromnetz kann die Anordnung nach der Erfindune über einen Gleichrichter oder je einen Gleichrichter und Wechselrichter in Antiparallelschaltung angeschlossen werden. Mit Hilfe des Wechselrichters lassen sich Frequenzen bis 1000 Hz ohne weiteres erreichen, so daß die Typenleistung eines Asynchronmotors entsprechend klein bzw. seine Urridrehungszahl entsprechend groß werden kann. Durch Vertauschen der Gitterimpulse zweier Wechselrichterphasen kann die Drehrichtung des Motors in bekannter Weise umgekehrt werden.
Die Anordnung nach der Erfindung eignet sich beispielsweise zum Antrieb elektrischer Triebwagen mit Akkumulatorenbatterie oder auch zum Antrieb dieselelektrischer Lokomotiven mit Hilfe eines Mittelfrequenzgenerators mit nachgeschaltetem Gleichrichter. Durch Verwendung der heute zur Verfügung stehenden strom- und spannungsstarken Halbleiterdioden und Halbleitertrioden und der bekannten elektronischen Hilfsmittel zum Aufbau von digitalen Steuer- oder Regelanordnungen läßt sich die Erfindung verhältnismäßig einfach verwirklichen. Die Verluste bei der Anordnung nach der Erfindung sind im ganzen Drehzahlbereich des Motors verhältnismäßig klein, da der Asynchronmotor im wesentlichen mit kleinem Schlupf gefahren wird. Zur Erleichterung der Regelung der Spannung kann die Statorwicklung je nach den Betriebsverhältnissen von Stern auf Dreieck umgeschaltet werden, es kann auch Polumschaltung zu Hilfe genommen werden. Der Statorwicklung wird man mit Rücksicht auf die durch den Gleichrichter mitbestimmte Form der Stromwellen eine besonders geeignete Wicklungsverteilung geben, so daß ein möglichst reines Drehfeld bei allen vorkommenden Frequenzen gegeben ist. Unter Umständen können zur Erreichung dieses Zieles auch Sieb- oder Glättungsmittel verwendet werden.

Claims

Patentanspruch: Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Drehstromasynchronmotors mit Kurzschlußläufer, der aus einer Gleichspannungsquelle über einen mit veränderbarer Frequenz und konstanter Spannungsamplitude arbeitenden Wechselrichter gespeist wird, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zwischen der Statorwicklung (29) und der Gleichspannungsquelle (28) eine Rückarbeitsverbindung hergestellt ist, die aus im Sternpunkt der Statorwicklung oder in den Zuleitungen der Statorwicklung direkt oder über einen Umspanner (31) angeordneten ungesteuerten Gleichrichtern (19 bis 24) in Brückenschaltung und einer steuerbaren Tastschaltung (25 bis 27) besteht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 882114; deutsche Auslegeschrift Nr. 1080 212.