DE1255777B

DE1255777B - Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines ueber einen Wechselrichter gespeisten Mehrphasenasynchronmotors mit Schleifringlaeufer

Info

Publication number: DE1255777B
Application number: DEL40889A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Floris Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-01-09
Filing date: 1962-01-09
Publication date: 1967-12-07
Also published as: CH410129A; GB1018052A

Description

Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines über einen Wechselrichter gespeisten Mehrphasenasynchronmotors mit Schleifringläufer Es ist bekannt, die Drehzahl eines Asynchronmotors mit Schleifringläufer durch veränderbare Widerstände im Läuferstromkreis zu regeln. Dieses Verfahren ist verlustbehaftet. Es ist ebenfalls bekannt, nicht die Schlupfleistung in einem Widerstand völlig in Wärme umzuwandeln, sondern überwiegend nutzbringend als mechanische oder elektrische Leistung auszunutzen.
Es ist ferner bekannt, einen Asynchronmotor mit Schleifringläufer im Primärstromkreis über einen Wechselrichter aus einer Gleichspannungsquelle zu speisen. Außerdem gehört es bereits zum Stand der Technik, bei der Speisung eines Asynchronmotors mit variabler Frequenz zur Konstanthaltung des Motordrehmoments die angelegte Spannung proportional zur Frequenz zu verändern bzw. überproportional bei sehr tiefen Frequenzen.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Mehrphasenasynchronmotors mit Schleifringläufer, dessen Primärstromkreis über einen Wechselrichter aus einer Gleichstromquelle gespeist wird. Erfindungsgemäß liefert der Sekundärstromkreis über ungesteuerte Gleichrichter in Brückenschaltung und eine Tastschaltung elektrische Energie an die Gleichspannungsquelle zurück; die Größe dieser Energierücklieferung und damit die Drehzahl des Motors wird durch die Tastschaltung gesteuert oder geregelt.
Im einfachsten Fall erzeugt der Wechselrichter eine feste Frequenz und eine feste Spannung, wobei die Frequenz zweckmäßigerweise höher als 50 Hz gewählt werden kann. Im Sekundärstromkreis entsteht dann je nach Drehzahl eine Spannung variabler Frequenz, welche nach der Erfindung über ungesteuerte Gleichrichter einer Tastschaltung zugeführt wird, die auf die Gleichspannungsquelle zurückarbeitet. Die Tastschaltung besteht aus einer löschbaren, steuerbaren Halbleitertriode, welche den zurückzuliefernden Gleichstrom in Impulse zerlegt und auf diese Weise die Energierücklieferung unabhängig von den Spannungsverhältnissen zu regeln gestattet. Bei diesem Verfahren treten nur geringe Verluste auf.
In der Zeichnung ist ein schematisches Ausf ührungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Eine Gleichspannungsquelle U, speist einen selbstgeführten Wechselrichter in dreiphasiger Brückenschaltung. Dieser Wechselrichter erzeugt an den Statorklemmen R, S, T des Motors eine Drehspannung. Der Wechselrichter besteht aus steuerbaren Halbleitertrioden 1 bis 6, die durch Stromstöße aus den eingezeichneten Kondensatoren gelöscht werden, sobald die Folgephase zündet. Ohmsche Widerstände 7 bis 12 sind in den Wiederaulladestromkreisen der Kondensatoren angeordnet. In Reihe mit jeder Triode 1 bis 6 ist eine der Dioden 13 bis 18 geschaltet, welche den Stromwendevorgang von den Verhältnissen im Motorprimärstromkreis unabhängig machen. Parallel zu diesen Reihenschaltungen liegende Dioden 19 bis 24 dienen als Blindleistungsdioden. Sie ermöglichen es, vorübergehend oder dauernd Leistung aus der Motorprimärwicklung in die Gleichspannungsquelle U, zurückzuliefern. Der Sekundärstromkreis des Motors speist einen aus den Dioden 25 bis 30 in dreiphasiger Brückenschaltung bestehenden Gleichrichtersatz, welcher über eine Drossel 31 und eine Diode 32 auf die Gleichspannungsquelle U, zurückarbeitet. Damit der Rückarbeitsstrom in beliebiger Weise gesteuert oder geregelt werden kann, ist eine löschbare Halbleitertriode 33 vorgesehen, welche durch kurzschlußartige Ströme die Drossel 31 mit magnetischer Energie auflädt und nach ihrer mit Hilfe eines Löschkondensators 34 und einer Löschtriode 35 erfolgten Löschung den bei Entladung der magnetischen Energie der Drossel 31 abgegebenen Strom über die Diode 32 in die Gleichspannungsquelle U, drückt. Die Wiederaufladung des Löschkondensators 34 erfolgt in bekannter Weise über eine Diode 36 und eine Drossel 37, die einen Schwingkreis bilden. Beaufschlagt man die Gitter der Trioden 33 und 35 mit Steuerimpulsen aus einem Stromregler, so kann man auf diese Weise den Strom in der Diode 32 und damit die Drehzahl des Motors regeln, ohne daß die Schlupfleistung als Ganzes in Widerständen in Wärme umgesetzt wird. Zweckmäßigerweise wird je nach den Anforderungen an den Motor der Regler in Abhängigkeit von der gewünschten Drehzahl des Motors gesteuert, wobei in bekannter Weise eine Begrenzung des Stromes der Diode 32 vorgesehen werden kann. Erzeugt der Wechselrichter beispielsweise 100 Hz, so kann man mit zweipoligen Motoren 6000 U/min erreichen. Durch Regeln des Stromes im Sekundärstromkreis kann diese Drehzahl bis auf Null verringert werden, ohne daß große Verluste auftreten. Im Stillstand des Motors wirkt letzterer als Transformator, dessen Sekundärenergie über die Tastschaltung in die Spannungsquelle Uo zurückgeleitet wird. Um bei kleinen Drehzahlen den Gleichrichter und die Tastschaltung zu entlasten, kann man die Frequenz des Wechselrichters einstellbar machen, und zwar muß in bekannter Weise bei Herabsetzung der Frequenz auch die Spannung herabgesetzt werden, damit der Fluß im Motor angenähert konstant bleibt. Statt dessen kann man auch die Spannung konstant halten und die Primärwicklung des Motors umschalten, beispielsweise von Dreieck auf Stern. Letzteres würde einer Herabsetzung der Spannung auf fast die Hälfte entsprechen. Wenn man bei dem dargestellten Wechselrichter die Dioden 13 bis 18 durch gesteuerte Trioden ersetzt, kann man die Spannung des Wechselrichters regeln, so daß man mit abnehmender Frequenz die Spannung, jedenfalls in gewissen Grenzen, ebenfalls verringern kann, so daß auch ohne Regelung durch die Tastschaltung die Drehzahl des Motors entsprechend der geringeren Frequenz geringer wird. Wenn man die Frequenz des Wechselrichters über die der augenblicklichen Drehzahl des Motors entsprechende Frequenz hinaus erhöht, so liefert der Motor über die Blindleistungsventile 19 bis 24 Energie in die Gleichspannungsquelle Uo zurück. Will man die Drehrichtung des Motors umkehren, so braucht man nur die Zündfolge zweier Phasen des Wechselrichters zu vertauschen.
Natürlich kann man statt der dargestellten Batterie Uo auch eine andere Gleichspannungsquelle verwenden, sofern sie in der Lage ist, nicht nur Energie abzugeben, sondern auch Energie aufzunehmen, wie dies beispielsweise bei einer Antiparallelschaltung von Stromrichtern, die von einem Drehstromnetz gespeist werden, der Fall ist.
Da die Regelanordnung nach der Erfindung verlustarm arbeitet, ist sie auch für große Antriebe brauchbar, insbesondere wird man von der Verringerung der Größe der Drehstrommotoren mit steigender Frequenz Gebrauch machen, indem man als höchste Wechselrichterfrequenz eine Frequenz über 50 Hz, beispielsweise 100 bis 1000 Hz, verwendet. Man kann die Erfindung auch bei polumschaltbaren Motoren anwenden und auf diese Weise den erforderlichen Frequenzbereich bzw. Regelbereich der Tastschaltung verringern.
Statt der dargestellten einfachen Löschschaltung für die Triode 33 können auch andere bekannte Löschschaltungen verwendet werden, die Impulsfrequenzen von 1000 Hz oder mehr zulassen, so daß die Drossel 31 einen weitgehend konstanten Gleichstrom führt.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Drehzahl eines Mehrphasenasynchronmotors mit Schleifringläufer, dessen Primärstromkreis über einen Wechselrichter aus einer Gleichstromquelle gespeistwird,dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärstromkreis über ungesteuerte Gleichrichter in Brückenschaltung und eine Tastschaltung 'elektrische Energie an die Gleichspannungsquelle zurückliefert und daß die Größe dieser Energierücklieferung und damit die Drehzahl des Motors durch die Tastschaltung gesteuert oder geregelt wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastschaltung aus einer steuerbaren Halbleitertriode (33) mit Löschkondensator (34), einem Energiespeicher (31) und einer Rückstromdiode (32) besteht.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter zur Abgabe einer konstanten Frequenz und einer konstanten Wechselspannung ausgesteuert ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung des Wechselrichters konstant und seine Frequenz derart einstellbar ist, daß bei Umschaltung der Primärwicklung des Motors der magnetische Fluß im Motor angenähert konstant bleibt.
5. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Wechselspannung und die Frequenz des Wechselrichters einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß des Motors bei wechselnder Frequenz durch entsprechende Änderung der Wechselspannung angenähert konstant gehalten wird und die Tastschaltung nur zur zusätzlichen Steuerung der Drehzahl dient.
6. Anordnung nach Anspruch 1, 2, 4, und 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz und gegebenenfalls die Wechselspannung des Wechselrichters derart einstellbar sind, daß sie eine Nutzbremsung des übersynchron laufenden Motors über die Tastschaltung ermöglichen.
7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umkehrung der Drehrichtung durch Vertauschen der Zündfolge der Gitter des Wechselrichters erfolgt. B.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromquelle über eine Reihenschaltung von gesteuerten und ungesteuerten und dazu antiparallelgeschalteten ungesteuerten Halbleiterventilen mit dem Drehstrommotor verbunden ist und daß die gesteuerten Ventile durch über Widerstände aus der Gleichstromquelle aufgeladene Kondensatoren gelöscht werden.
9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselrichter über eine Antiparallelschaltung von elektrischen Ventilen mit einem Drehstromnetz verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 882 114; deutsche Auslegeschrift Nr. 1080 212; französische Patentschrift Nr. 1093 594; britische Patentschrift Nr. 822 044; »Elektrotechnik und Maschinenbau«, 1939, S. 581 bis 591; »Brown Boveri Mitteilungen«, 1950, S. 203 bis 216; B ö d e f e 1 d und Sequenz, »Elektrische Maschinen«, 1942, S. 166 bis 168 und l85.