DE1275676B - Verfahren zum Steuern von Ventilmotoren - Google Patents

Verfahren zum Steuern von Ventilmotoren

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Publication number
DE1275676B
DE1275676B DEE30408A DEE0030408A DE1275676B DE 1275676 B DE1275676 B DE 1275676B DE E30408 A DEE30408 A DE E30408A DE E0030408 A DEE0030408 A DE E0030408A DE 1275676 B DE1275676 B DE 1275676B
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DE
Germany
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valve
valves
control pulses
phase
control
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Pending
Application number
DEE30408A
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English (en)
Inventor
Jiri Badal
Jiri Perlesak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ELEKTROMONTAZNI ZD Y PRAHA NAR
Original Assignee
ELEKTROMONTAZNI ZD Y PRAHA NAR
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Publication date
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Publication of DE1275676B publication Critical patent/DE1275676B/de
Pending legal-status Critical Current

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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
    • H02P25/03Synchronous motors with brushless excitation

Landscapes

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

Description

  • Verfahren zum Steuern von Ventilmotoren Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern von Ventilmotoren mit einem an einem Wechselstromspeisenetz liegenden Umrichter ohne Gleichstromzwischenkreis, um eine Änderung der Drehzahlen in einem weiten Bereich von Null bis zu übersynchronen Drehzahlen zu ermöglichen.
  • Unter Ventilmotoren sind Einrichtungen zu verstehen, deren Hauptbestandteile Synchronmaschinen und ein aus gesteuerten Ventilen, beispielsweise Quecksilberdampfventilen oder Thyristoren, bestehender Umrichter sind.
  • Bei den bekanntgewordenen Steuerverfahren wurde das Problem der Drehzahlsteuerung der Ventilmotoren in Verbindung mit sogenannten direkten Umrichtern, also Umrichtern ohne Gleichstromzwischenkreis, bei denen durch die gesteuerten Ventile sowohl die Gleichrichtung der Speisespannung als auch die Steuerung des Augenblicks des Stromdurchganges durch die einzelnen Phasen der Maschine derart erfolgt, daß ein Drehmoment eines im voraus festgelegten Sinne entsteht, für höhere Drehzahlen, d. h. Drehzahlen, die höher liegen als etwa die Hälfte der synchronen Drehzahl, nicht gelöst.
  • Das Hauptproblem besteht in der Sicherstellung eines kontinuierlichen Energiestromes zwischen dem Netz und dem Motor auch bei höherer Drehzahl. Bei höherer Drehzahl ist das Intervall, bei dem Strom durch die einzelnen Phasen der Maschine hindurch gehen soll, verhältnismäßig kurz gegenüber der Speisespannungsperiode, und die Steuerung der Länge dieses Intervalls nur durch die Speisespannung ist nicht möglich.
  • Zur Lösung dieses Problems sind bereits verschiedene Methoden vorgeschlagen worden. Zum Beispiel das Umschalten des Leistungskreises des Umrichters von der direkten Kopplung auf eine Schaltung mit Gleichspannungszwischenkreis, d. h. Umrichterschaltung mit einem Gleichrichtungsteil und einem Teil, der einen statischen Kommutator bildet, bei der derartige Probleme nicht entstehen. Man versuchte das Problem durch Verwenden mechanischer Steuerungskommutatoren zu lösen, die sich jedoch als wenig zuverlässig erwiesen, da sich Schwierigkeiten mit der Kommutierung des Steuerstromes infolge der Verwendung derselben zur direkten Speisung von Gittertransformatoren ergaben. Es gab ferner Schwierigkeiten mit der gegenseitigen Abstimmung der Magnetfelder im Luftspalt bei höheren Geschwindigkeiten und einer höheren Strombelastung. Praktisch war es nur möglich, dieses Steuerverfahren für Drehzahlen bis etwa zur Hälfte der synchronen Drehzahl zu benutzen. Bei einem anderen bekannten Verfahren sollten zur Steuerung der Ventile des Umrichters bei höherer Drehzahl lediglich mit der Spannung der Maschine synchrone und von der Klemmspannung direkt abgeleitete Steuerimpulse ausgenutzt werden. Dadurch war jedoch die Möglichkeit einer Spannungssteuerung seitens des Speisekreises und damit auch die entscheidende Möglichkeit einer Drehzahlregelung unmöglich. Außerdem wurden dadurch nicht die mit der Kommutierung der Ventile verbundenen Schwierigkeiten überwunden.
  • Die erwähnten Mängel werden im Rahmen des eingangs geschilderten Verfahrens erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß den freigegebenen steuerbaren Ventilen des Umrichters gleichzeitig sowohl mit der Netzspannungsfrequenz synchrone, in der Phasenlage verschiebbare Steuerimpulse als auch zusätzliche mit der Netzspannungsfrequenz synchrone Steuerimpulse zugeführt werden, die synchron mit der Drehzahl der Maschine jeweils bei der Phasenänderung des Freigabesignals entstehen.
  • Den gesteuerten Ventilen werden somit zweierlei Steuerimpulse zugeführt. Die erstgenannten Impulse entstehen in Impulsgeneratoren, in denen die Phasenlagen der Steuerimpulse gegenüber der Spannung des Speisenetzes durch die Steuergleichspannung gesteuert werden können. Die zusätzlichen Impulse entstehen beispielsweise bei einer bestimmten Lage des Rotors oder bei einem bestimmten Wert der Spannung der Maschine. Im wesentlichen wird die jeweils vom Strom aus dem Umrichter zu durchfließende Phase der Maschine durch die Bauart des Gebers bestimmt.
  • An jede Phase der Maschine sind entweder eine einzige Gruppe von Ventilen oder zwei Gruppen von antiparaUelgeschalteten Ventilen angeschlossen. Sind die Ventile einer der Gruppen geöffnet und Spannungsbedingungen für den Stromdurchgang durch die Ventile gegeben, dann wird durch die Ventile und die entsprechende Phase der Maschine Strom geführt.
  • Bei einem Magnetfluß im Luftspalt, der beispielsweise durch den Stromdurchgang durch den Rotor entsteht, entsteht in der Ankerwicklung bei gleichzeitigem Stromdurchfluß ein Drehrnoment bestimmter Richtung. Für den Lauf der Maschine ist somit die gegenseitige Lage des Stromes der Maschinenwicklung und des Hauptmagnetflusses von grundsätzlicher Bedeutuna. In bestimmter Lage des Rotors müssen daher die Ventile jeder Gruppe des Wandlers geschlossen und in einer anderen Lage geöffnet werden.
  • Bei niedrigen Drehzahlen reicht für die richtige Funktion des Ventilmotors eine stufenweise Freigabe der Ventilgruppen aus. Die Freigabe kann z. B. durch einen mit dem Rotor der Maschine verbundenen Lagegeber bewirkt werden. Die freigegebenen Ventile werden dann, mit Rücksicht auf die Maschine, durch gegenüber der Spannung des Speisenetzes synchrone Impulse gezündet. In einem von der Lage des Gebers abhängigen Augenblick wird diese Ventilgruppe gesperrt, auf keinem der Ventile ist ein Steuerimpuls mehr vorhanden, eine neue zur weiteren Phase der Maschinen gehörende Ventilgruppe wird freigegeben und der Impuls zündet eines der Ventile dieser Gruppe. Der Strom des noch leitenden und zur soeben gesperrten Gruppe gehörenden Ventils wird durch Einwirkung der Speisenetzspannung gelöscht. Auf diese Weise erfolgt die Stromkommutierung zwischen den Phasen der Maschine.
  • Bei höheren Drehzahlen würde eine derartige Kommutierung nicht mehr befriedigen, und deshalb wird unverzüglich nach vorhergehender Sperrung und Freigabe der nächsten Ventilgruppe ein besonderer Steuerimpuls dem Ventil der neu freigegebenen Gruppe zugeführt, und zwar demjenigen, das derselben Phase angehört wie das Ventil, das in der vorhergehenden Gruppe zuletzt geöffnet worden ist. Dadurch wird eine ungestörte Kommutierung ermöglicht, jedoch unter der Voraussetzung, daß der Augenblick der Kommutierung derart gewählt wurde, um einen Kommutationsstrom zwischen den Phasen des Motors einer solchen Richtung zu erzeugen, daß der Strom an dem zur vorhergehenden Gruppe gehörenden Ventil gelöscht wird. Dabei verlaufen die Netzspannungskommutierung und die Maschinenspannungskommutierung vollkommen unabhängig voneinander und es wird dadurch ein zuverlässiger Lauf der Maschine von der niedrigsten Drehzahl an bis zur gegebenenfalls hoch übersynchronen Drehzahl ermöglicht.
  • Für eine richtige Funktion des Ventilmotors muß die Breite der Steuerimpulse kleiner sein als die kürzeste Breite des Voreilungswinkels, d. h. des Winkels zwischen der Zündung des Ventils durch Sonderimpulse und dem Schnittpunkt der zwei nacheinanderfolgenden Spannungen der Phasen der Maschine. Bei breiteren Impulsen besteht die Gefahr eines Durchbrennens des Umrichters gegenüber der Spannung der Maschine.
  • Eine derartige Einrichtung eignet sich sowohl für den Motor- als auch für den Generatorbetrieb und ist auch für eine automatische Regelung gut geeignet. Die Stromgröße im Kreise der Maschine sowie die Drehzahl werden durch das mit der Netzspannung synchron an den Impulsgenerator gelegte elektrische Signal gesteuert.
  • Die Umsteuerung bei der Stromrückkopplung erfolgt durch ein bloßes Umschalten der Freigabeanlage der Ventile gegenüber der Spannung der Maschine.
  • Für die Funktion der Einrichtung sind Informationen erforderlich über den Spannungsverlauf in der Maschine oder über die Rotorlage und ferner über das zuletzt durch einen in der Phasenlage verschiebbaren, normalen Impuls geöffnete Ventil bzw. die Netzphase, der dieses Ventil angehört.
  • Die erste Art der Information für die Freigabe der mit den Phasen der Maschine verbundenen Ventilgruppen und für die Entstehung der Zusatzimpulse (Sonderimpulse) wird durch Lagegeber, Magnetflußgeber oder Klemmspannungsgeber erreicht. Die Lagegeber können vom Kontakttyp sein; jedoch sind die kontaktfreien, z. B. optische, zuverlässiger.
  • Information über die Phase, die vom Strom durchflossen wird, bzw. die Phase, deren Ventil als letztes geöffnet war, wird beispielsweise direkt durch Messung des Stromes in den Phasen des Speisenetzes oder mittels einer Hilfswicklung an den Gittertransformatoren der Quecksilbergleichrichter erreicht, falls diese als gesteuerte Gleichrichter Verwendung finden.
  • Eine andere Methode besteht in direkter Ableitung der Information vom letzten Steuerimpuls. Ist der Impuls des Generators schmal, muß er einer Gedächtnisvorrichtung zugeführt werden, z. B. einem Verschieberingregister. Der Registerausgang dient sodann als Information zur Zündung des richtigen Ventils durch den Sonderimpuls.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird schematisch an Hand der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 ein grundsätzliches Schaltbild des Ventilmotors und F i g. 2 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Steuerungsvorgänge.
  • Der Einfachheit halber wurde eine Schaltung mit herausgeführtem Nullpunkt der Motorwicklung gewählt. Der Motor hat die Wicklungen R', S', l', die durch die Ventilgruppen 1, 2, 3 gespeist werden. Die Ventile sind an die Phasen des Netzes R, S, T angeschlossen. Für den gegebenen Fall laufen für die Blockierung in dem Steuerblock 6 die von dem Geber 4 der Rotorlage und von dem Glied 5 erteilten Informationen ein. Den Ausgang des Steuerblockes bilden die öffnungsimpulse einzelner Ventile.
  • Die an den Steuerblock 6 gestellten Forderungen sind, die Ventile im rechten Augenblick, und zwar mit Hilfe normaler, dem Netz synchroner und auch zusätzlicher Impulse zu öffnen, die im Augenblick der Freigabe entstehen, d. h. in dem Augenblick, in dem die Kommutierung zwischen den Phasen der Maschine erforderlich ist.
  • Die Wirkungsweise des Steuerblockes 6 ist in dem in F i g. 2 gezeigten Beispiel dargestellt.
  • Der Steuerblock 6 umfaßt Transistor-Impulsgeneratoren GR 1, GR 2 usw. für die Erzeugung von phasensteuerbaren, mit der Netzspannungsfrequenz synchroner Steuerimpulse. Den Eingang bildet ein Gleichstromsignal und die mit dem Netz synchrone Spannung, den Ausgang bilden die Impulse. Durch das Gleichstromsignal kann die Phasenlage der Steuerimpulse gegenüber der Netzspannung gesteuert werden. Ferner sind zwei Arten von Blockfeldern vorhanden. Die Blockfelder B 1, B 2, B 3 geben die von den Impulsgeneratoren erzeugten Steuerimpulse für die Ventile der zugehörigen Gruppe, also z. B. die Ventile R 1, S 1, T 1 über die Steuerglieder CR 1, CS 1, CT 1, frei. Die Blockfelder B 1, B 2, B 3 werden im gegebenen Fall durch die Rotor-Lageninformation geöffnet, die aus dem Rotorlagegeber 4 einläuft.
  • Die andere Blockfeldertype HR, HS, HT blockiert nur die zusätzlichen, mit der Drehzahl der Maschine synchronen Impulse, die aus dem Glied 5 einlaufen und jeweils bei der Änderung des Signals des Gebers 4 entstehen. Sie blockiert jeweils die Impulse zu den an dieselbe Phase der Speisespannung angeschlossenen Ventilen, z. B. das Blockfeld HR die Impulse zu den Ventilen R 1, R 2, R 3, dann, wenn keines der Ventile dieser Phase Strom führt, z. B. Ventile R 1, R 2, R 3, die an die Phase R angeschlossen sind. Dabei erfolgt die Feststellung, welche der Ventile in den einzelnen Phasen brennen, hier durch die Stromabnehmer AR, AS, AT.
  • Die Blockfelder können beispielsweise aus bekannten einfachen Transistorkreisen bestehen.
  • Führte beispielsweise ursprünglich die Ventilgruppe 1 Strom, so ist als letztes das Ventil R 1 stromführend. Im bestimmten Augenblick wird durch den Rotorlagegeber 4 das Blockfeld B 2 geöffnet, die Blockfelder B 1, B 3 sind geschlossen. Im Augenblick der Öffnung entsteht ein zusätzlicher Impuls und läuft durch den Kanal 5 zu den Blockfeldern HR, HS, HT. Von diesen ist nur das Blockfeld HR offen, da der Strom durch das Ventil R 1 geführt wird. Der zusätzliche Impuls läuft durch die Blockfelder HR und B 2 zur Leistungsstufe und dann zum Gitter des Ventils R 2, welches gezündet wird und es entsteht eine Kornmutierung durch vereinte Spannung der Phasen R' und S' des Motors M. Durch die in der Phase verschiebbaren, normalen Impulse können ungestört weitere Ventile der Gruppe 2 geöffnet werden. Durch die zusätzlichen Impulse wird der Energiefluß zwischen dem Motor und dem Netz nicht beeinflußt, so daß dieser Fluß weiterhin nur von der Phasensteuerung der normalen Impulse abhängt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann geeignet, wenn bei dem Ventilmotor eine annähernd synchrone bzw. übersynchrone Drehzahl erreicht werden soll. Dies ist z. B. beim Anlauf von Synchronmaschinen (Kompensatoren, Generatoren, Gasturbinen) der Fall.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Steuern von Ventilmotoren mit einem an einem Wechselstrom-Speisenetz liegenden Umrichter ohne Gleichstromzwischenkreis, dadurch gekennzeichnet, daß den freigegebenen, steuerbaren Ventilen des Umrichters gleichzeitig sowohl mit der Netzspannungsfrequenz synchrone, in der Phasenlage verschiebbare Steuerimpulse als auch zusätzliche mit der Netzspannungsfrequenz synchrone Steuerimpulse zugeführt werden, die synchron mit der Drehzahl der Maschine jeweils bei der Phasenänderung des Freigabesignals entstehen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Phasenlage verschiebbaren Steuerimpulse nur den Ventilen einer Ventilgruppe zugeführt werden, deren Steuerkreise durch ein in Abhängigkeit von der Rotorlage des Motors gegebenes Signal freigegeben werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Steuerimpulse jeweils nur dem Ventil einer neu freigegebenen Ventilgruppe zugeführt werden, das an dieselbe Netzphase angeschlossen ist wie das Ventil, das zuletzt durch einen der in der Phasenlage verschiebbaren Steuerimpulse geöffnet worden ist.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 325 625; französische Patentschrift Nr. 1304 558.
DEE30408A 1964-11-03 1965-11-03 Verfahren zum Steuern von Ventilmotoren Pending DE1275676B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3042497A1 (de) * 1980-11-11 1982-07-29 Magnet Bahn Gmbh Elektrischer antrieb oder generator

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH325625A (de) * 1955-01-25 1957-11-15 Bbc Brown Boveri & Cie Kollektorloser Stromrichtermotor mit Zusatzwicklung
FR1304558A (fr) * 1961-10-27 1962-09-21 Licentia Gmbh Moteur sans collecteur

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