DE1276187B

DE1276187B - Schaltungsanordnung zur Speisung eines kommutatorlosen Drehstrommotors mit veraenderlicher Spannung und Frequenz

Info

Publication number: DE1276187B
Application number: DEL46903A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Duechting
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1964-01-29
Filing date: 1964-01-29
Publication date: 1968-08-29

Description

Schaltungsanordnung zur Speisung eines kommutatorlosen Drehstrommotors mit veränderlicher Spannung und Frequenz Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines kommutatorlosen Drehstrommotors mit veränderlicher Spannung und Frequenz aus dem Drehstromnetz unter Verwendung von in Teilstränge unterteilten Phasensträngen in Verbindung mit steuerbaren Gleichrichterelementen in Form von zwei dreiphasigen Mittelpunktschaltungen je Phase.
Kornmutatorlose Wechselstrommotoren, die mit veränderbarer Spannung und Frequenz gespeist werden, werden in vielen Betriebsfällen den Kommutatormaschinen vorgezogen.
Zur Erzeugung von veränderbaren Spannungen und Frequenzen sind Umrichter bekannt, die für eine Motorphase zwei in Reihe geschaltete Brückenanordnungen mit jeweils sechs gesteuerten Gleichrichtern, also insgesamt zwölf gesteuerte Gleichrichter, erfordern. Mit den von den Umrichtern abgegebenen Spannungen werden dann normale Drehstrommotoren gespeist.
Es sind Sonderausführungen von gleichrichtergespeisten Motoren bekannt, deren Wicklungen unterteilt sind, um den Einfluß der Oberwellen der Gleichrichterbrückenanordnung zu verringern. So ist in einer Anordnung für aus einem Wechselstromnetz gespeiste, ventilgesteuerte Käfigankermotoren mit veränderbarer Drehzahl die Endwicklung in zwei Teilwicklungen unterteilt. Die Teilwicklungen sind jeweils einseitig mit der zugeordneten Stromrichtergruppe verbunden. In die offenen Nullpunkte der Teilwicklungen sind Kondensatoren und mittelangezapfte Drosselspulen in Parallelschaltung eingefügt. Die Mittelpunkte der Drosselspulen sind über eine Glättungsdrossel miteinander verbunden. Bei dieser Art der Schaltung kann sich bei unbeabsichtigtem Zünden eines Ventils ein Teilkurzschluß über zwei Teilwicklungen ausbilden.
Es ist weiterhin bekannt, Drehstrommotoren über antiparallel geschaltete Ventile unmittelbar an das Netz anzuschließen, wobei in jeder Phase ein Strang der Ständerwicklung des Motors liegt.
Die Erfindung bezweckt eine Verringerung der Zahl der steuerbaren Gleichrichterelemente bei dem Umrichter, der veränderbare Speisespannungen und Frequenzen abgibt.
Nach der Erfindung wird dies bei einer Schaltungsanordnung zur Speisung eines kommutatorlosen Drehstrommotors mit veränderlicher Spannung und Frequenz aus dem Drehstromnetz unter Verwendung von steuerbaren Gleichrichterelementen, bei dem die einzelnen Stränge der Ständerwicklung je Phase in zwei einseitig miteinander verbundene Teilstränge unterteilt sind, deren freie Enden an die untereinander verbundenen Elektroden der steuerbaren Gleichrichterelemente einer am Drehstromnetz liegenden dreiphasigen Mittelpunktschaltung angeschlossen sind, dadurch erreicht, daß die freien Enden der Teilstränge an die Kathoden der steuerbaren Gleichrichterelemente der jeweiligen dreiphasigen Mittelpunktschaltung angeschlossen und die Verbindungspunkte der Teilstränge je Phase an den Sternpunkt des Speisenetzes angeschlossen sind.
Außer dem sehr wesentlichen Vorteil der Reduzierung der Anzahl der erforderlichen steuerbaren Gleichrichterelemente auf die Hälfte und der damit verbundenen Einsparung an Zusatz- und Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise Kühlkörper und Sicherungen, entfällt bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung das bei Brückenschaltung häufig auftretende Kreisstromproblem. Ferner ist die Möglichkeit eines Phasenkurzschlusses durch ein unbeabsichtigtes Zünden eines Ventils erheblich geringer. Außerdem wird eine größere Ausfallsicherheit erzielt.
Allerdings verdoppelt sich der Wert der Sperrspannung eines Gleichrichterelements in der Mittclpunktschaltung gegenüber dem Wert in einer Brückenschaltung.
Schließlich wird der Netztransformator, dessen Typenleistung sich erhöht, durch den über den Nullleiter zurückfließenden Gleichstrom vormagnetisiert.
Gemäß einer anderen Möglichkeit zur Lösung der gestellten Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung zur Speisung eines kommutatorlosen Drehstrommotors mit veränderbarer Spannung und Frequenz aus dem Drehstromnetz unter Verwendung von in Teilstränge unterteilten Phasensträngen in Verbindung mit steuerbaren Gleichrichterelementen in Form von zwei dreiphasigen Mittelpunktschaltungen je Phase sind erfindungsgemäß die einzelnen Phasenstränge der Ständer- Wicklung jeweils in sechs Teilstränge unterteilt, von denen jeweils zwei einseitig an die gleiche Netzphase angeschlossen sind, wobei jeder Teilstrang in Reihe mit einem der in den dreiphasigen Mittelpunktschaltungen angeordneten steuerbaren Gleichrichterelementen liegt und die Kathoden der steuerbaren Gleichrichterelemente mit dem Sternpunkt des Speisenetzes verbunden sind.
Diese Schaltungsmöglichkeit besitzt zusätzlich den Vorteil, daß die parallel zu den Einzelwicklungen liegenden Freilaufdioden eingespart werden können, weil jeweils ein Wicklungsteil mit je einem steuerbaren Gleichrichter der Mittelpunktschaltung in Reihe gelegt worden ist. __ Die Unterteilung der Ständerwicklung in zwei hintereinandergeschaltete Teile kann durch getrennte Wicklungen oder durch Anzapfung einer Wicklung erfolgen. Zur Glättung des jeweils einen Wicklungsteil durchfließenden Gleichstromes können in die Verbindungsleitung jedes Wicklungsstranges mit dem Sternpunkt des Speisenetzes Drosselspulen geschaltet sein.
Um auch bei negativer Anodenspannung der zu einem Wicklungsteil gehörenden Gruppe von Gleichrichterelementen ein Weiterfließen des Stromes in der Wicklung zu ermöglichen, können parallel zu den Wicklungsteilen sogenannte steuerbare Freilaufventile geschaltet werden, die auch zur Verringerung der Steuerblindleistung beitragen. Zur Kompensation des Blindleistungsbedarfes können zusätzlich Kondensatoren parallel zu den Motorwicklungen geschaltet werden.
Die Steuerung der Gleichrichterelemente, die vorzugsweise aus Siliziumzellen bestehen, kann in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Sollwert-IStwert-Differenz von Spannungsamplitude und -frequenz erfolgen. Die Berücksichtigung der Amplitude ist deshalb erforderlich, um den Quotienten aus Spannungsamplitude und Frequenz, der den Fluß bestimmt, konstant zu halten.
In Drehzahlregelkreisen kann die Steuerung der steuerbaren Gleichrichterelemente in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Sollwert-Istwert-Differenz der Drehzahl oder des Schlupfes erfolgen. Die genannte Differenz kann auch als Sollwert eines unterlagerten Spannungsregelkreises dienen. Eine Strombegrenzung oder -regelung ist ebenfalls in den angeführten Fällen möglich.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 die erfindungsgemäße Schaltung mit Unterteilung jedes Stranges der Motorwicklung in zwei Teilstränge, F i g. 2 die erfindungsgemäße Schaltung mit Unterteilung jedes Stranges der Motorwicklung in sechs Teilstränge, F i g. 3 die Stromwellen eines Frequenzkurvenumrichters in zwei Teilsträngen einer nach F i g. 1 unterteilten Wicklung, F i g. 4 einen Drehzahlregelkreis mit unterlagertem Spannungsregelkreis unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
In F i g. 1 ist die Motorphasenwicklung MW ständerseitig in die Teilwicklungen U,-XI, U2-X2 bzw. V-1-1'1, V2-Y2 bzw. W,-Z" W2-Z2 unterteilt. Jede Teilwicklung ist einerseits mit den Kathoden einer Gruppe von in einer Mittelpunktschaltung liegenden netzgespeisten steuerbaren Gleichrichtern verbunden, andererseits über die Leitung L mit dem Nulleiter 0 des Netzes RST. Die Drosseln Dr dienen zur Glättung des Gleichstromes.
Parallel zu den Einzelwicklungen können die gesteuerten Freilaufventile F liegen, die auch bei negativer Hauptanodenspannung ein Weiterfließen des Stromes in den Motorwicklungen ermöglichen. Die Freilaufventile tragen auch zur Verringerung der Steuerblindleistung bei. Bei ihrer Steuerung ist darauf zu achten, daß in den entsprechenden Wicklungen der Nachbarphasen keine Kurzschlußströme als Kreisströme über die gesteuerten Freilaufventile fließen können. Die ebenfalls parallelgeschalteten Kondensatoren C dienen zur Kompensation der Blindleistung.
In F i g. 2 liegt jeweils ein Wicklungsteil je Strang X,- U, ... XB-U6 bzw. V,-Yl ... V.-Y. bzw. Wl-Z,. ... W,-Z6 mit einem steuerbaren Gleichrichter der Mittelpunktschaltung in Reihe.
F i g. 3 zeigt für eine Stranganordnung nach F i g. 1, daß die Teilwicklungen mit einer Phasenverschiebung von 180°C e1. von einer aus Drehstromwellen zusammengesetzten Stromhalbwelle durchflossen werden. Die Steuerung der steuerbaren Gleichrichter kann in an sich bekannter Weise erfolgen. Dabei kann über einen Sinus-Sollwertgeber die Spannung Usota nach Amplitude und Frequenz vorgegeben werden, der die am Motor M abgegriffene Ist-Spannung Utst entgegengeschaltet wird. In Drehzahlregelkreisen dient entsprechend F i g. 4 als Sollwert U"tt des Spannungsregelkreises Ru die Regelabweichung Ah des überlagerten Drehzahlregelkreises mit dem Regler N (An = nsoat-ntst). Die Regelabweichung A n wird dem Glied AF zugeführt und zu dem Sollwertsignal des Spannungsregelkreises mit Berücksichtigung von Frequenz und Spannungsamplitude verarbeitet. Die Regelabweichung des Spannungsregelkreises steuert dann den Umrichter Um, wobei gegebenenfalls noch eine Strombegrenzung oder -regelung (I"ta, Isst in F i g. 4) vorgesehen sein kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Schaltungsanordnung zur Speisung eines kommutatorlosen Drehstrommotors mit veränderlicher Spannung und Frequenz aus dem Drehstromnetz unter Verwendung von steuerbaren Gleichrichterelementen, bei dem die einzelnen Stränge der Ständerwicklung je Phase in zwei einseitig miteinander verbundene Teilstränge unterteilt sind, deren freie Enden an die untereinander verbundenen Elektroden der steuerbaren Gleichrichterelemente einer am Drehstromnetz liegenden dreiphasigen Mittelpunktschaltung angeschlossen sind, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die freien Enden der Teilstränge an die Kathoden der steuerbaren Gleichrichterelemente der jeweiligen dreiphasigen Mittelpunktschaltung angeschlossen und die Verbindungspunkte der Teilstränge je Phase an den Sternpunkt des Speisenetzes angeschlossen sind (F i g. 1).
2. Schaltungsanordnung zur Speisung eines kommutatorlosen Drehstrommotors mit veränderbarer Spannung und Frequenz aus dem Drehstromnetz unter Verwendung von in Teilstränge unterteilten Phasensträngen in Verbindung mit steuerbaren Gleichrichterelementen in Form von zwei dreiphasigen Mittelpunktschaltungen je Phase, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Phasenstränge der Ständerwicklung jeweils in sechs Teilstränge unterteilt sind, von denen jeweils zwei einseitig an die gleiche Netzphase angeschlossen sind, daß jeder Teilstrang in Reihe mit einem der in den dreiphasigen Mittelpunktschaltungen angeordneten steuerbaren Gleichrichterelemente liegt und die Kathoden der steuerbaren Gleichrichterelemente mit dem Sternpunkt des Speisenetzes verbunden sind (F i g. 2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungsleitung jedes Wicklungsstranges mit dem Sternpunkt des Speisenetzes Glättungsdrosseln (Dr) ge- schaltet sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Teilsträngen der Ständerwicklung steuerbare Freilaufventile (F) geschaltet sind, die so gesteuert werden, daß auch bei negativer Anodenspannung von Gleichrichterelementen der Mittelpunktschaltung ein Weiterfließen des Stromes in den Wicklungen möglich ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Teilsträngen der Ständerwicklung Kondensatoren (C) zur Blindstromkompensation geschaltet sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelemente in Mittelpunktschaltung in Abhängigkeit von der Sollwert-Istwert-Differenz von Spannungsamplitude und -frequenz steuerbar sind.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Strombegrenzung oder -regelung. B.
Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterelemente in Mittelpunktschaltung in Drehzahlregelkreisen in Abhängigkeit von der Sollwert-Istwert-Differenz der Drehzahl oder des Schlupfes steuerbar sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung der Drehzahl als Sollwert für einen unterlagerten Spannungs- oder Stromregelkreis dient. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 631172, 632 562, 633 110, 644 781; britische Patentschrift Nr. 398 798; USA.-Patentschrift Nr. 1993 581; ETZ-A, Bd. 75 (1954), H. 20, S. 691 bis 696.