DE1288675B - Stromrichterkaskade zur verlustarmen Drehzahlregelung oder -steuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren mit Schleifringlaeufer - Google Patents

Stromrichterkaskade zur verlustarmen Drehzahlregelung oder -steuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren mit Schleifringlaeufer

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DE1288675B
DE1288675B DES102924A DES0102924A DE1288675B DE 1288675 B DE1288675 B DE 1288675B DE S102924 A DES102924 A DE S102924A DE S0102924 A DES0102924 A DE S0102924A DE 1288675 B DE1288675 B DE 1288675B
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DE
Germany
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converter
slip ring
speed
control
converter cascade
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Pending
Application number
DES102924A
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Inventor
Elger Harald
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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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
    • H02P25/16Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays

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

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Stromrichterkaskade zur verlustarmen Drehzahlregelung oder -steuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren mit Schleifringläufer, deren Schlupfleistung gleichgerichtet und über im Wechselrichterbetrieb arbeitende Stromrichter ins Netz gespeist wird, als Antrieb für Maschinen, deren Drehmoment mit zunehmender Drehzahl steigt.
  • Derartige bekannte Stromrichterkaskaden - auch als »untersynchrone Stromrichterkaskadena bezeichnet - werden beispielsweise zur Drehzahlregelung von Schleifringläufermotoren verwendet, die als Antriebe für Maschinen großer Leistung mit etwa quadratisch verlaufendem Drehmoment, z. B. Pumpen und Lüfter, eingesetzt werden. Auf der Sekundärseite der Schleifringläufermotoren ist bei niedriger Drehzahl die Spannung hoch und der Strom niedrig, bei hoher Drehzahl dagegen die Spannung niedrig und der Strom hoch. Infolgedessen müssen die Stromrichter, der Stromrichtertransformator und die Drossel für die höchste Spannung und für den höchsten Strom bemessen sein.
  • Für den Fall, daß man die Gleichspannung im Gleichstrom-Zwischenkreis mit Hilfe des Wechselrichters so beeinflußt, daß die Schlupfleistung in das Netz zurückgespeist wird, erhält man bei hohen Drehzahlen eine verhältnismäßig große zusätzliche Blindleistung auf der Drehstromseite. Dies läßt sich bei einer anderen bekannten Einrichtung dadurch vermeiden, daß man den Wechselrichter ständig voll aussteuert und mit Hilfe einer zusätzlichen Drossel und einem abschaltbaren Thyristor bzw. einem Thyristor mit entsprechender Löscheinrichtung den vom Gleichrichter abgegebenen Gleichstrom periodisch über die Drossel und den Thyristor kurzschließt oder an den Wechselrichter schaltet. Bei einer derartigen Anordnung erhält der Wechselrichter einen von einer impulsförmigen Spannung getriebenen Gleichstrom, der mit zunehmender Drehzahl immer geringer wird, bis er bei synchroner Drehzahl den Wert Null erreicht. Diese Schaltung besitzt damit den Vorteil, daß wenig Blindleistung benötigt wird, da diese nur von dem jeweils gewählten Steuerwinkel und der übertragenen Wirkleistung abhängt. Andererseits muß bei einer derartigen Einrichtung nicht nur der Gleich- und Wechselrichter, sondern auch der aus Thyristor und Drossel bestehende Gleichstromtransformator (Gleichstrom-Pulswandler) für die volle Leistung der Einrichtung bemessen werden, was schon gegenüber der zuerst beschriebenen bekannten Stromrichterkaskade einen wesentlichen Mehraufwand erfordert.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufwand für eine untersynchrone Stromrichterkaskade mit Gleich- und Wechselrichter zu vermindern und eine bessere Ausnutzung der Bauelemente zu erreichen. Hierzu werden bekannte Schleifringläufer mit zwei über zwei Schleifringsätze parallel oder in Reihe schaltbare Läuferwicklungen verwendet. Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Stromrichterkaskade zur verlustarmen Drehzahlregelung oder -steuerung von Drehstrom-Asynchronmotorenunter Verwendung eines Schleifringläufers mit zwei Läuferwicklungen, zwei Sätzen Schleifringe und einer Umschalteinrichtung, die die Parallel- und Reihenschaltung beider Läuferspannungen gestattet. Die vorstehend genannte Aufgabe ist bei einer derartigen Stromrichterkaskade erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schleifringbürsten mit den Wechselstromkontakten von ungesteuerten Gleichrichterbrückenschaltungen verbunden sind und daß die Gleichstromanschlüsse der Gleichrichterbrückenschaltungen unterbrechungslos wechselweise parallel oder in Reihe an die Gleichstromanschlüsse der Wechselrichterschaltung der Stromrichterkaskade anschließbar sind.
  • Gemäß einer weiteren, in einem Unteranspruch geschützten Ausgestaltung sind die den beiden Sekundärwicklungen zugeordneten Gleichrichterbrückenschaltungen nach Art einer Graetzschaltung in zwei einander gegenüberliegenden Zweigen angeordnet, die beiden anderen Zweige durch Sperrdioden gebildet und in der einen Diagonalen ein in Abhängigkeit von der Drehzahl betätigter Schalter vorgesehen, während in der anderen Diagonale die Gleichstromanschlüsse der Wechselrichterschaltung angeschlossen sind.
  • An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles einer Stromrichterkaskade in Verbindung mit einem Schleifringläufermotor mit zwei galvanisch getrennten Wicklungen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert.
  • In F i g. 1 ist der Ständer eines Drehstromschleifringläufermotors 1 über einen Hauptschalter 2 an ein Drehstromnetz anschließbar. Der Schleifringläufermotor ist mit zwei Sekundärwicklungen ausgeführt, deren Anschlußenden mit u1, v1, w1 bzw. u2, va und w2 bezeichnet sind. Die Sekundärwicklungen sind über gemeinsam zu betätigende Schalter 3, 4 an ein Anlaßgerät 5 angeschlossen und parallel dazu über je einen Schalter 6, 7 mit einer aus Gleichrichtern gebildeten Stromrichterbrücke 8 bzw. 9 verbunden. Die positiven und die negativen Ausgänge der Stromrichterbrücken sind jeweils über eine Sperrdiode 10, 11 miteinander und der positive Ausgang der Stromrichterbrücke 8 über einen Schalter 12 mit dem negativen Ausgang der Stromrichterbrücke 9 verbunden. An den positiven Ausgang der Stromrichterbrücke 9 und den negativen Ausgang der Stromrichterbrücke 8 ist über eine Drossel 13 ein normalerweise im Wechselrichterbetrieb arbeitender, beispielsweise Thyristoren enthaltender Wechselrichter 14 -angeschlossen, dem ein Transformator 15 nachgeschaltet ist.
  • In F i g. 2 ist für einen Drehzahlregelbereich von 60 bis 10011/, der Verlauf der Läuferspannung U, - s eines angenommenen lastabhängigen Stromes Id und der Verlauf der Blindleistung Ps aufgetragen, wie sie bei einer bekannten untersynchronen Stromrichterkaskade auftreten würden, wenn zur Drehzahlregelung die Wechselrichteraussteuerung verändert wird.
  • Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung sei zunächst angenommen, daß die Sekundärwicklungen des Schleifringläufermotors 1 für gleiche Strombelastbarkeit und gleiche Läuferstillstandsspannung bemessen sind. Über das Anlaßgerät 5 wird der Motor auf die unterste Drehzahl des Drehzahlstellbereichs hochgefahren. Nachdem diese Drehzahl erreicht ist, werden die beiden Schalter 6 und 7 gleichzeitig geschlossen. Die den Sekundärwicklungen zugeordneten Stromrichterbrücken sind parallel geschaltet, da der Schalter 12 geöffnet ist. Am Stromrichter 14 liegt eine Gegenspannung entsprechend der Läuferspannung Uol * s = Uoz - s, wobei Uol die Stillstandsspannung der Sekundärwicklung ulvlw" und Uo, die Stillstandsspannung der Sekundärwicklung u,v,w, ist, und es fließt ein Strom entsprechend der Summe der beiden Ströme in den Sekundärwicklungen. Überschreitet die Drehzahl des Schleifringläufermotors die mittlere Drehzahl des Drehzahlstellbereiches, wird der Schalter 12 geschlossen, so daß die Stromrichterbrücken 8, 9 nun in Reihe geschaltet sind. Am Stromrichter 14 liegt dann eine Spannung entsprechend (Um + U02) ' S = Uoi ' Srn = Uos ' S-- darin ist S",, = maximaler Schlupf bei unterster Drehzahl des Stellbereiches -, und es fließt ein Strom entsprechend dem die Sekundärwicklungen durchfließenden Strom log = 102. Den sich hierbei ergebenden Verlauf der Läuferspannung, des Stromes Id im Gleichstromzwischenkreis und der Blindleistung PB in Abhängigkeit von der Drehzahl im Bereich von 60 bis 100 °/o der Drehzahl zeigt die F i g. 3.
  • Sind die sekundären Wicklungen für gleiche Strombelastung, aber für verschiedene Läuferstillstandsspannungen, bemessen, z. B. Uol < Uoz, wodurch eine Anpassung an die Belastungskennlinie möglich ist, wird nach dem Anlassen des Motors über das Anlaßgerät und nach dem Hochläufen auf die unterste Drehzahl des Drehzahlstellbereiches zuerst der Schalter 7 geschlossen. Wenn die Drehzahl des Motors einen Wert überschreitet, bei dem U02 . S = U01. sm ist, wird zusätzlich der Schalter 6 geschlossen. Die Spannung U.2, die größer als die Spannung U" ist, liegt über die Stromrichterbrücke 8 als Gegenspannung an der Stromrichterbrücke 9 an und bringt den Strom in der Sekundärwicklung ulv,w, zum Erlöschen. Überschreitet die Drehzahl den der Spannung (U0, -I-' U02) ' S = Uoi - Sm entsprechenden Wert, wird der Schalter 12 geschlossen und damit wieder eine Reihenschaltung der Stromrichterbrücken 8, 9 erreicht. Bei dieser Bemessung der Sekundärwicklungen ergibt sich der in F i g. 4 schematisch dargestellte Verlauf von Spannung, Strom Ia im Gleichstromzwischenkreis und Blindleistung PB. Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, wird in beiden Fällen die bei hohen Drehzahlen niedrige Spannung erhöht und der Strom um den gleichen Faktor herabgesetzt. Transformator, Stromrichter und Drossel werden also über den gesamten Drehzahlregelbereich besser ausgenutzt und der Aufwand an Stromrichterelementen sowie die erforderliche Transformator- und Drosselleistung herabgesetzt. Bei der maximalen Drehzahl sinkt die Blindleistung im Vergleich zu den in F i g. 2 schematisch dargestellten Werten der bisher üblichen Schaltung auf den halben Wert, wenn die Sekundärwicklungen gleichbemessen sind, und noch unter diesen Wert, wenn die Sekundärwicklungen unterschiedlich bemessen sind.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Stromrichterkaskade zur verlustarmen Drehzahlregelung oder -steuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren unter Verwendung eines Schleifringläufers mit zwei Läuferwicklungen, zwei Sätzen Schleifringe und einer Umschalteinrichtung, die die Parallel- und Reihenschaltung beider Läuferspannungen gestattet, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß die Schleifringbürsten mit den Wechselstromkontakten von ungesteuerten Gleichrichterbrückenschaltungen verbunden sind und daß die Gleichstromanschlüsse der Gleichrichterbrückenschaltungen unterbrechungslos wechselweise parallel oder in Reihe an die Gleichstromanschlüsse; der Wechselrichterschaltung der Stromrichterkaskade anschließbar sind.
  2. 2. Stromrichterkaskade nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Sekundärwicklungen zugeordneten Gleichrichterbrückenschaltungen (8, 9) nach Art einer Graetzschaltung in zwei einander gegenüberliegenden Zweigen angeordnet sind, daß die beiden anderen Zweige durch Sperrdioden (10, 11) gebildet sind und in der einen Diagonale ein in Abhängigkeit von der Drehzahl betätigter Schalter (12) vorgesehen ist, während in der anderen Diagonale die Gleichstromanschlüsse der Wechselrichterschaltung (14) angeschlossen sind.
DES102924A 1966-03-31 1966-03-31 Stromrichterkaskade zur verlustarmen Drehzahlregelung oder -steuerung von Drehstrom-Asynchronmotoren mit Schleifringlaeufer Pending DE1288675B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2295620A1 (fr) * 1974-12-20 1976-07-16 Siemens Ag Systeme d'entrainement a courant triphase et a vitesse reglable

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB158373A (en) * 1919-11-05 1921-02-07 William Edward Milton Ayres Improvements relating to alternating-current electric motors

Patent Citations (1)

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JPS4415230B1 (de) 1969-07-07

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