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Aus Seite I199 der »VDE-Fachberichte« 1962 ist eine Anordnung zur
Steuerung der Drehzahl und Drehrichtung eines Drehstrommotors bekannt, der über
einen Stromrichter an eine Gleichspannungs= quelle angeschlossen ist. Der Stromrichter
enthält eine Gegenparallelschaltung von zwei Drehstrombrückenschaltungen mit gesteuerten
Hauptstromventilen und ungesteuerten Freilaufventilen. Er ist mit einer Einrichtung
zur Stromkommutierung versehen und liefert dem Motor Spannungen veränderbarer Größe,
veränderbarer Frequenz und umkehrbarer Drehfeldrichtung. Die Einrichtung zur Stromkommutierung
besteht aus einer zwischen den beiden Polen der gesteuerten Brückenschaltung angeordneten
Reihenschaltung von zwei in Flußrichtung der Hauptstromventile gepolten gesteuerten
Kommutierungsventilen, deren Verbindungsleitung unter Zwischenschaltung eines Kommutierungskondensators
an einen Mittelpunktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Zur Kommutierungseinrichtung
gehören ferner zwei in den Gleichstromleitungen zwischen den beiden Brückenschaltungen
angeordnete Kommutierungsdrosseln, die über eine Reihenschaltung von zwei in Sperrichtung
der Hauptstromventile gepolten Begrenzungsventilen verbunden sind. Die Verbindungsleitung
der Begrenzungsventile ist an den Mittelpunktsleiter der Gleichspannungsquelle angeschlossen.
Durch eine Gleichspannungsquelle mit veränderbarer Spannung, beispielsweise durch
einen netzgeführten Stromrichter, kann die Motorspannung mittels der Spannung im
Gleichstromzwischenkreis gesteuert werden.
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Es ist ferner bekannt, eine Gleichspannungsquelle mit mindestens annähernd
konstanter Spannung zu wählen, beispielsweise eine Akkumulatorenbatterie oder eine
Gleichrichteranordnung mit ungesteuerten Ventilen, und die Motorspannung durch Pulsbetrieb
der Hauptstromventile zu steuern. Dabei wird die Frequenz der Impulse etwa linear
mit der Frequenz der Ausgangswechselspannung verändert, oder der Mittelwert der
Ausgangswechselspannung wird bei konstanter Tastfrequenz lediglich durch Änderung
des Tastverhältnisses eingestellt (deutsche Auslegeschrift 1095 931). Die Erfindung
geht von der Erkenntnis aus, daß bei dieser Art der Steuerung Unterschwingungen
in der Ausgangswechselspannung entstehen können, die zu Rüttelkräften und einem
unruhigen Lauf des angeschlossenen Motors führen. Es ist Aufgabe der Erfindung einen
ruhigen Lauf des Motors durch Verhütung des Entstehens derartiger Rüttelkräfte zu
erzielen.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl
und Drehrichtung eines Drehstrommotors bei motorischem oder generatorischem Betrieb,
der an eine Gleichspannungsquelle mit mindestens annähernd konstanter Spannung über
einen Stromrichter angeschlossen ist. Der Stromrichter besteht aus einer Gegenparallelschaltung
von zwei Drehstrombrückenschaltungen, von denen eine gesteuerte Hauptstromventile
enthält. Er ist mit einer Einrichtung zur Zwangskommutierung der Ventilströme versehen
und gibt Spannungen veränderbarer Größe, veränderbarer Frequenz und umkehrbarer
Drehfeldrichtung ab oder nimmt solche Spannungen auf. Erfindungsgemäß werden bei
einem derartigen Verfahren die Ventilströme in den gesteuerten Hauptstromventilen
von dem in der zyklischen Zündfolge der Brückenschaltung gegebenen Zündzeitpunkt
ab während einer Dauer bis zu 120° C elektrisch, bezogen auf die Grundschwingung
-der Motorspannung, in Einzelimpulse unterteilt, deren Impulsfrequenz ein ganzzahliges
Vielfaches der Motorspannungsfrequenz beträgt. Die Gesamtdauer der Stromimpulse
bestimmt die Größe der Motorspannung.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug
genommen.
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F i g. 1 stellt ein Stromrichterantrieb schematisch dar, bei welchem
das Verfahren nach der Erfindung angewendet werden kann; F i g. 2 veranschaulicht
den Verlauf der Motorklemmenspannung gegen den Mittelpunktsleiter in einem Diagramm.
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Nach F i g. 1 ist ein Drehstrommotor 2 in bekannter Weise an einen
Stromrichter 3 mit zwei Drehstrombrückenschaltungen in Gegenparallelschaltung angeschlossen,
von denen eine gesteuerte Hauptstromventile 4 bis 9, beispielsweise Thyristoren,
und die andere ungesteuerte Freilaufventile 10 bis 15 enthält. Haben
Strom und Spannung das gleiche Vorzeichen, dann führen die Hauptstromventile 4 bis
9 den Strom, bei ungleichem Vorzeichen die Freilaufventile 10 bis
15. Als Spannungsquelle 30 ist eine Akkumulatorenbatterie mit einer
Mittelanzapfung vorgesehen. Zur Zwangskommutierung der Ströme in den Motorwicklungen
ist eine Kommutierungseinrichtung vorgesehen, die aus zwei Löschventilen
18
und 19, einem Löschkondensator 20, zwei aus je zwei Teilwicklungen bestehenden
Kommutierungsdrosseln 16 und 17 sowie zwzi Begrenzungsventilen 41 und
42 besteht. Da eine annähernd konstante Gleichspannung zur Verfügung-steht,
können als Begrenzungsventile 41, 42 ungesteuerte Ventile verwendet werden.
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Die Gleichspannung der Spannungsquelle 30 wird durch den Wechselrichter
3 :derart umgeformt, daß an den Klemmen U, V, W des Drehstrommotors 2 drei
um 120° verschobene Wechselspannungen erscheinen, deren Frequenz die Drehzahl und
deren Phasenfolge die Drehrichtung des Motors 2 bestimmen. Die Größe der Klemmenspannung
des Motors wird durch die Summe der Stromführungszeiten der Hauptstromventile
4 bis 9 bestimmt.
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Zur Erläuterung des Stromverlaufs in den Haupt-und Freilaufventilen
des Wechselrichters 3 dienen F i g. 2 a bis 2 c, in denen der Verlauf der Spannungen
zwischen den Motprklemmen U, V, W und dem Mittelpunkt Mp und die zugehörigen Ströme
iu, i," 1w schematisch veranschaulicht sind. Nach F i g. 2 a hat zur Zeit to die
Motorklemme U positives Potential. Der Strom fu ist negativ und wird vom Ventil
10 geführt. Das Ventil 4 erhält einen Zündimpuls und übernimmt den Strom iu zur
Zeit t1. Zur Zeit t. wird nach F i g. 2 b -das Potential der Klemme V gerade negativ,
-und das Hauptventil 8 übernimmt den negativen Strom i;, von dem Blindstromventil
11. Die Klemme W hat nach F i g. 2 c während dieser Zeiten negatives Potential.
Ihr Strom iw fließt über das Ventil 15. In der Folgezeit steigen die Ströme
in den Motorklemmen U und V dem Betrag nach an, der Strom in der Klemme W wird kleiner.
Zur Zeit t3 wird das Kommutierungsventil 18 gezündet, und das Hauptstromventil 4
erlischt. Der Strom 1u kommutiert auf das Ventil 13, und das Potential der Klemme
U wird negativ. Zur Zeit t4 wird das Hauptventil 4 wieder gezündet und übernimmt
den Strom i". Zur
Zeit t, wird das Kommutierungsventil 19 gezündet,
das Ventil $ erlischt, und der Strom i,, kommutiert auf das Blindstromventil 11,
bis zur Zeit t. das Ventil 8 wieder gezündet wird. Bis t7 führt das Hauptventil4
Stromimpulse, und dementsprechend steigt der Maschinenstrom in der Phase U an. Zur
Zeit t8 erhält das Ventil 5 einen Zündimpuls und übernimmt nach F i g. 2 b zur Zeit
t9 den Strom i,, vom Ventil 11. Der Verlauf des Stromes i" von t9 bis tlo in den
Ventilen 5 und 14 und des Stromes i", von t11 bis t12 in den Ventilen 6 und
15 ist entsprechend dem Strom i" von t1 bis t8. Das Verhältnis der stromlosen Pause
der Hauptventile, beispielsweise von t3 bis t4, zur Impulsbreite, beispielsweise
von t. bis t3, bestimmt die Größe der mittleren Klemmenspannung. Da es sich bei
der Speisung eines Drehstrommotors immer um eine gemischte ohmisch-induktive Belastung
handelt, bleibt die Stromänderung in den spannungsnegativen Pausen zwischen den
Hauptventilimpulsen klein, wenn die Länge der Pausen klein ist gegen die elektrische
Zeitkonstante des Motors.
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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht
darin, daß das Verhältnis der Impulsfrequenz fi der Stromimpulse zur Motorspannungsfrequenz
f. nach folgender Bedingung gewählt wird: fi = 3 - (2n -h 1) f
m (n = 1, 2, 3 usw.) Mit einer derartigen Abstimmung der Motorspannungs-
und der Impulsfrequenz der Stromimpulse können Schwebungen vermieden werden, und
man erhält symmetrische Spannungen an den Motorwicklungen. Niedrige Motorspannungsfrequenzen
bei herabgesetzter Spannung ergeben entsprechend verminderte Impulsfrequenzen der
Stromimpulse, die eine Erhöhung des Oberschwingungsgehaltes zur Folge haben. Die
Zahl n wird deshalb vorteilhaft während des Steuervorganges verändert, damit eine
zu große Verminderung der Impulsfrequenz der Stromimpulse vermieden wird. Bei kleinen
Motorspannungsfrequenzen von beispielsweise weniger als 2 Hz kann die Impulsfrequenz
der Stromimpulse konstant bleiben.