DE1488161C3 - Synchronisieranordnung für einen bürstenlosen Synchronmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisieranordnung für einen bürstenlosen Synchronmotor mit einem bei Überspannung zuschaltbaren Anfahrwiderstand und mit einem steuerbaren Halbleiter zum Zuschalten der Erregerspannung.

Die Anordnung einer Gleichrichterschaltung, insbesondere mit Siliziumgleichrichtern, zur Umwandlung eines Erregerwechselstromes in einen für die Felderregung einer Synchronmaschine brauchbaren Gleichstrom auf dem Läufer der Maschine ist bekannt (»Electrical Engineering, September 1960, S. 734) und stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Technik der Motor- und Generatorregelung dar. Die Hauptvorteile liegen darin, daß Bürsten, Schleifringe und Kommutatoren und damit die für solche Stromübertragungseinrichtungen erforderliche Wartung entfallen können.

Bei explosionsgeschützten Bauformen wird außerdem ein getrenntes, gasdichtes Gehäuse für die funken- und lichtbogenbildenden Komponenten unnötig.

Bei diesen bürstenlosen Synchronmaschinen traten jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich einer Bewältigung der in den Feldwicklungen großer Motoren beim Anlaufen erzeugten Leistung, einer Synchronisation mit optimalem Schlupf- und Phasenwinkel und einer Abschaltung des Feldes, wenn die Synchronisation durch Verringerung der Läuferdrehzahl verlorengegangen war, auf.

Beim Anlaufen und bestimmten anderen Betriebsbedingungen werden in der Motorfeldwicklung Spannungen verschiedenster Größe induziert. Wenn die hieraus resultierenden Ströme und die üblichen Feidgleichströme in der Flußrichtung fließen, müssen zwei der sechs Erregergleichrichter, die bei einer dreiphasigen Erregung vorhanden sind, den Strom übernehmen und daher entsprechend der Gesamtstromstärke bemessen werden. Wenn die resultierenden Ströme in der entgegengesetzten Richtung fließen und größer sind als der Erregerstrom, sperren die Gleichrichter und das Feld ist dann praktisch offen. In diesem Fall besteht die Gefahr, daß die induzierte Spannung die maximal zulässige Sperrspannung der Gleichrichter übersteigt und die

ίο Gleichrichter beschädigt werden. Zur Behebung dieser Schwierigkeiten hat man bereits lineare oder nichtlineare Widerstände selektiv der Feldwicklung parallel geschaltet, die einen Stromweg für die im Feld induzierten Ströme bilden. Ein Nachteil einer solchen An-Ordnung besteht jedoch darin, daß lineare Widerstände beträchtliche Leistungsverluste mit sich bringen und dadurch einen größeren Erreger und Gleichrichter für höhere Ströme bedingen. Bei nichtlinearen Widerständen werden die Leistungsverluste des Erregers zwar herabgesetzt, sie sind jedoch oft noch zu groß, um auf der Läuferwelle montiert werden zu können.

Die üblichen Erregeraniagen gewährleisten zwar ohne weiteres die erforderliche Erregerleistung und Regelung, sie arbeiten jedoch nicht so verzögerungsfrei und genau, wie es für ein optimales und wirtschaftliches Arbeiten des Motors erwünscht ist. Eine genaue Steuerung des Einschaltens eines Entladungswiderstandes in den Feldkreis, des Einschaltens des Feldes bei der Synchronisation während des Anlaufens des Motors und

30. das Abschalten im Fall, daß die Synchronisation verlorengegangen ist, erfolgt derzeit nicht, mit derjenigen Geschwindigkeit, die als erforderlich angesehen wird. Der Grund hierfür liegt darin, daß die für diese Zwecke verwendeten Steuer- und Regeleinrichtungen hauptsächlich mechanisch arbeiten und nicht empfindlich genug auf unerwünschte Betriebszustände ansprechen bzw. nicht rasch genug die zur Beseitigung solcher Betriebszustände erforderlichen Schaltmaßnahmen einleiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, die gewährleisten, daß die Erregung der Feldwicklung des Läufers nur dann eingeschaltet wird, wenn beim Erreichen des Synchronisationszustandes optimale Bedingungen (insbesondere richtiger Schlupf und Phasenwinkel und eine geeignete Drehzahl) herrschen, spätestens jedoch dann, wenn der Motor das Reluktanzdrehmoment erreicht.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einer Synchronisieranordnung der eingangs genannten Art eine Synchronisierschaltung mit einem die Schlupffrequenz erfassenden Zeitglied und mit einem die Phasenlage erfassenden Halbleiterelement vorgesehen ist, welche die Erregerspannung über den steuerbaren Halbleiter zuschaltet, wenn sowohl die Schlupffrequenz als auch die Phasenlage eine für die Synchronisation geeignete Größe haben, und daß eine Ersatzschaltung vorhanden ist, die bei Versagen der Synchronisierschaltung die Erregerspannung über den steuerbaren Halbleiter und ein Halbleiterelement nach einer vorbestimm ten. Verzögerungszeit zuschaltet.

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch, gekennzeichnet. Die Synchronisierschaltung gemäß dieser Ausgestaltung ist besonders einfach und zweckmäßig zum Erzeugen eines Signals bei Erreichen der Sch lupf frequenz.

Die aus schnellen Halbleiterbauelementen aufgebaute Schaltungsanordnung ist so ausgelegt, daß der Feldwicklung so lange keine Erregerspannung zugeführi

wird, bis die Frequenz der induzierten Spannung auf einen bestimmten Wert abgesunken ist, worauf dann die Erregerspannung an das Feld mit optimaler Schlupf-Frequenz und optimalem Phasenwinkel angelegt wird. Fast gleichzeitig wird der Anfahrwiderstand aus dem Kreis ausgeschaltet Wenn der Motor im Betrieb außer Tritt fällt, wird die Abnahme der Erregerfrequenz durch eine Schaltungsanordnung wahrgenommen, die die Erregerleistung von der Feldwicklung abschaltet. Die Schaltung überwacht und mißt dann die induzierte Spannung des Motorfeldes und versucht wiederholt, eine Resynchronisation während jedes Spannungszyklus zu bewirken.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigt
- F i g. 1 die Schaltungsanordnung einer Steuer- und Regelanordnung für einen bürstenlosen Synchronmotor und

F i g. 2 eine graphische Darstellung der induzierten Spannung während des Anlaufens, die zeigt, wie das Erregerfeld beim optimalen Zeitpunkt und Phasenwinkel angelegt wird.

Sämtliche Komponenten der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind auf der Welle des Ankers und der Feldwicklung eines bürstenlosen Synchronmotors angeordnet Die hier beschriebene Steuer- und Regelanordnung ist für die Erfordernisse beim Anlassen, Synchronisieren und Abschalten des Feldes des Synchronmotor bestimmt und erfüllt folgende Funktionen:

1) Parallelschalten eines Anfahrwiderstandes zum Motorfeld während der Beschleunigung, um ein übermäßiges Ansteigen der im Feld induzierten Spannungen zu verhindern und das Anlaßdrehmoment zu erhöhen.

2) Anschalten der Gleichstromerregung an das Motorfeld bei optimalem Schlupf- und Läuferwinkel.

3) Unterbrechung des den Anlaßwiderstand enthaltenden Stromkreises, um einen dauernden Verlust an Erregerleistung zu verhindern.

4) Schutz des Motorfeldes gegen Überspannungen, die im normalen Betrieb durch Netzstörungen entstehen können.

5) Abschalten der Felderregung und Wiedereinschalten des Anlaßwiderstandes, wenn der Motor außer Synchronismus zu geraten beginnt.

6) Resynchronisation, wenn es die Betriebsbedingungen erlauben, daß der Motor wieder auf die Synchronisationsdrehzahl beschleunigt werden kann.

In F i g. 1 ist links die Erregermaschine dargestellt, deren Feldwicklung 10 mit einer Gleichspannung gespeist wird, so daß beim Anlassen und anschließend im Betrieb an den Klemmen einer Sekundärwicklung 12 eine dreiphasige Wechselspannung zur Verfügung steht. Diese Wechselspannung wird durch Gleichrichter 14 gleichgerichtet und kann dann der Feldwicklung 16 des zugehörigen Synchronmotors zugeführt werden. Einer (nicht dargestellten) Ständerwicklung des Motors wird über Klemmen 18 eine ein Drehfeld erzeugende Wechselspannung zugeführt. Während der Läufer beim Anlassen beschleunigt wird, kann das Ständerdrehfeld in den Läuferleitern Spannungen induzieren, die unter Umständen zu einer Beschädigung der Isolation der Feldwicklung 16 des Läufers führen können, wenn nicht Maßnahmen getroffen werden, um diese Spannungen unter Kontrolle zu halten. Zum Schutz der Feldwicklung 16 wird an ihre Klemmen, wie üblich, ein Feldwiderstand 20 angeschlossen, der die erzeugte Leistung aufnimmt und die Feldspannung auf einen ungefährlichen Wert herabsetzt.

Die Zufuhr der Erregerleistung zur Feldwicklung 16 wird durch den Feldschalter 22 gesteuert, der einen steuerbaren Siliziumgleichrichter 24 und die Sekundärwicklung 25 eines Impulsübertragers 26 enthält. Während der Beschleunigung des Läufers hält der gesteuerte Siliziumgleichrichter 24 die gleichgerichtete Erregerspannung so lange von der Feldwicklung 16 fern, bis die Synchronisation eintritt.
Um die Isolation der Feldwicklung 16 zu schützen, wenn die Klemmen 18 an Spannung gelegt werden und die Motorwelle sich zu drehen beginnt, sind ein steuerbarer Siliciumgleichrichter 30, eine Zener-Diode 32 und eine Diode 34 in den Kreis des Feldwiderstandes 20 geschaltet. In der Feldwicklung 16 wird eine Wechselspannung induziert. Der resultierende Strom fließt daher durch den Widerstand 20, die Diode 34 und die Feldwicklung 16, wenn die untere Klemme der Feldwicklung 16 positiv ist. Wenn jedoch die obere Klemme der Feldwicklung 16 positiv wird und die im Feld induzierte Spannung aus irgendwelchen Gründen einen bestimmten hohen Wert überschreitet, der durch die Bemessung der Zener-Diode 32 bestimmt wird, beginnt der steuerbare Gleichrichter 30 zu leiten, da die im Feld induzierte Spannung über die Zener-Diode 32 seiner Steuerelektrode zugeführt wird. Hierdurch wird dann der Feldwiderstand 20 an die Feldwicklung 16 angeschlossen und er vernichtet die während der Beschleunigungsdauer im Feld induzierte Leistung.
Da der steuerbare Gleichrichter sehr rasch aufgetastet wird lassen sich auch sehr schnell ansteigende Spannungen sicher beherrschen, so daß ein einwandfreier Schutz der Isolation gewährleistet ist und gleichzeitig noch der Vorteil eines hohen Anlaßdrehmomentes erreicht wird.

Bekanntlich ergibt sich das maximale Synchronisationsdrehmoment, wenn man die Gleichstromerregung beim optimalen Schlupf- und Läuferwinkel an das Motorfeld anschaltet. Da die hier verwendeten Schaltungselemente schnell arbeiten, läßt sich die Gleichstromerregung mit großer Genauigkeit anschalten. Der erste Schritt zur Bestimmung des genauen Zeitpunktes für das Anschalten der. Erregung an das Feld besteht darin, daß die positiven Halbwellen der im Feld induzierten Spannung während der Anlaßperiode beschnitten und geregelt werden. Das Beschneiden der induzierten Spannung Vf im Diagramm der F i g. 2 geschieht durch Widerstände 36, 38 und eine Zenerdiode 28 und ist in F i g. 2 durch gestrichelte Linien dargestellt. Das Diagramm in F i g. 2 zeigt, daß die Amplitude der induzierten Spannung Vt ungefähr gleich bleibt und daß die Frequenz abnimmt, während der Läufer sich der Synchrondrehzahl nähert. Die Kurve zeigt im letzten Schlupfzyklus wann und bei welchem Winkel der steuerbare Gleichrichter aufgetastet und die Gleich-Stromerregung dadurch an das Feld gelegt wird. Durch das Absinken der Frequenz werden die einzelnen Zyklen länger, so daß eine längere Zeitspanne zur Verfügung steht, innerhalb der der Gleichstrom an das Feld bei einem Winkel angeschaltet werden kann, der hinsichtlich der Synchronisation am zweckmäßigsten ist. Das Feld wird am besten dann angeschaltet, wenn die induzierte Spannung mit positiver Steigung durch Null geht, da sich dann ein optimales Synchronisationsdreh-

moment ergibt. Die hierfür vorgesehene Schaltungsanordnung enthält einen Kondensator 42, der während jedes Zyklus der induzierten Spannung abwechselnd geladen und entladen wird. Mit dem Kondensator ist eine Vierschicht-Diode 44 verbunden, die so bemessen ist, daß sie leitend wird, wenn die Spannung am Kondensator 42 einen bestimmten Wert erreicht. Wenn die Frequenz der induzierten Spannung während des Anlassens hoch ist, reicht die für das Laden des Kondensators 42 zur Verfügung stehende Zeit nicht aus, um die Spannung am Kondensator auf den zum Auftasten der Vierschichtdiode 44 erforderlichen Wert ansteigen zu lassen. Mit anderen Worten gesagt, kehrt sich die Polarität der induzierten Spannung um, bevor die Spannung am Kondensator 42 den zum Schalten der Vierschichtdiode 44 erforderlichen Wert erreicht hat. Dies zeigt an, daß die Schlupf-Frequenz zu groß ist, um eine Synchronisation zu ermöglichen, und der Kondensator entlädt sich dann während der negativen Halbwelle durch die Diode 40. Der Kondensator 42 wird also dazu verwendet, /festzustellen, ob die Schlupf-Frequenz den richtigen Wert hat, indem er während jedes Zyklus die Vierschichtdiode 44 aufzutasten strebt. Wenn die Ladezeit durch das Absinken der Schlupf-Frequenz zunimmt, erreicht die Ladung am Kondensator schließlich die Schaltspannung der Vierschichtdiode 44 und fließt dann über die aufgetastete Diode in den Kondensator 46. Der Moment, in dem die Vierschichtdiode 44 schaltet, ist in F i g. 2 mit 47 bezeichnet. Für das Einleiten und Auslösen der Funktionen der übrigen Komponenten, die die Gleichstromerregung an das Feld anschalten, verbleibt also die Zeitspanne zwischen dem Punkt 47 der Kurve und dem Nulldurchgang der induzierten Spannung.

Der Kondensator 46 ist nun bereit, sich über den Unipolartransistor 48 durch die Primärwicklung 56 des Impulsübertragers 26 zu entladen, durch dessen Sekundärwicklung 25 dann der Gleichrichter 24 aufgetastet würde und ein Erregerstrom durch die Motorfeldwicklung fließen könnte. Der Unipolartransistor 48 wird jedoch nicht sofort leitend, da seine Zwischenbasisspannung so hoch bleibt, daß ein Leiten verhindert wird, trotzdem durch den Kondensator 46 jetzt eine Spannung an den Emitter gelegt wird. Die Zwischenbasisspannung für den Unipolartransistor 48 wird durch die Widerstände 50, 52 und die Zenerdiode 54 geliefert. Der Unipolartransistor 48 wird in den stromführenden Zustand aufgetastet, indem die Zwischenbasisspannung verringert wird. Dies geschieht bei dem gewünschten Läuferphasenwinkel mittels der Vierschicht-Diode 99, deren Schaltspannung erreicht wird, wenn die Feldspannung etwas negativ wird. Wenn die Diode 99 leitet, werden die Basen des Transistors 48 momentan dem Motorfeld parallel geschaltet, was ein kurzzeitiges Absinken der Zwischenbasisspannung bewirkt. Hierdurch wird der Transistor 48 in die Lage versetzt, den Kondensator 46 über die Primärwicklung des Impulstransformators 56 zu entladen. Dabei entsteht in der Sekundärwicklung 25 des Impulsübertragers 26 ein Impuls, der den gesteuerten Gleichrichter 24 auftastet und die Erregerspannung an die Feldwicklung 16 des Motors legt. Bei dieser Anordnung wird die Erregung sowohl bei der vorherbestimmten Schlüpfung in der positiven Halbwelle des Feldstroms If als auch beim richtigen Schlupf-Winkel angelegt, was zusammen optimale Bedingungen für die Synchronisation ergibt.

Unter bestimmten Bedingungen beim Anlassen, wenn z. B. die Last zu gering ist, kann der Läufer so rasch beschleunigt werden, daß der optimale Winkel nie mit der gewünschten Schlüpfung übereinstimmt und der Motor synchronisiert sich dann beim Reluktanzdrehmoment. Hierzu wird ein Verzögerungskreis verwendet, der einen Widerstand 58 und einen Kondensator 60 enthält. Der Kondensator 60 wird durch dieselbe Erregerspannungsquelle, die die Spannung am Transistor 48 konstant hält, auf 20 Volt aufgeladen und eine Vierschicht-Diode 62 entlädt den Kondensator 60 über die Primärwicklung 56 des Impulsübertragers 26, wenn der Kondensator 60 auf eine ausreichend hohe Spannung aufgeladen ist. Der Impuls der Sekundärwicklung 25 des Impulsübertragers 26 tastet dann also den gesteuerten Gleichrichter 24 auf und schaltet die Erregung an die Feldwicklung 16.

Wenn die obenerwähnten Synchronisationsbedingungen bei optimalem Zeitpunkt und Phasenwinkel zur Synchronisation erreicht werden und die Erregerspannung an die Feldwicklung 16 angeschaltet wird, befindet sich der gesteuerte Gleichrichter 30 im gesperrten Zustand, da die Feldspannung in diesem Augenblick schwach negativ ist. Im normalen Betrieb des Motors kann der Anlaßwiderstand 20 durch die Schutzwirkung der Zener-Diode 32 und des gesteuerten Siliciumgleichrichters 30 immer dann eingeschaltet werden, wenn Netzstörungen in die Motorfeldwicklung 16 übertragen werden und dort unzulässige Überspannungen erzeugen. Um den gesteuerten Gleichrichter 30 zu sperren und dadurch den Feldwiderstand 20 vom Kreis der Wicklung 16 zu trennen, wird der gesteuerte Gleichrichter 24 momentan durch einen Kreis gesperrt, der einen Kondensator 72, eine Induktivität 100 und einen gesteuerten Gleichrichter 70 enthält Der Kondensator 64 wird durch die Spannung am Anlaßwiderstand 20 aufgeladen. Wenn die Spannung am Kondensator 64 die Schaltspannung der Vierschicht-Diode 66 erreicht, zündet diese und entlädt den Kondensator über die Primärwicklung 68 des Impulsübertragers 67. Die Sekundärwicklung 69 des Übertragers liefert dann einen Steuerstrom, der ausreicht, um den gesteuerten Siliciumgleichrichter 70 aufzutasten. Der Kondensator 72 ist anfänglich auf die Erregerspannung aufgeladen, da seine positive Klemme mit der positiven Erregerleitung und seine negative Klemme über den Widerstand 74 und die Diode 76 mit einer Erregerphase verbunden ist. Da der gesteuerte Gleichrichter 70 nun leitet, kann ein Entladungsstrom über den Kondensator 72 zur Wicklung 16 fließen. Da der gesteuerte Gleichrichter 70 und der Kondensator 72 zu dem gesteuerten Gleichrichter 24 parallel geschaltet sind, wird letzterer gesperrt, da er durch die Spannung am Kondensator 72 in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird. Beim Entladen des Kondensators 72 würde der Erregerstrom rasch abfallen und die Induktivität im Erregerkreis könnte einen Spannungsanstieg verursachen, der den Feldschalter 22 überlastet. Um dies zu verhindern, ist ein Stromzweig für den Erregerstrom durch den Widerstand 74 und die Diode 76 vorgesehen.

Wenn sich der Kondensator 72 mit umgekehrter Polarität auflädt, geht die Feldspannung durch Null und kehrt sich um. Da die Polarität der Spannung am gesteuerten Gleichrichter 30 wechselt, hört dieser zu leiten auf und wird gesperrt. Der gesteuerte Gleichrichter 70 sperrt beim Umkehren der Erregerphasenspannung.

Der gesteuerte Gleichrichter 24 wird dann, wie oben beschrieben, wieder aufgetastet, indem die Kondensatoren 42, 60 aufgeladen werden und ein Impuls durch den Unipolartransistor 48 und die Primärwicklung 56

des Impulsübertragers 26 erzeugt wird, der den gesteuerten Gleichrichter 24 auftastet.

Um zu gewährleisten, daß sich der Kondensator 46 so weit auflädt, daß der durch den Impulsübertrager 26 erzeugte Impuls zum Auftasten des gesteuerten Gleichrichters 24 ausreicht, wird zum Aufladen des Kondensators 46 auf den richtigen Wert eine zusätzliche Stromquelle verwendet. Der zugehörige Stromkreis enthält einen Kondensator 78, einen Widerstand 80 und eine Zener-Diode 82. Der Kondensator 78 wird über den Widerstand 80 auf dem Spannungspegel der Zener-Diode 82 geladen gehalten. Der Kondensator 78 ist mit dem gesteuerten Gleichrichter 84 verbunden und die Sekundärwicklung 85 des Impulsübertragers 67 mit der Primärwicklung 68 liefert den zum Auftasten des gesteuerten Gleichrichters 84 erforderlichen Steuerstrom. Wenn in der Primärwicklung 68 bei der Entladung des Kondensators 64 ein Impuls fließt, tastet der von der Sekundärwicklung 85 abgegebene Impuls den gesteuerten Gleichrichter 84 auf, so daß ein Stromweg, der einen Stromfluß nur in einer einzigen Richtung zuläßt, vom Kondensator 78 zum Kondensator 46 gebildet wird. Wenn der Kondensator 46 nicht so weit aufgeladen wird, wie es zum Auftasten des Unipolartransistors 48 nötig ist, entlädt sich der Kondensator 78 in ihn über den gesteuerten Gleichrichter 84, um den Spannungspegel auf den gewünschten Wert zu erhöhen. Diese Schaltungsanordnung gewährleistet, daß der gesteuerte Gleichrichter 24 wieder in den leitenden Zustand gebracht wird, um die Erregung erneut an die Feldwicklung 16 zu schalten, auch wenn am Widerstand 20 nicht genügend Spannung zum Auftasten des Gleichrichters 24 zur Verfügung stehen sollte.

Nachdem der Motor angelassen und der Anlaßwiderstand 20 abgeschaltet ist, kann es unter bestimmten Bedingungen erforderlich werden, den Feldstrom des Motors abzuschalten. Wenn der Motor z. B. durch Überlastung außer Synchronismus gerät und die Drehzahl absinkt, muß die Gleichstromerregung von der Feldwicklung 16 des Motors abgeschaltet werden. Wenn beim Absinken der Drehzahl und Ansteigen der Schlupf-Frequenz die Größe des induzierten Feldstromes kleiner als der Erregerstrom ist, oder wenn die Ständerspannung des Motors ausfällt, so daß kein Feldstrom induziert wird, wird die Erregung nicht abgeschaltet. Für den Fall, daß der induzierte Feldstrom des Motors größer ist, sind jedoch Vorkehrungen getroffen, um das Feld durch Sperren des gesteuerten Gleichrichters 24 abzuschalten. Der Widerstand 86 und die Zener-Diode 88 beschneiden die positiven Halbwellen der Erregerspannung von beispielsweise 125 auf 30 Volt und der Kondensator 90 wird während jedes Zyklus über den Widerstand 101 durch diese geregelte Spannung aufgeladen. In den Entladungskreis dieses Kondensators sind ein Unipolartransistor 92 und ein gesteuerter Gleichrichter 93 derart geschaltet, daß der Kondensator 46 sich über den gesteuerten Gleichrichter 94 entladen und die Primärwicklung 96 des Impulsübertragers 95 speisen kann, wenn die Schaltungselemente 92, 93 leiten und einen Steuerstrom an den gesteuerten Gleichrichter 94 liefern.

Wenn die Ladezeit des Kondensators 90 zu kurz ist, wird der Unipolartransistor 92 nicht aufgetastet, was anzeigt, daß die Erregerfrequenz hoch ist und der Motor noch synchron läuft. Da der Kondensator 90 während jedes Erregerzyklus auf- und nachgeladen wird, führt sein Entladungsstromweg durch die Diode 98, wenn die Zeit zu kurz ist. Wenn sich der Kondensator 90 auf diejenige Spannung (z. B. 15 Volt) auflädt, die zum Auftasten des Unipolartransistors 92 ausreicht, bedeutet dies, daß sowohl die Erregerfrequenz als auch die Drehzahl niedrig sind und der Motor außer Synchronismus geraten ist. Der Unipolartransistor 92 leitet dann die Ladung vom Kondensator 90 zur Steuerelektrode des gesteuerten Gleichrichters 94, so daß dieser aufgetastet wird und einen Stromweg für die Entladung des Kondensators 46 durch die Primärwicklung 96 des Impulsübertragers 95 bildet. Wenn dies geschieht, laufen zwei Vorgänge ab:

a) Der gesteuerte Gleichrichter 70 wird durch den Impuls von der Sekundärwicklung 97 des Impulsübertragers 95 leitend, und der gesteuerte Gleichrichter 24 wird durch das oben beschriebene Umpolen des Kondensators 72 gesperrt, so daß, wie oben beschrieben, die Erregerspannung nicht weiter dem Feld zugeführt wird, und

b) dieser Kreis verhindert, daß der gesteuerte Gleichrichter 24 wieder zu leiten beginnt und das Feld erneut anliegt, da sich der Kondensator 46 durch den gesteuerten Gleichrichter 94 und die Primärwicklung 96 des Impulsübertragers 95 und nicht durch den Transistor 48 und die Primärwicklung 56 des Impulsübertragers 26 lädt. Wenn der gesteuerte Gleichrichter 70 zu leiten beginnt, wird für die Gleichstromerregung ein Stromweg durch den Kondensator 72 zur Feldwicklung 16 gebildet. Wenn die Erregerspannung durch die negative Halbwelle geht, sperrt der gesteuerte Gleichrichter 70 wieder.

Der gesteuerte Gleichrichter 93 verhindert, daß der Feldabschaltkreis während des normalen Synchronisationsvorganges in Tätigkeit tritt. Wenn der Motor angelassen wird, ist der gesteuerte Gleichrichter 93 gesperrt und verhindert unabhängig von der Drehzahl, daß die Ladung am Kondensator 90 eine Feldabschaltung einleitet. Nachdem sich der Motor jedoch synchronisiert hat, wird die an der Zener-Diode 88 liegende konstante Spannung über den Widerstand 103 dem Kondensator 104 zugeführt. Das Aufladen des Kondensators auf eine Spannung zum Auftasten der Vierschicht-Diode 102 und dann des gesteuerten Gleichrichters 93 erfordert eine gewisse Zeit Diese Verzögerung gewährleistet, daß der Feldabschaltmechanismus während der kritischen Synchronisationszeit nicht unbeabsichtigt in Tätigkeit tritt. Der gesteuerte Gleichrichter 93 wird durch den den Unipolartransistor 92 durchfließenden Ableitstrom im leitenden Zustand gehalten.

Es ist ersichtlich, daß der Anlaßwiderstand 20 beim Abschalten der Erregerleistung von der Feldwicklung durch den gesteuerten Gleichrichter 24 automatisch der Feldwicklung in Reihe geschaltet wird, um die durch induzierte Spannungen erzeugte Leistung aufzunehmen. Diese Eigenschaft der Schaltung trennt den Erregerausgang wirksam vom Motorfeld und der Motor kann als Induktionsmotor weiterlaufen, bis wieder günstigere Betriebsbedingungen eintreten, die eine erneute Synchronisation erlauben. Der beschriebene Kommutiervorgang verläuft außergewöhnlich schnell, erfordert in der Praxis weniger als eine Millisekunde.

Wenn die Überlastung, oder die anderen Betriebsbedingungen, die die Drehzahlherabsetzung des Motors und das Außertrittfallen verursacht hatten, überwunden oder beseitigt worden sind, nimmt die Drehzahl des Motors wieder zu, so daß eine erneute Synchronisation möglich ist. Unter diesen Umständen und unter der

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Voraussetzung, daß die Amplitude und Frequenz der in der Feldwicklung induzierten Spannungen für eine Synchronisation geeignet sind, erfolgt diese erneute Synchronisation durch Wiederholung der anfänglichen Schritte, den Kondensator 42 aufzuladen und den Kon-

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densator 46 durch den Unipolartransistor 48 und den Transformator 56 zu entladen, um den gesteuerten Gleichrichter 24 aufzutasten und die Erregung an die Wicklung 16 zu schalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Synchronisieranordnung für einen bürstenlosen Synchronmotor mit einem bei Überspannung zuschaltbaren Anfahrwiderstand und mit einem steuerbaren Halbleiter zum Zuschalten der Erregerspannung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisierschaitung mit einem die Schlupffrequenz erfassenden Zeitglied (Widerstand 38, Kondensator 42) und mit einem die Phasenlage erfassenden Halbleiterelement (Vierschichtdiode 99) vorgesehen ist, welche die Erregerspannung über den steuerbaren Halbleiter (24) zuschaltet, wenn sowohl die Schlupffrequenz als auch die Phasenlage eine für die Synchronisation geeignete Größe haben, und daß eine Ersatzschaltung (Widerstände 50, 52, 58, Kondensator 60) vorhanden ist, die bei Versagen der Synchronisierschaltung die Erregerspannung über den steuerbaren Halbleiter (24) und ein Halbleiterelement (Vierschichtdiode 62) nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit zuschaltet.

2. Synchronisieranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisierschaltung einen von der induzierten Spannung der Feldwicklung (16) abwechselnd auf- und entladbaren ersten Kondensator (42) und einen mit diesem über ein Schaltglied (Vierschichtdiode 44), das bei einer. vorbestimmten Spannung des ersten Kondensators (42) in den Leitzustand gesteuert wird, verbundenen zweiten Kondensator (46) enthält, der mit dem steuerbaren Halbleiter (24) gekoppelt ist.