DE1488768C - Wechselrichteranordnung zur Speisung eines Asynchronmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wechselrichteranordnung zur Speisung eines Asynchronmotors mit konstanter Eingangsgleichspannung und frequenzund. amplitudenveränderlicher Wechselspannung am Motor, bei der zwei auf der Gleichstromseite parallelgeschaltete und mit einer gegenseitigen zeitlichen Verschiebung äussteuerbare Gruppen mit der gleichen Anzahl von Wechselrichtern über je einen Transformator mit den Motorwicklungen verbunden sind, wobei die Sekundärwicklung des ersten Transformators in Dreieck geschaltet ist und mit der in offener Schaltung betriebenen Sekundärwicklung des zweiten Transformators in Reihe an den Motorwicklungen liegt und.das Übersetzungsverhältnis des ersten zu dem des zweiten Transformators sich wie 1: j/3 zu 1:1 verhält.

In der elektrotechnischen Zeitschrift, Ausgabe A, Heft 21 vom 16. Oktober 1964 wird eine derartige, auch »selbstgeführter Umrichterantrieb nach dem Rechteckkurvenverfahren« genannte Wechselrichteranordnung beschrieben.

Bei diesem Antrieb sind zwei auf der Gleichstromseite parallelgeschaltete und mit einer fest eingestellten gegenseitigen zeitlichen Verschiebung aussteuerbare Gruppen von Wechselrichtern über je einen Transformator mit den Motorwicklungen verbunden. Dadurch, daß die beiden Gruppen um genau 30° elektrisch gegeneinander versetzt gesteuert werden und die Ausgangstransformatoren in einem Fall Dreieck/ Dreieck und im anderen Fall Dreieck/Stern geschaltet sind, wird in der Summenspannung die 5. und 7. Harmonische unterdrückt. Nachdem aber die Phasenverschiebung zwischen beiden Gruppen zum Zwecke der Unterdrückung von Oberwellen in der Ausgangsspannung fest eingestellt ist, kann die Amplitude der Summenspanniing nur durch Regelung der Eingangsgleichspannung gesteuert werden.

Diese Eingangsgleichspannung wird häufig auseinem Drehstromnetz über steuerbare Gleichrichter gewonnen.

Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Anordnung ist jedoch darin zu sehen, daß bei geringer Aussteuerung der Gleichrichter auf der speisenden Drehstromseite ein großer Blindstromverbrauch auftritt.

Dasselbe gilt für die in der Siemens-Zeitschrift, Heft 9, September 1963, S. 660 ff., beschriebene Wechsclrichtcranordnung, weiche mit der zuvor besprochenen vergleichbar ist.

Es sind nun ferner Schaltungen, sogenannte Umrichterantriebe nach dem Unterschwingungsverfahren, bekanntgeworden, bei denen die Eingangsgleichspannung konstant gehalten, aber verschieden groß zerteilt wird, um damit die Amplitude der Ausgangswechselspannung zu ändern.

Eine derartige Anordnung ist ebenfalls in der vorgenannten Elektrotechnischen Zeitschrift gezeigt.

Das Unterschwingungsverfahren nutzt die hohe Grenzfrequenz der mit Thyristoren ausgerüsteten selbstgeführten Wechselrichter aus, um eine Wechselspannung gewünschter Frequenz und Spannungsform abschnittsweise aufzubauen. Der Wechselrichter wird dabei mit hoher Frequenz und gezielter Halbwellenunsymmetrie so getaktet, daß als Mittelwert seiner Ausgangsspannung eine Unterschwingung niederer Frequenz entsteht. Die Amplituden der Oberwellen sind zwar verhältnismäßig gering, jedoch ist das Verfahren für höhere Molorfrequenzen, beispielsweise bei Mitlelfrcquenymoloren, nicht anwendbar. Die TaM-frequenz würde dann, da sie stets ein Vielfaches der Motorfrequenz darstellen muß, so groß werden, daß die Lücken zwischen den Impulsen für die Kommutierung nicht mehr ausreichen.

Ebenso sind in der Zeitschrift AIEE-Transactions Part. 2, Paper 61-891, Mai 1962, im Artikel »Static Inverter with Neutralization of Harmonics« verschiedene Maßnahmen angeführt, um Frequenz und Ausgangsspannung von Wechselrichtern zu regeln, wobei das besondere Augenmerk auf die Unterdrückung der störenden Oberwellen geric htet ist.

Um dies zu erreichen, wird die Ausgangssjjannung aus von mehreren Wechselrichtern (power stage) erzeugten Teilspannungen zusammengesetzt, die zueinander eine bestimmte, fest eingestellte Phasenverschiebung aufweisen. Dabei ist für jeden Wechselrichter ein separater Transformator vorhanden. Jeder Transformator weist weiterhin zwei Sekundärwicklungen auf, die mit den Sekundärwicklungen der anderen Transformatoren so in Reihe geschaltet sind, daß ein dreiphasiger Spannungsstern entsteht.

Um den aus der großen Anzahl Transformatoren resultierenden Nachteil zu umgehen, wird auch die. Verwendung eines sogenannten »Hexadic-Transformators« empfohlen.

Die diesem Artikel entnehmbare Lehre hinsichtlich Unterdrückung von Oberwellen stimmt mit der in der vorerwähnten Elektrotechnischen Zeitschrift enthaltenen Lehre grundsätzlich überein, in der auch auf die BBC-Nachrichten, September 1963, H. 9, verwiesen wird.

Im Artikel »Wechselrichter mit Silizium-Thyratrons für konstante Ausgangsspannung« wird hier im Kapitel »Regelung der Wechselrichter-Ausgangsspannung« die den zuvor angeführten Druckschriften zugrunde liegende Methode der Öberwellenunterdrükkung veranschaulicht. In Übereinstimmung mit dem Kapitel »Means of Voltage Control« in den bereits genannten AIEE-Transactions wird erklärt, wie man sowohl bestimmte Oberwellen unterdrücken als auch die Ausgangsspannung regeln kann, wobei die Eingangsgleichpsannung unverändert bleibt.

Es wird demnach vorgeschlagen, zwei Gruppen von je zwei Wechselrichtern pro Phase zusammenzuschalten, wobei zwischen den beiden Wechslerichtern der gleichen Gruppe eine feste Phasenverschiebung einzustellen ist, um Oberwellen zu unterdrücken und die beiden Gruppen mit gegenseitiger veränderlicher Phasenverschiebung auszusteuern, wodurch eine Regelung der Ausgangsspannung bei konstanter Eingangsgleichspannung möglich ist.

Überträgt man diese technische Lehre auf einen selbstgeführten Umrichterantrieb nach dem Rechteckverfahren, wie er beispielsweise in der vorher betrachteten Elektrotechnischen Zeitschrift (Bild 14) oder Siemens-Zeitschrift (Bild 9) dargestellt ist, so ist unschwer zu erkennen, daß dann doppelt so viele Wechselrichter und demnach auch Transformatoren erforderlich sind.

Diese Lösung ist aber wegen des großen Aufwands an Transformatoren (im gegenständlichen Fall vier) sehr nachteilig, da auch infolge der erforderlichen Reihenschaltung der Transformatoren-Sekundärwicklungen erhöhte Verluste auftreten.' Bei Verwendung eines speziellen Transformators in Anlehnung an den besprochenen AIEE-Transactions-Artikel wurden wohl zwei derartige Transformatoren ausreichen, jedoch bleibt der Nachteil

der vielen in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen bestehen. Zudem ist ein solcher Spezialtransformator bei den für Industrieantriebe geforderten großen Leistungen viel zu teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wechselrichteranordnung zur Speisung eines Asynchronmotors der eingangs genannten Art anzugeben, bei der als niederste Oberschwingung die 11. Harmonische auftritt und die es ermöglicht, normale und daher einfach herstellbare und für hohe Leistungen verwendbare Transformatoren einzusetzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Reihe zu den Primärwicklungen eines der Transformatoren eine dreiphasige Drosselspule mit einem gemeinsamen Eisenkern geschaltet ist und daß als Steuereinrichtung zwei, jeweils den Brückenhälften der Wechslerichter zugehörende,- aus mehreren, den Wechselrichtern zugeordneten Speichern bestehende Ringspeicher vorgesehen sind, denen die Frequenz des Motors bestimmende Impulse zuführbar sind.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß jeder Wechselrichter eine in der Amplitude veränderliche, von der Phasenverschiebung in der Steuerung seiner Brückenhälften abhängige Ausgangsspannung abgibt. Man kann demnach zwischen den beiden Gruppen von Wechselrichtern eine feste, der Oberwellenunterdrückung dienende Phasenverschiebung einstellen.

Dabei handelt es sich aber nicht um eine einfache Verdopplung der Wechselrichteranzahl, von den bekannten Wechselrichteranordnungen ausgehend. Dies zeigt sich schon dadurch, daß hier ebenfalls nur zwei Transformatoren normaler Bauart erforderlich sind, obwohl die Wechselrichteranordnung in ihrer Wirkung eirer aus vier Wechselrichtern pro Phase bestehenden und demnach vier Transformatoren erfordernden Wechselrichteranordnung entspricht.

Ebenso sind bei der neuen Anordnung jeweils nur zwei Transformator-Sekundärwicklungen pro Phase in Reihe geschaltet, so daß die Verluste gering gehalten sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dem einen Ringspeicher zugeführten Impulse durch ein Zeitglied um eine einstellbare Zeit gegenüber den dem anderen Ringspeicher zugeführten Impulsen verzögerbar sind. Damit kann in einfacher Weise die Phasenverschiebung zwischen den Brückenhälften der Wechselrichter und damit die Amplitude der Ausgangsspannung geregelt werden.

Nachdem die erfindungsgemäße Wechselrichteranordnung nicht auf dem Prinzip des Unterschwingungsverfahrens beruht, kann sie auch mit Vorteil zur Speisung von Mittelfrequenzmotoren eingesetzt werden.

Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der F i g. 1 dargestellt. Mit 1 ist die Gleichstromsammelschiene bezeichnet, welche eine konstante Spannung liefert, die beispielsweise durch eine nicht gezeichnete Gleichrichteranordnung aus einem Drehstromnetz geliefert wird. An diese Gleichstromsammeischiene 1 sind die Wechselrichter 2 bis 7 angeschlossen. Die Wechselrichter besitzen jeder für sich Brückenschaltungen, bei denen jeweils immer zwei steuerbare Stromrichterelemente in Reihe geschaltet liegen und die Stromführung übernehmen. Jeder Wechselrichter besteht also, wie bei 2 gezeigt, aus zwei Brückenhälften 21, 23 sowie 22 und 24. Die außerdem für die Wechselrichter erforderlichen Dioden in Antiparallelschaltung zu den gesteuerten Stromrichterelementen sind der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Die Wechselrichter besitzen zwei diesen Brückenhälften zugeordnete Ausgänge, welche mit α und b bezeichnet sind. Die Ausgänge α und b der Wechselrichter sind an Transformatoren 9 und 10 geführt, wobei die Drosselspule 8 dem Transformator 9 vorgeschaltet ist. Die Drosselspule 8 kann auch dem Transformator 10 vorgeschaltet werden.

ίο Die Wirkungsweise der Wechselrichtung ist hierbei folgende: Wenn 21 beispielsweise leitend ist, so besitzt α positives Potential. Ist dagegen 23 leitend, so liegt an α negatives Potential; entsprechend verhalten sich 22 und 24. Wenn nun zugleich beispielsweise 21 und 24 leitend sind, so entsteht zwischen den Leitungen α und b eine Spannung in Richtung a — b. Zu dieser Spannung U₂ wird die Spannung U₈ an der Drosselspule 8 hinzugefügt. Diese Drosselspule 8 hat den Zweck, die Oberwellen zu kompensieren, welche in den drei Phasen des Transformators gleichphasig sind (beispielsweise die 3., 9. usw. Harmonische). Am Transformator 9 entsteht dann die Spannung U_9P in der einen Richtung. In der anderen Richtung legt das steuerbare Stromrichterelement 23 den Ausgang a an Minus und 22 den Ausgang b an Plus. Der Transformator 9 besitzt eine in Dreieck geschaltete Sekundärwicklung. Der Ausgang dieses Transformators 9 ist mit den Sekundärwicklungen des Transformators 10 in Reihe geschaltet, so daß sich deren Spannungen addieren. Die resultierende Spannung wird dem zu speisenden Motor 11 zugeführt. Durch die Dreieckschaltung wird die am Transformator 9 entstehende Spannung gegenüber der am Transformator 10 entstehenden um 30° verschoben. Die Wicklungen der Drosselspule 8 besitzen einen gemeinsamen Eisenkern, so daß sie miteinander magnetisch verkoppelt sind.

Die Verwendung von Transformatoren mit einphasigen geschlossenen Eisenkernen bewirkt, daß die Stromrichterelemente der Wechselrichter weniger stark belastet werden.

Bei einem Dreischenkelkern heben sich nämlich die gleichphasig durch die Wicklungen fließenden Stromkomponenten (3. und 9. Harmonische) in ihrer Wirkung völlig auf und werden auch nicht transformiert. Diese gleichphasigen Stromkomponenten sehen aber am Transformator keinen induktiven Widerstand und können daher eine Größe erreichen, die die Stromstärke der zu übertragenden Grundwelle übersteigt.

Bei Verwendung eines Fünfschenkelkernes (einphasig geschlossener Eisenkern) können sich die gleichphasigen Stromkomponenten am Transformator in ihrer Wirkung nicht gegenseitig aufheben, da für jede Phasenwicklung ein eigener magnetischer Kreis vorhanden ist, und bleiben daher um ein Vielfaches kleiner als der Strom der Grundwelle.

Nachdem aber ein Transformator mit Fünfschenkelkern etwa um 50% teurer ist als einer mit einem Dreischenkelkern, ist es zweckmäßig, den Transformator, zu dessen Primärwicklung die Drosselspule 8 in Reihe geschaltet ist, mit einem Dreischenkelkern auszuführen, weil hier die Drosselspule 8 die Größe der gleichphasigen Stromkomponenten be-

grenzt. _

Die Übersetzung des Transformators 9 ist 1: ]/3 , die des Transformators 10 1:1. Der Motor 11 ist nicht geerdet.

5 6

Bevor auf die Art der Steuerung eingegangen wird, Die Spannung des Motors entsteht nun auf folgende

sei die Wirkungsweise dieser Schaltung an Hand der Weise: Die Sekundärspannung U_9S am Transforma-

F i g. 2 erläutert. Dort werden für den Fall, daß die tor 9 ist um ]/T größer als die Primärspannung

Frequenz und die Amplitude je gegenüber dem Höchst- (Übersetzung des Transformators 9 l:]/3). Dies

wert auf die Hälfte vermindert ist, die Spannungen 5 zeigt Fig. 2k. Wegen der Dreieckschaltung der

gezeigt. Sekundärwicklung des Transformators 9 erscheint

Die Verminderung der Amplitude wird dadurch er- diese Spannung als verkettete Spannung. Die entreicht, daß die einzelnen steuerbaren Stromrichter- sprechende verkettete Spannung am Transformator 10 elemente zu verschiedenen Zeiten freigegeben werden. ist dann aus der Spannung seiner Sekundärseite Als Beispiel sind hier die Wechselrichter 4 und 7 ge- ίο U₁ — U₆ zu bilden, wie die F i g. 21 zeigt. Da beide wählt, also die Phase R am Motor. Die Phasenver- Sekundärwicklungen hintereinandergeschaltet sind, Schiebung zwischen den beiden Hälften des Wechsel- entsteht am Motor die Spannung U_v als die Summe richters 4, also der Spannungen U_ia und U_ib, sei hierbei der beiden verketteten Spannungen an den Transfor-120° (2 οή. Die Spannung U₁ entsteht nur dann, wenn matoren 9 und 10, also
in beiden Hälften zugleich die entsprechenden Steuer- 15

baren Stromrichterelemente geöffnet sind. Dies ist τι — τι λ. π π ίπ;_η ι™\

in F i g. 2b durch die Spannung C/₄ = U_ia + U_ib ^Uv ~ ^^{95 + U}» ~ ^U« ^(F * ^g" ^2m)"
angedeutet. Die entsprechende Spannung in den

Phasen S und T, also U₃ und U₂, sind in den Diagram- Man sieht, daß diese Spannung eine Treppenform

men 2 c und 2d dargestellt. Diese drei Spannungen U₂, 20 besitzt, die einer Sinuskurve nahekommt. Sie enthält

CZ₃ und Ui sind nun durch die Drosselspule 8 mitein- als tiefste Frequenz nur noch die 11. und 13. Harmo-

ander magnetisch gekoppelt. Dadurch entsteht an der nische.

Drosselspule die Spannung CZ₈, wie Fig. 2e zeigt. In der F i g. 3 sind nun die Motorspannungen für

An der Primärwicklung des Transformators 9 entsteht verschiedene Amplituden und Frequenzen dargestellt,

dann die Spannung CZ_9J) = CZ₄ — CZ₈ für die Phase R 25 Man erkennt, daß die Oberwelligkeit selbst bei

(F i g. 2j). Die Drosselspule 8 wirkt nun so, daß nur ^α/β /max und ¹I₈ A_max kleiner ist als bei den bekannten

die gleichphasigen Ströme in den Wicklungen eine Ausführungen, bei denen die einzelnen Kurvenstücke

Magnetisierung ihres Kernes hervorrufen und an ihr gleich hoch sind. Bei allen drei Einstellungen ist als

nur der Spannungsabfall dieser gleichphasigen Korn- tiefste Harmonische nur die 11. und 13. vorhanden,

ponenten entsteht. Die dreiphasige Grundwelle wird 30 Die Steuerung muß nun so erfolgen, daß einmal

dagegen nicht beeinflußt, weil sie keinen magnetischen die beiden Brückenhälften jedes Wechselrichters 2 bis 7

Fluß erzeugen kann. gegenseitig verschoben werden können, daß ferner die

Wenn nämlich alle drei Wicklungen der Drossel- zur gleichen Phase der Motorspannung gehörenden

spule 8 in der gleichen Richtung vom Strom durch- Wechselrichter gegeneinander um 30° verschoben sind,

flössen werden, erzeugen die Wicklungen im gemein- 35 um die 30 "-Verschiebung am Transformator für die

samen Eisenkern einen magnetischen Fluß, der sich Grundwelle aufzuheben.

aus der Summe der von den einzelnen Wicklungen Die wichtigste Aufgabe der Steuerung ist die Steue-

erzeugten magnetischen Flüsse zusammensetzt. Bei rung der Höhe und der Frequenz der Motorspannung,

der dreiphasigen Grundwelle heben sich dagegen die Die Frequenz wird hierbei durch eine einstellbare

von den jeweils 120° phasenverschobenen Strömen 40 Impulsfolgefrequenz in der Steuerung erreicht und die

erzeugten Magnetfelder im gemeinsamen Kern voll- Amplitude durch die gegenseitige Phasenverschiebung

ständig auf (im Gegensatz zu einem Transformator zwischen den Brückenhälften der Wechselrichter,

mit Dreischenkelkern). Daher wirkt die Drosselspule 8 Man erkennt dies aus der Fig. 4. Dort sind für die

auf die dreiphasige Grundwelle so, als ob sie nicht Grundwelle die Vektordiagramme dargestellt. Die

vorhanden wäre (von den geringen Verlusten an den 45 Phasenverschiebung von 30° zwischen den beiden

Wicklungen abgesehen), während sie für gleichphasige Wechselrichtern, beispielsweise 4 und 7, bleibt jeweils

Ströme (3. und 9. Harmonische der Grundschwin- erhalten, ist also unabhängig von der Frequenz und

gung) einen sehr großen induktiven Widerstand dar- der Höhe der Wechselspannung. Sind die Spannun-

stellt. gen U_ia und U_ib sowie U_ia und CZ₇₆ gegenseitig nicht

Der gleichphasige Spannungsabfall kompensiert 50 verschoben (α = 0, Fig. 4a), so ergibt sich der nun den entsprechenden Spannungsanteil in den Span- Höchstwert der Spannung U_v. Die beiden Vektoren nungen CZ₂, CZ₃ und CZ₄, so daß am Transformator 9 U_ia und CZ_4b addieren sich arithmetisch zu CZ₄. Verdie Spannungen U_9P keine gleichphasige Komponente schiebt man aber die Spannungen der beiden Brückenmehr enthalten. hälften um den Winkel « gegenüber der ursprünglichen

In ähnlicher Weise wird die Spannung am Trans- 55 Lage, so wird die Summe der Spannungen U_ia und

formator 10 gebildet. Sie entsteht aus der Wechsel- CZ₄₆ sowie U_ia und U_lb kleiner als die arithmetische

richterschaltung 7. CZ₇^ und U_7b sind wiederum eben- Summe. Die Gesamthöhe ist also verkleinert und

falls um 2 α = 120° gegeneinander in der Phase ver- damit auch die Höhe der Spannung am Motor. In

schoben. Sie sind aber durch die Steuerung, wie noch der Fig. 4b ist der Verschiebungswinkel oc = 10°,

gezeigt wird, gegenüber den Spannungen des Wechsel- 60 in der F i g. 4c <x = 60° (also 2 « = 120°, was dem

richters 4 um weitere 30° verschoben, wie in F ig. 2f an- Diagramm in der Fig. 2 entspricht). Hier ist die

gedeutet ist. Die Spannung CZ₇ entsteht nach F i g. 2 g Höhe der Spannung und die Frequenz der Spannung

in entsprechender Weise wie die Spannung CZ₄. Eine die Hälfte.

gegenseitige Kopplung der Phasen wird hier nicht vor- Ein Ausführungsbeispiel für die Steuerung ist in

genommen, da die Drosselspule 8 für die Wechsel- 65 der F i g. 1 bei der Gesamtschaltung dargestellt. Es

richter S bis 7 nicht vorgesehen ist, so daß am Trans- sind zwei Ringspeicher 12 und 13 vorgesehen, die die

formator 10 unmittelbar die Spannungen U₅ bis CZ₇ einzelnen Brückenhälften der Wechselrichter 2 bis

als Spannungen U_bV bis U_n liegen. 7 steuern. Der Ringspeicher 12 steuert die eine Brük-

kenhälfte und der Ringspeicher 13 steuert die andere Brückenhälfte unabhängig voneinander. Jeder Ringspeicher besteht in diesem Beispiel aus zwölf Speichern (je mit 12.1 bis 12.12 bzw. 13.1 bis 13.12 bezeichnet), welche in einem Ring zusammengeschaltet sind. Jedem Ringspeicher wird eine Impulsfolge aus dem Impulsgeber 14 zugeführt. Dieser wird durch eine Spannung Uf in der Weise gesteuert, daß je nach der Höhe von U/ eine schnellere oder langsamere Impulsfolge entsteht. Hierdurch wird die Frequenz am Motor geändert. Schaltungen dieser Art sind an sich bekannt und daher im einzelnen nicht angegeben. Diese Impulse werden sämtlichen Speichern über die Verteiler 16 und 17 an den Ringspeichern 12 und 13 gleichzeitig zugeführt. Die beiden Ringspeicher besitzen aber gegeneinander eine Zeitverschiebung, welche durch das Zeitglied 15 bewirkt wird. Die Impulse, die also den Verteiler 16 unverzögert treffen, gelangen an den Verteiler 17 erst nach einer steuerbaren Zeit t. Diese Zeit kann mit Hilfe der zugeführten Spannung Ua geändert werden. Die einzelnen Speicher des Ringspeichers 12 steuern nun die eine Brückenhälfte der Wechselrichter 2 bis 7, also beim Wechselrichter 2 die steuerbaren Stromrichterelemente 21 und 23, wobei 21 das positive Potential und 23 das negative an α legt. In gleicher Weise legt 22 das positive und 24 das negative Potential an b. Zwischen α und b entsteht dann eine Spannung, wenn 21 und 24 oder 22 und 23 freigegeben sind, also α und b an entgegengesetztes Potential der Gleichspannung gelegt sind. Sind dagegen beispielsweise 21 und 22 geöffnet, so liegt zwischen α und b keine Spannung, da beide das positive Potential erhalten. 21 wird hierbei durch ein Ausgangssignal (»1«) und 23 durch das fehlende Ausgangssignal (»0«) freigegeben. Umgekehrt wird 22 durch fehlendes Signal an Plus und 24 durch das Signal »1« freigegeben. Die Zeitverzögerung / verschiebt die Phasen beider Brückenhälften gegeneinander. Dadurch wird, wie bereits geschildert wurde, die Höhe der Spannung beeinflußt (s. F i g. 3).

Jeder Ringspeicher arbeitet nun folgendermaßen: Es sei angenommen, daß sechs Speicher so eingestellt sind, daß sie ein Ausgangssignal abgeben (»1«), während die übrigen Speicher kein Ausgangssigal abgeben (»0«). Die sechs auf »1« gestellten Speicher liegen dabei nebeneinander. Bei beiden Ringspeichern müssen, abgesehen von der Zeitverzögerung, die gleichen sechs Speicher auf »1« eingestellt sein. Wenn nun die Steuerung arbeitet, so wird bei jedem empfangenen Impuls dem nächsten Speicher der Zustand des vorhergehenden weitergegeben, also beispielsweise der Zustand des Speichers 12.1, der mit Aa verbunden ist, auf den neben ihm liegenden Speicher 12.2. Hat der Speicher 12.1 den Zustand »1«, gibt also ein Signal ab und der Speicher 12.2 auch, so bleibt der Zustand von 12.2 erhalten. Hat 12.2 aber den Zustand »0«, gibt also kein Signal ab, so bekommt er den Zustand »1«.

Jeder Ringspeicher ist nun in zwei Gruppen mit den entsprechenden Brückenhälften der Wechselrichter verbunden. In jeder Gruppe ist dabei zur Erzeugung von 120° Phasenverschiebung für die Motorwechselspannung jeder vierte Speicher besetzt, also 12.1 mit Aa, 12.5 mit der Leitung 3a und 12.9 mit la verbunden. Die zweite Gruppe geht an die Wechselrichter 5 bis 7, und zwar 12.2 an la, 12.6 an 6a und 12.10 an 5ö. In gleicher Weise sind die Leitungen 2b und Ib mit den entsprechenden Speichern des Ringspeichers 13 verbunden. Man erkennt hierbei, daß 7 gegenüber 4 um 30° verschoben ist, da 7 mit dem Speicher 12.2 und 13.2 und 4 mit dem Speicher 12.1 und 13.1, also um einen Speicherschritt verschoben, verbunden sind. Ein Speicherschritt bedeutet eine Phasenverschiebung von 30°,wenn ein Umlauf in dem Ringspeicher genau einer Wechselspannungsperiode der Motorwechselspannung entspricht. Die Frequenz der Impulse muß also 12mal so hoch sein wie die Frequenz der Wechselspannung.

Bei dem Beispiel sind infolgedessen einige Speicher vorzusehen, welche nicht für die Steuerung benutzt werden (12.3 und 12.4 usw.). Diese dienen nur dazu, um die Impulse weiterzugeben und den richtigen Winkel zwischen den Phasen zu erhalten.

Für das Beispiel der F i g. 2 wäre die Einstellung so zu wählen, daß das Zeitglied 15 gerade eine Verzögerung um 120° bewirkt. Dann werden die Steuerungen von den entsprechenden Speichern der Ringspeicher 12 und 13 um 2 « = 120° gegeneinander verschoben.

Sind nun beispielsweise gerade die Speicher 12.1 und 12.8 bis 12.12 auf »1«, die übrigen auf »0« gestellt, so werden dadurch die Ausgänge α der Wechselrichter 2, 5 und 4 an positives Potential gelegt. Durch die Zeitverzögerung des Zeitgliedes 15, das auf 120° eingestellt sein soll, wären dann gleichzeitig die Speicher 13.4 bis 13.9 auf »1« gesetzt. Dann sind die Ausgänge b der Wechselrichter 3, 6 und 2 in der gleichen Richtung freigegeben, also an negatives Potential gelegt. In diesem Falle ergeben nun α und b von 2 (wie in F i g. 2) eine Spannung U₂ und nur diese, da zugleich a an Plus und b an Minus liegen (F i g. 2d). Die übrigen Speicher stehen auf »0«, so daß durch den Ringspeicher 12 die Ausgänge α von 3, 6 und 7 negativ und durch den Ringspeicher 13 entsprechend b von 4, 5 und 7 positiv sind. In der entgegengesetzten Richtung entsteht also nur am Wechselrichter 7 eine Spannung U₇ (s. F i g. 2g).

Beim nächsten Impuls wird die Einstellung der Ringspeicher um eine Speicherstufe gedreht, und 12.8 erhält den Zustand »0« sowie 12.1 den Zustand »1«; die übrigen bleiben in ihrem bisherigen Zustand. 13.10 erhält jetzt den Zustand »1« und 13.4 den Zustand »0«. Am Ausgang von 2 liegt dann weiter die Spannung U₂, während dazu noch am Wechselrichter 5 die Spannung U₅ entsteht. Für die andere Richtung liegt jetzt keine Spannung mehr zwischen α und b von 7, da der Speicher 12.2 auf »1« umgestellt worden ist und α von 7 ebenfalls an Plus liegt. Es hat sich also der Zustand von 30 bis 60° in F i g. 2 eingestellt. Die übrigen Zustände sind nach dieser Erklärung leicht abzuleiten und sollen daher nicht näher beschrieben werden.

Die Impulsfolgefrequenz des Impulsgebers 14 bestimmt die Motorfrequenz, und zwar ist sie in jedem Falle zwölfmal so groß wie diese. Durch Änderung der Impulsfolgefrequenz kann also die Motorfrequenz eingestellt werden.

Der Vorteil der Anordnung ergibt sich insbesondere durch die bei allen Einstellungen verringerte Oberwelligkeit, wobei die 11. und 13. Harmonische als niedrigste auftreten (s. Fig. 3). Man erhält also bei dieser Anordnung nur durch eine geschickte Zuordnung der Phasenlagen in den Transformatoren und Drosselspulen mit der Steuerung eine angenähert sinusförmige Wechselspannung, wobei die Gleichspannung konstant bleiben kann, so daß also keine Blindleistung aus dem Drehstromnetz entnommen zu werden braucht. Diese Anordnung kann auch für höhere Motorfrequenzen verwendet werden.

ino ςοι η α/.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Wechselrichteranordnung zur Speisung eines Asynchronmotors mit konstanter Eingangsgleichspannung und frequenz- und amplitudenveränderlicher Wechselspannung am Motor, bei der zwei auf der Gleichstromseite parallelgeschaltete und mit einer gegenseitigen zeitlichen Verschiebung aussteuerbare Gruppen mit der gleichen Anzahl von Wechselrichtern über je einen Transformator mit den Motorwicklungen verbunden sind, wobei die Sekundärwicklung des ersten Transformators in Dreieck geschaltet ist und mit der in offener Schaltung betriebenen Sekundärwicklung des zweiten Transformators in Reihe an den Motorwicklungen liegt und das Übersetzungsverhältnis des ersten zu dem des zweiten Transformators sich wie 1: y 3 zu 1:1 verhält, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe zu den Primärwicklungen eines der Transformatoren (9, 10) eine dreiphasige Drosselspule (8) mit einem gemeinsamen Eisenkern geschaltet ist und daß als Steuereinrichtung zwei jeweils den Brückenhälften (21, 23 bzw. 22, 24) der Wechselrichter (2, 3, 4, 5, 6, 7) zugehörende, aus mehreren, den Wechselrichtern : zugeordneten Speichern (12.1 bis 12.12; 13.1 bis 13.12) bestehende Ringspeicher (12,13) vorgesehen sind, denen die Frequenz des Motors (11) bestimmsind, denen die Frequenz des Motors (11) bestimmende Impulse zuführbar sind.

2. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem einen Ringspeicher (13) zugeführten Impulse durch ein Zeitglied (15) um eine einstellbare Zeit (/) gegenüber den dem anderen Ringspeicher (12) zugeführten Impulsen verzögerbar sind.

3. Wechselrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß je zwölf Speicher (12.1 bis 12.12; 13.1 bis 13.12) verwendet sind, von denen jeweils sechs hintereinanderliegende Speicher ein Ausgangssignal (»L«), die übrigen kein Ausgangssignal (»0«) abgeben.

4. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz das Zwölffache der Motorfrequenz ist.

5. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Speicher (12.1 bis 12.12; 13.1 bis 13.12) beimBetätigendurcheinen Impuls seinen Zustand dem unmittelbar benachbarten Speicher weitergibt.

6. Wechselrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Transformatoren (9,10) einen einphasig geschlossenen Eisenkern besitzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen