DE1538150A1 - Stromrichtermaschine fuer steuerbare Drehzahlen - Google Patents

Description

• Stromrichtermaschine für steuerbare Drehzahlen Es isil bekannt, Stroffirichtermaschinen aus einer Gleichstromquelle oder einein Gleichstromzwischenkreis mit steuerbaren Drehzahlen zu betreiben. Die Stromrichtermaschine ist hierbei iin einfachsten Fall als Drehstrommaschine mit KurzschlußliUufer ausgeführt; der Läufer kann aber auch eine Kurzschlußachse für den Betrieb als Repulsionmotor haben. Ferner kann der Läufer mit Gleichstrom gespeist sein, so daß sich die 1.,Iaschine viie eine Gleichstrommaschine verhält-. Die StänderwicX'%-,.lung ist meistens an eine Stromtor (Thyristor)-Drel,s-1.-roinbrücke angeschlossen, deren Stromtore durch eine bescndere Löscheinrichtung i n der richtigen Zeitfolge stromlos gemacht vierden müssen,-um e# dann wieder von neue-.zi gezündet werden zu können. Dafür war bisher ein beträchtlicher Aufirjand erforderlich. Es mußten genau so viele Lösch-Stromtore viie Hauptstromtore vorgesehen werden. Außerdem benötigten manche Schaltungen noch die gleiche Anzahl an Leerlaufzellen und die halbe Anzahl an Löschkondensatoren. Die vorliegende Erfindung zeigt nun, wie man den Au#,#'wand für die Löschlzreise erheblich verringe rn kann, der gerade bei Icleinen und mittleren Leistungen zu unwirtschaftlichen Ano.-dnungen führt. Gemäß der Erfindung ist bei einer S-It-,romrichl.-ermuschine für steuerbare-Drehzahlen, die aus einer MehrPhaser:-maschine mit in Stern geschalteter Ständerwicklung besteht und deren Wicklungsl-xlemmen über eine z.B. als Nulbleitterstromtoren bestehende Mehrphasen-Stromrichter-Brücke aus einer Gleichstrop.-quelle unter Verwendung einer Löscheinrichtung gespeist vierden, für die Löschung der Hauptstromrichterbrücke und unabhängig von deren Dhasenzahl nur eine aus zwei Stromtoren (z.B. Thyristoren) bestehende Löschstromrichterbrücke vorhanden und zwischen den Mittelpunkt der Löschstromrichterbrücke und dem Sternpunkt der WicIi.lung ist ein Löschkondensator geschaltet. An Hand der Fig. 1 soll dci- Erfindungsgedanke näher erläutert vierden. Es bezeichnet 1 einen Drehstrom-motor mit 6ei drei Ständerwicklungen 2, 3, 4 und dem Kurzschlußläufer 5. Die S4.-ändcrwicklung ist an eine Drehstrori-Stromtorbrücke angeschlossen, die aus den Stromtoren 6,7,8,9,10,11 besteht. Der Löschkondensator 12 liegt zwischen den Mittelpunkt der aus den beiden Stronito#ren 13 14 bestehenden Löschstromtorbrückc und dem Süernpunkt der Die Plus- und Minusklemmen 15,16 s--nd an eine Gleichstro.r.,iquelle oder, wie hier, über die gesteuerte Gleichrichte.-brücke 17 und die Vordrossel 18 an ein Drehstromnetz- 19 angeschlossen. Die Anordnung wirkt folgendermaßen: Vor, dem Anfahren des Motors wird der KondenEator 12 z.B. durch Öffnen der Stromtore 13 und 10 über die Plotcrph"#ise 2 mit der Gleichspannung so aufgeladen, daß der obere Belag pci-,itiv -_J-st. Gibt man jetzt die Stromtore 7 und 14 frei, so vird der Kondensator auf die doppelte Gleichspannung umgeladen, und so kann man diesen Vorgang mehrmals wiederholen, bis am Kondensator die mehrfache Gleichlspannung herrscht. Zu:,i Schluß sollen aber der obere Kondensatorbelag wieder positiv geladen und-alle Stromtore gesperrt sein. Werden jetzt die Stromtore 7 und 11 freigegeben, so bildet sich in den Phasen 2 und 3 der durch die voll ausge.zogenen Pfeile angedeutete Strornaus, der für die Phase 2 mit 1 2 und für die bhase 3 mit 1 3 bezeichnet- werden.
• Ir.q Zeitbild de-r Figu.ren 2a bis 2e entspreche dies dem Abschnittzwischen t 2 und Der Kondensator ist a'uf die volle Spannung 12 positiv-aufgeladen. Der Kondensatorstron 12 ist "ul" der U Strom 1 2 positiv undder Strom 1 3 negativ. Zur Zeit t 3 "#;ird das LÖschotromtor 14 freigegeben. Der Kondensatcl,-stroi,-i fließt auf den durch eine gestrichtellt-,e Linie mit Pfeilen angedeuteten Weg über 14,11,3 und den Sternpunkt zurück zum Kondensator.
• aus Fig. 2b und 2d hervorgeht, beginnen der Kondensatorstron 1 12 -- I zu wachsen und der Strom I I ab-zunehr.rien. Zur Zeit 14 3 11 ist 1 3 zu Null geworden, das Stromtor 11 wird gesperrt und der Kondonsatorotrom entspricht jetzt genau dem Phasenstron, 1 29 der demnach über den Kondensator ZurÜck zur Stromquelle fließt.
• Der Kondensator wird hierbei weiter umgeladen, seine Spannung wird negativ. Zur Zeit t 6 wird das Stromtor 9 freigegeben, so daß jetzt der Strom 1 4 = 1 9 in der r#hase 4 zu wachsen und der Kondensatorstrom 112 abzunehmen beginnen. Zur Zeit t 7 ist 112 zu liull geworden, das Strorntor 14 sperrt wieder und die Phase 4 hat den vollen Strom 12 als 1 4 übernommen. Der Kondensator ist auf die volle Spannung U12 negativ geladen. Wie man erkennt, wird der Kondensator zuerst vorn Strom 1 3 der löschenden 'Ihasc und dann von St-rorn 12 der stromlü-irenden Phase lastabhängig umgeladen. Man hat es dabei in der Hand, die Zeit-CD sDe.,nne zwischen t 6 und ".", in,der der Kondensator mit dein vollen Strom der allein stromführenden Phase geladen wird, so zu wählen, daß die Ladung stets den-für die LU'schung erforderlichen Viert hat. Man kann dies in ei nfacher Weise dadurch erreichen, daß man den Steuerelektroden der Stromtore eine dem Belastungstrori vorhältnisgleiche negative Vorspannung als Sollwcrt zuführt, der die KondensatLorspannung als Istwert ent-gegenwirkt. In dein Augerblick, wo de- Istwert den Sollwert überholt, kann erst das zu-,##ehürige Sturontor ZÜndberehl- erhalten. Man erreicht auf diese qei.se, daß der Zeitabschnitt t At- - t6 anpassungsfähig bleibt, so daß der Löschkondensator stets mit der richtigen Ladung arbeite-L. Nach Umladung des Kondensators wird zur Zeit -11-, 8 das Löselist#-orzi-. tor 13 freigegeben, wodurch 12 1 7 zur Zeit t 9 zu ilull wird. Na.chdeni ",jährend der Zeit t 9 - t 11 der Strom 1 4 = 1 9 der Phase 4 auf de:li We e 15,13,12,4t9,16 aufrechterhalten und dadurcil der 9 1 Kondensator wieder auf -posit'ive Spannung gebracht i,urden,. wird Zeit t 11 das Stromtor 8 freigegeben, so daß die Phase 3 in entgegengesetzter Richtung wie zuvor Strcm führen kann, und so setzt sich der Vorgang fort, so daß sämtliche Phasen in der richtigen Zeitfolge vom Strom in beiden Richtungen durchflossen .vorden. Wie man aus den Figuren 2a bis 2e erkenn.en kann, führt jede Phase Strom in einer Richtung über nicht ganz 120 0, worauf nach einer stromlosen Pause von etwas mehr als-600 der Strom in der entgegengesetzten Richtung zu fließen beginnt. Die Ausnutzung geht dadurch zunächst im Verhältnis von etwa 2 zu 3 zurück, dagegen kann aber der Strom im Verhältnis gesteigert werden, so daß die Ausnutzung-auf etwa 80% zurückgeht. Andererseits bietet aber die Verringerung der Zahl der Löschstronitore von sechs und der Löschkondensatoren vcn drei bei der dreiphasigen Aiordnung auf zwei Löschstrontore und einen Löschkondersator, unabhängig von der Phasenzahl, dazu der *t','cgfall bescride.,E:.i Stromviendedrosseln und von Drosselspulen zur Begrenzung des C) Stromanstiegs, solche Vorteile, daß der Nachteil der schlechteren Ausnutzung des Motors, zumal bei kleinen und mittleren Leistungen, bei weitem aufgehoben wird. Der 'Wegfall vcn zusätzlichen Drosselspulen zur Stromwendung bz-w. zur Umladung des Kondensators und Begrenzung der Stromansteigsgeschwindigkeit erklärt sich daraus, daß beide Aufgaben von der Ständerwicklung der Maschine übeinommen vierdeii, da sich der Kondensator stets nur Über eine Phase der Stän(Icrvjicklung laden und entladen kann.
• Figur'3 zeigt noch den ErfindungsgedanIcen angewendet auL.' einen fünfphasi-g.en Hlotor. Soweit die gleichen Bezugszeichen ver,.#jendet wurden, haben sie die gleiche Bedeutung ivie in 2ig. 1. Neu, hinzugekommen sind die Ständerphasen 20,21 und d--*,e ll<iunstrc"#,-tore 22,23, 24,25. Auch hier werden nur zwei Föschstro"ll.ore (13,14)- und ein Löschkondc."isator (12) benötigt. Zum Uiterschied 0 von Pig. 1 führt hier eine Ständerphase nur über 72 st#O,1 Z> in einer Richtung. Bei Betrieb der Maschine 1 als Induktionmaschine müssen ihr Steuerfrequenz und Spannung vorgegeben vierden. Wird sie dagegen mit einphasig kurz geschlossenem Läufer als Repulsionmotor oder mit gleichstromerregteii Anker betrieben, dann mÜssen die tore, wie dies bekannt ist, von, einer mit der Welle des Motors gekuppelten Vorrichtung gesteuert werden, damit del- eingestellte Winkel zwischen Läufer- und Ständerdruchflut-ung erhalten bleibt. Bei Betrieb als Gleichstrommaschine kann auf sehr einfache 'Ueise gebremst werden, indem man die Anschlüsse zur Gleichstro.,1a-uelle vertauscht und die Hauptstromto.re freigibt. Iurch Anpassung der Gleichspannung und durch Peldände.-ung, Z.B. durch Pulsen, kann die Bremskraft bei jeder Drehzahl beliebig eingestellt werden. Beim Ausführungsbeispiel, der Pig. 1 war die Zünd- und'Lbsc Ilf olge der Stromtore so vorgesehen, daß jeweils nur zwei Phasen und be-im Strom-wendungvorgang, kurzzeitig nur eine Phase Stro:a führen, so daß der -bn-#.-1adestron des Kondensators stets nur ein 11.,uptstrom-lu-oi, löschen f.-iuß. Man kann aber auch so steuern, daß alle drei '-Phasen-Stro,-ii führen, z.B. für einen Zeitaugenblick die S4 #Ihase 2 den vollen und die Phasen 3,4 den halben Urom . Viill man je-'U---t die Phase 3 strorilos machen, so werden bei Freigabe dcc-Stromtores 14 die beiden Phasen 3 und 4 stromlos, so daß kurzeitig der Stron der Phase 2 rur über- den Kondensator 12 weite,-' fließen kann. Nach. Sperrung des Stromtores 11 kann der Strom der Phase 2 über die Phase 4 und das nicht Stroritor 9 fließen. 12urch Freigabe des Stromtores 8 kehrt sich dann der Stropi in der Phase 3 u. Hie.,mit wird durch Freigabe des 'Stromtores 13 der Strom der Phase 2 gelöscht, viobei kui-z--eitig auch der Stron. der Phase 3 wieder Null wird. Hierbei bleibt das Stromtor 8 ungesperrt, so daß nach StromloEwerdcn der Phase 2 der Strom der Phase 3 viieder anwachsen kann, viorauf dann (las Stromtor 10 freigegeben wird-usw. Auf diese V[cise erreicht #nan eine- bessere Ausnutzung des Motors, #weil eine Phase über 1500 Strom führen kann.
• Pür den Fall, daß' die Gleichstromquelle störende induktivit. t ,aufweist, kann sie durch eine Sperrzelle übcrbrückt -werden. Die Drosselspule 18 zwischen Gleichri-chterbrüclr.17 und Drohotromnetz 19 nimmt den Spannungsuntelschied zvischen der sinuoförmigen Nctzspannung und der Spannung an der Stromrichtermaschine auf, wo die Spannung je nach den Stromwendungvorgängen den jeveilo günstigsten zeitlichen Verlauf nehmen kann.

Claims (2)

1. Patentansprüche A) Stromrichtermas chine für steuerbare Drehzahlen,_bestehend . aus einer Mehrphasenmaschine mit in Stern geschalteter Ständexwicklung, deren Wicklungsklemmen über eine z.B. aus Halbleiterstrontoren bestehende Kehrphasen-Stromrichter-Brücke aus einer Gleichstromquelle unter Verwendung einer Löscheinrichtung gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Löschung der Hauptstromrichterbrücke und unabhängig von deren Phasenzahl nur eine aus zwei Stromtoren bestehende Löschstromrichterbrücke vorhanden ist und daß zwischen lem Hittelpunkt der LöschstromrichterbrUcke und dem Stcrnpunkt der Wicklung ein Löschkondensator geschaltet ist.
2. 2. Stromrichtermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur zwei Phasen Strom führen, von denen eine vor dem Weiterschalten der Durchflutungsachse stromlos gemacht wird. 3. Stromrichterhaschine nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß alle Phasen Strom führen, von denen die den kleinsten Strc.-i führenden Pbasen vor dem Weiterschalten der Durchflutungsachse gemeinsam stromlos gemacht werden, worauf dann bei einer Phaze das bisher geöffnete Stromtor gesperrt und das zugehörige Stromtor für die andere Stromrichtung freigegeben wird, während die bislier-geÖffneten S-L-Iromtore der übrigen Stromtore bis ZUM nächsten I'Neiterschalten der Eurchflutungsachse noch frei bleiben. 4. Stromrichtermaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn--zeichnet, daß die den Steuerelektroden zugeführte Zündspannung aus einem den Bel-astungstro#"i der Maschine entsprechenden Sollwert und einem diesen entgegengerichteten der -Spannung ar-Kondensator verhältnisgleichen Istbert besteht und daß der Zündimpuls erst g ,egeben vierden kann, vie.-n der Istvier- E7--*#;Pier geworden ist als der Sollwert. Stronrichtermaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnell, daß parallel zur Gleichstrcriquelle eine Sperrzelle liegt. 6. Stromrichterm-aschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekenn--eichnet, daß die Mehrphasenmaschine als Induktionmaschine ausüefülir-1.- ist, der Steuerfrequenz und Spannung vorgegeben vierden. 7. Stromrichtermaschine nach Anspruch 1 bis dadurch geke#-.,izeichnet, daß die Mehrphasenmaschine im Läufer eine einachsig kurzgeschlossene Vlicklung hat -und als Repulsionmotor bet--riehen wird. 8.' Stromrichterrtia.schine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Plehrphasenmaschine im Läufer eine mit Gleichstrom gespeio, Üe Erregerwicklung- hat. g. S-'U-i-orri#-iciite.-r#it-4sciline nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel --vj-ischen Ständer- und Läuferdurchflutung durch eine mit dem Läufer -gekuppeltue Steuereinrichtung eingestellt und gehalten wird. 10. Stromrichtermaschine nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekenn--A. # zeichnet, daß parallel zur Erregervicklung eine Freilauf'zelle liegt und daß de.- Erregerstrom durch eine mit Löschvorric-iitung arbeitendes Strontor stIellbar ist. 11. Stromrichte.--maschine nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekernz,eichnet, daß der Betrag der den beiden Stronrichterbrücken hugeführten Gleichspannung entsprechend der Drehzahl gesteuert, wird. 1 2. Stromricht-,ermaschine nach Anspru`ch 1 bis 11 für Sucisung über eine StroinrichterbrUcke aus dem Drehstremnetz, dadurch geke,--nzeichnet, daß zwischen Drehstromnetz und Strcm.ricliterbrUcke eine Mehrphasendrosselspule geschaltet ist.