DE1563265A1 - Synchronmaschine,deren Statorwicklung von einem Wechselrichter gespeist wird - Google Patents

Description

• Syachrgiugaschine, deren Statorwicklunsr von einem Wechsel-

  richter zesueist wird

  to sind Wachselrichter bekannt geworden, die mit Zwangskommu#

  tierung arbeiten,-veränderliche Frequenz, Spannung und Phasen-

  folge erzeugen und mit Wirk- und Blindstrom beider Richtungen

  betrieben werden können.

  Die Erfindung betrifft eine Synchronmaschine, deren Stator-

  wicklung von einem

  Wechselrichter derart

  gespeist wird, daß die Achse des Statorteldes gegenüber der

  magnetischen Achse des gtotora ständig um einen winkeler ver-

  schoben ist, der gleich oder kleiner als = 90° ist. Erfindung*-

  gemäß ist auf der welle der Maschine ein digitaler Leber an-

  geordnet, weicher je Urdrehung eine Zahl von Spannungsimpulsen

  abgibt, die um ein hohes Vielfaches größer ist als die Zahl

  der Wechselrichterphasen, und daß durch elektronische Mittel

  aus der Zahl der Spamungeimpulse des digitalexj Geber# je-

  weils dia jenigen Impulse zur Umschaltung der Statcrpbaxxn aus-

  gewählt werden, die in jedem ßetriebosustand einen gowUnschten

  Winkelf ergeben.

  Bekanntlich arbeitet ein Synchronmotor oder Generator mit Polradwinkeln A 90°. Für manche Zwecke, insbesondere für einen dynamischen Betrieb mit wechselnder Drehzahl und wechselndem Moment int es vorteilhaft, die Umschaltung der Statorphasen durch den Wechselrichter in einem derartigen zeitlichen Rhythmus zu steuern, daß bestimmte Werte des Polradwinkels (Winkel zwischen magnetischer Achse des Rotors und der Statorerregung) eingehalten werden, beispielsweise derart, daß der Winkel stets 90° beträgt. Zu dein Zweck be- findet sich erfindungsgemiiß auf der Maschinenwelle ein digi- taler Impulsgeber mit einer Impulszahl je Periode, die sehr viel größer ist als die Phasenzahl der Statorwicklung. Duroh elektronische Steuerung oder Regelung können dann aus der Vielzahl der je Phase vorhandenen Impulse diejenigen susgewshlt und zur Umschaltung der Phasenwicklungen benutzt wer- den, die jeweils den gewünschten Polradwinkel bsw. das ge- wünschte Drehmoment oder die gewünschte Drehzahl ergeben.
• Bin gewünschter Polradwinkel kann dabei direkt, ein gewünschtes Drehmoment bzw. eine gewünschte Drehzahl dagegen nur mit Hilfe einer Regelschaltung verwirklicht werden. Bei dieser Betriebs- art kann auch bei dynamischem Betrieb mit wechselnder Last kein Außertrittfallen der Maschine erfolgen. Wenn die Anforderungen an das Drehmoment einschließlich der dynamischen Massenkreitte das tippnoment nicht überschreiten, kann die Maschine auch unter Ausschaltung des digitalen Gebers mit konstanter Umschaltfrequenz der Statorphasen gefahren wer- den. Sie wird dann eine normale Synchronmaschine, wobei die Statorfrequonz zeitlich konstant oder auch langsam veränder- lich sein kann. Noch der weiteren Erfindung wird diese für nicht hochgradig dynamischen Betrieb mit vorgegebener Dreh- zahl vorteilhaf! o Steuerung aelbettätig umgestellt auf Betrieb mit gesteuertem Polradwinkel; geateuortom oder gesteuerter Drehzahl, sobald infolge schwankender Last oder dynamischer Anforderungen die nsefahr einer Überschrei- tung des Kipnmomonts auftritt. Beiapielaweise kann das schnelle Hochfahren oder Reversieren der Maschine mit gesteuertem Pol- radwinkel oder Drehmoment erfolgen, der Dauerbetrieb mit nur begrenzt sch,raikondem Drehmoment {3d"r nur langaatn zu verändern-der Drehzahl dagegen mit vorgegebenur Umschaltfrequenz der Statorphasen ohne 8erUcksichtigu g Je z Polredwincels, Die Anordnung nftch der Erfindung eignet. sich Auch füg holuktanzmaschinen ohne Rotorwicklung, insbesondere bei mrißigen Leistungen. Da bei gesteuertem Polradwinkel kein Pendeln mög- lich ist, und de das Anfahren mit verminderter Frequenz er- folgt, brauchen die Maschinen keinen Dämpferkäfig. Bei Reluktanzmaschinen wird dann der Rotor außerordentlich einfach und robust. Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
• Dabei zeigt die Fig. 1 ein Schaltachena für den erfindungsse- mäßen Betrieb der Synchronmaschine während die Fig. 2 die Detailzeichnung eines für den Betrieb geeigneten, an sich bekannten Wechselrichters veranschaulicht.
• Aus Binom Drehstromnetz der Phasen R; S, T wird über einen Gleichrichter G1 eine Gleichspannung U9 gebildet. Sie wird dem zwangekocmnutierten Wechselrichter W zugeführt. Letzterer formt die Gleichspannung in eine Drohspannung veränderlicher Frequenz und Spannung um. Dabei werden vot- einer Steuerung St dem Wechselrichter W eine gewünschte Frequenz f und eine Zur Veränderung letzterer bedient man sich des an sich bekannten Pulsverfahrens. Der Steuerung St wird als Istwert der Strang- strom I und die der Drehzahl n proportionale Geberfrequenz fp zugeführt. Dabei ist diese nach der Erfindung um ein Viel- fachen größer als die Ständerspeisetrequenz f. Je nach der Betriebsart wird die Steuerung St von einem gewfbtachten Soll- wort der Frequenz f den Polradwinkels(roder des Drehnos"ates M beaufachlagt. Aus der Einseldaratelluns des an sich bekannten Wechselrichters erkennt man, daß der Wechselrichter in Brückenschaltung ange- ordnet ist und die Leistungszweige jeder Brücke aus einer Viererschaltung mit toeruutierungskondensatoren i bis 6 be# stehen. Mit 13, 14 und 15 sind die in jeder Dia4onalla jeder Brücke angeordneten äommutierungsärosseln bezeichnet. Bei den Ventilen 7 bis 12 handelt es sich um Rückstromdioden. Des weiteren erkennt man, daß am Eingang des swangskomnutiorten Wechselrichters eine Pufferwirkung ausübender Glättungakondensator C vorgesehen ist.
• An die Verbindungsleitung zwischen dem Gleichrichter der Eig. 1 und dem Wechselrichter ist ein Widerstand R angeordnet, der geeignet ist, für den Fall, daß es sich um einen Synchron- motor handelt und dieser gelegentlich generatorisoh arbeitet, Snergie aufzunehmen. Dabei wird er vorteilhafterweise mit Hilfe elektronischer Blemente, z. B. Thyristoren, =u- und abgeschaltet. Der Schalter ist schematisch dargestellt und mit Sch bezeichnet.
• Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß eine hochausge- nutzte Maschine mit einfachem Läufer, der mit einer Gleichstromwicklung, einem Stahlmagneten oder einem wicklungsfreien Minenanker ausgeführt sein kann, .sowohl Mr hochdynamischen Vierquadrantenbetrieb als auch für den Betrieb mit genau vorgegebener Drehmahl vorgesehen werden kann"

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c b e ,,i. Synchronmaschine, deren Statorwicklung von einem zwangskommutierten Wechselrichter derart gespeist wird, maß die Achse des Statorfeldes gegenüber der magnetischen Achse des Rotors ständig um einen Winkel (Orverschoben ist, der gleich oder kleiner als ; 900 ist, dadurch gekennzeichnet, maß auf der welle der Maschine ein digitaler Geber ange- ordnet ist, welcher je Umdrehung eine Zahl von Spannungsimpulsen abgibt, die um ein hohes Vielfaches größer ist als die Zahl der Vechselrichterphasen, und maß durch elektronische Mittel aus der Zahl der Spannungsimpulse des digitalen Gebers jeweils diejenigen Impulse zur Ur- schaltung der Statorphasen ausgewählt werden, die in jeder Betriebszustand einen gewünschten Winkel d ergeben. 2. Synchronmaschine nach Anspruch 1, dadurch t@seichnety maß bei wechselnder Belastung und Drehzahl der Maschine der Winkel (f derart geregelt wird, maß ständig eia ge- wünschten Drehmoment oder eine gewünschte Drehzahl aufrecht- erhalten bleibt. $. Synchronmaschine nach Anspruch i, dadurch tekennzeichnet_ maß bei Belastungen, welche unter Berücksichtigung der dynamischen Kräfte die Kipplast nicht Uberschreiten, der Betrieb mit geregeltere Winkel d@ selbsttätig umgestellt wird auf Betrieb mit konstanter Umschaltfrequenz der etatorwicklung so daß sich unabhängig von der Belastung eine konatante Dreh- zahl ergibt. 4. Synchronnaschine nach Anspruch 3. bis 3 in der Ausführung einer solchen des Raluktanztyps mit wicklungerreiem Anker.