DE1563329C3 - erregerschaltung für einen bürstenlosen Synchronmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Erregerschaltung für einen bürstenlosen Synchronmotor, dessen Erregerwicklung eine Reihenschaltung von in Durchlaßrichtung des Erregerstromes gepolten Hauptthyristoren parallel geschaltet ist, deren Steuerelektroden jeweils über mindestens eine Z-Diode mit dem Pluspol der Erregerspannungsquelle verbunden sind.

Die Hauptthyristoren sind im allgemeinen dem Ausgang eines Gleichrichters in Brückenschaltung parallel geschaltet, der an die Läuferwicklung einer Außenpolerregermaschine angeschlossen ist und bei Nennbetrieb den Erregerstrom liefert.

Eine solche Erregerschaltung für eine schleifringlose Synchronmaschine ist beispielsweise aus der US-PS 30 98 959 bekannt. Bei der bekannten Erregerschaltung sind zwei Hauptthyristoren miteinander in Reihe geschaltet. Die Z-Dioden sind jeweils direkt zwischen die Steuerelektrode des betreffenden Hauptthyristors und den Pluspol der Erregerspannungsquelle geschaltet. Die Z-Spannungen (Ansprechwerte) der beiden Z-Dioden sind bevorzugt gleich groß gewählt. Erst nach dem Zünden des einen Hauptthyristors wird selbsttätig der andere Hauptthyristor gezündet (Folgezündung).

Zur Inbetriebnahme eines Synchronmotors mit derartiger Erregerschaltung wird die Ständerwicklung an ein speisendes Drehstromnetz angeschlossen. Durch das asynchrone Moment wird der Läufer des Synchronmotors beschleunigt. Dabei wird in der Erregerwicklung eine Wechselspannung mit der Schlupffrequenz entsprechender Frequenz induziert, die einen gleichfrequenten Wechselstrom durch den Läuferkreis zu treiben versucht. Der Strom während der Spannungshalbwelle in Flußrichtung der Ventile des Gleichrichters fließt über den Gleichrichter. Der Strom in der entgegengerichteten Spannungshalbwelle wird über die Reihenschaltung der Hauptthyristoren kurzgeschlossen, weil andernfalls die Ventile des Gleichrichters durch die entstehende Überspannung gefährdet wurden. Die Hauptthyristoren werden gezündet, sobald die Spannung in ihrem Steuerkreis die Z-Spannung der Z-Dioden überschreitet.

Während des Nennbetriebes des Synchronmotors muß die Reihenschaltung der Hauptthyristoren die Ausgangsspannung des Gleichrichters sperren können. Die Typenleistung dieser Hauptthyristoren muß somit entsprechend groß gewählt werden. Thyristoren für große Leistungen haben aber einen relativ großen Schaltverzug und benötigen einen großen Zündstrom. In der bekannten Erregerschaltung muß nun dieser gesamte Zündstrom während des Schaltverzuges von den Z-Dioden im Steuerkreis der Hauptthyristoren geführt werden. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, daß die erwähnte Ausgangsspannung des Gleichrichters auch von den Z-Dioden aufgenommen werden muß. Es

ίο muß somit eine entsprechend große Zahl von Z-Dioden in Serie geschaltet werden. Eine erhebliche Schwierigkeit besteht weiterhin darin, daß die Summe der , 'Z-Spannungen der dem einen Hauptthyristor zugeordneten Z-Dioden möglichst genau gleich sein muß der Summe der Z-Spannungen der dem anderen Hauptthyristor zugeordneten Z-Dioden, damit die beiden Hauptthyristoren gleichzeitig zünden. Da bei Z-Dioden eine Abweichung von mehr als 10% in der Zenerspannung üblich ist, kann sich eine Differenz der beiden Summen der Z-Spannungen und können sich somit voneinander abweichende Zündzeitpunkte der Hauptthyristoren ergeben. Abweichende Zündzeitpunkte erhöhen aber die Gefahr der Zerstörung der Z-Dioden. Je größer die Differenz der Z-Spannungssummen ist, desto größer ist der Schaltverzug, was insbesondere bei einer hohen Drehzahl des Synchronmotors, also bei niedriger Schlupffrequenz, die Gefahr einer Überlastung der zuerst ansprechenden Z-Diode heraufbeschwört. Um -diese Gefahr gering zu halten, wird im

ω allgemeinen auf ausgesuchte Z-Dioden zurückgegriffen. Das Aussuchen passender Z-Dioden erfordert einen ansehnlichen Zeit- und Kostenaufwand.

In der US-PS 30 98 959 ist auch angegeben, daß als Hauptthyristoren über Kopf zündbare Thyristoren (kippfeste Thyristoren) einsetzbar sind, wobei dann die Z-Dioden entfallen können. Solche Thyristoren sind aber relativ teuer und für einen technischen Einsatz im rotierenden Teil einer Synchronmaschine nicht geeignet.

to Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zündeinrichtung der Hauptthyristoren einer derartigen Erregerschaltung unter Erhöhung der Betriebssicherheit so auszubilden, daß die Streuung der Ansprechwerte der zum Zünden verwendeten Z-Dioden nicht mehr ins Gewicht fällt.

Ausgehend von der eingangs genannten Erregerschaltung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Z-Dioden jeweils im Steuerkreis eines Hilfsthyristors angeordnet sind, der jeweils in Reihe mit

^r'O einem Widerstand und einer Diode zwischen die Steuerelektrode der Hauptthyristoren und den Pluspol der Erregerspannungsquelle geschaltet ist.

Die Hilfsthyristoren werden bei dieser Erregerschaltung durch die Z-Dioden gezündet und übernehmen den Steuerstrom der Hauptthyristoren. Dabei wird von der bekannten Maßnahme Gebrauch gemacht, einen Hauptthyristor mittels eines Hilfsthyristors kleinerer Leistung zu zünden.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die in Reihe geschalteten Hauptthyristoren unabhängig voneinander gezündet werden können, wenn der Steuerstrom des einen Hauptthyristors die Steuerspannung für den anderen Hauptthyristor liefert. Die den Steuerelektroden vorgeschalteten Widerstände werden deshalb so bemessen, daß der durch den Zündstrom des ersten Hilfsthyristors hervorgerufene Spannungsabfall den zweiten Hilfsthyristor möglichst ohne größere Zeitverzögerung zündet. Da die großen Zündströme der

Hauptthyristoren nicht mehr von den Z-Dioden geführt werden, hat auch eine Abweichung der Zündzeitpunkte der Hauptthyristoren keine nachteilige Wirkung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel einer Erregerschaltung nach der Erfindung veranschaulicht ist.

Die in Stern geschaltete Ständerwicklung 2 eines Synchronmotors von beispielsweise 175OkW mit einer synchronen Drehzahl von 188 U/min ist an ein in der Figur nicht dargestelltes Drehstromnetz mit den Phasen R, Sund Tangeschlossen. Die Erregerwicklung 3 mit einer Erregerspannung von beispielsweise 300 V ist über eine Gleichrichteranordnung 6 mit ungesteuerten Siliziumventilen 7 in Drehstrombrückenschaltung an die dreiphasige Läuferwicklung 8 einer Erregermaschine angeschlossen, deren Ständerwicklung 9 an ein Wechselstromnetz angeschlossen sein soll. Zu der rotierenden Erregerschaltung 10 gehört ferner eine der Erregerwicklung 3 parallelgeschaltete Reihenschaltung von zwei Hauptthyristoren 12 und 18, deren Verbindungsleitung mit einer der Wechselspannungsleitungen der Gleichrichteranordnung 6 verbunden sein kann. Den beiden Hauptthyristoren 12 und 18 kann vorzugsweise jeweils noch ein Widerstand 4 bzw. 5 von beispielsweise etwa je 10 kOhm geschaltet sein.

Die Steuerelektrode des Hauptthyristors 12 ist über eine Reihenschaltung eines Hilfsthyristors 13 mit einem Vorwiderstand 14 von beispielsweise etwa 2 kOhm und einer Diode 15 mit dem positiven Pol des Ausgangs des Gleichrichters 6 verbunden. In gleicher Weise ist der Steuerkreis des Hauptthyristors 18 mit einem Hilfsthyristor 19, einem wenigstens etwa gleich großen Vorwiderstand 20 und einer Diode 21 ausgebildet. Den Steuerelektroden der Hilfsthyristoren 13 und 19 ist jeweils eine Serienschaltung von Z-Dioden als Meßglied zur Zündung der Hilfsthyristoren 13 und 19 vorgeschaltet, deren Z-Spannung insgesamt beispielsweise jeweils etwa 500 V betragen und somit eine ausreichende Sicherheit von 200 V über der Erregerspannung von 300 V haben soll. Von den Serienschaltungen der Z-Dioderi ist in der Figur jeweils nur eine Z-Diode 16 bzw. 22 dargestellt. Mit der Wahl der Zenerspannung der Z-Dioden 16 und 22 kann die Spannung an den Hauptthyristoren 12 und 18 im Zündzeitpunkt gewählt werden.

Zur Inbetriebnahme des Synchronmotors wird die Ständerwicklung 2 anidas speisende Drehstromnetz angeschlossen. Durch das asynchrone Moment eines in der Figur nicht dargestellten Dämpferkäfigs wird der Läufer beschleunigt und in der Erregerwicklung 3 eine Wechselspannung entsprechend der Schlupffrequenz induziert. Während der Halbschwingung dieser Wechselspannung in Flußrichtung der Ventile 7 kann der Strom über den Gleichrichter 6 fließen, dessen Wechselstromwicklung 8 während des Hochlaufvorganges nicht erregt ist. In der entgegengesetzten Halbschwingung wird der Strom durch die Ventile 7 gesperrt. Die Spannung steigt dementsprechend zunächst an, bis sie die Ansprechspannung der Z-Diode 22 erreicht hat. Dann wird über die Z-Diode 22 der Hilfsthyristor 19 und damit der Hauptthyristor 18 gezündet. Der Strom des Hilfsthyristors 19 bewirkt am Widerstand 20 einen Spannungsabfall, welcher die Z-Diode 16 ansprechen läßt und den Hilfsthyristor 13 und damit auch den Hauptthyristor 12 zündet, so daß die Erregerwicklung 3 kurzgeschlossen wird. Sobald die Hilfsthyristoren 13 und 19 durchgezündet sind, werden die Z-Dioden 16 und 22 stromlos. Sie haben somit lediglich den Zündstrom von einigen Milliampere für die Hilfsthyristoren 13 bzw. 19 zu liefern.

Ein besonderer Vorteil der Erregerschaltung besteht darin, daß die Erregereinrichtung 10 auch mit defekten Z-Dioden 16 oder 22 betriebsfähig bleibt, weil dann die Hauptthyristoren 12 und 18 durch Überschreiten der Kippspannung der Hilfsthyristoren 13 bzw. 19 gezündet werden können.

In der Nähe der synchronen Motordrehzahl ist die in der Erregerwicklung 3 induzierte Wechselspannung ausreichend klein, so daß die Z-Dioden 16 und 22 nicht mehr ansprechen. Der Läufer kann voll erregt werden, damit er sicher in Tritt fällt. Die Ansprechspannungen der Z-Dioden 16 und 22 werden so hoch gewählt, daß ein Zünden der Hilfsthyristoren 13 und 19 im Normalbetrieb ausgeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Erregerschaltung für einen bürstenlosen Synchronmotor, dessen Erregerwicklung eine Reihenschaltung von in Durchlaßrichtung des Erregerstromes gepolten Hauptthyristoren parallel geschaltet ist, deren Steuerelektroden jeweils über mindestens eine Z-Diode mit dem Pluspol der Erregerspannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Z-Dioden (16, 22) jeweils im Steuerkreis, eines Hilfsthyristors (13, 19) angeordnet sind, der jeweils in Reihe mit einem Widerstand (14, 20) und einer Diode (15, 21) zwischen die Steuerelektrode der Hauptthyristoren (12, 18) und den Pluspol der Erregerspannungsquelle geschaltet ist.