DE1588058A1

DE1588058A1 - Vorrichtung zur Anlaufsteuerung von Stromrichtermotoren mit fremdgefuehrten Zwischenkreisumrichtern

Info

Publication number: DE1588058A1
Application number: DE19671588058
Authority: DE
Inventors: Depenbrock Dr Manfred
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1967-06-20
Filing date: 1967-06-20
Publication date: 1970-07-23
Also published as: DE1588058C3; FR1570192A; DE1588058B2; SE330410B; CH468744A

Description

, BOVERl & C!E AG
MANNHEIM

-~™ Mannheim, den 2.6,67

Pat.Schi/fti

Mp₉-Nr, 570/67 ·

Vorrichtung zur Anlaufsteuerung von Stromrichtermotoren mit freingeführten Zwischenkreisumrichtern

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Anlaufsrbeuerung von Stromrichtermotoren mit freradgeführten Zwischenkreisumrichtern.

Der fremdgeführte Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis gehört zu den einfachsten Anordnungen, die einen freien Energieaustausch zwischen einer Synchronmaschine mit verstellbarer Drehzahl und einem Netz mit fester Spannung und Frequenz ermöglichen. Durch die Einschaltung des Zwischenkreises erhält man eine völlige Trennung zwischen der Frequenz des speisenden Netzes und einer als Stromrichtermotor arbeitenden Synchronmaschine.

Ein Nachteil dieser Anordnung besteht aber darin, daß der Anlauf aus· dem Stillstand und der Betrieb bei geringen Drehzahlen des Stromrichtermotors mit Schwierigkeiten verbunden ist. Die in der Ankerwicklung des Stromrichtermotors induzierte Spannung ist nicht so groß, daß sie einen Kommutierungsstrom durch die mit der Löschphase verbundenen Stromrichterventile des Wechselrichters treiben könnte.

Es ist bereits bekannt, zur Behebung dieser Mängel die Gitter der Ventile des Gleichrichters während des· Anlaßvorganges derart zu steuern, daß die Gleichspannung im Gleichstromzwischenkreis im Takte eines Vielfachen der Steuerfrequenz des Wechselrichters den Wert Null erreicht (DRP 639 322). Läßt man die kurzzeitigen Stromunterbrechungen außer acht, so liegt der Hauptnachteil dieses Verfahrens in der ungleichförmigen mechanischen Drehbewegung der Maschine, die durch die rechteckig verlaufenden Ständerströme

' '2Ue Unterlagen (Art. 7 i 1 Abs. 2 Nr. I Satz 3 dn Xnd«runotgw. ν. 4.9.19671

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verursacht wird. Bei genügend niedriger Frequenz des S.tänderstromes ist außerdem die Zeitkonstante der Dämpferwicklung des Stromrichtennotors nicht mehr groß gegenüber der Periodendauer der Stromoberschwingimgen, so daß man kein konstant umlaufendes Luftspaltfeld mit sinusförmiger Intensitätsverteilung mehr voraussetzen kann.

Da außerdem nach jeder Stromfreigabe das gesamte magnetische Feld der Giättungsdrosael wieder aufgebaut werden muß, steigt der Strom bei jeder Wiederfreigabe des Gleichrichters nur langsam an. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten hat man vorgeschlagen, die Gleichstromimpulse mit einer Anzahl kurzzeitiger, stromloser Pausen während einer Periodendauer der erwünschten Frequenz des Stromrichtermotors von etwa 0 bis 5 Hz in den Gleichstromzwischenkreis einzuspeisen, die gleich der Pulszahl der aus dem Wechselrichter und der Ankerwicklung des Stromrichtermotors gebildeten Stromrichterschaltung ist (DAS 1 176 270). Es sind auch noch andere Verfahren zur Behebung der AnlaufSchwierigkeiten bekannt geworden, die aber den Nachteil haben, daß für die Zwangskommutierung zusätzliche Schaltelemente, wie Kommutierungskondensatoren, Kommutierungsstronrichterventile und umfangreiche Steuerungseinrichtungen benötigt werden, ohne daß sich sinusförmige Anlaufströme erreichen ließen (Dissertation von A. Boehringer "Der Anlauf von Stromrichtermotoren mit Gleichstromzwischenkreis", TH-Stuttgart 1965).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für den Anlauf von Stromrichtermotoren mit fremdgeführten Zwischenkreisumrichtern anzugeben, die die Nachteile der beschriebenen Verfahren nicht ?-jfweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die motorseitigen Ventile über mindestens zwei voneinander unabhängig steuerbare Gleichstromzwischenkreise gespeist werden und der Wechselrichter eines Umrichters aus mindestens zwei über eigene Glättungsdrosseln und steuerbare Gleichspannungsquellen versorgte Drehstrombrückenschaltungen besteht. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß die steuerbaren Gleichspannungsquellen über Gittersteuersätze und Stromregler mit einer zentralen Steuereinrichtung zur Steuerung eines Gittersteuersatzes für die Gitter des Wechselrichter» elektrisch verbunden lind.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Pig. 1 zeigt den Prinzipschaltplan der Erfindung und Fig. 2 zeigt die Stromverläufe.

Der mit einer Erregereinrichtung 1 versehene Synchronmotor 2 wird von parallel geschalteten Drehstrombrücken 3,4 gespeist. Diese Drehstrombrücken bestehen aus steuerbaren Gleichrichtern 5 ... 16, deren Gitter mit einem Steuersatz 17 verbunden sind. Mit dem Rotor der Synchronmaschine 2 ist ein WinkelroeßgerHt 18 über eine Welle 19 starr verbunden. Vom Ausgang des Winkelmeßgerätes 18 fUhrt eine galvanische Verbindung zu einer zentralen Steuereinrichtung 20, deren Ausgang mit dem Eingang des Steuersatzes 17 verbunden ist. Die Drehstrombrücken 3,4 liegen über den Drosseln 21,22 bzw. 23,24 an den steuerbaren Gleichspannungsquellen 25»26 bzw. 27,28, die in Dreiphasen-Brückenschaltung dargestellt sind und deren steuerbare Gleichrichter mit den Gittern an den Gittersteuersätzen 29»30 bzw. 31,32 liegen. Die Eingänge dieser Gittersteuersätze sind ihrerseits mit den Ausgängen der Stromregler 33,34 bzw. 35,36 elektrisch verbunden. Der Ausgang der zentralen Steuereinrichtung sowie die Ausgänge von Stromwandlern 37,38 bzw. 39i40, die im Stromkreis der Drosseln 22 ... 24 liegen, sind mit dem Eingang der Strocregler verbunden.

Die Drehstrom-Brückenschaltung erfüllt am besten die Bedingung, daß beim Betrieb mit voller Spannung die Ventil-und Motorausnutzung optimal wird. Im normalen Betrieb sind von den sechs Ventilzweigen der Drehstrom-Brückenschaltungen 3 und A nur zwei gleichzeitig stromdurchflossen. Um zu erreichen, daß mindestens drei der motorseitigen Ventile Strom führen, was erforderlich ist, wenn die Motorströme ein symmetrisches Drehstronsystern bilden sollen, muß der Überlappungswinkel größer als 120° sein. Die Induktivitäten auf der Motorseite müßten dann aber so groß werden, daß an ihnen bei Nennbetrieb unwirtschaftlich hohe Spannungen auftreten würden. Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit dadurch umgangen, daß die Wicklung des Synchronmotor 2 durch mindestens zwei Drehstrombrücken 3,4 mit höchstens der

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halben Leistung gespeist und die notwendige Induktivität in die Gleichstromzuleitung zu diesen Brücken gelegt wird. Bei Betrieb mit Nennfrequenz' fließt durch die Drosseln 21 ... 24 ein praktisch konstanter Strom, der keinen Spannungsabfall in diesen erzeugt. Bei Betrieb unterhalb einer bestimmten !Frequenz wird die Spannung der speisenden Gleichstromquelle 25 ... 28 von den Gittersteuersätzen 29 ... 32 so gesteuert, daß die Ströme im Synchronmotor 2 sinusförmig verlaufen.

Eine im Mittel gleichmäßige Belastung der speisenden Gleichstromquellen 25 ... 28 und der motorseitigen Ventile 5 ... 16 wird dadurch gewährleistet, daß jedes motorseitige Ventil während zweier Perioden der Motorspannung von dem Steuersatz 17 nur einmal für einen Brennwinkel von 180° zur Stromführung frei- . gegeben wird. Die vier mit einer Motorphase verbundenen Ventile,-z.B. 5 .... 8, lösen sich dann zyklisch und praktisch lückenlos in der Stromführung ab (Fig. 2). Die gewünschte Sinusform der Motorströme erhält man, indem die speisenden Gleichstromquellen 25 .... 28 mit Hilfe der Stromregler 33 ... 36 über die Gittereteuersätze 29 ... 31 veranlaßt werden, den erförderlichen, aus sinusförmigen Impulsen zusammengesetzten lückenden Gleichstrom zu. liefern, wie es Fig. 2a zeigt.

Die Sollwerte für die Steuerung der vier Gleichströme i ... i_d liefert die zentrale Steuereinrichtung 20, die in bekannter Weise aus einem für das Drehmoment vorgegebenen Sollwert und der über ein Winkelmeßgerät 18 ermittelten Lage des Polrades in bezug auf die Motorwicklungen, Größe und Kurvenform der Gleichstromsollwerte bildet. Gleichzeitig zündet die zentrale Steuereinrichtung 20 über den Steuersatz 17 entsprechend den Informationen des Winkelmeßgerätes 18 die jeweils zur Stromführung bestimmten · motorseitigen Ventile 5 ... 16. Weiter bewirkt die zentrale Steuereinrichtung 20, daß oberhalb einer bestimmten Motorfrequenz die Gleichstromsollwerte konstant sind und die motorseitigen Ventile für normalen Sechspulsbetrieb mit 120° Brenndauer gezündet werden. Um zu gewährleisten, daß bei der Umschaltung weder Wirk-noch Blindleistung sprunghaft geändert werden, sind in der Steuereinrichtung 20 in an sich bekannter Weise Schaltmittel vor-

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gesehen, die "bewirken, daß die Phasenverschiebung der Motorstromgrundsehwingung gegenüber der Motorspannüng vor und nach der Umschaltung den gleichen Wert hat, z.B. 30°, und daß die Höhe des glatten Gleichstromsollwertes in diesem Falle das · 0,4-53-fache des Scheitelwertes des pulsartig verlaufenden Sollwertes beträgt. Weiterhin soll in bekannter Weise durch weitere Schaltmittel sichergestellt sein, daß die Sollwertumschaltung nur dann beginnt, wenn das Verhältnis von Augenblickswert zu Scheitelwert eines Stromes gleich 2 . 0,453 ^s 0,906 ist.

Die mit der Erfindung ,erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die bei niedrigen Maschinenfreiiuenzen, die bis zu 20 io der Grundfrequenz ausmachen können, auftretenden Drehmomentpulsationen vermieden werden. Außerdem ist ein Anlauf der Stromrichtermaschinen mit Hilfe der durch die Überlagerung erreichten sinusförmigen Anlaufströme ohne Schwierigkeiten möglich.

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Claims

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Patentansprüche:

1· Vorrichtung zur Anlaufsteuerung von Stromrichtennotoren mit fremdgeführten Zwischenkreisumrichtern, dadurch gekennzeichnet, daß die motorseitigen Ventile (5 ··. 16) über mindestens zwei voneinander unabhängig steuerbare Gleichstromzwischenkreise gespeist werden und der Wechselrichter eines Umrichters aus mindestens zwei über eigene Glättungsdrosseln (21 ... 24) und steuerbare Gleichspannungsquellen (25 ··· 28) versorgte Drehstrombrückenschaltungen (3,4) besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Gleichspannungsquellen (25 .*. 28) über Gittersteuersätze (29 ... 31) und Stromregler (33 ··· 36) mit einer zentralen Steuereinrichtung (20) zur Steuerung eines Gittersteuersatzes (17) für die Gitter des Wechselrichters elektrisch verbunden sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Steuereinrichtung (20) mit einem den Winkel der Maschine (2) messenden Gerät (18) und einem Drehmoment-Sollwertgeber elektrisch verbunden ist.

'3Ue Untertagen (Art. 7 % 1 Abs. 2 Nr. 1 Satz 3 des Änderungsges. v. 4. 9.1967).

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