DE1588058C3 - Anordnung zur Steuerung eines dreiphasigen Stromrichtermotors über einen Umrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Steuerung des Anlaufs und des Betriebes im Bereich kleiner Drehzahlen eines dreiphasigen Stromrichtermotors über einen Umrichter mit einer netzseitigen, gleichstromgesteuerten Gleichrichteranordnung, deren Gleichstrom über Glättungsdrosseln einer motorseitigen Wechselrichteranordnung zur Speisung der Motorwicklungen zugeführt ist

Der fremdgeführte Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis gehört zu den einfachsten Anordnungen, die den Betrieb einer Synchronmaschine mit verstellbarer Drehzahl an 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 Mangel 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 6 39 322). 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 verursacht wird. Bei genügend niedriger Frequenz des Ständerstromes ist außerdem die Zeitkonstante der Dämpferwicklung des Stromrichtermotors nicht mehr groß gegenüber der Periodendauer der Stromoberschwingungen, so daß man kein konstant umlaufendes Luftspaltfeld mit sinusförmiger Intensitätsverteilung mehr voraussetzen kann.

Da außerdem nach jeder Stromfreigabe das gesamte magnetische Feld der Glättungsdrossel 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 Wechselstromrichter und der Ankerwicklung des Stromrichtermotors gebildeten Stromrichterschaltung ist (DT-AS 11 76 270). 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, Kommutierungsstromrichterventile und umfangreiche Steuereinrichtungen 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 Anordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche unter Behebung der zuvor genannten Nachteile eine gleichförmige, mechanische Drehbewegung des Stromrichtermotors aus dem Stillstand bzw. im Bereich niedriger Drehzahlen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Wechselrichteranordnung zwei Wechselrichterbrücken vorgesehen sind, deren Wechselstromausgang parallel geschaltet und mit den Motorwicklungen des Stromrichtermotors verbunden ist, wobei die einer Phase zugeordneten Wechselrichterventile beider Wechselrichterbrücken den Laststrom in zyklischer Folge übernehmen und abgeben, daß jeder Wechselrichterbrücke wenigstens eine, den jeweiligen Gleichstromzwischenkreis speisende steuerbare Gleichrichterbrücke zugeordnet ist daß Wechselrichter- und Gleichrichterventile über einen Regelkreis beeinfluß-

SS bar sind und daß mittels einer Steuereinrichtung für die Gleichrichterbrücken jeder Wechselrichterbrücke ein sich aus sinusförmigen Impulsen zusammensetzender, lückender Gleichstrom zuführbar ist

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß der Regelkreis mit einem die Rotorwinkelstellung des Stromrichtermotors messenden Gerät und einem Drehmomentsollwertgeber elektrisch verbunden ist
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt

F i g. 1 zeigt den Prinzipschaltplan und

F i g. 2 zeigt die Stromverläufe.

Der mit einer Erregereinrichtung 1 versehene Syn-

chronmotor 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 Winkelmeßgerät 18 über eine Welle 19 starr verbunden. Vom Ausgang des Winkelmeßgerätes 18 führt 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 25,25 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. 39, 40, die im Stromkreis der Drosseln 21... 24 liegen, sind mit dem Eingang der Stromregler 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 4 nur zwei gleichzeitig stromdurchflossen. Um zu erreichen, daß mindestens drei der motorseitigen Ventile Strom führen, was erforderlich ist, wenn die Motorströme ein symmetrisches Drehstromsystem 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 Synchronmotors 2 durch mindestens zwei Drehstrombrücken 3, 4 mit höchstens der 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 freigegeben 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 Gittersteuersätze 29... 31 veranlaßt werden, den erforderlichen, aus sinusförmigen Impulsen zusammengesetzten lückenden Gleichstrom zu liefern, wie es F i g. 2 im oberen Teil zeigt

Die Sollwerte für die Steuerung der vier Gleichströme/a ... id 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 vorgesehen, die bewirken, daß die Phasenverschiebung der Motorstromgrundschwingung gegenüber der Motorspannung vor und nach der Umschaltung den gleichen Wert hat, z. B. 30°, und daß die Höhe des glatten Gleichstromsollwertes in diesem Falle das 0,453fache 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 = 0,906 ist

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die bei niedrigen Maschinenfrequenzen, die bis zu 20% 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung des Anlaufs und des Betriebes im Bereich kleiner Drehzahlen eines dreiphasigen Stromrichtermotors über einen Umrichter mit einer netzseitigen, gleichstromgesteuerten Gleichrichteranordnung, deren Gleichstrom über Glättungsdrosseln einer motorseitigen Wechselrichteranordnung zur Speisung der Motorwicklungen ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Wechselrichteranordnung zwei Wechselrichterbrücken (3, 4) vorgesehen sind, deren Wechselstromausgang parallel geschaltet und mit den Motorwicklungen des Stromrichtermotors (2) verbunden ist, wobei die einer Phase zugeordneten Wechselrichterventile (5, 7, 6, 8 bzw. 9, 11, 10, 12 bzw. 13,15,14,16) beider Wechselrichterbrücken (3, 4) den Laststrom in zyklischer Folge übernehmen und abgeben, daß jeder Wechselrichterbrücke (3 bzw. 4) wenigstens eine, den jeweiligen Gleichstromzwischenkreis speisende steuerbare Gleichrichterbrücke (25,26 bzw. 27,28) zugeordnet ist, daß Wechselrichter- und Gleichrichterventile über einen Regelkreis (17 bis 20 und 29 bis 36 und 37 bis 40) beeinflußbar sind und daß mittels einer Steuereinrichtung (20) für die Gleichrichterbrücken (25 bis 28) jeder Wechselrichterbrücke (3 bzw. 4) ein sich aus sinusförmigen Impulsen zusammensetzender, lückender Gleichstrom zuführbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis (17 bis 20 und 29 bis 36 und 37 bis 40) mit einem die Rotorwinkelstellung des Stromrichtermotors (2) messenden Gerät (18) und einem Drehmomentsollwertgeber elektrisch verbunden ist