DE1613526B2 - Dreiphasige Umrichterschaltung fur die Speisung von Drehstrommotoren - Google Patents
Dreiphasige Umrichterschaltung fur die Speisung von DrehstrommotorenInfo
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Description
1 2
Die Erfindung bezieht sich auf eine dreiphasige antiparallelgeschalteten Stromrichterelement. Statt
Umrichterschaltung für die Speisung von Drehstrom- der Steuerung des Hilfsstromrichterelementes, 6eimotoren
über eine Diodenschaltung je Phase mit spielsweise eines Thyristors, werden die Haupteinem
antiparallelgeschalteten steuerbaren Strom- thyristoren mit zwei Impulsfolgen gesteuert, so daß
richterelement, dessen Steuerung die Motorfrequenz 5 während ein Thyristor eine Freilaufzeit hat, ein
bestimmt, mit einem Transformator, welcher m Sekun- anderer Thyristor den Motorstrom derselben Phase
därwicklungen je Phase des Motors besitzt, an die aufnehmen kann. Man erreicht hierbei eine bessere
einerseits die Diodenschaltungen, andererseits der Ausnutzung der einzelnen Thyristoren und erspart
Motor angeschlossen ist. Dabei bedeutet m eine die dem Motor parallelliegende zusätzliche Hilfsganze
durch drei teilbare Zahl. io diodenschaltung.
Es sind sogenannte 'Direktumrichterschaltungen Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erbekanntgeworden
(schweizerisches Patent 429 888), findung,
die aus einer Diodenschaltung bestehen, denen ein F i g. 1 die Schaltung,
steuerbares Stromrichterelement, beispielsweise ein F i g. 2 die Wirkungsweise,
Thyristor, antiparallel liegt. Durch die Steuerung 15 F i g. 3 die Steuerung und
dieses Thyristors werden aus der zugeführten Wech- F i g. 4 ein weiteres Beispiel,
selspannung Impulse herausgeschält. Die Impuls- In F i g. 1 stellen 1 bis 3 die Sekundärwicklungen frequenz der Steuerung legt hierbei die Frequenz des eines aus einem Drehstromnetz gespeisten Transforgespeisten Motors fest. Die an den Motorwicklungen mators dar. Die Primärwicklung ist nicht gezeigt, auftretende Frequenz ist dann gleich der Differenz 20 Diese Sekundärwicklungen sind mit dem Motor 4 zwischen der Impulsfrequenz (Steuerfrequenz) des verbunden. Die Phasenfolge ist aber bei den ver-Stromrichterelementes und der Netzfrequenz. schiedenen Sekundärwicklungen zyklisch vertauscht;
die aus einer Diodenschaltung bestehen, denen ein F i g. 1 die Schaltung,
steuerbares Stromrichterelement, beispielsweise ein F i g. 2 die Wirkungsweise,
Thyristor, antiparallel liegt. Durch die Steuerung 15 F i g. 3 die Steuerung und
dieses Thyristors werden aus der zugeführten Wech- F i g. 4 ein weiteres Beispiel,
selspannung Impulse herausgeschält. Die Impuls- In F i g. 1 stellen 1 bis 3 die Sekundärwicklungen frequenz der Steuerung legt hierbei die Frequenz des eines aus einem Drehstromnetz gespeisten Transforgespeisten Motors fest. Die an den Motorwicklungen mators dar. Die Primärwicklung ist nicht gezeigt, auftretende Frequenz ist dann gleich der Differenz 20 Diese Sekundärwicklungen sind mit dem Motor 4 zwischen der Impulsfrequenz (Steuerfrequenz) des verbunden. Die Phasenfolge ist aber bei den ver-Stromrichterelementes und der Netzfrequenz. schiedenen Sekundärwicklungen zyklisch vertauscht;
Um nun die beim Kommutieren entstehenden an die Motorphase u ist die Phase R der Sekundär-Spannungsspitzen
abzuleiten, hat man vorgeschlagen, wicklung 1, die Phase S der Sekundärwicklung 2 und
eine weitere Diodenschaltung mit antiparallelgeschal- 25 die Phase T der Sekundärwicklung 3 angeschlossen,
tetem steuerbarem Stromrichterelement der Last, Ebenso sind die Phasen ν und w des Motors zyklisch
also dem Motor, parallel zu schalten. Hierdurch wird vertauscht mit den einzelnen Sekundärwicklungen
zeitweise und gerade dann, wenn die Hauptdioden- des Transformators verbunden. Jede Sekundärwickschaltungen
keinen Strom durchlassen, die Last kurz- lung ist offen geschaltet; die eine Seite ist mit dem
geschlossen, so daß der Strom im Motor (bei induk- 30 Motor verbunden, die andere Seite ist mit den
tiver Last) aufrechterhalten werden kann. Hierdurch Diodenschaltungen 5 bis 7 zusammengeschaltet. Im
erhält man den weiteren Vorteil, daß das Haupt- Beispiel ist eine Diodenbrückenschaltung gezeigt.
Stromrichterelement vorzeitig gelöscht werden kann, Antiparallel zur Durchlaßrichtung der Dioden sind
also bevor ein anderes Element gezündet wird. Wäh- nun noch die steuerbaren Thyristoren 8 bis 10 gerend
der Zeit, wo dieses Hauptstromrichterelement 35 schaltet. Das Beispiel ist für m = 3 dargestellt, es
gesperrt ist, ist die Spannung an der Last Null. Der sind also drei Sekundärwicklungen je Phase vorhan-Spannungsverlauf
weist daher Lücken auf, die gerade den. Es können aber auch sechs Sekundärwicklungen
so groß sind wie die Leitzeit der Hilfsstromrichter- vorgesehen sein. Die Kondensatoren 11 sind die
elemente. Man nennt diese Zeit, in welcher die Span- Löschkondensatoren, die beim Zünden des jeweils
nung Null ist, die Freilaufzeit der Schaltung. 4° folgenden Thyristors den gerade leitenden Thyristor
Diese Lösung hat aber den Nachteil, daß die löschen.
Transformatorwicklungen und die Hauptthyristoren Die Thyristoren 8 bis 10 werden nun durch zwei
schlecht ausgenutzt werden, und zwar um so schlech- Impulsfolgen gezündet. Beide Impulsfolgen haben
ter, je tiefer die Frequenz ist. Die Hilfsthyristoren die gleiche Impulsfrequenz, sind aber gegenseitig
werden dagegen mit sinkender Frequenz stärker be- 45 phasenverschoben. Der Phasenwinkel liegt zwecklastet.
Die Hauptthyristoren mit ihren Dioden sind mäßigerweise zwischen 120 und 240° (π ± <x). Je
also bei kleinen Frequenzen unterbelastet, da sie für nach der Größe des Winkels α entstehen dann im
die höchste Frequenz ausgelegt werden müssen; die Spannungsbild der durch die erste Impulsfolge er-Hilfsthyristoren
mit ihren Dioden müssen für die zeugten positiven Spannungsteile, der Ausgangsspankleinste
Frequenz ausgelegt werden, so daß die Aus- 50 nung mehr oder weniger breite negative Spannungslegung
bei großem Drehzahlbereich aufwendig ist. teile, die mit den positiven abwechseln. Daraus ergibt
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umrichterschal- sich ein Mittelwert der Spannung während einer
tung anzugeben, bei der die Trafowicklungen und Halbperiode. Während der negativen Halbwelle der
die Hauptthyristoren besser ausgenutzt werden als Ausgangsspannung ist es umgekehrt. Diese Span-
bei bekannten Schaltungen und wobei die der Last 55 nungskurven sind in der F i g. 2 dargestellt,
parallelgeschaltete Hilfsdiodenschaltung mit ihrem Die Fig. 2a zeigt die Einrichtung mit einer ein-
antiparallelgeschalteten Stromrichterelement einge- zigen Impulsfolge, wobei während der Spannungs-
spart wird. pause, also im Freilauf, der Strom von einer Dioden-
Diese Aufgabe wird bei einer dreiphasigen Um- schaltung parallel zur Motorwicklung aufgenommen
richterschaltung der eingangs genannten Art dadurch 60 werden muß. Dies ist also die Wirkung der bereits
gelöst, daß die an den Motor geführten Phasen der vorgeschlagenen Ausführung. Die Spannungskurven
einzelnen Sekundärwicklungen zyklisch vertauscht der verschiedenen Phasen des Speisenetzes sind mit
angeschlossen sind und daß die steuerbaren Strom- RST bezeichnet. Die schraffierten Flächen sind die
richterelemente durch zwei Impulsfolgen gleicher Zeiten, in welchen die jeweiligen Thyristoren geöffnet
Steueri'requenz, aber gegenseitiger Phasenverschie- 65 sind. Über den Spannungskurven ist die Impulsfolge
bung steuerbar sind. dargestellt. /8 ist dabei der Impuls, der den Thyri-
Durch diese Maßnahme erspart man die der Last stör 8 öffnet. /u derjenige, welcher den Thyristor ζ
parallelgeschaltete Hilfsdiodenschaltung mit ihrem öffnet usw. /' deutet hierbei die Öffnung des Thyri-
stors an, welcher dem Motor parallel liegt. Durch den Impuls /' wird also dieser Thyristor gezündet und
überbrückt damit die Freilaufzeit der Hauptthyristoren. Man erkennt, daß Spannungsteile entstehen, in
welchen kein Hauptthyristor offen ist.
In der F i g. 2 b ist nun die Wirkungsweise der Erfindung
dargestellt. Statt der Impulse /' sind nun die Impulse der zweiten Impulsfolge vorgesehen. I0' ist
dann der Impuls der zweiten Folge, welche den Thyristor 9 öffnet, usw. Man erkennt nun, daß auch die
Lücken ausgefüllt sind. Aus Vergleich der Spannungskurven 2 α und 2 b sieht man, daß die Frequenzen
hierbei nicht beeinflußt werden, wohl aber der Mittelwert der Ausgangswechselspannung. Der Strom der
Phase u am Motor, der zunächst über die Phase/? 15 der Sekundärwicklung 1 über eine Diode 5, den Thyristor
8, dann sich aufteilend über weitere Dioden 5, die Wicklungen S, T der Sekundärwicklung 1, die
Wicklungen v, w des Motors floß, schließt sich nun über die Wicklungen T der Sekundärwicklung 3, den
Dioden 7, den Thyristor 10, weiteren Dioden 7, die Wicklungen R und 5 der Sekundärwicklung 3 zurück
zum Motor. Der Motorstrom wird also nicht unterbrochen. Die Wirkungsweise ist dann also ähnlich
wie bei der zuerst vorgeschlagenen Anordnung mit Parallelschaltung von Dioden und einem Thyristor
zum Motor, hat aber eine bessere Ausnutzung der Transformatoren und Thyristoren zur Folge. Die
Impulsfrequenz fst bestimmt hierbei die Motorfrequenz.
Diese bereits bekannte Art der Steuerung sei noch einmal kurz angedeutet. Durch die Steuerung
der Thyristoren wird aus den ankommenden Wechselspannungskurven ein Teil herausgeschnitten,
und zwar in jeder aufeinanderfolgenden Periode ein anderer Teil, wie die aufeinanderfolgenden schraffierten
Flächen zeigen. Sie werden allmählich kleiner und erreichen an der Stelle I1 den Nulldurchgang.
Dann wird die Kurve negativ und erreicht den zweiten Nulldurchgang an der Stelle /2. Die Zeitspanne
zwischen tx und t2 ist eine Halbperiode der an den
Motor abgegebenen Spannung. Ist die Netzfrequenz ff/ und die Steuerfrequenz (Impulsfrequenz) fst, so
hat die am Motor liegende Spannung die Frequenz Ih ~ fst °der fst — fN. Je nach der Steuerfrequenz fst
kann also die Motorfrequenz geändert werden. Ist sie gleich der Netzfrequenz, so liegt Gleichspannung am
Motor. Die Drehrichtung des Motors hängt davon ab, ob /s/ größer oder kleiner als fN gemacht wird.
Die Motorfrequenz kann also für beide Drehrichtungen die gleiche Höhe erhalten, wenn die Differenz
von Netz- und Steuerfrequenz gleich ist (s. auch die schweizerische Patentschrift 429 888).
Die Höhe der Spannung kann durch den Winkel α
geändert werden. Ändert man die Phasenverschiebung der beiden Impulsfolgen von ~ bis π, so ändert
sich die Ausgangsspannung am Motor vom Höchstwert bis auf Null.
Fig. 3 zeigt noch, wie die beiden Impulsfolgen
entstehen und wie sie an den Thyristor gebracht werden. Sie ist für eine Schaltung m = 3, also mit drei
Sekundärwicklungen je Phase, gezeigt. 12 ist der Impulsgenerator, der eine Impulsfolge von der sechsfachen
Steuerfrequenz (6 /s/) erzeugt. 13 ist ein
Impulsuntersetzer, an dessen Ausgang Impulse von der Frequenz 3 /s/ im Gegentakt entstehen. 14 ist ein
Impulsformer, der die Impulse in schmale Rechteckimpulse umwandelt. 15 ist ein Zeitverzögerungsglied,
das die Impulse um die Zeit t verzögert, so daß sie sich um den Winkel π + α, bezogen auf die Impulsfrequenz,
verschieben. Diese Impulse werden dann in einem weiteren Impulsformer 14 in schmale Rechteckimpulse
umgewandelt. Die beiden so erhaltenen Impulsfolgen / und /', die also die gleiche Frequenz,
aber gegenseitige Phasenverschiebung besitzen, werden dann dem Oder-Glied 16 zugeführt. Jedesmal,
wenn ein Impuls von der einen oder anderen Impulsfolge auf das Oder-Glied 16 trifft, wird ein Signal am
Ausgang abgegeben. Die so entstehenden Impulsfolgen, welche die Frequenzen 3 /s/ haben, werden
dann in einem dreistufigen Ringzähler auf die steuerbaren Thyristoren 8, 9, 10 der drei Phasen R, S, T
aufgeteilt. Diese erhalten dann je eine Impulsfolge von der Steuerfrequenz fst, sind aber gegenseitig um
bzw. 240° verschoben.
In der F i g. 4 ist noch eine Schaltung im Prinzip angedeutet, bei welcher sechs Sekundärwicklungen
und Diodenschaltungen je Phase des zu speisenden Netzes vorgesehen sind. Es sind dann sechs Sekundärwicklungen
des Transformators vorhanden, die mit 1.1, 2.1, 3.1 und 1.2, 2.2, 3.2 bezeichnet sind.
Die zu den Diodenschaltungen gehörenden Thyristoren sind dann mit 8.1 bis 10.1 und 8.2 bis 10.2 bezeichnet.
Die Dioden sind ebenfalls in den bezeichneten Kästen zu denken. Man erhält bei dieser Schaltung
eine geringere Oberwelligkeit als bei der Schaltung mit nur drei Sekundärwicklungen je Phase.
Claims (3)
1. Dreiphasige Umrichterschaltung für die Speisung von Drehstrommotoren über eine
Diodenschaltung je Phase mit einem antiparallelgeschalteten steuerbaren Stromrichterelement,
dessen Steuerung die Motorfrequenz bestimmt, mit einem Transformator, welcher m Sekundärwicklungen
je Phase des Motors (dabei bedeutet m eine ganze durch drei teilbare Zahl) besitzt, an
die einerseits die Diodenschaltung, andererseits der Motor angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die an den Motor geführten Phasen der einzelnen Sekundärwicklungen (1, 2, 3) zyklisch vertauscht angeschlossen sind
und daß die steuerbaren Stromrichterelemente (8, 9 und 10) durch zwei Impulsfolgen gleicher
Steuerfrequenz (/s/), aber gegenseitiger Phasenverschiebung
steuerbar sind.
2. Umrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenverschiebung
der Impulsfolgen für jedes gesteuerte Stromrichterelement zwischen 120 und 240°,
bezogen auf die Steuerfrequenz, liegt.
3. Umrichterschaltung mit m — Z Sekundärwicklungen
des Transformators je Phase des Motors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (12) mit einer Impulsfrequenz
(6 /s/) vorgesehen ist, an dem ein
Impulsuntersetzer (13) angeschlossen ist, dessen einer Ausgang über einen Impulsformer (14) unmittelbar
und dessen anderer Ausgang über ein Verzögerungsglied (15) und einen Impulsformer
(14) an die Eingänge eines Oder-Gliedes (16) angeschlossen sind, welches wiederum mit einem
dreistufigen Ringzähler (17) verbunden ist, der die Impulse auf die steuerbaren Stromrichterelemente
(8, 9,10) aufteilt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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FR (1) | FR1560889A (de) |
GB (1) | GB1170203A (de) |
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- 1967-04-25 CH CH590367A patent/CH476419A/de not_active IP Right Cessation
- 1967-06-26 DE DE19671613526 patent/DE1613526B2/de not_active Withdrawn
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1968
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- 1968-04-23 NL NL6805754A patent/NL6805754A/xx unknown
- 1968-04-23 DK DK182668A patent/DK122919B/da unknown
- 1968-04-23 NO NO1534/68A patent/NO119879B/no unknown
- 1968-04-23 SE SE543468A patent/SE344263B/xx unknown
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Legal Events
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