DE1613526C - Dreiphasige Umrichterschaltung fur die Speisung von Drehstrommotoren - Google Patents

Description

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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 mSekun- 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, ίο 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 Fig. 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 μ 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. '■ 40 folgenden Thyristors den gerade leitenden Thyristor

Diese Lösung hat aber den Nachteil, daß die löschen.

Transformatorwicklüngen 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 ± a). 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.Fig. 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

richtcrschaltung 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

richterelcinente durch zwei Impulsfolgen gleicher Zeiten, in welchen die jeweiligen Thyristoren.geöffnet

Steuerfrequenz, aber gegenseitiger Phasenvcrschie- 65 sind. Über den Spaniuingskurvcn ist die Impulsfolge

bung steuerbar sind. dargestellt. I_H ist dabei der Impuls, der den Thyri-

Durch diese Maßnahme erspart man die der Last stör 8 ölfiiet. /„ derjenige, welcher den Thyristor 9

parallelgeschaltete Hilfsdiodenschaltung mit ihrem ölrnet 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. // 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 2a 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 R 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 S 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 f_Si 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 t_i den Nulldurchgang. Dann wird die Kurve negativ und erreicht den zweiten Nulldurchgang an der Stelle t₂. Die Zeitspanne zwischen t_x und t₂ ist eine Halbperiode der an den Motor abgegebenen Spannung. Ist die Netzfrequenz j_N und die Steuerfrequenz (Impulsfrequenz) /_s/, so hat die am Motor liegende Spannung die Frequenz //v ~ ist °der /_s/ — f_N. Je nach der Steuerfrequenz f_si 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 f_N 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 J_SI 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 j_st 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 f_st, 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)

Patentansprüche:

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 = 3 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