DE1812045A1

DE1812045A1 - Dreiphasige Umrichterschaltung fuer die Speisung von Drehstrommotoren

Info

Publication number: DE1812045A1
Application number: DE19681812045
Authority: DE
Inventors: Brandt Dipl-Ing Armand
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1968-03-05
Filing date: 1968-11-30
Publication date: 1970-05-27
Also published as: DE1812045B2; AT283521B; FR2003234A6; NL6903235A; SE359416B; NO121909B; GB1192153A

Description

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie», Baden {Schweiz)

Dreiphasige Umrichterschaltung für die Speisung von Drehstrommotoren

Die Erfindung betrifft eine dreiphasige Umrichterschaltung für die Speisung von Drehstrommotoren über eine Diodenschaltung je Phase mit einem antiparallel geschalteten steuerbaren Stromrichterelement, dessen Steuerung die Motorfrequenz bestimmt, mit einem Transformator, v/elcher m Sekundärwicklungen je Phase des Motors besitzt, an die einerseits die Diodenschaltung andererseits der

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Motor angeschlossen ist und bei dem nach Pat4M0MMMMPPPPpN$ die an den Motor geführten Phasen der einzelnen Sekundärwicklungen zyklisch vertauscht angeschlossen sind und die steuerbaren Stromrichteielemente durch zwei Impulsfolgen gleicher S teuer frequenz aber gegenseitiger Phasenverschiebung gesteuert werden.

Solche dreiphasigen Umrichterschaltungen, die auch Direkt-Umrichterschaltungen genannt werden, bestehen aus einer Diodenschaltung, dener

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ein steuerbares Stromrichterelement, beispielsweise ein Thyristor, parallel liegt. Durch die Steuerung dieses Thyristors werden aus der zugeführten Wechselspannung Impulse herausgeschert. Die Impulsfrequenz der Steuerung legt hierbei die Frequenz des gespeisten Motors fest. Die an den Motorwlcklungeh auftretende Frequenz ist dann gleich der Differenz zwischen der Impulsfrequenz (Steuerfrequenz) des Stromrichterelementes und der Netzfrequenz.

Um nun die beim Kommutieren entstehenden Spannungsspitzen abzuleiten., wird nach dem Hauptpatent das gesteuerte Stromrichterelement durch zwei Impulsfolgen gleicher Steuerfrequenz, aber gegenseitiger Phasenverschiebung gesteuert und die an den Motor geführten Phasen der einzelnen Sekundärwicklungen des Transformators zyklisch vertauscht angeschlossen,

Hierdurch wird erreicht, dass während ein Thyristor sperrt, ein anderer Thyristor den Motorstrom derselben Phase aufnehmen kann. Hierdurch können die Kommutierungsspitzen jeweils abgeleitet werden, da immer ein Thyristor Strom durchlässt und daher den Motorstrom aufnimmt.

Insbesondere bei zurückgeregelten Spannungen sind hierbei die Oberwellei gross. Selbst die Sechs-Phasenschaltung, bei der also sechs Sekundärwicklungen des Transformators mit den zugehörigen Dioden- und Thyristorengruppen vorhanden sind und die Oberwellen geringer als bei

Q der Dreiphasenschaltung sind, genügt nicht, um bei heruntergeregelter

oo Ausgangsspannung und niedriger Frequenz eine genügende Oberwellenfrei-

^ helt zu erhalten. .

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° Zur Verringerung der Oberwelligkeit wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass bei m = 6 Sekundärwicklungen je drei Sekundärwicklungen

mit den zugehörigen durch je zwei Impulsfolgen gesteuerten Stromrichterelementen zu einer Kommutierungsgruppe zusammengefasst sind, innerhalb derer die an den Motor geführten Phasen zyklisch vertauscht angeschlossen sind, und dass die Impulsfolgen beider Kommutierungsgruppen insgesamt eine gegenseitige Phasenverschiebung besitzen.

Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fig. 1 zeigt das Schaltbild. Die Figuren 2 und 3 zeigen die Wirkungsweise und Fig. 4 die Steuerung.

In Fig. 1 sind die beiden Kommutierungsgruppen mit A und B bezeichnet. ( Sie werden aus dem Haupttransformator 8 gespeist, der zwei aus dem Netz RST gespeiste Primärwicklungen 81 und 82 mit den Phasen UVW besitzt. Jede Primärwicklung ist mit drei Sekundärwicklungen 83 bis 85 und 86 bis 88 magnetisch gekoppelt, die die Phasenbezeichnungen uvw besitzen. Zwischen den beiden Sekundärwicklungsgruppen liegt der zu speisende Motor 12, wobei die Phasen der Wicklungen 8j5 bis 85 einerseits und 86 bis 88 andererseits zyklisch vertauscht an den Motor geführt sind. Diese sind durch die gesteuerten Thyristoren 1 bis 6 überbrückt. Die Thyristoren 1, 3 und 5 sowie die Thyristoren 2,4 und 6 sind zu je einer Kommutierungsgruppe zusammengefasst. Die Kommutierung erfolgt über die drei Primärwicklungen des Transformators 10 bzw. 16, deren Sekundärwicklungen an die Dämpfungskreise 13 und 17 angeschlossen sind. Diese Kreise bestehen aus den Dioden I9 bzw. 20, den Widerständen 21 bzw.22 und den Kondensatoren 23 bzw. 24.

Jede Kommutierungsgruppe v/ird nun in der im Hauptpatent beschriebenen V/eise durch zwei Impulsfolgen gesteuert. In der Fig. 2 ist dies näher

gezeigt. Die Fig. 2a Zel^^^f^T^^sse bei der Kommutierungsgruppe

A, Pig. 2b bei der Kommutierungsgruppe B und Fig. 2c zeigt die aus beide entstehende Motorspannung. Im oberen Teil jeder Teilfigur sind die ■ Impulse dargestellt, im unteren die zugehörige Spannungskurve, welche sich aus Teilstücken der Spannung der drei Phasen uvw zusammensetzen. Es sind zwei Impulsfolgen vorhanden, welche die zugehörigen Thyristoren durchlässig machen. I, bis Ig sind die Impulse der ersten Folge, I', bis Ig die der zweiten Folge. Die Impulsfrequenz bestimmt die Frequenz der am Motor liegenden Spannung. Durch die Steuerung der Thyristoren wird den zugeführten Wechselspannungskurven uvw ein Teil herausgeschnitten, und zwar in jeder aufeinanderfolgenden Periode an einer anderen Stelle, ™ wie die aufeinanderfolgenden schraffierten Flächen zeigen. Ist die Netzfrequenz f_N und die Steuerfrequenz (Impulsfrequenz) f_st* so hat die am Motor liegende Spannung die Frequenz f - f . oder f-, - f._T. Je nach der Steuerfrequenz f_o. kann also die Motorfrequenz geändert werden. Ist jene gleich der Netzfrequenz, so liegt Gleichspannung am Motor. Die Drehrichtung des Motors hängt davon ab, ob die Steuerfrequenz f_o. grosser oder kleiner als die Netzfrequenz f_N ist. Die Höhe der Spannung kann durch den Abstand der beiden Impulsfolgen geändert v/erden. Die Impulsfolgen dieser beiden Impulsreihen bei den beiden Kommutierungsgruppen fallen zeitlich nicht zusammen. Für die Phase u ist bei der , Kommutierungsgruppe A der Steuerimpuls I₁ gegenüber dem Steuerimpuls bei der gleichen Phase der Kommutierungsgruppe B verschoben. Aus der Differenz der beiden Spannungen Fig. 2a und 2b entsteht die am Motor liegende Spannung. Diese ist in der Figur 2c dargestellt. Man erkennt, dass die Sinusform hierbei erheblich verbessert worden ist.

Die Erzeugung der Impulse ist in der Fig. 4 näher beschrieben, worauf später noch eingegangen wird.

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Man kann nun die Oberwelligkeit noch weiter verringern. Dies ist besonders beim Rückwärtslauf erforderlich, wo die Oberwelligkeit an sich grosser ist als beim Vorwärtslauf. Dies liegt daran, dass dann die Steuerfrequenz kleiner ist als die Netzfrequenz, Es ist aber auch möglich, diese Verbesserung beim Vorwärtslauf anzubringen.

Die Pig. 3 zeigt die Verhältnisse bei aus diesen zwei Impulsfolgen bestehenden Impulsreihen. Auch dort sind.die Kurven für die Kommutierungsgruppe A in der Fig. 3a, die Kurven für die Konimutierungsgruppe B in der Fig. 3b und die Spannung am Motor in der Fig. 3c dar- ( gestellt. Die Verbesserung liegt darin, dass die Impulsfolgen noch einmal verdoppelt sind und zwar derart, dass jede Kommutierungsgruppe wie bisher mit der festen Impulsfolge gesteuert wird, dass aber zusätzlich noch eine verschiebbare Impulsfolge eingeschachtelt worden ist. Jede Impulsreihe besteht wie bisher ebenfalls aus gegeneinander verschiebbaren Impulsfolgen. Man erkennt aus der Fig. 3a die eine bisherige Impulsreihe, die aus den beiden Impulsfolgen L,, I₅,I^ und der Reihe

I* ,Ι',Ι' besteht. Die zweite Impulsreihe besteht aus den Impuls-S J- > \

folgen I" ,1" ,1'^ und I^ und I*' , I^m . Aehnlich ist es bei der Fig. 3b, man sieht, dass auch hier eine gute Annäherung an die Sinuskurve erreicht wird, wie Fig. 3c zeigt.

Fig. 4 zeigt als Kastenschaltbild die Steuerung, um die verschiedenen Impulsfolgen zu erhalten· Sie ist für eine Kommutierungsgruppe darge-

ο stellt. 32 ist der Impulsgenerator, der eine Impulsfolge von der

^ sechsfachen Steuerfrequenz (6fg_fc) erzeugt. 33 ist ein Impulsuntersetzer

_» an dessen Ausgang Impulse von der Frequenz 3f_o+- i^m Gegentakt entstehen. ^ St

3^ ist ein Impulsformer, der die Impulse in schmale Rechteckimpulse

umwandelt. 35 ist ein Zeitverzögerungsglied, das die Impulse um die Zeit t verzögert, so dass ei sich um den Winkel If + O^ bezogen auf die

Impulsfrequenz verschieben. Diese Impulse v/erden dann in einem
. weiteren Impulsformer 34 in schmale Rechteckimpulse umgewandelt.'Die beiden so erhaltenen Impulsfolgen I und I¹, die also die gleiche
Frequenz aber gegenseitige Phasenverschiebung besitzen, werden dann dem ODER-Glied 36 zugeführt. Wenn ein Impuls von der einen oder anderen Impulsfolge auf das ODER-Glied 36 trifft, wird ein Signal aiii Ausgang abgegeben. Die so entstehenden Impulsfolgen, welche die Frequenz 3
fg. haben, werden dann in einen dreistufigen Ringzähler auf die
Steuerglieder 28,29,30 der steuerbaren Thyristoren aufgeteilt. Diese erhalten dann je eine Impulsfolge von der Steuerfrequenz i"_Sfc> sind
aber gegenseitig um 120 bzw. 240° verschoben·

Diese Schaltung gilt für eine Impulsreihe mit den zwei Impulsfolgen. I und I¹ der einen Kommutierungsgruppe. Die Schaltung für die Erzeugung der Impulsfolgen bei der zweiten Kommutierungsgruppe ist die gleiche. Hierbei kann der Impulsgenerator 32 und der Impulsuntersetzer 33 gemeinsam ausgeführt werden. Die beiden Schaltungen unterscheiden sich nur dadurch, dass im einen Fall die Impulse + 3^cn-* i^m anderen Fall die Impulse - 3f_Sfc durch d£fcs nachfolgende Zeitglied 35 verschoben werden.

Soll nun noch die zweite Impulsreihe für den Rückwärtslauf erzeugt
werden, so muss diese Anordnung* wie in der Fig. 4 dargestellt, noch einmal wiederholt werden, dies ist mit 38 angedeutet. 38 enthält
also die Glieder 28 bis 35* wie in der Anordnung für die erste Impulsreihe. Ausserdem ist ein weiteres Phasenversehietoungsglied 39 vorgeschaltet, mit dem die weitere Impulsreihe gegenüber der bisherigen
gegeneinander zeitlich verschoben werden kaum· Ms Ausgänge von 38

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werden über ODER-Glieder 40 mit can entsprechenden Ausgängen 28,29 und J>0 zusammengefasst. Wenn nur beim Rüekwärtslauf die zweite Impulsfolge wirksam sein soll, so können diese Impulse durch UND-Glieder 4l bei Vorwärtslauf blockiert werden. Diese dargestellte Steuerung gehört zu einer einzigen Kommutierungsgruppe.

Für die zweite Kommutierungsgruppe muss dann die Anordnung wiederholt werden.

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Claims

Patent ansprüche:

1. Dreiphasige Umrichterschaltung für die Speisung von Drehstrommotoren über eine Diodenschaltung je Phase mit

einem antiparallel geschalteten steuerbaren Stromrichterelement, dessen Steuerung die Motorfrequenz bestimmt, mit einem Transformator, welcher, m Sekundärwicklungen je Phase des Motors besitzt, an die einerseits die Diodenschaltung, andererseits der Motor angeschlossen ist und bei dem nach

die an den Motor geführten Phasen der einzelnen Sekundärwicklungen zyklisch vertauscht angeschlossen sind und die steuerbaren Stromrichterelemente durch zwei Impulsfolgen gleicher Steuerfrequenz aber gegenseitiger Phasenverschiebung gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei m = 6 Sekundärwicklungen je drei k Sekundärwicklungen mit den zugehörigen durch je zwei Impulsfolgen gesteuerten Stromrichterelementen zu einer Kommutierungsgruppe zusammengefasst sind, innerhalb derer die an den Motor geführten Phasen zyklisch vertauscht angeschlossen sijid und dass die Impulsfolge beider Kommutierungsgruppen insgesamt eine gegenseitige Phasenverschiebung besitzen.

2. Dreiphasige Umrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen des Motors offen ausgeführt sind und an jedem Ende der Wicklung eine Gruppe von

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Sekundärwicklungen mit den zugehörigen, durch Je zwei Impulsfolgen gesteuerten Stromrichterelementen angeschlossen ist.·

3) Dreiphasige Umrichterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsreihen beider Kommutierungsgruppen eine veränderbare Phasenverschiebung besitzen.

¹O Dreiphasige Umrichterschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerimpulse der gegeneinander verschiebbaren Impulsreihen doppelt ausgeführt sind, wobei der Impulsabstand der Doppelimpulse für beide Impulsreihen verschieden Ist.

5) Dreiphasige Umrichterschaltung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorwärtslauf eine aus den beiden Impulsfolgen bestehende Impulsreihe, bei Rückwärtsverlauf beide je aus zwei Impulsfolgen bestehende Impulsreihen vorgesehen sind.

6) Dreiphasige Umrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfstransformator für jede Kommutierungsgruppe vorgesehen ist, der soviel Primärwicklungen wie Thyristoren und eine gemeinsame Sekundärwicklung enthält, an die der Dämpfungskreis angeschlossen Ist.

Aktiengesellschaft BROWN, BOVERI & CIE.

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