DE2126189B2 - Anordnung zur umformung von wechselspannungssystemen - Google Patents
Anordnung zur umformung von wechselspannungssystemenInfo
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Description
35
Die Erfindung bezieht sich juf eine Anordnung zur
Erzeugung einer aus Halbwellen zusammengesetzten ein- oder mehrphasigen Spannung, bei der die Frequenz
der Halbwellengruppen regelbar ist, aus einer ein- oder mehrphasigen Spannung höherer, starrer Frequenz mit
einer in beiden Halbwellen wirksamen Gleichrichterschaltung, bei der mindestens ein Teil der Gleichrichter
steuerbar ist.
Derartige Spannungssysteme sind insbesondere zur Speisung von Asynchronmotoren geeignet. Jedoch sind
auch andere Verwendungszwecke denkbar.
Bekannt sind Verfahren zur Drehzahleinstellung von Asynchronmaschinen durch Variation von Speisespannung
und -frequenz, durch Umschaltung der Motorwicklung auf andere Polpaarzahlen und bei Schleifringläufermotoren
durch Variation des Läuferkreiswiderstandes und durch Kaskadenschaltungen.
Bei ausschließlicher Änderung der Speisespannung nimmt das Drehmoment quadratisch mit der Spannung
ab, und man kann dadurch bei entsprechender Auslegung der Motorkennlinien ein lastabhängiges
Verstel'en der Drehzahl erreichen. Die gesamte Schlupfleistung wird jedoch in den Läuferwiderständen
in Wärme umgesetzt Somit ist dieses Verfahren bei Kurzschlußläufermotoren nicht für Dauerbetrieb geeignet.
In der DT-PS 6 67 855 ist bereits ein Verfahren zum Umformen von Wechselströmen beschrieben, bei dem
phasenverschobene Wechselströme in einen Wechselstrom anderer Frequenz umgeformt werden. Bei diesem
bekannten Verfahren müssen jedoch in einer ersten Urnformungsstufe zwei Wechselströme wesentlich
höherer Frequenz als die Frequenz der Eingangswechselströme oder des Ausgangsstromes gebildet werden,
und diese beiden gebildeten Wechselströme höherer Frequenz müssen einander so überlagert werden, daß
sich ein Schwebungsstrom ergibt, der der Frequenz des Ausgangsstromes entspricht. In einer zweiten Umformungsstufe
muß diese Schwebung derart gleichgerichtet werden, daß bei jedem Nulldurchgang der Amplitude
der Schwebung die Durchgangsrichtung des entstehenden Stromes wechselt. Infolge der mehrfachen Umformung
der Wechselströme ist dieses Verfahren sehr aufwendig.
In der DT-PS 6 44 85! ist eine Einrichtung zur Regelung von Mehrphasenwechselstrommotoren über
steuerbare Entladungsstrecken beschrieben. Die verketteten Mehrphasenwicklungen des Motors werden über
je zwei Gruppen von Entladungsstrecken in Gegentaktschaltung an ein Mehrphasenwechselstromnetz angeschaltet,
so daß Frequenz und Phasenfolge der dem Motor zugeföhrten Wechselspannung regelbar sind.
Durch entsprechende Steuerung der Entladungsstrekken sind sowohl Frequenz und Phasenfolge als auch die
zugeführte Wechselspannung regelbar. Wie der Schaltungsanordnung aus Fig. 1 der genannten DT-PS zu
entnehmen ist, werden, falls die dort dargestellten Dampfgleichrichter durch Thyristoren ersetzt werden,
Kommutierungsmittel benötigt, die einen Kurzschluß innerhalb der Drehstromgleichrichterbrücken verhindern.
Aus der DT-OS 16 38 939 ist eine Steuereinrichtung zum Steuern von Einphasen-Mehrphasen-Stromrichtern
für das Erreichen einer aus vollständigen Halbwellen bestehenden Ausj;angs.>pannung bekannt.
Bei dieser Steuereinrichtung sind die Motorwicklungen in zwei gleiche Teile aufgeteilt worden, so daß sie sich
wie eine Spannungsteilerdrosselspule verhalten, die den durchfließenden Strom abgleichen. Da die in zwei
gleiche Teita aufgeteilten Moiorspulen über weitere Drosseln und einen Transformator miteinander verbunden
sind, besteht die Möglichkeit eines inneren Kuizschlußstromes. Damit dieser Kurzschlußstrom
unterdrückt werden kann, sind aufwendige Kommutierungsmittel notwendig.
Im Gegensatz hierzu findet bei der Erfindung kein Wechselrichterbetrieb statt, so daß keine Kreisstiomdrosseln
erforderlich sind. Außerdem ist bei dieser bekannten Anordnung ein für die volle Leistung
bemessener Stromrichtertransformator notwendig, und es werden steuerbare Gleichrichter mit speziellen
Kommutierungseigenschaften benötigt.
Aus der DT-PS 6 89 315 ist eine Anordnung zui Umrichtung von Mehrphasenströmen in Ein- odei
Mehrphasenströme kleinerer Frequenz mit Hilfe eine; Transformators und gesteuerter elektrischer Ventil«
bekannt, wobei die Wicklung des Translormators, ar welche die Ventile angeschlossen sind, in Ringschaltunj
ausgeführt ist, so daß die sekundäre Spannungskurv« aus verschieden großen Sehnen- bzw. Durchmesser
spannungen dieser Wicklung aufgebaut ist.
Aus der Literaturstelle, AEG-Mitteilungen 53 (1963; H. 3/4, S. 140, ist eine Schaltung zur Speisung eine
Motors über je ein Paar von antiparallel geschaltetei Thyristoren für jede Phase, die so angesteuert werdet
daß sich eine aus Halbwellen zusammengesetzt Spannung niedrigerer Frequenz ergibt, bekannt.
Bei all diesen bekannten Schaltungen sind zumindei Kommulierungsmittel für die Thyristoren erforderlicl
die bei den großen ir.fragekommenden Strömen eine
erheblichen Aufwand darstellen.
Durch die Erfindung wird nun eine Anordnung «ngegeben, durch die unter verhältnismäßig geringem
Aufwand aus dem vorhandenen Wechselstromnetz ein Spannungssystem gleicher oder höherer Phasenzahl mit
einstellbarer Frequenz erhalten wird, bei dem keine Kommutierungsmittel erforderlich sind.
Die Aufgabe wird nach einer ersten Ausführungsform erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede Phase der
zu erzeugenden Spannung zwei Antiparallelschaltungen von steuerbaren Gleichrichtern vorgesehen sind, von
denen jede einen von zwei gleichwertigen Teilen des Verbrauchers speist.
Nach einer zweiten Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für jede
Phase der zu erzeugenden Spannung zwei Gleichrichterbrückenschaltungen mit je zwei steuerbaren
Gleichrichtern und zwei beiden Brückenschaltungen gemeinsamen nichtsteuerbaren Gleichrichtern vorgesehen
sind, von denen jede Brückenschaltung einen von zwei gleichwertigen Teilen des Verbrauchers speist.
Es werden also die Halbwellen des vorhandener·
Wechselspannungsnetzes aneinandergereiht, so daß sich im Mittel eine Rechteckwechselspannung ergibt.
Durch Variation der Halbwellenanzah! je Gruppe läßt sich die Frequenz des erzeugten Spannungssystems
verstellen.
Weitere Ausgestaltungen gemäß der Erfindung sollen nunmehr anhand der Figuren näher erläutert werden.
Die F i g. 1 und 2 zeigen verschiedene Schaltungsanordnungen zur Bildung eines irequenzvariablen Einphasensystems
aus einem Einphasensystem mit konstanter höherer Frequenz. Hierzu wird die Wicklung der
Asynchronmaschine oder des vorgeschalteten Transformators in zwei Wicklungsstränge UX, U'X'mh gleicher
magnetischer Wirkung aufgeteilt. Diese Wicklungsstränge werden, wie gezeichnet, derart vom Strom
durchflossen, daß sich eine resultierende Wirkung ergibt. In F i g. 1 wird die Brückenschaltung aus den
steuerbaren Gleichrichtern T\, T2 bzw. T3, T4 und den nichtsteuerbaren Gleichrichtern D1, D 2 gebildet.
Die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 hat die gleiche Wirkung wie die nach Fig. 1, jedoch erfolgt die Bildung
der Summenkurve auf einem anderen Wege, nämlich über die antiparallel geschalteten steuerbaren Gleichrichter
Ti bis Γ4.
Hierbei stehen an beiden Wicklungssträngen positive und negative Spannungshalbwellen zur Verfugung.
Durch Vervielfachung der beschriebenen Anordnungen erhält man entsprechende mehrphasige Systeme.
Die Fig.3 und 4 zeigen zwei Anordnungen zur Erzeugung eines zweiphasigen Systems in den Wicklungen
UX, U1X', VY, V'V'ausdem Einphasennetz.
s Ir. Fig.3 sind die je Wicklungsstrang antiparallel
geschalteten steuerbaren Gleichrichter mit Ti bis Γ8 bezeichnet. In F i g. 4 besteht die Brückenschaltung aus
den steuerbaren Gleichrichtern Ti bis T8 und den nichtsteuerbaren Gleichrichtern Di, D2.
ίο Die Fig.5 und 6 zeigen schließlich entsprechende
Schaltungsvarianten zur Erzeugung eines frequenzvariablen Dreiphasensystems in den Wicklungen UX,
U'X; VY, V1Y', WZ, W1Z' aus einem frequenzstarren
Dreiphasensystem. Der hierbei entstehende Phasenwin-
kelfchler wird mit fallender Ausgangsfrequenz vernachlässigbar klein. In F i g. 5 sind die je Wicklungsstrang
amiparallel geschalteten steuerbaren Gleichrichter mit T1 bis 712 bezeichnet. In F i g. 6 ist für jede Phase eine
der F i g. 1 ähnliche Brückenschaltung vorgesehen. Die steuerbaren Gleichrichter sind dort mit Ti bis Ti2 und
die nichtsteuerbaren Gleichrichter mit Di bis D 6 bezeichnet.
Der Schaltungsaufwand zur Herstellung der frequenzvariablen Spannungssysteme ist im Gegensatz zu
bekannten Verfahren und Anordnungen gering. Die Frequenz der Spannungssysteme kann durch einfache
Umschaltung der Steuerung variiert werden. Die Anzahl der möglichen Frequenzen ist dadurch beschränkt,
daß jeweils nur eine ganze Zahl von Halbwellen zu einer Gruppe zusammengefaßt werden
kann. Der Frequenzabstand der möglichen Frequenzen wird bei fallender Frequenz jedoch sehr gering. An die
Kommutierungseigenschaften der verwendeten Lei-Etungshalbleiter werden keine besonderen Ansprüche
mehr gestellt. Außerdem ist es möglich, durch Erzeugung von Zwei- oder Dreiphasensystemen aus
dem Einphasennetz Asynchronmaschinen ohne Anlaufhilfen zu betreiben. Das Anlaufmoment ist größer als
z. B. bei einer entsprechenden Einphasenmaschine, bei der der Strom in der Hilfsphase durch einen
Kondensator in der Phasenlage verschoben wird.
Durch Phasenanschnitt ist es möglich, bei der Speisung von Asynchronmotoren Zwischendrehzahlen
zu erzielen, die bei reiner Frequenzänderung, d. h.
Änderung der Anzahl der Halbwellen pro Gruppe, nicht erreichbar sind. Die dabei auftretenden zusätzlichen
Verluste betragen nur einen Bruchteil der Verluste, die sonst im Motor auftreten, und können ohne Schwierigkeiten
beherrscht werden.
hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Anordnung zur Erzeugung einer aus Halbwellen zusammengesetzten ein- oder mehrphasigen Spannung,
bei der die Frequenz der Halbwellengruppen regelbar ist, aus einer ein- oder mehrphasigen
Spannung höherer, starrer Frequenz mit einer in beiden Halbwellen wirksamen Gleichrichterschaltung,
bei der mindestens ein Teil der Gleichrichter ι ο steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß für jede Phase der zu erzeugenden Spannung zwei Antiparallelschaltungen von steuerbaren
Gleichrichtern (Ti bis 712) vorgesehen sind, von denen jede einen von zwei gleichwertigen Teilen des
Verbrauchers (UX, U'X'; VY, VY'; WZ, W1Z') speist.
2. Anordnung zur Erzeugung einer aus Halbwellen zusammengesetzten ein- oder mehrphasigen Spannung,
bei der die Frequenz der Halbwellengruppen regelbar ist, aus einer ein- oder mehrphasigen
Spannung höherer, starrer Frequenz mit einer in beiden Halbwellen wirksamen Gleichrichterschaltung,
bei der mindestens ein Teil der Gleichrichter steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für jede
Phase der zu erzeugenden Spannung zwei Gleichrichterbrückenschaltungen mit je zwei steuerbaren
Gleichrichtern (Ti bis 712) und zwei beiden Brückenschaltungen gemeinsamen nichtsteuerbaren
Gleichrichtern (Di, D2; D3, D4; D5, D6)
vorgesehen sind, von denen jede Brückenschaltung einen von zwei gleichwertigen Teilen des Verbrauchers
(UX, U'X'; VY, VY'; WZ, WZ^speist.
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