DE2141120A1

DE2141120A1 - Anfahrschaltung fuer eine synchronmaschine mit elektronischem kommutator

Info

Publication number: DE2141120A1
Application number: DE2141120A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Huebner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-08-17
Filing date: 1971-08-17
Publication date: 1973-03-08
Also published as: JPS4828911A; DK133409B; DK133409C; FR2196736A5; NL7209859A; DE2141120B2; BE787609A; CH541246A; IT963901B; JPS5221682B2; US3786326A; GB1400499A; CA971217A; DE2141120C3; AT314668B

Description

SIEMElTS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen 16. Aug. 1971'· Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen VPA 71/3192 Ot/Ca

Anfahrschaltung für eine Synchronmaschine mit elektronischem Kommutator

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Anfahrschaltung für eine mit eingeprägtem G-leichstrom gespeiste Synchronmaschine mit einem Kommutator aus steuerbaren Halbleitergleichrichtern (Thyristoren) in den einzelnen Wiclclungsstromkreisen.

Bei solchen als Stromrichtermotoren bezeichneten Synchronmaschinen wird die Blindleistung für den Umrichter im Betrieb von der Maschine selbst bereitgestellt, sofern bei üblicher Maschinenauslegung eine ausreichende Maschinendrehzahl über etwa 10 ^ der ITenndrehzahl vorliegt und die Maschinenspannung ausreicht, um beim Zünden des jeweils folgenden Thyristors den Maschinenstrom von der gerade stromdurchflossenen Wicklung auf die folgende Wicklung zu kommutieren. Unterhalb der ausreichenden Maschinendrehzahl ist die Maschinenspannung zu klein, um den bisher stromführenden Thyristor beim Zünden des zyklisch folgenden Thyristors zu löschen, so daß ein Kommutierungskurzschluß entstehen würde, wenn nicht besondere Anfahrhilfen vorgesehen wären. Die bekannten Anfahrhilfen sind aufwendig und von verschiedenem Parametern, wie z.B. Jtfetzfrequenz, Maschinenfrequenz, abhängig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anfahrschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau von solchen Parametern unabhängig arbeitet.

- 2 309810/0268

~ 2

Die gestellte Aufgabe wird nach, der Erfindung dadurch gelöst, daß dem Kommutator mindestens ein Hilfskreis zugeordnet ist, der einen der Maschineninduktivität entsprechend bemessenen und mit einer Hilfsspannu-.gsquolle zur Bereitstellung der Ladespannung und zur Deckung der Umladungsverluste verbundenen Kondensator sov/ie eine in Reihe dazu liegende Gleichrichteranordnung, bestehend aus einer Diode und einem antiparallelen Hilfsthyristor, aufweist, und daß der in einem den jeweils gerade stromführenden Wicklungsstromkreis enthaltenden Entladekreis des Kondensators liegende Hilfsthyristor im Takt mit jeweils einem Thyristor,.des Kommutators stromdurchlässig gesteuert ist.

Fach Erreichen einer ausreichenden Maschinendrehzahl, bei der die Maschinenspannung die einwandfreie Kommutierung sicherstellt, kann die Anfahrschaltung, vorzugsweise drehzahlabhängig, abgeschaltet werden. Die Anfahrschaltung nach der Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, da/3 für den vorliegenden Fall das bei der Steuerung von Gleichstromstellern (Chopper) bekannte Prinzip der Summenlöschwig mit Vorteil und mit verringertem Aufwand an Schaltungsmitteln anwendbar ist, da Elemente des Stromrichtermotor als Teile eines Summenlöschkreises mitbenutzt sind.

Yfeitere Einzelheiten der Erfindung sind anhand zweier in der Zeichnung vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1a einen vierpulsigen Stromrichtermotor, Pig. 1b einen sechspulsigen Stromrichtermotor, Pig. 2a bis 2g Strom- und Spannungsverläufe.

Gemäß Pig. la ist an eine wechselspannungsgespeiste einphasige halbgesteuerte Gleichrichterbrücke G ein Gleichstromzwischenkreis mit einer Glättungsdrosselspule Lg angeschlossen, mit dem die Ständerwicklungen des Stromrichtermotors M über jeweils einen Thyristor p1 bis p4 verbunden sind. Parallel zu deii-Wicklungsstromkreisen liegt ein Hilfskreis, der einen Konden-

3098 1 Π/0268 - 3 -

sator C in Reihe mit einer Diode D und einen zu dieser antiparallelen Hilfsthyristor ρ aufweist. Zwischen Hilfsthyristor ρ und Kondensator C ist noch eine Hilfsspannungsquelle U^ angeschlossen, die den Kondensator auf eine Ladespannung U-, vor dem Betrieb des Stromrichtermotors auflädt und die im Anfahrbetrieb die Umladungsverluste deckt. Die Ständer-wicklungen des Stromrichtermotors haben die Streuinduktivität L^' Durch die G-lättungsdrossel Lg wird der Last- bzw. Motorstrom Jg im wesentlichen konstant gehalten.

Bei Betriebsdrehzahlen n>0,1 bis 0,2 · n^ wird der Stromrichtermotor in bekannter Weise durch die Maschinenspannung kommutiert. Bei darunterliegenden Betriebsdrehzahlen wird der Hilfskreis in nicht dargestellter Weise eingeschaltet. Wenn nun mit dem Zünden des Thyristors p2 gleichzeitig der Hilfsthyristor ρ in nicht näher gezeigter Weise zum Zeitpunkt 06 (Fig. 2a) gezündet wird, so entlädt sich der von der Hilfsspannungsquelle Ujt auf negative Spannung U^. (Fig. 2c) aufgeladene Kondensator C über den bereits durchstromdurchlässigen Thyristor pt und den gezündeten Hilfsthyristor p. Dabei fließt gemäß Fig. 2c ein sinusförmiger Gegenstrom Jc mit einer Amplitude Jc = UgI Lfl/C, der durch entsprechende Bemessung der Spannung U^- und der Kapazität C größer als der Ladestrom Jg ist. Der Gegenstrom Jc baut den Motorstrom J,, (Fig. 1a) ab, bis dieser im Zeitpunkto^p zu Null wird, so daß der Thyristor p1 sperrt. Die zu diesem Zeitpunkt oC ^ (Fig. 2e, f) verbleibende negative Spannung U am Kondensator C wirkt als negative Sperrspannung am Transistor p1 (Fig. 2f). Nunmehr wird der Kondensator C über den gezündeten Hilfsthyristor vom konstanten Xaststrom Jg (Fig. 2a umgeladen, bis zum Zeitpunkt cv5_, gemäß Fig. 2c die Spannung U zu Null wird. Die Zeitspanne zwischen ^* und ^-p entspricht der Freiwerdezeit des jeweils zu löschenden Thyristors (z.B. pi) des Kommutators. Ab dem Zeitpunkt c\^_ wird der Kondensator C .zunehmend positiv aufgeladen. Dabei wird gemäß Fig. 2b mit der ansteigenden Kondenoatorspaxinung auch der Laststrom Jg in der d.em Thyristor p2

BAD ORiGiNAU

30H 8 10/0/68 " ⁴ "

2U112Q

zugeordneten Maschinenwicklung aufgebaut, bis zum Zeitpunkt der Maschinenstrora J^ den Wert Jg erreicht und der Kondensa torstrom Jc UuIl v/ird.

Bei den Betrachtungen ist in erster Annäherung die Gegenspannung des Stromrichtermotors bei den sehr niedrigen Anlaufdrehzahlen vernachlässigt. Pur die in Pig. 2e gestrichelten Spannungs ze itf lachen gilt F = Pp ⁼ J^u^ ⁼ ^(o * ^S* ^ ^^em Zeitpunkt oc . schwingt der positiv geladene Kondensator C über die Diode D, die Maschinenwicklung und den in Reihe liegenden Thyristor p2 mit seiner Spannung U um, bis er zum Zeitpunkt

C^,- die für die Löschung des stromführenden Thyristors erforderliche Polarität und Größe TJ^ hat. Die bei der Umladung entstandenen "Verluste werden dabei von der Hilfs spannungs quelle Uj gedeckt, die den Kondensator C beim ersten Anlauf des Motors auf die Spannung U™- lädt.

Unter Vernachlässigung der Umschwingverluste ist U . = U , <<C U-p- wegen der notwendigen Reserve an Spannungs zeitfläche von o62 bis °£-z (Preiwerdezeit des zu löschenden Thyristors) .

Die gesamte Kommutierungsdauer einschließlich dem Umschwing-Vorgang (οέ* bis tC^) beträgt T^. & 2Z J' L^ C.

Die Wiederholfrequenz der Kommutierurgen f_K = f · ρ mit f = Motorfrequenz

ρ = Pulszahl des Umrichters.

Für eine geforderte Momentgleichförmigkeit soll die stromlose Zeit des Motors (J^ = 0) möglichst kurz sein. Dabei gilt

1 1

fjr ~ 10 ♦ f

^ it— ~/ '

Mit J = Oy γ L /C läßt sich daraus die Größe der Spannung U^- und der Kapazität C festlegen.

0 9 8 10/0 ;■ 6 3

Um den eventuell noch, störenden stromlosen Zustand des Motors während der Kommutierung zu beseitigen und auch während der Kommutierung ein wenn auch kleineres Moment an der Welle zu erhalten, ist es vorteilhaft, bei.einer sechspulsigen Stromrichterschaltung nach Pig. 1b zwei Hilfskreise 1 und 2 der beschriebenen Art vorzusehen, und zwar je einen für jede Brückenhälfte p1 bis p3 und p4 "bis p6 der Maschinenwicklungsstromkreise. Auf diese Weise wird erreicht, daß während der Kommutierung in der einen Brückenhälfte der Laststrom in der anderen Brückenhälfte ungehindert weiterfließen kam»

Die Gieichspannungsquelle kann auch eine Batterie oder eine ungesteuerte bzw. wie dargestellt eine vollgesteuerte G-leichrichterbrücke sein.

1 Patentanspruch
3 Figuren

Claims

2U1120

Patentanspruch

Anfahrschaltung für eine mit eingeprägtem Gleichstrom gespeiste Synchronmaschine mit einem Kommutator aus steuerbaren Halbleitergleichrichtern (Thyristoren) in den einzelnen viicklungsStromkreisen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kommutator (p1 bis p6) mindestens ein Hilfskreis (I₅ 2) zugeordnet ist, der einen der Mas chine nindulctivi tat (L^ ) entsprechend bemessenen und mit einer Hilfsspamrangsquelle (Ujt) zur Bereitstellung der Ladespannung (Uj₇.) und. zur Deckung der Umladungsverluste verbundenen Kondensator (C) sowie eine in Reihe dazu liegende'Gleichrichteranordnung, bestehend aus einer Diode (D) und einen antiparallelen Hilfsthyristor (p) aufweist, und daß der in einem den jeweils gerade stromführenden tficklungsstromkreis enthaltenden Entladekreis des Kondensators (G) liegende Hilfsthyristor (p) im !Pakt mit jeweils sinem Thyristor* des Kommutators stromdurchlässig gesteuert, ist»

309810/0268

Leerseife