DE2247867B2

DE2247867B2 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE SPEED CONTROL OF AN AC MOTOR

Info

Publication number: DE2247867B2
Application number: DE19722247867
Authority: DE
Inventors: Takashi Ichige Katsuta Tsuboi (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1972-09-29
Publication date: 1977-03-03
Also published as: FR2152330A5; CA980411A; JPS4842317A; DE2247867A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines Wechselstrommotors, der mit Spannungen einstellbarer Frequenz von einem Umrichter gespeist ist, der eine den Strom folgerichtig auf die einzelnen Motorwicklungsphasen verteilende Thyristoranordnung enthält, die auf Sammelschienen geführte, aus Thyristorzweigen bestehende Thyristorgruppen in einer Anzahl, die der Phasenzahl des Motors entspricht, aufweist, mit einer eine Wechselstrom- und eine Gleichstromquelle enthaltenden, durch Schalter derart umschaltbaren Stromversorgungseinrichtung, daß die Thyristoranordnung über die Sammelschienen im Bereich niedriger Drehzahlen des Wechselstrommotors mit Wechselstrom und im Bereich höherer Drehzahlen, bei denen die in den Statorwicklungen induzierte Spannung zur Kommutierung der Thyristoren ausreicht, mit Gleichstrom versorgt ist.The invention relates to a circuit arrangement for speed control of an alternating current motor with Voltages adjustable frequency is fed by a converter, the one the current consequently on the contains thyristor arrangement distributing individual motor winding phases, which are guided on busbars, Thyristor groups consisting of thyristor branches in a number that corresponds to the number of phases of the motor corresponds, having, with an alternating current and a power supply device containing a direct current source and switchable by switches in this way, that the thyristor via the busbars in the range of low speeds of the AC motor with alternating current and in the range of higher speeds, at which those in the stator windings induced voltage is sufficient to commutate the thyristors, is supplied with direct current.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist bekannt (vgl. Proc. IEE, Vol. 117 (Okt. 1970) Nr. 10, S. 1975-1985). Dabei wird im niedrigen Drehzahlbereich der Ankerstrom bei jeder Halbperiode der Quellen-Wechselspannung unterbrochen. Folglich kann der Ankerstrom einen bestimmten Wert nicht überschreiten, und bei sich stark änderndem Motordrehmoment wird unter Umständen das Aniaufmoment nicht groß genug, um den Motor anzufahren. Im Normal-Drehzahlbereich, also oberhalb einer vorgegebenen Drehzahl, sind zwei antiparallel geschaltete Thyristoren jeweils mit der Gleichstromquelle derart verbunden, daß im Leitzustand eines Thyristors die an den anderen, nichtleitenden Thyristor angelegte Spannung die Summe der Spannungen beider Teilgleichspannungsquellen ist. d. h. doppelt so groß wie die wirksame Gleichspannung, weshalb die Thyristoren eine hohe Nennspannung (wegen Stoßspannung) haben müssen.A circuit arrangement of the type mentioned is known (see Proc. IEE, Vol. 117 (Oct. 1970) No. 10, pp. 1975-1985). In the low speed range, the armature current is increased in every half cycle the source AC voltage interrupted. As a result, the armature current cannot have a certain value exceed, and if the engine torque changes significantly, the starting torque not big enough to start the engine. In the normal speed range, i.e. above a predetermined one Speed, two anti-parallel connected thyristors are each so with the DC power source connected that in the conductive state of a thyristor, the voltage applied to the other, non-conductive thyristor is the sum of the voltages of both partial DC voltage sources. d. H. twice the size of the effective one DC voltage, which is why the thyristors must have a high nominal voltage (due to surge voltage).

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Schaltungsanordnung der bekannten Art so auszubilden, daß der Motor im niedrigen Drehzahlbereich ein großes Anlaufdrehmomem geringer Welligkeit entwickelt und trotzdem die Thyristoren eine niedrige Nennspannung aufweisen können.It is therefore an object of the invention to design the circuit arrangement of the known type so that the Motor in the low speed range develops a high starting torque and low ripple nevertheless the thyristors can have a low nominal voltage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Thyristoranordnung aus Eingangs- und Ausgangs Thynstorgruppen. die in ihrer Anzahl jeweils gleich der Phasenzahl des Motors sind, besteht, daß jede Thyristorgruppe eine Anzahl von Thyristorzweigen besitzt, die gleich der Phasenzahl der Wechselstromquelle ist, daß die Thvristorzweige jeder Eingangs-Thyristorgruppe anodenseitig mit ersten, der Phasenzahl der Wechselstromquelle entsprechenden Sammelschienen und kathodenseitig miteinander verbunden sind, daß die Thyristorzweige jeder Ausgangs-Thyristorgruppe kathodenseitig mit zweiten, ebenfalls der Phasenzahl der Wechselstromquelle entsprechenden Sammelschienen und anodenseitig miteinander verbunden sind, daß der Kathodenpunkt jeder Eingangs-Thyristorgruppe mit dem Anodenpunkt einer entsprechenden Ausgangs-Thyristorgruppe verbunden ist und an diese Verbindungspunkte die Wicklungen des Motors angeschlossen sind, und daß im Bereich niedriger Drehzahl von der Versorgungseinrichtung Wechselstrom über die erstenAccording to the invention, this object is achieved in that the thyristor arrangement comprises input and output Thynstor groups. which are equal in number to the number of phases of the motor, there is that each Thyristor group has a number of thyristor branches which is equal to the number of phases of the alternating current source is that the thyristor branches of each input thyristor group on the anode side with the first, the phase number the busbars corresponding to the alternating current source and are connected to one another on the cathode side, that the thyristor branches of each output thyristor group on the cathode side with a second, also the number of phases the AC power source corresponding busbars and are connected to one another on the anode side, that the cathode point of each input thyristor group with the anode point of a corresponding output thyristor group is connected and the windings of the motor are connected to these connection points are, and that in the low speed range from the supply device alternating current via the first

iod zweiten Sammelschienen eingespeist ist und im Bereich höherer Drehzahlen die ersten und zweiten Sammelschienen jeweils in Verbindungspunkten miteinander verbunden sind und Gleichstrom zwischen diesen eingespeist istiod is fed to the second busbar and im In the higher speed range, the first and second busbars are connected to each other at connection points and there is direct current between them is fed

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildetThe invention is characterized by the features of Subclaims further developed

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im Bereich niedriger Drehzahlen der Ankerstrom durch die Thyristoren vollweg-gleichgerichtet, z. B. für die U-Phase durch die Thyristorenzweige der entsprechenden Eingangs-Thyriätorgruppe, um aufeinanderfolgenden, dauernden Strom zu ergeben, indem die Kommutierung zwischen diesen Thyristorzweigen bewirkt wird. Demzufolge kann der Ankerstrom bei gleichen Bauelementen größer sein als bei der bekannten Anordnung. Darüber hinaus sind die Änderungen des Motordrehmoments kleiner und das Anlaufnioment größer als bisher. Im Bereich höherer Drehzahlen sind die Thyristorzweige einer Phase parallel an einen Anschluß einer Gleichspannungsquelle angeschlossen, weshalb sie vorteilhaft keine hohe Nennspannung (durch Stoßspannung) haben müssen und einen geringeren Nennstrom haben können. In the circuit arrangement according to the invention, the armature current is fully rectified through the thyristors in the range of low speeds, for. B. for the U-phase through the thyristor branches of the corresponding input thyristor group in order to result in successive, continuous current by causing the commutation between these thyristor branches. As a result, the armature current can be greater for the same components than in the known arrangement. In addition, the changes in the engine torque are smaller and the starting torque greater than before. In the range of higher speeds, the thyristor branches of a phase are connected in parallel to a connection of a DC voltage source, which is why they advantageously do not have to have a high nominal voltage (due to surge voltage) and can have a lower nominal current.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing. It shows

Fig. 1 eine herkömmliche Schaltungsanordnung,1 shows a conventional circuit arrangement,

F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1,F i g. 2 is a diagram for explaining the operation the circuit arrangement according to FIG. 1,

F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der bei der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 auftretenden Schwierigkeiten,F i g. 3 is a diagram to explain the circuit arrangement according to FIG. 1 occurring Trouble,

Fig.4 eine Schaltung zur Erläuterung der Spannungsverteilung in einem Teil der Schaltungsanordnung gemäß F ig. 1,4 shows a circuit for explaining the voltage distribution in part of the circuit arrangement according to FIG. 1,

Fi g 'S ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordung, Fi g 'S a first embodiment of the circuit arrangement according to the invention,

Fig.6 und 7 abgewandelte Gleichrichter-Brückenschaltungen des in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels, 6 and 7 modified rectifier bridge circuits of the in FIG. 5 illustrated embodiment,

Fig.8 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, ähnlich F i g. 5 jedoch für drei Phasen,8 shows a second embodiment of the invention Circuit arrangement, similar to FIG. 5 but for three phases,

F i g. 9 drittes Ausführungsbeispiel der eriindungsgemäßen Schaltungsanordnung,F i g. 9 third embodiment of the inventive Circuit arrangement,

F i g. 10 eine Abwandlung des in der F i g. 9 dargestellten Ausführungsbeispiels mit drei Phasen.F i g. 10 shows a modification of the FIG. 9 shown Embodiment with three phases.

Zunächst werden im folgenden der Aufbau und der Betrieb eines üblichen sog. Stromrichtermotors, d h. so eines Synchronmotors mit gesteuertem Umrichter, zum besseren Verständnis der Erfindung erläutertFirst of all, the structure and operation of a conventional so-called converter motor, ie. so a synchronous motor with controlled converter, explained for a better understanding of the invention

In F i g. 1 ist ein herkömmlicher Stromrichtermotor dargestellt. Ein Umrichter 3, der Thyristorzweige bzw. Thyristoren UP_]... WP₂ und C W₁.. WN? umfaßt, ist mit einer Einphasen Stromquelle 1 über eine Glättungsdrossel 2 verbunden. Der Ausgang des Umrichters 3 ist an einen Snychronmotor 4 angeschlossen, während ein Verteiler 5, der an den Synchronmotor 4. und ein Phasenschieber 6, der an die Stromquelle 1 und an eine Quelle für ein Steuersignal angeschlossen ist. mit einem UND-Glied 7 verbunden sind, das Logiksignale aus der, Signalen des Verteilers 5 und des Phasenschiebers 6 erzeugt und Trigger-Signale in die jeweiligen Steueraiv schluß-Elektroden der Thyristoren einspeist.In Fig. 1 shows a conventional converter motor. A converter 3, the thyristor branches or thyristors UP _] ... WP ₂ and CW ₁ .. WN? is connected to a single-phase power source 1 via a smoothing choke 2. The output of the converter 3 is connected to a synchronous motor 4, while a distributor 5, which is connected to the synchronous motor 4. and a phase shifter 6, which is connected to the current source 1 and to a source for a control signal. are connected to an AND gate 7, the logic signals from the, signals of the distributor 5 and the phase shifter 6 generated and trigger signals in the respective Steueraiv circuit electrodes of the thyristors feeds.

In F i g. 2 ist die Wirkungsweise der in der F i g. 1 gezeigten Schaltungsanordnung unter der Bedingung dareestellt. daß die Frequenz der in den Synchronmotor 4 induzierten Gegen-EMK niedriger ist als die Frequenz der Stromquelle 1. Zur Vereinfachung wird im folgenden insbesondere die U-Phase des Synchronmotors 4 erläutert In F i g. 2 zeigt das Diagramm (a) die Signaiverläufe der in den jeweiligen Phasenwicklungen des sich drehenden Synchronmotors 4 induzierten Gegen-EMK. Im Diagramm (b) ist die Zeitsteuerung der Ausgangssignale des Verteilers 5 dargestellt Das Diagramm foj zeigt den Signalverlauf der Quellen-Spannung. Das Diagramm (d) stellt das Ausgangssignal des Phasenschiebers 6 dar. Im Diagramm (e) ist das Zündsignal für den Thyristor UP\ und im Diagramm (f) das Zündsignal für den Thyristor UP₂, also für die Thyristorzweige einer Eingangs-Thyristorgruppe dargestellt In Fig. 2 is the mode of operation of the in FIG. 1 shown under the condition. that the frequency of the back EMF induced in the synchronous motor 4 is lower than the frequency of the power source 1. For simplification, the U-phase of the synchronous motor 4 is explained in particular in the following. 2 shows the diagram (a) of the signal profiles of the back EMF induced in the respective phase windings of the rotating synchronous motor 4. Diagram (b) shows the timing of the output signals from distributor 5. Diagram foj shows the waveform of the source voltage. Diagram (d) shows the output signal of phase shifter 6. Diagram (e) shows the ignition signal for thyristor UP \ and diagram (f) shows the ignition signal for thyristor UP ₂ , ie for the thyristor branches of an input thyristor group

Der Verteiler 5 bestimmt in bezug auf die Drehstellung der jeweiligen Phasenwicklungen des Synchronmotors 4, welche Thyristoren des Umrichters 3 gezündet werden. Insbesondere erzeugt der Verteiler Ausgangssignale in der Folge und Phasenbeziehung, wie sie im Diagramm (b) dargestellt sind, in bezug auf die Gegen-EMK des Synchronmotors 4, gemäß Diagramm (a). Beispielsweise sind während einer Zeitdauer zwischen t\ bis t₂ zwei Thyristoren UP\ und UPi ausgewählt die zur Zündung bereit sind. Der Phasenschieber 6 erzeugt Impulssignale, wie in Diagramm (d) dargestellt, abhängig von einem gegebenen Steuersignal, um den Zündwinkel der jeweiligen Thyristoren in bezug auf die Phase der Quellen-Spannung, wie in Diagramm (c) dargestellt zu bestimmen. Wenn die Signale vom Verteiler 5 und vom Phasenschieber 6 im UND-Glied 7 zusammentreffen, wird das logische Produkt aus beiden Signalen als Trigger-Signal zur Steueranschluß-Elektrode des betreffenden Thyristors des Umrichters 3 gespeist. Beispielsweise werden während der Zeitdauer zwischen fi und t₂ Zündsignale, wie in den Diagrammen (e) und (f) dargestellt, in die Steueranschluß-Elektrode des Thyristors UP\ bzw. UPi eingespeist. Daraufhin leiten die Thyristoren UP\ und UP2 abwechselnd den Laststrom entsprechend den Zündsignalen zur U-Phase des Synchronmotors 4. The distributor 5 determines with reference to the rotational position of the respective phase windings of the synchronous motor 4 which thyristors of the converter 3 are ignited. In particular, the distributor generates output signals in the sequence and phase relationship, as illustrated in diagram (b), with respect to the counter electromotive force of the synchronous motor 4, as shown in graph (a). For example, two thyristors UP \ and UPi that are ready for ignition are selected during a period between t \ to t _2. The phase shifter 6 generates pulse signals as shown in diagram (d) in response to a given control signal in order to determine the firing angle of the respective thyristors with respect to the phase of the source voltage, as shown in diagram (c) . When the signals from distributor 5 and from phase shifter 6 meet in AND element 7, the logical product of the two signals is fed as a trigger signal to the control connection electrode of the relevant thyristor of converter 3. For example, during the period between fi and t _2, ignition signals, as shown in diagrams (e) and (f), are fed into the control connection electrode of the thyristor UP \ or UPi. The thyristors UP \ and UP2 then alternately conduct the load current in accordance with the ignition signals to the U phase of the synchronous motor 4.

Hier soll die Zwischenphasen-Kommutierung, d. h. das Umschalten des Last- oder Verbraucherstromes, beispielsweise von der U-Phase zur V-Phase, betrachtet werden.Here the interphase commutation, i. H. switching the load or consumer current, for example from the U-phase to the V-phase.

Beispielsweise wird, wie in F i g. 2 dargestellt, das Zündsignal zum Thyristor UPi im Zeitpunkt X₂ abgeschnitten. Statt dessen wird das Zündsignal zum Thyristor VP₂ gespeist. In diesem Augenblick ist, wie aus Diagramm (a) hervorgeht, die Gegan-EMK in der U-Phasenwieklung des Synchronmotors 4 höher als in der V Phasenwicklung. Demgemäß fließt ein Strom über den Weg vom Anschluß IJ zum Thyristor UP₂ zum Thyristor VTr und zum Anschluß V. Dieser sog. kommimerungs-Strom löscht den Verbraucherstrom, der durch den Thyristor UP₂ fließt, in diesem Augenblick und bewirkt, daß der Verbraucherstrom durch den Thyristor V P₂ fließt. Insbesondere wird dann, wenn der Kommutierungs-Strom, der einem Strom entspricht, der fließt, wenn die Anschlüsse U und V kurzgeschlossen sind, größer ist als der Verbraucherstrom, im Augenblick des Schaltens der Zündsignale die Kommutierung durch die Gegen-EMK des Synchronmotors 4 bewirkt.For example, as shown in FIG. 2, the ignition signal to the thyristor UPi is cut off at time X _2. Instead, the ignition signal is fed to the thyristor VP ₂ . At this moment, as can be seen from diagram (a) , the counter emf in the U-phase oscillation of the synchronous motor 4 is higher than that in the V-phase winding. Accordingly, a current flows over the path from terminal IJ to thyristor UP ₂ to thyristor VTr and to terminal V. This so-called. Kommimerungs-Strom cancels the consumer current flowing through thyristor UP ₂ at that moment and causes the consumer current to flow through the thyristor V P ₂ flows. In particular, if the commutation current, which corresponds to a current that flows when the connections U and V are short-circuited, is greater than the consumer current, the commutation is effected by the back EMF of the synchronous motor 4 at the moment the ignition signals are switched .

Da die in den Molorwicklungen induzierte Gegen-EMK ungefähr proportional zur Motor-Drehzah ist, wird größerer Kommutierungs-Strom bei höherei Motor-Drehzahl erreicht. Deshalb wird eine Zwischen phasen-Kommutierung ohne Schwierigkeit bei verhältSince the back EMF induced in the molar windings is roughly proportional to the motor speed, the higher the commutation current Motor speed reached. Therefore, an inter-phase commutation is behaved without difficulty

nismäßig hoher Drehzahl ermöglicht Wenn andererseits eine kleine oder gar keine Gegen-EM K in den Wicklungen beim Starten des Motors induziert wird, kann die Zwischenphasen-Kommutierung durch die Gegen-EMK nicht aufgebaut werden. Bei dem in der F i g. 1 dargestellten Thyristor kann jedoch auch eine Zwischenphasen-Kommutierung selbst bei sehr niedriger Geschwindigkeit mit Hilfe eines Wechsels der Spannungsquelle bewirkt werden. Es wird wieder Bezug auf die F i g. 1 und 2 genommen. Wenn beispielsweise eine Kommutierung vom Thyristor 1/P₂ zum Thyristor VP₂ fehlt, wird der Thyristor VP₁ während der sicherstellenden Halbperiode der Quellen-Spannung gezündet, wodurch ein Stromkreis durch den Eingangsanschluß P, den Thyristor VPi, den Anschluß V, den Anschluß U, den Thyristor UP₂ und den anderen Eingangsanschluß Q geschlossen wird. Der durch diesen Kreis fließende Strom ist ausreichend groß, um den im Thyristor UPi zurückbleibenden Laststrom zu löschen und um den Thyristor UP₂ auszuschalten.ately high speed allows other hand, when little or no back-emf in the coils when starting the engine is induced, the intermediate phase commutation can not be built by the back EMF. In the case of the FIG. 1, however, an inter-phase commutation can also be effected even at a very low speed with the aid of a change in the voltage source. Reference is again made to FIG. 1 and 2 taken. If, for example, there is no commutation from the thyristor 1 / P ₂ to the thyristor VP ₂ , the thyristor VP _{1 is} ignited during the half-cycle of the source voltage, creating a circuit through the input terminal P, the thyristor VPi, the terminal V, the terminal U , the thyristor UP ₂ and the other input terminal Q is closed. The current flowing through this circuit is large enough to cancel the load current remaining in the thyristor UPi and to switch off the thyristor UP ₂ .

Wie erläutert, arbeiten die zu einer ersten Gruppe gehörenden und in F i g. 1 dargestellten Stromrichtermotoren zufriedenstellend, was die Zwischenphasen-Kommutierung anbelangt Derartige Stromrichtermotoren weisen jedoch andere Nachteile auf, die hohe Kosten dieser herkömmlichen Stromrichtermotoren bewirken.As explained, those belonging to a first group and shown in FIG. 1 shown converter motors Satisfactory as far as the inter-phase commutation is concerned. Such converter motors however, they have other disadvantages such as the high cost of these conventional converter motors cause.

Es soll nun der Betrieb für den Fall betrachtet werden, daß die Frequenz der im Synchronmotor 4 induzierten Gegen-EMK mit der Frequenz der Quellen-Spannung übereinstimmt Dieses Problem wird anhand F i g. 3 untersucht In F i g. 3 zeigt das Diagramm (a) die in den jeweiligen Wicklungen des Synchronmotors 4 induzierte Gegen-EMK, wobei sich der Synchronmotor 4 mit einer solchen Drehzahl dreht daß die Frequenz der Gegen-EMK gleich der Frequenz der Quellen-Spannung ist. Das Diagramm (b) zeigt die Steuerung der Ausgangssignale des Verteilers 5. Im Diagramm (c) ist der Signalverlauf der Quellen-Spannung dargestellt. Das Diagramm (d) zeigt das Ausgangssignal des Phasenschiebers 6. Die Diagramme (e), (f% (g) und (h) zeigen jeweils die Zündsignale für die Thyristoren LZP₁, UP₂. VP₁ bzw. VP₂. Diese Zündsignale, die das Ausgangssignal des UND-Gatters 7 darstellen, sind logische Produkte des Ausgangssignals des Verteilers 5, wie in Diagramm (b) dargestellt, und des Ausgangssignals des Phasenschiebers 6, wie in Diagramm (d) dargestellt Weiterhin wird in diesem Fall der gesamte durch die U-Phase des Synchronmotors 4 fließende Laststrom durch den Thyristor UPi geführt während der Gegen-Thyristor UPi keinen Laststrom aufweist. Auf diese Weise ist der Laststrom auf einen der beiden Thrtoren jeder Phase konzentriert, wenn die Frequenz der Gegen-EMK des Synchronmotors 4 gleich der Frequenz der Quellen-Spannung ist Eine derartige Konzentration des Laststromes kann bei jedem Thyristor dei Umrichters 3 erfolgen. Deshalb muß jeder Thyristor des Unirichters 3 eine ausreichend große Strombelastbarkeit aufweisen, um den vollen Laststrom zu führen. Operation is now to be considered in the event that the frequency of the back EMF induced in the synchronous motor 4 corresponds to the frequency of the source voltage. This problem is illustrated with the aid of FIG. 3 examines in FIG. 3 shows the diagram (a) of the back EMF induced in the respective windings of the synchronous motor 4, the synchronous motor 4 rotating at such a speed that the frequency of the back EMF is equal to the frequency of the source voltage. Diagram (b) shows the control of the output signals of distributor 5. Diagram (c) shows the signal curve of the source voltage. Diagram (d) shows the output signal of phase shifter 6. Diagrams (e), (f% (g) and (h) each show the firing signals for thyristors LZP ₁ , UP _2, VP ₁ and VP _2, respectively which represent the output of the AND gate 7 are logical products of the output of the distributor 5 as shown in diagram (b) and the output of the phase shifter 6 as shown in diagram (d) . Furthermore, in this case, the whole is through The load current flowing through the U phase of the synchronous motor 4 is passed through the thyristor UPi while the counter-thyristor UPi has no load current The frequency of the source voltage is such a concentration of the load current can occur with each thyristor of the converter 3. Therefore, each thyristor of the converter 3 must have a sufficiently high current carrying capacity en to carry the full load current.

Darüber hinaus müssen die bei dem in F i g. 1 dargestellten Stromrichtennotor verwendeten Thyristoren eine verhältnismäßig hohe Durchbruchsspannung aus folgendem Grund aufweisen. Dam sind in Fig.4. in der ein Tefl der in Fig. 1 gezeigten Schaltung dargestellt ist, die Spannungen Ober den jeweiligen Thyristoren tn emem Zettpunkt, in dem der Thyristor UPx leitet, symbolisch dargestellt Es fet gezeigt, diiß die Spannung über dem Thyristor VP₂ bei momentan nicht erregter Phase V die Summe ist aus der Quellen-Spannung ei und der Zwischenphasen-Spannung euv des Synchronmotors 4. Obwohl die Spannung euv nicht notwendigerweise synchron ist mit der Quellen-Spannung <?i, ist es dennoch jederzeit möglich, daß die Höchstwerte der beiden Wechselspannungen zusammenfallen. Deshalb muß die Höhe der Durchbnichsspannung, die die Thyristoren aushalten können müssen, In addition, the in FIG. 1, thyristors used in the converter motor shown have a relatively high breakdown voltage for the following reason. Dam are shown in Fig. 4. in which a part of the circuit shown in FIG. 1 is shown, the voltages above the respective thyristors at a point in which the thyristor UPx conducts, symbolically shown. It is shown that the voltage across the thyristor VP ₂ when the phase is momentarily not excited V is the sum of the source voltage ei and the interphase voltage euv of the synchronous motor 4. Although the voltage euv is not necessarily synchronous with the source voltage <? I, it is still possible that the maximum values of the two alternating voltages coincide at any time . Therefore, the level of the breakdown voltage that the thyristors must be able to withstand must be

ίο ausgehend von der Summe der jeweiligen Höchstwerte der Quellen-Spannung und der Motor-Spannung bestimmt werden, wobei die Motor-Spannung mit zunehmender Drehzahl des Motors anwächst Daher können die Nachteile des in Fig. 1 dargestellten üblichen Stromrichtermotors wie folgt zusammengefaßt werden:ίο based on the sum of the respective maximum values the source voltage and the motor voltage can be determined, with the motor voltage using As the engine speed increases, the disadvantages of that shown in FIG common converter motor can be summarized as follows:

(1) Es müssen Thyristoren verwendet werden, die normalerweise überschüssige Strombelastbarkeit aufweisen. (1) Thyristors must be used, which normally have excess current carrying capacity.

Das heißt, der Ausnutzungsgrad dieser Thyristoren ist klein.That is, the degree of utilization of these thyristors is small.

(2) Die Thyristoren müssen eine verhältnismäßig hohe Nenn-Durchbruchsspannung aufweisen.(2) The thyristors must have a relatively high nominal breakdown voltage.

Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäßeThese disadvantages are by the invention

2s Schaltungsanordnung beseitigt bei der Thyristoren mit kleinerem Nennwert und niedrigerer Nennspannung bei geringeren Herstellungskosten vorgesehen werden2s circuit arrangement eliminated with the thyristors Lower nominal value and lower nominal voltage can be provided at lower manufacturing costs

können.can.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßenAn embodiment of the invention

Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand F i g. 5 beschrieben. Der wesentliche Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung liegt darin, daß das Ausführungsbeispiel zusätzlich mit einer Gleichriduer-Brückenschaltung 8 und Schaltern 91, 92 -wischen der Stromquelle 1 und dem Umrichter 3 ausgestattet ist. Zunächst sei angenommen, daß sich der Synchronmotor 4 so langsam dreht daß die Frequenz der Gegen-EMK des Synchronmotors 4 geringer ist als die Frequenz derCircuit arrangement is shown below with reference to FIG. 5 described. The main difference between this embodiment and in F i g. 1 circuit arrangement is that the Embodiment additionally with a Gleichriduer bridge circuit 8 and switches 91, 92 -between the power source 1 and the converter 3 is equipped. First, it is assumed that the synchronous motor 4 rotates so slowly that the frequency of the back EMF of the synchronous motor 4 is less than the frequency of the

Quellen-Spannung, und daß deshalb die Zwischenphasen-Kommutierung nicht durch die Gegen-EMK bewirkt werden kann. Die Schalter 91, 92 sind so ausgebildet, daß sie bei niedriger Motor-Drehzahl geöffnet sind. Deshalb arbeitet die in F i g. 5 dargestellteSource voltage, and that therefore the interphase commutation is not caused by the back emf can be. The switches 91, 92 are designed so that they are at low engine speed are open. Therefore works in FIG. 5 shown

Anordnung im wesentlichen in der gleichen Weise wie die in F i g. 1 gezeigte Anordnung, die nicht mit einei Gleichrichter-Brückenschaltung 8 ausgestattet ist außer, daß die Wechselstromquelle einstellbar ist da dif eingeschalteten Teil-Thyristoren durch das Ausgangs Arrangement in essentially the same manner as that in FIG. 1, which is not equipped with a rectifier bridge circuit 8 except that the alternating current source is adjustable since there are partial thyristors switched on through the output

so signal des Phasenschiebers 6 gesteuert werden. Wem nur die U-Phase betrachtet wird, wird der durch di< Thyristoren UP_x und UP₂ fließende Laststrom zwischer beiden Thyristoren in jeder Halbperiode der Quellen Spannung so geschaltet daß der Laststrom deshall so the signal of the phase shifter 6 can be controlled. If only the U-phase is considered, the load current flowing through di <thyristors UP _x and UP ₂ between the two thyristors is switched in each half cycle of the source voltage so that the load current deshall

beiden Thyristoren gemeinsam ist Dies wird dadurcl erreicht daß jeder Thyristor durch den negativen Tei der Quellen-Spannung ausgeschaltet wird. Auf ähnlich Weise wird die Zwischenphasen-Kommutierung ode das Schalten durch den Wechsel der Queflen-Spannuni is common to both thyristors. This is achieved by the fact that each thyristor is switched off by the negative part of the source voltage. The inter-phase commutation or switching is carried out in a similar manner by changing the source voltage

bewirkt Wenn insbesondere der Strom mit der U-Phas des Motors 4 wegen des Ausschaltens der Thyristore UP\ und UP₂ während der negativen Periode de Quellen-Spannung verschwindet, liefert der Verteiler kein U-PhasensignaL Wie aus F i g. 2 hervorgeht, wird iIf, in particular, the current with the U-phase of the motor 4 disappears due to the switching off of the thyristors UP \ and UP ₂ during the negative period of the source voltage, the distributor does not deliver a U-phase signal as shown in FIG. 2, i

diesem Fall die Zwischenphasen-Kommutierung odi das Schalten des Laststromes von der U-Phase zu V- Phase erreicht Es sei nun angenommen, daß sich der Synchronmott In this case the inter-phase commutation or the switching of the load current from the U-phase to the V-phase is achieved. It is now assumed that the synchronous mott

4 mit ausreichend hoher Drehzahl dreht, um eine Zwischenphasen-Kommutierung durch die Gegen-EMK des Synchronmotors 4 zu ermöglichen. Die Schalter 91 und 92 sind so ausgeführt, daß sie bei einer derartigen Drehzahl des Synchronmotors geschlossen sind. Das Schließen der Schalter 91,92 erfolgt dabei mit Hilfe irgendeines bekannten Verfahrens zur Erfassung einer vorbestimmten Drehzahl. Mit dem Schließen der Schalter 91,92 wird die Gleichrichter-Brückenschaltung 8 zwischen die Stromquelle 7 und den Umrichter 3 geschaltet. Wenn nur die U-Phase betrachtet wird, werden durch das Schließen des Schalters 91 die Thyristoren UP\ und UP₂ parallel miteinander verbunden. Demgemäß fließt der Strom von der eingefügten Gleichrichter-Brückenschaltung 8 durch beide Thyristoren UP\ und UP₂. Auf diese Weise wird der Laststrom auf beide Thyristoren im wesentlichen gleich aufgeteilt, selbst wenn die Frequenz der Gegen-EMK gleich der Frequenz der Quellen-Spannung ist. Es erfolgt keine Konzentration des Laststroms auf einen der beiden Thyristoren, wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1.4 rotates at a sufficiently high speed to enable inter-phase commutation by the back EMF of the synchronous motor 4. The switches 91 and 92 are designed so that they are closed at such a speed of the synchronous motor. The switches 91, 92 are closed with the aid of any known method for detecting a predetermined speed. When the switches 91, 92 are closed, the rectifier bridge circuit 8 is connected between the current source 7 and the converter 3. If only the U phase is considered, the closing of the switch 91 connects the thyristors UP 1 and UP _{2 in} parallel with one another. Accordingly, the current flows from the inserted rectifier bridge circuit 8 through both thyristors UP 1 and UP ₂ . In this way the load current is divided essentially equally between both thyristors, even if the frequency of the back EMF is the same as the frequency of the source voltage. There is no concentration of the load current on one of the two thyristors, as in the arrangement according to FIG. 1.

Da das Schließen der Schalter 91 und 92 die Punkte P' und Q' sowie die Punkte P" und Q" miteinander verbindet, ist die in jeden Thyristor des Umrichters 3 eingeprägte Spannung nicht größer als der Zwischenphasen-Wert der Gegen-EMK des Synchronmotors 4. Deshalb ist in diesem Fall nur eine kleinere Nennspannung für die Thyristoren erforderlich als bei den in Fig. 1 dargestellten Thyristoren.Since the closing of the switches 91 and 92 connects the points P ' and Q' as well as the points P " and Q" to one another, the voltage impressed in each thyristor of the converter 3 is not greater than the interphase value of the back EMF of the synchronous motor 4 Therefore, in this case, only a lower nominal voltage is required for the thyristors than for the thyristors shown in FIG.

Zusammenfassend kann also zu diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung folgendes gesagt werden: Wenn sich der Synchronmotor 4 mit einer solchen Drehzahl dreht, daß die Zwischenphasen-Kommutierung durch die Gegen-EMK des Synchronmotors ohne Unterstützung durch den negativen Tei! der Wechselstromquellen-Spannung bewirkt werden kann, ist eine Gleichrichter-Brückenschaltung 8 zwischen Stromquelle 1 und den Umrichter 3 eingefügt, wodurch eine Konzentration des Laststromes auf bestimmte Thyristoren ausgeschlossen und zugleich die für die Thyristoren erforderliche Nennspannung verringert wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Drehzahl des Synchronmotors 4 über die Ausgangsspannung der Gleichrichter-Brückenschaltung zu steuern, die ebenfalls aus Thyristoren aufgebaut und deshalb steuerbar ist. Weiterhin ist eine Nutzbremsung des Synchronmotors möglich.In summary, the following can be said of this exemplary embodiment of the invention: If the synchronous motor 4 rotates at such a speed that the inter-phase commutation through the back EMF of the synchronous motor without support from the negative part! the AC source voltage can be effected is a rectifier bridge circuit 8 between the current source 1 and the Converter 3 inserted, whereby a concentration of the load current on certain thyristors is excluded and at the same time the nominal voltage required for the thyristors is reduced. In addition, it is possible, the speed of the synchronous motor 4 via the output voltage of the rectifier bridge circuit to control, which is also made up of thyristors and is therefore controllable. There is also regenerative braking of the synchronous motor possible.

In Fig.6 ist eine gegenüber der in Fig. 5 dargestellten Gleichrichter-Brückenschaltung 8 abgewandelte Schaltung dargestellt. Die in der Gleichrichter-Briickenschaltung der F i g. 5 dargestellten Thyristo- ren 83 und 84 sind durch Dioden 83' und 84' ersetzt. Auf gleiche Weise können die Thyristorpaare 81,83 oder 82, 84 ersetzt werden. Dies kann geschehen, um die Herstellungskosten für die Schaltungsanordnung zu senkea FIG. 6 shows a circuit modified from the rectifier bridge circuit 8 shown in FIG. 5. The in the rectifier bridge circuit of FIG. 5 thyristors 83 and 84 shown are replaced by diodes 83 'and 84'. The thyristor pairs 81, 83 or 82, 84 can be replaced in the same way. This can be done in order to reduce the manufacturing costs for the circuit arrangement

In F i g. 7 ist eine weitere Abwandlung der Gleichrichter-Briickenschaltur.g 8 dargestellt, bei der alle Thyristoren durch Dioden 81' bis 84' ersetzt sind, während die Stromquelle 1 durch eine Stromquelle 1' mit veränderbarer Spannung, wie beispielsweise durch einen Stelltransformator oder durch einen Induktionsspannungsregler, ersetzt ist. Immer wenn eine Quelle veränderbarer Spannung verfügbar ist. ist diese Abwandlung vorteilhaft, um die Herstellungskosten für die Schaltungsanordnung niedrig zu haltea 6sIn Fig. 7 shows a further modification of the rectifier Briickenschaltur.g 8, in which all thyristors are replaced by diodes 81 'to 84', while the Current source 1 by a current source 1 'with variable voltage, such as by a Variable transformer or by an induction voltage regulator, is replaced. Whenever a source variable voltage is available. this modification is advantageous in order to reduce the production costs for keep the circuitry low a 6s

F i g. 8 zeigt eine Abwandlung des in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels mit drei Phasen. Die Schaltungen und die Baueinheiten bei dieser Anordnung sind für drei Phasen vorgesehen. Weiterhin sind auch in diesem Fall Abwandlungen, wie in den Fig.6 und 7 dargestellt, möglich. F i g. 8 shows a modification of the one in FIG. 5 illustrated embodiment with three phases. The circuits and components in this arrangement are intended for three phases. Furthermore, modifications, as shown in FIGS. 6 and 7, are also possible in this case.

In Fig.9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der wesentliche Unterschied zu dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, daß ein Wechselstromleitungsweg vorgesehen ist, der die steuerbare Gleichrichter-Brückenschaltung anstelle der Schalter 91 und 92 der F i g. 5 nebenschließt.Another embodiment of the invention is shown in FIG. The main difference too the one shown in FIG. 5 is that an alternating current conduction path is provided, which uses the controllable rectifier bridge circuit instead of switches 91 and 92 of FIG. 5 secondary closes.

In Fig. 9 enthält eine Gleichrichterschaltung 10 mit steuerbarer oder veränderbarer Spannung eine Gleichrichtereinheit U, eine einen Kurzschluß verhindernde. Diode 12, eine Batterie 13, eine Drossel 14 und einen Kondensator 15, um das Ausgangssignal der Gleichrichtereinheit U zu glätten, einen Zerhacker 16, um die Ausgangs-Gleichspannung der Gleichrichtereinheit 11 und der Batterie 13 zu steuern, und eine Diode 17, die Strom leitet, wenn der Zerhacker 16 nicht leitet. Diodenpaare 93, 94 und 95, 96 sind am Ausgang der Schaltung 10 voi gesehen, um den Wechselstrom zu unterbrechen, während weitere Diodenpaare 101, 102 und 103,104 im Wechselstrom-Nebenzweig angeordnet sind, um den Gleichstrom zu unterbrechen. Die übrigen Bauteile und Verbindungsleitungen sind im wesentlichen die gleichen wie bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel.In FIG. 9, a rectifier circuit 10 with a controllable or variable voltage contains a rectifier unit U, which prevents a short circuit. Diode 12, a battery 13, an inductor 14 and a capacitor 15 to smooth the output signal of the rectifier unit U, a chopper 16 to control the output DC voltage of the rectifier unit 11 and the battery 13, and a diode 17 that supplies current conducts when chopper 16 is not conducting. Diode pairs 93, 94 and 95, 96 are seen at the output of the circuit 10 voi to interrupt the alternating current, while further diode pairs 101, 102 and 103,104 are arranged in the alternating current branch to interrupt the direct current. The other components and connecting lines are essentially the same as in the embodiment shown in FIG.

Im Betrieb, wenn der Synchronmotor 4 mit niedriger Drehzahl läuft, oder beim Starten des Synchronmotors 4, ist der Zerhacker 16 nichtleitend, um dadurch den Gleichstrom abzuschalten, während Wechselstrom in den Umrichter 3 direkt von der Stromquelle 1 über den Wechselstrom-Nebenzweig eingespeist wird, wobei die Zwischenphasen-Kommutierung im Umrichter 3 durch den Wechsel der Spannung bewirkt wird. Wenn die Drehzahl des Synchronmotors 4 die höhere drehzahl des Normalbetriebes erreicht und die Zwischenphasen-Kommutierung du-ch die Gegen-EMK des Synchronmotors 4 möglich wird, wird der Zerhacker 16 gesteuert, um die Ausgangs-Gleichspannung der gesteuerten Gleichrichterschaltung 10 zu erhöhen. Wenn die Ausgangs-Gleichspannung höher wird als die Wechselspannung der Stromquelle 1, unterbrechen die Dioden 101, 102, 103 und 104 selbständig die direkte Erregung des Umrichters 3 mit dem Wechselstrom. Folglich wird der Strom durch die gesteuerte Gleichrichterschaltung 10 eingespeist.In operation, when the synchronous motor 4 is running at low speed, or when starting the synchronous motor 4, the chopper 16 is non-conductive, thereby switching off the direct current, while alternating current is fed into the converter 3 directly from the power source 1 via the alternating current branch, the inter-phase commutation in the converter 3 is effected by the change in voltage. When the speed of the synchronous motor 4 reaches the higher speed of normal operation and the interphase commutation by the back EMF of the synchronous motor 4 becomes possible, the chopper 16 is controlled in order to increase the output DC voltage of the controlled rectifier circuit 10 . If the output DC voltage is higher than the AC voltage of the power source 1, the diodes 101, 102, 103 and 104 automatically interrupt the direct excitation of the converter 3 with the alternating current. As a result, the current is fed in through the controlled rectifier circuit 10 .

Deshalb werden bei diesem Ausführungsbeispiei die gleichen Wirkungen erzielt wie bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 5. Insbesondere ist der Umrichter 3 direkt an die Wechselstromquelle 1 angeschlossen, um die Zwischenphaien-Kommutierung der Thyristorer sowohl beim Starten als auch während eines Betriebes mit niedriger Drehzahl zu erzielen. Wenn die Drehzah des Synchronmotors 4 einen vorbestimmten höherer Wert oder die normale Betriebs-Drehzahl erreicht, wire der Strom über die gesteuerte Gleichrichterschaltung H eingespeist Auf diese Weise wird eine Konzentratior des Laststromes auf bestimmte Thyristoren im Umrich ter 3 vermieden. Weiterhin ist keine übermäßig hohe Durchbruchsspannung der Thyristoren erforderlich. Ej ist auch zu bemerken, daß bei diesem Ausführungsbei spiel ein Gleichstrom von der Batterie 13 eingespeis wird, wenn während des Betriebs die Stromquelle 1 ausfällt, so daß damit ein kontinuierlicher Betriet möglich ist. Therefore, in this embodiment, the same effects are obtained as in the embodiment of FIG. 5. In particular , the converter 3 is connected directly to the alternating current source 1 in order to achieve the inter-phase commutation of the thyristors both when starting and during operation at low speed. When the speed of the synchronous motor 4 reaches a predetermined higher value or the normal operating speed, the current is fed in via the controlled rectifier circuit H. In this way, a concentration of the load current on certain thyristors in the converter 3 is avoided. Furthermore, an excessively high breakdown voltage of the thyristors is not required. Ej is also to be noted that in this game Ausführungsbei a direct current is fed from the battery 13 if the power source 1 fails during operation, so that continuous operation is possible.

In Fig. 10 ist eine Abwandlung des in der Fig.« dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt wobei dre Phasen vorgesehen sind.In Fig. 10 is a modification of the one shown in Fig. Shown embodiment shown wherein three phases are provided.

Hierzu 7 Blatt ZeichnungenIn addition 7 sheets of drawings

709 WS/22709 WS / 22

Claims

Patent claims:

L Circuit arrangement for speed control of an AC motor, which is fed with voltages S adjustable frequency from a converter, which contains a thyristor arrangement that consistently distributes the current to the individual motor winding phases, the thyristor groups guided on busbars, consisting of thyristor branches in a number that corresponds to the number of phases of the motor corresponds, has, with a power supply device containing an alternating current and a direct current source, switchable by switches in such a way that the thyristor arrangement via the busbars in the range of low speeds of the AC motor with alternating current and in the range of higher speeds at which the voltage induced in the stator windings is used for commutation of the thyristors is sufficient, is supplied with direct current, characterized in that the thyristor arrangement of input and output thyristor groups, the number of which are each equal to the number of phases of the motor, be stands that each thyristor group has a number of thyristor branches which is equal to the number of phases of the alternating current source (1), that the thyristor branches (UPu UP ₂ ; VPu VP ₂ , WPu WP ₂ ) of each input thyristor group (UP, VP, WP) on the anode side with first busbars (P ', Q'fund on the cathode side) corresponding to the number of phases of the alternating current source, so that the thyristor branches (UNu UN ₂ ; VNu VN ₂ ; WN _U WN ₂ ) of each output thyristor group (UN, VN, WN) on the cathode side with second busbars (P ", Q") corresponding to the number of phases of the alternating current source and connected to one another on the anode side, so that the cathode point of each input thyristor group is connected to the anode point of a corresponding output thyristor group and the windings of the motor are connected to these connection points, and that in the low speed range from the supply device alternating current via the first (P ', Q) and second (P ", Q' ^ busbars is fed and in the range of higher speeds the first and second busbars are each connected to each other at connection points and direct current between di esen is fed.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the direct voltage source def supply device consists of an open rectifier bridge circuit (8), whose alternating current sources are connected to the alternating current source (1) and whose positive direct current connections of the individual bridges with ge the first busbars (P ', Q') and their negative DC connections are connected to the second busbars (P ", Q") .

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the rectifier bridge circuit is fully, semi-controllable or not controllable.

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that within the supply device the first busbars via conductive diodes (101, 103) and the second busbars via dissipating diodes (102, 104) are connected to the phases of the alternating current source, and that the first and second busbars with their respective connection point via dissipating resp. conducting diodes are connected.