DE2247867C3

DE2247867C3 - Circuit arrangement for speed control of an AC motor

Info

Publication number: DE2247867C3
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: 1977-10-13

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung /ur Drehzahlsteuerung eines Wechselstrommotors, der mit Spannungen einstellbarer Frequenz von einem Umrichter gespeist ist, der eine den Strom folgerichtig auf die einzelnen Motorwickiungsphasen verteilende Thyristoranordnung enthält, die auf Sammelschienen geführte, aus Thyristorzweigen bestehende Thyrislorgruppen in einer Anzahl, die der Phasenzah! des Motors enispricht, 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 / ur speed control of an AC motor which is fed with voltages of adjustable frequency from a converter which contains a thyristor arrangement which consistently distributes the current to the individual motor winding phases, the thyristor groups consisting of thyristor branches in a number that are guided on busbars Number of phases! of the motor enispricht, 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 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 Anlaufmoment 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 v/irksame 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 motor 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 as large as the v / effective 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 Anlaufdrehmomenl 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 develops a high starting torque and low ripple in the low speed range nevertheless the thyristors can have a low nominal voltage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Thyristoranordnung aus Eingangs- und Ausgangs-Thyristorgruppen, 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 Wechselslromquelle ist, daß die Thyristorzweige jeder Eingangs-Thyristorgruppe anodenseitig mit ersten, der Phasenzah! der Wechselstromquelle entsprechenden Sammelschienen und kathodenseitig miteinander verbunden sind, daß die Thyristorzweige jeder Ausgangs-Thyristorgruppe kalhodenseitig 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 erstenThis object is achieved according to the invention in that the thyristor arrangement of input and output thyristor 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 calhode side with the 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

ind zweiten Sammelschienen eingespeist ist und im Bereich höherer Drehzahlen die ersten und zweiten iammelschienen jeweils in Verbindungspunkten miteinander verbunden sind und Gleichstrom zwischen diesen eingespeist ist.is fed into the second busbars and the first and second in the higher speed range 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 'Jnteransprüche weitergebildet.The invention is further developed by the features of the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im Bereich niedriger Drehzahlen der Ankersirom durch die Thyristoren vollweg-gleichgerichtet, ζ. B. für die U-Phase durch die Thyristorenzweige der entsprechenden Eingangs-Thyristorgruppe, 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 Anlaufmoment 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 sirom is in the range of low speeds fully rectified by the thyristors, ζ. B. for the U-phase through the thyristor branches of the corresponding Input thyristor group to give successive continuous currents by adding the Commutation is effected between these thyristor branches. As a result, the armature current can be at same components be larger than in the known arrangement. In addition, the Changes in the motor torque are smaller and the starting torque is greater than before. In the higher area Rotational speeds are the thyristor branches of a phase in parallel with one connection of a DC voltage source connected, which is why they advantageously do not have to have a high nominal voltage (due to surge voltage) and can have a lower rated 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 indicates

F i g. 1 eine herkömmliche Schaltungsanordnung,F i g. 1 shows a conventional circuit arrangement,

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs der Schaltungsanordnung gemäß Fig. t,FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the circuit arrangement according to FIG.

Fig.3 ein Diagramm zur Erläuterung der bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.! auftretenden Schwierigkeiten,3 shows a diagram to explain the circuit arrangement according to FIG. 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,

F i g. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schallungsanordung,F i g. 5 a first embodiment of the formwork 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 exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention, similar to FIG. 5 but for three phases,

Fig.9 drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,Fig.9 third embodiment of the invention Circuit arrangement,

Fig. 10 eine Abwandlung des in der F i g. 9 dargestellten Ausführungsbeispiels mit drei Phasen.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. eines Synchronmotors mit gesteuertem Umrichter, zum besseren Verständnis der Erfindung erläutert.First of all, the structure and operation of a conventional so-called converter motor, ie. H. a synchronous motor with controlled converter, explained for a better understanding of the invention.

In Fig. 1 ist ein herkömmlicher Stromrichtermotor dargestellt. Ein Umrichter 3, der Thyristorzweige bzw. Thyristoren UP\.. ■ WP₂ und LWi... WzV₂ 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 t und an eine Quelle für ein Steuersignal angeschlossen ist, mit einem UND-Glied 7 verbunden sind, das Logiksignale aus den Signalen des Verteilers 5 und des Phasenschiebers 6 erzeugt und Trigger-Signale in die jeweiligen Stcueranschluß-Elektroden der Thyristoren einspeist. ^ft5In Fig. 1, a conventional converter motor is shown. A converter 3, which includes thyristor branches or thyristors UP \ .. ■ WP ₂ and LWi ... WzV ₂ , 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 t and to a source for a control signal, is connected to an AND element 7 that generates logic signals from the signals of the distributor 5 and the phase shifter 6 and feeds trigger signals into the respective control connection electrodes of the thyristors. ^ft 5

In Fig.2 ist die Wirkungsweise der in der Fig. 1 gezeigten Schaltungsanordnung unter der Bedingung Harerestellt. 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 Fig. 2 zeigt das Diagramm (a) die Signalverläufe der in den jewe^;!igen Phasenwickluiigen des sich drehenden Synchronmotors 4 induzierten Gegen-EMK.. Im Diagramm (b)\si die Zeitsteuerung der Ausgangssignale des Verteilers 5 dargestellt. Das Diagramm (erzeigt den Signalveriaui der Quellen-Spannung. Das Diagramm (^stellt das Ausgangssignal des Phasenschiebers 6 dar. Im Diagramm (e) ist das Zündsignal für den Thyristor UP\ und im Diagramm (Q das Zündsignal für den Thyristor UP₂, also für die Thyristorzweige einer Eingangs-Thyristorgruppe dargestellt. In FIG. 2, the mode of operation of the circuit arrangement shown in FIG. 1 is established under the condition Har. 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 below. In Fig. 2, the diagram (a) shows the waveforms in the respective ^; ! igen phase windings of the rotating synchronous motor 4 induced back EMF .. In diagram (b) \ si the timing of the output signals of the distributor 5 is shown. The diagram (shows the signal variation of the source voltage. The diagram (^ shows the output signal of the phase shifter 6. In diagram (e) the ignition signal for the thyristor UP \ and in diagram (Q the ignition signal for the thyristor UP ₂ , i.e. for the thyristor branches of an input thyristor group.

Der Verteiler 5 bestimmt in bezug auf die Drehslellung der jeweiligen Phasenwicklungen des Synchronmotors 4, welche Thyristoren des Umrichters 3 gezündet werden. Insbesondere erzeugt der Verteiler Ausgangssignaie in der Folge und Phasenbeziehung, wie sie im Diagramm (b) dargestellt sind, in bezug auf die Gegen-EMK. des Synchronmotors 4, gemäß Diagramm (α). Beispielsweise sind während einer Zeildauer zwischen /1 bis r₂ 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 i\ und r₂ Zündsignale, wie in den Diagrammen (e) und (Q dargestellt, in die Steueranschluß-Elektrode des Thyristors UP\ bzw. UPi eingespeist. Daraufhin leiten die Thyristoren UP\ und UP-i abwechselnd den Laststrom entsprechend den Zündsignalen zur U-Phase des Synchronmotors 4.The distributor 5 determines with reference to the rotation 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 shown in diagram (b) with respect to the back EMF. of the synchronous motor 4, according to diagram (α). For example, two thyristors UP] and UPi that are ready for ignition are selected during a line duration between / 1 to r _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, ignition signals are fed into the control connection electrode of the thyristor UP \ or UPi during the period between i \ and r ₂ , as shown in diagrams (e) and (Q. Then the thyristors UP \ and UP-i conduct alternately the load current according to the ignition signals for the U phase of the synchronous motor 4.

Hier soll die Zwischenphasen-Kommulicrung, d. h. das Umschalten des Last- oder Verbraucherstromes, beispielsweise von der U-Phase zur V-Phase, betrachtet werden.Here the interphase communication, i.e. 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 UPj im Zeitpunkt h abgeschnitten. Statt dessen wird das Zündsignal zum Thyristor VP₂ gespeist. In diesem Augenblick ist, wie aus Diagramm (α) hervorgeht, die Gegen-EMK in der U-Phasenwicklung des Synchronmotors 4 höher als ir der V-Phasenwicklung. Demgemäß fließt ein Stroir über den Weg vom Anschluß U zum Thyristor UP2 zun Thyristor VP₂ und zum Anschluß V. Dieser sog Kommutierungs-Strom löscht den Verbraucherstrom der durch den Thyristor LIP₂ fließt, in diesem Augenblicl· und bewirkt, daß der Verbraacherstrom durch der Thyristor VP₂ fließt. Insbesondere wird dann, wenn de Kommutierungs-Strom, der einem Strom entspricht, de fließt, wenn die Anschlüsse U und V kurzgeschlossei sind, größer ist als der Verbraucherstrom, im Augen blick des Schaltens der Zündsignale die Komrnutierunj durch die Gegen-EMK des Synchronmotor 4 bewirkt.For example, as shown in FIG. 2, the ignition signal to thyristor UPj is cut off at time h. Instead, the ignition signal is fed to the thyristor VP ₂ . At this moment, as can be seen from diagram (α) , the back EMF in the U-phase winding of the synchronous motor 4 is higher than that in the V-phase winding. Accordingly, a Stroir flows over the path from the connection U to the thyristor UP2 to the thyristor VP ₂ and to the connection V. This so-called commutation current cancels the consumer current flowing through the thyristor LIP ₂ , and causes the consumer current to flow through the Thyristor VP 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, when the ignition signals are switched, the communication is achieved by the back EMF of the synchronous motor 4 causes.

Da die in den Motorwicklungen induzierte Ge gen-F.MK ungefähr proportional zur Motor-Drehzar ist, wird größerer Kommulierungs-Strom bei höhere Motor-Drehzahl erreicht. Deshalb wird eine Zwischen phasen-Kommutieriing ohne Schwierigkeit bei verhallSince the counter-F.MK induced in the motor windings is roughly proportional to the motor speed is, a higher communication current is achieved at a higher motor speed. Therefore it becomes an intermediate phase commutation without difficulty with reverberation

nismäßig hoher Drehzahl ermöglicht. Wenn andererseits eine kleine oder gar keine Gegen-EMK 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 Fig. 1 und 2 genommen. Wenn beispielsweise eine Kommutierung vom Thyristor LZP₂ zum Thyristor VP₂ fehlt, wird der Thyristor VPi 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 UP₂ zurückbleibenden Laststrom zu löschen und um den Thyristor L)P₂ auszuschalten.nism moderately high speed allows. On the other hand, if little or no back EMF is induced in the windings when the motor is started, the inter-phase commutation cannot be established 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 made again to FIGS. If, for example, there is no commutation from the thyristor LZP ₂ to the thyristor VP ₂ , the thyristor VPi 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 sufficiently large to extinguish the load current remaining in the thyristor UP ₂ and to switch off the thyristor L) P 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 interphase 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 Fig.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 UP₁, UP₂, VPi 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 UP\ geführt, während der Gegen-Thyristor UP₂ keinen Laststrom aufweist. Auf diese Weise ist der Laststrom auf einen der beiden Thyristoren 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 des Umrichters 3 erfolgen. Deshalb muß jeder Thyristor des Umrichters 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 by FIG. 3 examined. In FIG. 3, diagram (a) shows 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 ignition signals for thyristors UP ₁ , UP ₂ , VPi and VP ₂ , respectively. These ignition signals, which represent the output signal of the AND gate 7, are logical products of the output signal of the distributor 5, as shown in diagram (b) , and the output signal of the phase shifter 6, as shown in diagram (d) . Furthermore, in this case, the entire load current flowing through the U phase of the synchronous motor 4 is passed through the thyristor UP \ , while the counter-thyristor UP _{2 has} no load current. In this way, the load current is concentrated on one of the two thyristors of each phase when the frequency of the back EMF of the synchronous motor 4 is equal to the frequency of the source voltage. Such a concentration of the load current can take place in each thyristor of the converter 3. Therefore, each thyristor of the converter 3 must have a sufficiently large current capacity to carry the full load current.

Darüber hinaus müssen die bei dem in F i g. I dargestellten Stromrichtermotor verwendeten Thyristoren eine verhältnismäßig hohe Durchbruchsspannung aus folgendem Grund aufweisen. Dazu sind in F i g. 4, in der ein Teil der in F i g. 1 gezeigten Schaltung dargestellt ist, die Spannungen über den jeweiligen Thyristoren in einem Zeitpunkt, in dem der Thyristor UP\ leitet, symbolisch dargestellt. Es ist gezeigt, daß 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 e₍;v nicht notwendigerweise synchron ist mit der Quellen-Spannung Ci, ist es dennoch jederzeit möglich, daß die Höchstwerte der beiden Wechselspannungen zusammenfallen. Deshalb muß die Höhe der Durchbruchsspannung, die die Thyristoren aushalten können müssen, 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.In addition, the in F i g. I illustrated converter motor used thyristors have a relatively high breakdown voltage for the following reason. For this purpose, FIG. 4, in which part of the in F i g. 1 is shown, the voltages across the respective thyristors at a point in time in which the thyristor UP \ conducts, shown symbolically. It is shown that the voltage across the thyristor VP ₂ when the phase V is not excited is the sum of the source voltage ei and the interphase voltage euv of the synchronous motor 4. Although the voltage e ₍ ; v is not necessarily synchronous with the Source voltage Ci, it is nevertheless possible at any time that the maximum values of the two AC voltages coincide. Therefore, the level of the breakdown voltage that the thyristors must be able to withstand must be determined on the basis of the sum of the respective maximum values of the source voltage and the motor voltage the motor voltage increases with increasing speed of the motor.

Daher können die Nachteile des in F i g. 1 dargestellten üblichen Stromrichtermotors wie folgt zusammengefaßt werden:Therefore, the disadvantages of the FIG. 1 shown conventional converter motor summarized as follows will:

(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 Have nominal breakdown voltage.

Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung beseitigt, bei der Thyristoren mit kleinerem Nennwert und niedrigerer Nennspannung bei geringeren Herstellungskosten vorgesehen werden können.These disadvantages are eliminated by the circuit arrangement according to the invention, with the thyristors Lower nominal value and lower nominal voltage can be provided at lower manufacturing costs be able.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand F i g. 5 beschrieben. Der wesentliche Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung liegt darin, daß das Ausführungsbeispiel zusätzlich mit einer Gleichrichter-Brückenschaltung 8 und Schaltern 91, 92 zwischen 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 der Quellen-Spannung, und daß deshalb die Zwischenphasen-Kommuticrung 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 dargestellte Anordnung im wesentlichen in der gleichen Weise wie die in Fig. 1 gezeigte Anordnung, die nicht mit einer Glcichrichtcr-Brückenschaltung 8 ausgestattet ist. außer, daß die Wechselstromquelle einstellbar ist, da die eingeschalteten Teil-Thyristoren durch das Ausgangssignal des Phasenschiebers 6 gesteuert werden. Wenn nur die U-Phase betrachtet wird, wird der durch die Thyristoren UP\ und UP₂ fließende Laststrom zwischen beiden Thyristoren in jeder Halbperiodc der Quellen-Spannung so geschaltet, daß der Laststrom deshalb beiden Thyristoren gemeinsam ist. Dies wird dadurch erreicht, daß jeder Thyristor durch den negativen Tci¹ der Quellen-Spannung ausgeschaltet wird. Auf ähnliche Weise wird die Zwischenphasen-Kommuticrung odci das Schalten durch den Wechsel der Quellen-Spannung bewirkt. Wenn insbesondere der Strom mit der U-Phast des Motors 4 wegen des Ausschalten der Thyristorci UP\ und UP] während der negativen Periode de Quellen-Spannung verschwindet, liefert der Verteiler: kein U-Phasensignal. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, wird i diesem Fall die Zwischenphasen-Kommuticrung ode das Schalten des Laststromes von der U-Phase zu V-Phasc erreicht.An exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention is described below with reference to FIG. 5 described. The main difference between this embodiment and the circuit arrangement shown in FIG. 1 is that the embodiment is additionally equipped with a rectifier bridge circuit 8 and switches 91, 92 between the current source 1 and the converter 3. 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 lower than the frequency of the source voltage, and that therefore the interphase commutation cannot be effected by the back EMF. The switches 91, 92 are designed so that they are open at low engine speed. Therefore works in FIG. The arrangement shown in FIG. 5 essentially in the same way as the arrangement shown in FIG. except that the alternating current source is adjustable, since the switched-on partial thyristors are controlled by the output signal of the phase shifter 6. If only the U phase is considered, the load current flowing through the thyristors UP 1 and UP _{2 is switched} between the two thyristors in each half cycle of the source voltage in such a way that the load current is therefore common to both thyristors. This is accomplished by turning off each thyristor by the negative Tci ^{1 of} the source voltage. In a similar way, the inter-phase commutation or switching is effected by changing the source voltage. If, in particular, the current with the U-phase of the motor 4 disappears during the negative period of the source voltage due to the switching off of the thyristors UP \ and UP] , the distributor delivers: no U-phase signal. As shown in FIG. 2, the inter-phase commutation or switching of the load current from the U-phase to the V-phase is achieved in this case.

Es sei nun angenommen, daß sich der SynchronmotiIt is now assumed that the synchronous moti

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 LJP₂ parallel miteinander verbunden. Demgemäß fließt der Strom von der eingefügten Gleichrichter-Brückenschaltung 8 durch beide Thyrisioren UP\ und UP₇. 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 gemiiß F i g. 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 LJP _{2 in} parallel with each other. Accordingly, the current flows from the inserted rectifier bridge circuit 8 through both thyrisors UP 1 and UP ₇ . 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 Teil der Wechselsiromquellen-Spannung bewirkt werden kann, ist eine Gleichrichter-Brückcnschaltung 8 zwischen Stromquelle 1 und den Umrichter 3 eingefügt, wodurch eine Konzentralion des Laststromes auf bestimmte Thyristoren ausgeschlossen und zugleich die für die Thyristoren erforderliche Nennspannung verringert wird. Darüber hinaus ist es möglich, die Drehzahl des Synchronmotor 4 über die Ausgangsspannung der Gleichrichter-Briickcnschaltung 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 the support of the negative part of the AC source voltage can be effected is a rectifier bridge circuit 8 inserted between the power source 1 and the converter 3, whereby a concentration of the Load current on certain thyristors excluded and at the same time the one required for the thyristors Nominal voltage is reduced. In addition, it is possible to increase the speed of the synchronous motor 4 via the Control output voltage of the rectifier bridge circuit, which is also made up of thyristors and is therefore controllable. Regenerative braking of the synchronous motor is also possible.

In Fig. 6 ist eine gegenüber der in F i g. 5 dargestellten Glcichrichter-Brückcnschaltung 8 abgewandelte Schaltung dargestellt. Die in der Glcichrichtcr-Brückenschaltung der F i g. 5 dargestellten Thyristoren 83 und 84 sind durch Dioden 83' und 84' ersetzt. Auf gleiche Weise können die Thyrisiorpaarc 81,83 oder 82, 84 ersetzt werden. Dies kann geschehen, um die Herstellungskosten für die Schaltungsanordnung zu senken. S5In Fig. 6 is a compared to that in F i g. 5 shown rectifier bridge circuit 8 modified Circuit shown. The ones in the rectifier bridge circuit the F i g. 5 thyristors 83 and 84 shown are replaced by diodes 83 'and 84'. on the same way the thyrisior pairs 81,83 or 82, 84 must be replaced. This can be done in order to reduce the manufacturing costs for the circuit arrangement reduce. S5

In F i g. 7 ist eine weitere Abwandlung der Gleichrichter-Brückenschaltung 8 dargestellt, bei der alle Thyristoren durch Dioden 81' bis 84' ersel/.t sind, während die Stromquelle 1 durch eine Stromquelle Γ mit veränderbarer Spannung, wie beispielsweise durch einen Stelltransformator oder durch einen lnduktionsspannungsreglcr, ersetzt ist. Immer wenn eine Quelle veränderbarer Spannung verfügbar ist, ist diese Abwandlung vorteilhaft, um die Herstellungskosten für die Schaltungsanordnung niedrig zu halten. ftsIn Fig. 7 is another modification of the rectifier bridge circuit 8 shown, in which all thyristors by diodes 81 'to 84' ersel / .t, while the Current source 1 through a current source Γ with changeable Voltage, for example 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 manufacturing costs for to keep the circuitry low. fts

Fig. 8 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispicls mit drei Phasen. Die Schaltungen und die Baueinheiten bei dieser AnordnungFIG. 8 shows a modification of that in FIG. 5 illustrated embodiment example with three phases. The circuits and the structural units in this arrangement

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen sind für drei Phasen vorgesehen. Weiterhin sind auch in diesem Fall Abwandlungen, wie in den F i g. 6 und 7 dargestellt, möglich.For this purpose, 7 sheets of drawings are provided for three phases. Furthermore, in In this case, modifications as shown in FIGS. 6 and 7 shown, possible.

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-Brückcnschaltung anstelle der Schalter 91 und 92 der F i g. 5 nebenschließt. In Fig.9 enthält eine Gleichrichlerschaltung 10 mit steuerbarer oder veränderbarer Spannung eine Gleichrichtereinheit 11, eine einen Kur/.schluß verhindernde, Diode 12, eine Batterie 13. eine Drossel 14 und einen Kondensator 15, um das Ausgangssignal der Gleichrichtereinheit 11 zu glätten, einen Zerhacker 16, um die Ausgangs-Gleichspannung der Glcichrichtereinhcit 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, % sind am Ausgang der Schaltung 10 vorgesehen, 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 F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel.A further embodiment of the invention is shown in FIG. 9. The essential difference to that in FIG. 5 is that an alternating current conduction path is provided, which the controllable rectifier bridge circuit instead of the switches 91 and 92 of FIG. 5 secondary closes. In FIG. 9, a rectifier circuit 10 with controllable or variable voltage contains a rectifier unit 11, a short-circuit preventing diode 12, a battery 13. a choke 14 and a capacitor 15 to smooth the output signal of the rectifier unit 11 Chopper 16 to control the output DC voltage of the rectifier unit 11 and the battery 13 , and a diode 17 which conducts current when the chopper 16 is not conducting. Diode pairs 93, 94 and 95,% are provided at the output of the circuit 10 in order 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 connection lines are essentially the same as in the case of the one in FIG. 5 illustrated embodiment.

Im Betrieb, wenn der Synchronmotor 4 mit niedriger Drehzahl läuft, oder beim Starten des Synchronmotors 4, ist der Zerhacker !6 nichtleitend, um dadurch den Gleichstrom abzuschalten, während Wechselstrom in den Umrichter 3 direkt von der Stromquelle 1 über den Wechselstrom-Nebenzwcig 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 durch die Gegen-EMK des Synchronmotor 4 möglich wird, wird der Zerhacker 16 gesteuert, um die Ausgangs-Gleichspannung der gesteuerten Glcichrichterschaltung 10 zu erhöhen. Wenn die Aiisgangs-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 Glcichrichterschaltung 10 eingespeist.In operation, when the synchronous motor 4 is running at low speed, or when starting the synchronous motor 4, the chopper 6 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 auxiliary , the inter-phase commutation in the converter 3 being caused by the change in voltage. When the speed of the synchronous motor 4 reaches the higher speed of normal operation and the inter-phase commutation becomes possible by the back EMF of the synchronous motor 4, the chopper 16 is controlled in order to increase the output DC voltage of the controlled rectifier circuit 10. If the output direct voltage becomes higher than the alternating 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 through the controlled rectifier circuit 10 .

Deshalb werden bei diesem Alisführungsbeispiel die gleichen Wirkungen erzielt wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5. Insbesondere ist der Umrichter 3 direkt an die Wechsclstromqucllc I angeschlossen, um die Zwischenphasen-Kommutierung der Thyristoren sowohl beim Starten als auch während eines Betriebes mit niedriger Drehzahl zu erzielen. Wenn tlic Drehzahl des Synchronmotors 4 einen vorbestimmten höheren Wert oder die normale Betriebs -Drehzahl erreicht, wird der Strom über die gesteuerte Gleichrichterschaltung 10 eingespeist. Auf diese Weise wird eine Konzentration des Laststromes auf bestimmte Thyristoren im Umrichter 3 vermieden. Weiterhin ist keine übermäßig hohe Durchbruchsspannung der Thyristoren erforderlich. Es ist auch zu bemerken, daß bei diesem Ausführungsbeispiel ein Gleichstrom von der Batterie 13 eingespeist wird, wenn während des Betriebs die Stromquelle 1 ausfällt, so daß damit ein kontinuierlicher Betrieb möglich ist.The same effects are therefore achieved in this exemplary embodiment as in the exemplary embodiment in FIG. 5. In particular, the converter 3 is connected directly to the alternating current source I in order to achieve the inter-phase commutation of the thyristors both when starting and during operation at low speed . If TLIC speed of the synchronous motor 4 reaches a predetermined higher value or the normal operation pot reference, the current is fed via the controlled rectifier circuit 10th 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. It should also be noted that, in this embodiment, a direct current is fed in from the battery 13 if the power source 1 fails during operation, so that continuous operation is possible with it.

In Fig. 10 ist eine Abwandlung des in der F i g. dargestellten Ausführungsbcispicls gezeigt, wobei drei Phasen vorgesehen sind.FIG. 10 shows a modification of the FIG. Illustrated embodiment shown, with three Phases are provided.

709 641/262709 641/262

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for speed control of an AC motor, which is fed with voltages of adjustable frequency from a converter, which contains a thyristor arrangement that consistently distributes the current to the individual motor winding phases, the thyristor groups, which are made of thyristor branches and run on busbars, in a number that corresponds to the phase number of the motor corresponds, has, with a power supply device containing an alternating current and a direct current source, umsehalibaren by switches, that the thyrislor arrangement via the busbars in the range of low speeds of the AC motor i.iit alternating current and in the range of higher speeds at which the voltage induced in the stator windings Sufficient for commutation of the thyristors, 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, consists 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 ; VP _U VP ₂ , WP _U WP ₂ ) of each input thyristor group (UP, VP, WPj on the anode side with first busbars (P ', Q') corresponding to the number of phases of the alternating current source and on the cathode side connected to one another so that the thyristor branches (UNu UN ₂ ; VNu VNy, W / V ,, WZV ₂ ) of each output thyristor group (UN, VN, WN) on the cathode side with second busbars (P ", Q") wvlA corresponding to the number of phases of the alternating current source are connected to one another on the anode side so that the cathode point 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 " , (^ "^ Busbars and in the range of higher speeds the first and second busbars are connected to each other at connection points and direct current between en this is fed.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the direct voltage source of the supply device consists of an open rectifier bridge circuit (8), the alternating current connections of which are connected to the alternating current source (1) and whose positive direct current connections of the individual bridge branches are connected to 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.Schaltung arrangement according to claim!, Characterized in that within the supply device, the first busbars via conductive diodes (iöi, iö3) 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 are connected to their respective connection point via diverting or conducting diodes.