DE2259826A1 - Verfahren zum stromrichterbetrieb fuer drehstommaschinen mit besonderer wicklung ohne stromrichtungsumkehr im wicklungsstrang - Google Patents

Description

• Verfahren zum Stromrichterbetrieb für Drehstrommaschinen mit besonderer Wicklung ohne Stromrichtungsumkehr im Wicklungsstrang Die Erfindung betrifft ein Verfahren, Drehstrommaschinen -rotierender oder linearer Bauart - insbesondere Asynchronmaschinen und homopolare Synchronmaschinen mit variabler Drehzahl bzw. Geschwindigkeit am Stromrichter, insbesondere am Direktumrichter, zu betreiben.
• Unter den vielseitigen elektromotorischen Antrieben mit veränderlicher Drehzahl gibt es Anwendungsfalle, die den Einsatz von Drehstrommotoren mit moglichst einfachem Aufbau des Rotors erfordern. Hierzu sind Asynchronmaschinen mit KäfigläuSer und homopolare Synchronmaschinen geeignet, deren Drehzahl durch Frequenz- und Spannungsregelung eines Umrichters geregelt oder gesteuert wird.
• Es ist bekannt, derartige Drehstromantriebe mit variabler Frequenz und Spannung durch Stromrichter mit Gleichstromzwischenkreis sowie durch Direktumrichter zu betreiben.
• Der Betrieb von Asynchronmaschinen benötigt einen hohen Aufwand a) für selbstgeführte Stromrichter mit Gleichstromzwischenkreisdurch die zweifache Energieumformung im Gleichrichter und im Pulswechselrichter sowie den Energiespeicher im Zwischenkreis-oder b) für tirektumrichter- durch die Notwendigkeit antiparalleler Stromrichter in jedem Wicklungsstrang.-. Bei homopolaren Synchronmaschinen ist zusätzlich zur Drehstromwicklung im Ständer des Motors eine Erregerwicklung erforderlich.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für den Stromrichterbetrieb der genannten Drehstrommaschinen zu vereinfachen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsmäßig dadurch gelöst, daß diese Drehstrommaschinen von einem Stromrichter gespeist werden, der sowohl drei - ein symmetrisches Drehstromsystem bildende -Wechselströme erzeugt als auch drei diesen Wechselströmen überlagerte Gleichströme, derart, daß die Stromrichtung in jedem Strang des Stromrichters und der Wicklung sich nicht umkehrt.
• Erfindungsgemaß muß die Wicklung der Drehstrommaschinen für derartigen Betrieb besonders aufgebaut sein. Die dreisträngige Drehstromwicklung ist in an sich bekannter Weise in sechs Zonen pro Polpaar unterteilt und als Zweischichtwicklung ausgeführt (Bild 1).
• Erfindungsgemäß sind die Zonen der Wicklung derart von den Gleichstromen mit überlagerten Wechselstromen durchflossen, daß sich in jeder Nut des Standers der Maschine die Gleichströme aus Oberschicht und Unterschicht der Wicklung in ihrer Wirkung aufheben.
• Erfindungagemäß unterscheiden sich die Wicklungen für die beiden Ausfuhrungsbeispiele Asynchronmotor (Bild 2) und homopolarer Induktionsmotor (Bild 3) dadurch, daß im ersten Prall die in den Wickelkopfen fließenden Gleichstromkomponenten sich aufheben, während im zweiten Pall die Gleichströme in den Wickelköpfen ein homopolares Gleichfeld in der Maschine erzeugen, welchem durch die unterschiedliche magnetische Leitfähigkeit des Rotors ein Drehfeld überlagert wird.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß trotz der erforderlichen Vergrößerung der Typenleistung von Motor und Stromrichter infolge der zusätzlichen Gleichstromglieder eine wesentliche Einsparung durch Wegfall der antiparallelen Ventile des Direktumrichters zu erreichen ist. Weiterhin entfallen damit Kreisstromdrosseln bei kreisstrombehafteten Schaltungen bzw. Umschaltlogik und Stromrichtungsüberwachung bei kreisstromfreien Schaltungen.
• Besondere Vorteile sind bei dieser Konzeption des Direktumrichter-Antriebes zu erwarten, wenn die Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes groß gegenüber der Speisefrequenz des Antriebs ist.
• Beim homopolaren Synchronmotor wird die Gleichstrom-Erregerfeldwicklung eingespart; ihre Aufgabe übernimmt das Wickelkopf-Gleichfeld. Als Linearmotor weist dieser homopolare Synchronmotor ohne zusätzliche Erregerfeldwicklung neben der einfacheren Bauform den Vorteil auf, daß das Gleichfeld an den Motorenden allmählich aufgebaut wird.
• Ausführungsbeispiele der Drehstromwicklungen zeigen: Bild 1 für eine übliche Maschine mit ungesehnter Zweischichtwicklung - Oberschicht (1), Unterschicht (2) - mit sechs Zonen (3) pro Polpaar (4); Bild 2 für eine Asynchronmaschine gemäß der Erfindung, deren drei Wicklungsstrange u, v, w sowohl von Wechselstrom als auch von Gleichstrom durchflossen sind; Bild 3 für eine homopolare Synchronmaschine gemäß der Erfindung, in welcher der Gleichstrom in den Wickelköpen ein Gleichfeld erzeugt.
• Teil A der Bilder zeigt jeweils die Verteilung der Wicklongsstränge in den Zonen (3) . - Teil 3 B der Bilder zeigt das dazugehörende Wicklungsschema, wobei je Spulengruppe pro Zone (3) nur eine Spule gezeichnet ist. Die dick gezeichneten Spulenseiten bilden die Oberschicht (1) , die dunn" gezeichneten Spulenseiten bilden die Unterschicht (2) .
• In Bild 2 B und 3 B sind die Richtungen der den Wechselströmen überlagerten Gleichströme durch Pfeilspitzen gekennzeichnet.
• Man erkennt, daß sich die Wirkung*der Gleichströme im aktiven Teil (5) der Maschinenwicklung aufhebt - abgesehen von Stromwärmeverlusten in der Wicklung -Bei der Asynchronmaschine (Bild 2 ) heben sich auch die Gleichfelder der Ströme in den Wickelkopfen (6) auf.
• Beider homopolaren Synchronmaschine (Bild 3 ) ist das resultierende Feld der Strome in den Wickelköpfen (6) das für diese Maschinenart notwendige Erregerfeld.
• Ein Ausführungsbeispiel der Schaltung des Antriebs mit Direktumrichter zeigt das Bild 4 Der Regler (7) liefert die Signale fl für die Ausgangsfrequenz des Direktumrichters und Ia für die Amplitude des Wechselstroms an den Dreiphasen-Sinusgeber (8) , welcher die dem Drehstromsystem entsprechenden Sollwerte iu s iv und iw erzeugt.
• Block 9 errechnet aus 1 den zu überlagernden Gleichstrom-Sollwert I . Diese Stromsollwerte werden an den Summationsstellen (lo) summiert und steuern die drei Stromregler (11) der drei Thyristor-Gleichrichter (12) des Direktumrichters an, welche an das hier nicht gezeichnete Drehstromnetz mit der Frequenz fo angeschlossen sind und die drei Wicklungsstränge (13) des Drehstrommotors speisen, deren Wicklungen entsprechend Bild 2 oder 3 geschaltet sind.
• Die Thyristor-Gleichrichter (12) sind entweder gesteuerte sechspulsige Drehstrom-Gleichrichterbrucken oder gesteuerte dreipulsige Drehstrom-Gl ei chrichter in Mittelpunkt schaltung.
• Bei letzteren besteht zur Vermeidung unerwünschter Gleichstrombelastung des speisenden Netzes die Notwendigkeit, die über den Sternpunktleiter fließenden Gleichströme durch einen zusätzlichen Gleichrichter zu kompensieren; bei mehreren parallel arbeitenden Antrieben kann diese Kompensation dadurch erreicht werden, daß die Gleichströme der Sternpunktleiter sich zu Null ergänzen.

Claims (7)

Fatentansprüche:

1. Verfahren, Drehstrommaschinen - rotierender oder linearer uart - mit variabler Drehzahl bzw. Geschwindigkeit am Stromrichter , insbesondere am Direktumrichter, zu betreiben, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Stromrichtung im Stromrichter und Wicklungsstrang infolge eines überlagerten Gleichstromgliedes nicht umkehrt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrommaschine eine Asynchronmaschine mit Säfigläufer ist und eine um eine Zone gesehnte Zweischichtwicklung gemäß Bild 2 hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstrommaschine eine homopolare Synchronmaschine ist und eine Zweischichtwicklung gemäß Bild 3 hat, wodurch eine getrennte Erregerwicklung überflüssig ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die homopolare Synchronmaschine ein Linearmotor ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Direktumrichter aus drei gesteuerten Drehstrom-Gleichrichterbrücken besteht ? mit welchen in å jeder Phase ein Wechselstrom mit überlagertem Gleichstrom erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Direktumrichter aus drei gesteuerten Drehstrom-Gleichrichtern in Mittelpunktachaltung besteht und daß ein weiterer gesteuerter Gleichrichter den Gleichstrom des Sternpunktleiters kompensiert.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter zur Kompensation des Gleichstroms im Sternpunktleiter durch einen zweiten vollständigen gleichzeitig laufenden Antrieb ersetzt wird.

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