DE2259826C3

DE2259826C3 - Arrangement for controlling or regulating the speed of a three-phase exchange machine fed by a converter circuit

Info

Publication number: DE2259826C3
Application number: DE19722259826
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 6101 Gundernhausen; Will Georg 6251 Hadamar More
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Germany
Filing date: 1972-12-07
Publication date: 1976-04-15

Description

is Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Geschwindigkeit einer aus einer Wechselstromquelle über eine steuerbare Ventile enthaltene Umrichterschaltung gespeisten Dreiphasen-Wechselstrommaschine (ETZ-A 1964, S. 673 so bis 681).The invention relates to an arrangement for controlling or regulating the speed of an AC power source via controllable valves The converter circuit included in the three-phase alternating current machine (ETZ-A 1964, p. 673 so until 681).

Unter den elektromotorischen Antrieben mit veränderlicher Drehzahl gibt es Anwendungsfälle, die den Einsatz von Drehstrommotoren mit möglichst einfachem Aufbau des Rotors erfordern. Hierzu gehören Asynchronmaschinen mit Käfigrotor und homopolare Synchronmaschinen, deren Drehzahl durch Frequenz- und Spannungsregelung eines Umrichters geregelt oder gesteuert wird.Among the electromotive drives with variable speed there are applications that require the use of three-phase motors with the simplest possible construction of the rotor. These include Asynchronous machines with squirrel cage rotors and homopolar synchronous machines, their speed by Frequency and voltage regulation of a converter is regulated or controlled.

Es ist bekannt, derartige Drehstromiantriebe mit variabler Frequenz und Spannung durch Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis oder durch Direktumrichter zu betreiben.It is known to use such three-phase drives variable frequency and voltage through converter with DC link or through direct converter to operate.

Ein derartiger Betrieb von Asynchronmaschinen benötigt einen hohen AufwandSuch an operation of asynchronous machines requires a lot of effort

a) für Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis durch die zweifache Energieuniformung im Wechselrichter sowie den Energiespeicher im Zwischenkreis odera) for converters with DC link through the double energy uniformity in the Inverter and the energy storage in the intermediate circuit or

b) für Direktumschalter — durch die Notwendigkeit antiparalleler steuerbarer Ventile für jede Phasenwicklung. In derartigen Umrichtern (ETZ-A, 1964, S. 676) sind häufig je Phasenwicklung zwei antiparallelgeschaltete Drehstrombrückengleichrichterschaltungen vorhanden, um die Stromrichtung umkehren zu können. Außerdem ist die höchste mittels Direktumrichter erreichbare Frequenz in der Größe zum derzeitigen Zeitpunkt noch beschränkt.b) for direct changeover switches - due to the need for anti-parallel controllable valves for each Phase winding. In such converters (ETZ-A, 1964, p. 676) there are often phase windings two anti-parallel connected three-phase bridge rectifier circuits available in order to be able to reverse the direction of the current. In addition, the highest is by means of direct converters achievable frequency is still limited in size at the present time.

Homopolare Synchronmaschinen erfordern weiterhin zusätzlich zu der im Ständer des Motors angeordneten Drehstromwicklung eine Erregerwicklung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Aufwand für die steuerbaren Ventile in dem die Drehfeld- bzw. Wanderfeldmaschine speisenden Umrichter zu verringern.Homopolar synchronous machines still require in addition to that arranged in the stator of the motor Three-phase winding an excitation winding. The invention is based on the object Expenditure for the controllable valves in the converter feeding the rotating-field or traveling-field machine to reduce.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umrichterschaltung für jede Phasenwicklung ein Einrichtungs-Stromrichterstellglied besitzt, die gemeinsam durch eine Steuereinrichtung derart gesteuert sind, daß drei von jeweils einem Gleichstrom überlagerte Wechselströme entstehen, die zusammen ein Dreh- bzw. Wanderfeld bilden, daß die Ständerwicklung der Maschine als Zweischichtenwicklung so aufgebaut ist, daß sich jeweils die durch die Gleichstromanteile der Ströme in den beiden in einer Nut angeordneten Phasenwicklungssträngen hervorgerufenen Amperewindungen gegenseitig aufheben.This object is achieved according to the invention in that the converter circuit for each phase winding has a unidirectional converter actuator shared by a controller are controlled in such a way that three alternating currents are generated, each superimposed by a direct current, which together form a rotating or traveling field that the stator winding of the machine as a two-layer winding is constructed so that in each case the through the direct current components of the currents in the two phase winding strands arranged in a groove mutually caused ampere-turns cancel.

3 T ₄ 3 T ₄

Es ist verständlich, daß eine solche Maschine we- Fig. 3 ein Wickelschema für eine homopolareIt is understandable that such a machine would be Fig. 3 a winding scheme for a homopolar

gen der fur die Erzeugung des Drehmomentes nicht Synchronmaschine gemäß der Erfindung,gen of the non-synchronous machine according to the invention for generating the torque,

wirksamen Gleichstrome in bezug auf die Ausnut- Fig.4 ein Blockschaltbild für die erfindungsge-effective direct currents with respect to the slot Fig. 4 is a block diagram for the inventive

zung als auch den Wirkungsgi ^d schlechter sein muß, mäße Anordnung undtion as well as the efficiency must be worse, correct arrangement and

als eine elektrische Maschine konventioneller Bau- 5 Fig. 5 ein Schaltschema der Umrichterschaltungas an electrical machine of conventional construction. FIG. 5 shows a circuit diagram of the converter circuit

art, also bei gleicher Leistung größer dimensioniert mit sechspulsigen Stromrichterbrückenschaltungen,art, i.e. larger dimensions with the same power with six-pulse converter bridge circuits,

werden muß. _{In den} Zeichnungen F i g. 1 bis 3 sind jeweils mit 1must become. _{In the} drawings F i g. 1 to 3 are each with 1

Dieser Mehraufwand wird jedoch bewußt in Kauf die Leiter der Oberschicht, mit 2 die der Unter-However, this additional effort is consciously made into buying the heads of the upper class, with 2 those of the lower

genoHiinen, weil der Aufwand für die steuerbaren schicht der Zweischichtwicklung und mit 3 ist jedeEnjoyed because the effort for the controllable layer of the two-layer winding and with 3 is each

Ventile im Umrichter um fast die Hälfte gegenüber io der sechs Zonen pro Polpaar 4 bezeichnet. Der imValves in the converter are designated by almost half compared to the six zones per pole pair 4. The im

der konventionellen Bauart von Umrichtern verklei- Eisenpaket befindliche Teil der Wicklung ist mit 5The part of the winding located in the conventional design of converters is covered with a 5

nert werden kann. Weiterhin entfallen damit Kreis- und die Wickelkopfpartie mit 6 bezeichnet,can be nert. Furthermore, the circular and the winding head part designated with 6 are omitted,

stromdrosseln bei kreisstrombehafteten Schaltungen Bei der in F i g. 1 dargestellten konventionellencurrent chokes in circuits subject to circulating current. 1 shown conventional

bzw. Umschaltlogik und Stromrichtungsüberwachung Wicklung ist die Spulenweite gleich der Polteilung,or switching logic and current direction monitoring winding, the coil width is equal to the pole pitch,

bei kreisstromfreien Schaltungen. ₁₅ Bei der in F i g. 2 dargestellten Wicklung einer An-in the case of circuit-free circuits. ₁₅ In the case of the in F i g. 2 shown winding of an

Bevor die Bauart der in ihren Bauelementen be- Ordnung nach der Erfindung ist die Spulenweite umBefore the type of construction in its components according to the invention, the coil width is around

kannten Umrichter beschrieben wild, soll auf die ver- ein Drittel gesehnt, beträgt also zwei Drittel der PoI-known converters described wildly, should be longed for a third, i.e. two thirds of the potential

schiedenen Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäß teilung. Wie aus der Fig. 2 zu ersehen ist, fließt je-different embodiments of the division according to the invention. As can be seen from Fig. 2, each

zu verwendenden elektrischen Maschinen eingegan- weils in der einen Schicht des in der Nut liegendenThe electrical machines to be used are included in one layer of the one in the slot

gen werden. _{20 Teiles der} wicklung der Gleichstromanteil der Strömebe genes. _{20 part of the} winding is the direct current component of the currents

Bei einer Ausfuhrungsform der Maschine ist vor- jeweils in der einen Richtung und in der anderenIn one embodiment, the machine is forward in one direction and in the other

gesehen, daß die Ständerwicklung so aufgebaut ist, in entgegengesetzter Richtung, womit sich die Gleich-seen that the stator winding is constructed in the opposite direction, with which the equal

daß sich die von den Gleichstromanteilen erzeugten stroTimagnetisierung innerhalb des Eisenpaketes auf-that the current magnetization generated by the direct current components is located within the iron packet.

Amperewindungen im Wickelkopf jeder Maschinen- hebt. Das gleiche gilt auch für die Wickelköpfe, inAmpere turns in the winding head of every machine lift. The same applies to the winding heads, in

seite aufheben. Dabei kann die Ständerwicklung um 25 denen jeweils die Gleichströme verschiedene Rich-cancel page. The stator winding can be adjusted by 25 to each of which the direct currents in different directions

eine Zone gesehnt sein. Hierbei ist die Durchflutung tungen aufweisen.be longed for a zone. In this case, the throughflow is to have lines.

von Ober- und Unterschicht einer Spule verschieden Teil A der Figuren zeigt jeweils die Verteilungdifferent from the upper and lower layers of a coil Part A of the figures shows the distribution

bzw. gehört jeweils verschiedenen Strängen an. In der Wicklungsstränge in den Zonen 3. Teil B der Fi-or belongs to different strands. In the winding phases in zones 3. Part B of the fi

zweckmaßigerweise ist dabei die Ständerwicklung um guren zeigt das dazugehörende Wicklungsschema,The stator winding is expediently around guren shows the associated winding scheme,

ein Drittel einer Polteilung gesehnt. Der Rotor kann 30 wobei je Spulengruppe pro Zone 3 nur eine Spulelonged for a third of a pole pitch. The rotor can 30 with only one coil per coil group per zone 3

in bekannter Weise eine Käfigwicklung aufweisen. dargestellt ist. Die dick gezeichneten Spulenseiten 1have a cage winding in a known manner. is shown. The bold sides of the coil 1

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Ma- bilden die Oberschicht, die dünn gezeichneten Spu-In a further embodiment, the drawing is the top layer, the thinly drawn tracks

schine als homopolare Synchronmaschine ausgebildet lenseiten 2 bilden die Unterschicht,machine designed as a homopolar synchronous machine lens sides 2 form the lower layer,

und deren Ständerwicklung in einer solchen Weise I_n Fig. 2B und 3B sind die Richtungen der denand their stator winding in such a way I _n Figs. 2B and 3B are the directions of the den

ausgebildtt, daß sich die Gleichstromanteile der die 35 Wechselströmen überlagerten Gleichströme durchtrained that the direct current components of the 35 alternating currents superimposed direct currents through

Wicklung durchfließenden Ströme jeweils in den Pfeilspitzen gekennzeichnet.Winding currents flowing through each marked in the arrowheads.

Wickelköpfen der Maschine addieren und auf der Bei der in Fig. 3 dargestellten Wicklung für die einen Maschinenseite eine in der einen Richtung und homopolare Synchronmaschine heben sich die Gleichauf der anderen Maschinenseite eine in der anderen strornanteile der Ströme nur innerhalb des Eisenpa-Richtung verlaufende Gleichdurchflutung erzeugen, 4° ketes auf. Die Gleichstromanteile der ströme in den die die Erregeramperewindungen der Maschinen bil- Wickelköpfen haben jeweils die gleiche Richtung den. Bei dieser Ausführungsform der Maschine heben und erzeugen die für das Erregerfeld erforderlichen sich also die Amperewindungen der Gleichströme in- Amperewindungen.Add the winding heads of the machine and on the In the winding shown in Fig. 3 for the one machine side one in one direction and a homopolar synchronous machine cancel each other out the other side of the machine one in the other stream components of the streams only within the Eisenpa direction Generate steady flow, 4 ° ketes. The direct current components of the currents in the the winding overhangs bil- ling the excitation ampere windings each have the same direction the. In this embodiment of the machine lift and generate the necessary for the excitation field So the ampere turns of the direct currents become ampere turns.

nerhalb der Nuten auf, während sie sich in den Wik- Ein Ausführungsbeispiel der Umrichterschaltungwithin the grooves while they are in the wik- An embodiment of the converter circuit

kelköpfen addieren und so die Erregerwicklung der 45 mit Einrichtungs-Stromrichterstellgliedern, zeigt dieAdd kelkonnen and so the field winding of the 45 with unidirectional converter actuators, shows the

Maschine darstellen. Eine besondere Erregerwick- F i g. 4.Represent machine. A special pathogen development F i g. 4th

lung im rotierenden Teil kann somit entfallen. Auch Der Regler 7 liefert die Signale /, für die Ausbei dieser Ausfuhrungsform können die Wicklungs- gangsfrequenz des Umrichters und 1 für die Amplispulen in zweckmäßiger Weise gesehnt ausgeführt tude des Wechselstromes an den Dreiphasen-Sinussein. 50 geber 8, welcher die dem Drehstromsystem entspre-treatment in the rotating part can thus be omitted. The controller 7 also supplies the signals /, for the Ausbei In this embodiment, the winding frequency of the converter and 1 for the ampli coils expediently carried out tude of the alternating current at the three-phase sine wave. 50 encoder 8, which corresponds to the three-phase system

Weiterhin kann die homopolare Synchronmaschine chenden Sollwerte /„, /„ und i_w erzeugt,Furthermore, the homopolar synchronous machine can generate corresponding setpoints / ", /" and i _w ,

als Linearmotor ausgebildet sein. Auch bei dieser Block 9 errechnet aus 1 den zu überlagerndenbe designed as a linear motor. In this block 9, too, the one to be superimposed is calculated from 1

Ausführungsform wird die Erregerwicklung durch die Gleichstromsollwert I ₌. Diese Stromsollwerte werdenEmbodiment is the excitation winding by the direct current setpoint I ₌ . These current setpoints are

die Wickelköpfe jeweils in gleicher Richtung durch- an den Summationsstellen 10 summiert und steuernthe winding heads are each summed and controlled in the same direction at the summation points 10

fließenden Gleichstromkomponenten dargestellt. 55 die drei Stromregler 11 der drei Einrichtungs-Strom-flowing DC components shown. 55 the three current regulators 11 of the three unidirectional current

AIs Vorteil ergibt sich noch, daß das Gleichfeld richterstellglieder des speziellen Direktumrichters 12 an den Motorenden allmählich aufgebaut wird. an, welche an das hier nicht gezeichnete Drehstrom-Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung netz mit der Frequenz f₀ angeschlossen sind und die ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und drei Wicklungsstränge 13 der Drehfeldmaschine bzw. in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei- 60 Wanderfeldmaschine speisen, deren Wicklungen entspielen. Es zeigt: sprechend F i g. 2 oder 3 geschaltet sind.As an advantage, there is also the fact that the DC field rectifier actuators of the special direct converter 12 is gradually built up at the motor ends. which are connected to the three-phase current details and developments of the invention, not shown here, with the frequency f ₀ and which result from the three winding phases 13 of the rotating-field machine described below and feeding the embodiments shown in the drawings. their windings corresponded. It shows: speaking F i g. 2 or 3 are switched.

F i g. 1 ein Wicklungsschema für eine konven- Die Einrichtungs-Stromrichterstellglieder der Thy-F i g. 1 a winding scheme for a conventional The unidirectional converter actuators of Thy-

tionelle Drehfeldmaschine mit ungesehnter Zwei- ristor-Stromrichter 12 sind entweder gesteuerte sechs-tional phase induction machines with unsolicited two-transistor power converters 12 are either controlled six-

schichtwicklung, pulsige Drehstrom-Stromrichterbrücken (F i g. 5)Layer winding, pulsed three-phase current converter bridges (Fig. 5)

F i g. 2 ein Wickelschema für eine Asynchronma- 65 oder gesteuerte dreipulsige Thyristor-Stellglieder inF i g. 2 a winding diagram for an asynchronous 65 or controlled three-pulse thyristor actuators in

schine nach der Erfindung, Mittelpunktschaltung.Machine according to the invention, midpoint switching.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for controlling or regulating the speed of an alternating current source Three-phase alternating current machine fed via a converter circuit containing controllable valves, characterized in that the converter circuit for each phase winding a unidirectional converter actuator (12) shared by a controller (7, 8, 9, 11) are controlled so that three of each superimposed direct current Alternating currents arise, which together form a rotating or traveling field that the Siänderwindung of the machine is constructed as a two-layer winding so that the the direct current components of the currents in the two phase winding phases arranged in a slot cancel each other caused ampere turns.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the stator winding is constructed is that the ampere turns generated by the direct current components in the end winding (6) keep each side of the machine.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the machine as Asynchronous machine is designed, the stator of which is a three-phase winding longed around a zone (Fig. 2).

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the winding of the asynchronous machine is longed for by a third of a pole pitch.

5. Arrangement according to one of claims 3 or 4, characterized in that the rotor has a cage winding.

6. Arrangement according to one of claims 2 or 3, characterized in that the machine is designed as an asynchronous traveling field machine.

7. Arrangement according to claim 1, characterized in that the machine as homopolar Synchronous machine is designed, the stator winding is designed so that the direct current components of the currents flowing through the winding in the winding heads (6) of the machine add and on one side of the machine one in one direction and on the other Machine side generate a constant flow in the other direction that form the excitation amp windings of the machine (Fig. 3).

8 arrangement according to claim 7, characterized in that that the stator winding are carried out longed.

9. Arrangement according to claim 8, characterized in that the stator winding in each case around a third of a pole pitch is longed for.

10. Arrangement according to claim 7, characterized in that the homopolar synchronous machine is designed as a linear motor.

11. Arrangement according to claim 1, characterized in that that as a unidirectional converter actuator for each phase winding (13) a separate three- or six-pulse converter circuit (17) is used, the outputs of which each with the both ends of one of the electrically non-interconnected phase windings (13) connected are (Fig. 5).

12. The arrangement according to claim 11, characterized in that the in-phase inputs the converter is connected to a three-phase network (19).