DE2417214C3 - Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Geschwindigkeit einer über eine Umrichterschaltung gespeiste Dreiphasen-Wechselstrommaschine - Google Patents
Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Geschwindigkeit einer über eine Umrichterschaltung gespeiste Dreiphasen-WechselstrommaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Geschwindigkeit einer aus einer
Wechselstromquelle über eine steuerbare Ventile enthaltende Umrichterschaltung gespeiste Dreiphasen-Wechselstrommaschine,
die für jede Phasenwicklung ein Einrichtungs-Stromrichtersteilglied besitzt, die gemeinsam
durch eine Steuereinrichtung derart gesteuert sind, daß drei von jeweils einem Gleichstrom überlagerte
Wechselströme entstehen, die zusammen ein Drehfeldsystem bilden. Eine solche Anordnung ist in
dem DT-PS 22 59 826 vorgeschlagen worden.
Die die elektrische Drehfeldmaschine speisenden Stromrichter sind entweder mit Gleichstromzwischenkreis
ausgebildet oder werden als Direktumrichter betrieben. Im Vergleich mit Antrieben, die mit
Gleichstromantriebsmotoren ausgerüstet sind, welche von gesteuerten Gleichrichtern gespeist werden, ist der 5$
Aufwand jedoch relativ hoch. Für selbstgeführte Stromrichter mit Gleichstrom- bzw. Gleichspannungszwischenkreis
erfolgt nämlich eine zweifache Energieumformung im Gleichrichter und im Wechselrichter
und es ist ein Energiespeicher im Zwischenkreis erforderlich. Bei der Anwendung von Direktumrichtern
besteht die Notwendigkeit antiparallele Stromrichter in jedem Wicklungszweig vorzusehen.
Bei der oben erwähnten DT-PS 22 59 826 ist bereits vorgeschlagen worden zur Herabsetzung des Aufwandes
bei den Stromrichteranordnungen den speisenden Stromrichter im Aufwand zu verkleinern, indem man in
diesem drei von jeweils einem Gleichstrom überlagerte Wechselströme erzeugt, die ein Drehstromsystem
bilden. Da eine normale Mehrphasenwechselstrommaschine (Drehstrommaschine) für die Speisung mit
solchen, von einem Gleichstrom überlagerten Wechselströmen nicht geeignet ist, ist bei diesem Vorschlag
die Ständerwicklung der elektrischen Drehfeldmaschine in einer Spezialausführung ausgebildet. Sie weist eine
Zweischichtwicklung auf, die so aufgebaut ist, daß sie jeweils die beiden in einer Nut angeordneten Wicklungsstränge
oder Leiterstäbe von einem Wechselstrom mit überlagertem Gleichstrom durchflossen sind, wobei
die Gleichstromglieder des Stromes entgegengesetzte Stromrichtungen in den beiden Leiterstäben einer Nut
aufweisen. Dadurch heben sich die von den Gleichstiomgliedern erzeugten Amperewindungen (Durchflutungen)
der beiden in jeweils einer Nut liegenden Wicklungsstränge bzw. Leiterstäbe gegenseitig auf,
während die Wechselstromglieder zusammen ein Drehfeld bzw. Wanderfeld erzeugen. In einer Nut liegen
dabei jeweils zwei Leiter, deren Gleichstromkomponenten umgekehrte Richtungen haben. Die Anordnung
nach dissem Vorschlag erlaubt es, den Aufwand für den Umrichter in bezug auf die Anzahl gleich groß
dimensionierter Thyristoren auf etwa die Hälfte herabzusetzen, da die antiparallekm Ventile des
Direktumrichters wegfallen können. Weiterhin können bei kreisstrombehafteten Schaltungen die Kreisstromdrosseln
bzw. bei kreisstromfreien Schaltungen die Umschaltlogik und Stromrichtungsüberwachung entfallen.
Bekanntlich kann man sich vorstellen, daß ein Direktumrichter aus drei Umkehrstromrichtern für
Gleichstrommaschinen, die somit jeweils aus zwei Drehstrombrückenschaltungen bestehen müssen, aufgebaut
ist. Bei der vorgeschlagenen Anordnung ist es möglich, die Hälfte der Stromrichterbrücken einzusparen.
Die in dem erwähnten Patent vorgeschlagenen Spezialmotoren weisen jedoch wegen der bezüglich der
Ausnutzung und des Oberwellengehaltes des Luftspaltfeldes ungünstigen Sehnung und vor allem wegen der
vom Gleichstromanteil der Ständerströme verursachten Stromwärmeverluste, welche doppelt so hoch sind, wie
die von den Wechselstromgrundquellen verursachten, sowie der erhöhten Oberwellenverluste erheblich
größere Abmessungen auf als die normalen Motoren und sind damit naturgemäß schwerer als diese. Die
Drehfeldmaschinen werden jedoch nicht nur im Wirkungsgrad schlechter als solcher konventioneller
Bauart, sondern werden auch im Gewicht und im Volumen vergrößert.
Dies wirkt sich z. B. bei elektrischen Triebfahrzeugen besonders nachteilig aus, bei denen die Drehstrommotoren
beispielsweise als Tatzlagermotoren ausgebildet sind und daher nur halbabgefedert im Fahrzeugrahmen
bzw. Drehgestell angeordnet sind. Für die Verluste in den Zuleitungen vom Stromrichter zu den Motoren gilt
dasselbe wie für die Ständerwicklungsverluste.
Auch bei den Antriebsmotoren von Rollgängen zu Walzwerken sind die räumlichen Abmessungen der
Antriebsmotoren von großer Bedeutung, insbesondere, wenn, wie meist üblich, jede Rolle durch einen
besonderen Motor angetrieben wird. Durch die großen räumlichen Abmessungen einer solchen Rollganganlage
sind die Zuleitungen zwischen Umrichter und Antriebsmotor relativ lang, womit die bei der vorgeschlagenen
Lösung sich ergebenden Verluste in den Zuleitungen entweder merklich größere Leitungsquerschnitte erforderlich
machen oder sich die Energieverluste erheblich
erhöhen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, bei Anwendung des vorgeschlagenen Stromrichtersystems, insbesondere
bei elektrischen Triebfahrzeugen mit Antrieb durch Tatzlagermotoren oder bei Rollgangantrieben für
Walzwerke, die Nachteile der vorgeschlagenen Anordnung zu vermeiden, d. h. bei der erstgenannten
Anwendung den Einsatz normaler Drehstrommotoren zu ermöglichen, Verluste einzusparen und die unabgereder».ep
Massen, die den Lauf des Fahrzeuges in ungünstiger Weise beeinflussen, zu verkleinern und
beim zweitgenannten Anwendungsgebiet die radialen Abmessungen eier Antriebsmotoren zu verkleinern,
sowie die erheblichen zusätzlichen Verluste in den Zuleitungen zu vermeiden. -5
Als Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zwischen den Stromrichter-Steilgliedern
und der elektrischen Maschine ein Mehrphasen-Zwischentransformdtor geschaltet ist, dessen,
von den Stromrichtersteügliedern gespeiste Primärwicklung in Zick-Zack-Schaltung und dessen die
Ständerwicklung der elektrischen Maschine speisende Sekundärwicklung in Stern- oder Dreieckschaltung
geschaltet ist. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung fallen Gleichstromverluste im Gegensatz zu der
vorgeschlagenen Anordnung nach DBP 22 59 826 nur im Transformator (nicht aber in den Motoren und deren
Zuleitungen) an, aus dem sie besser abgeführt werden können als z. B. von Fahrmotoren, die aus Gründen der
erhöhten Betriebssicherheit nicht mit einer Flüssigkeitskühlung ausgestattet werden können.
Gegenüber Anordnungen mit konventionellen Wechselrichtern, wie diese z. B. in dem Aufsatz von
Kanngießer »Umrichter zur Speisung von Drehfeldmaschinen«, veröffentlicht in der »Elektrotechnisehen
Zeitschrift« Ausgabe A 1964, Seite 673 bis 681 beschrieben sind, ergibt sich nicht nur eine Einsparung
der Hälfte der Stromrichterbauelemente und der zugehörigen Steuerung, sondern auch die Möglichkeit,
Stromrichterelemente mit längerer Freiweidezeit zu verwenden, da die Stromrichterelemente nur im
Gleichrichterbetrieb, nicht aber im Wechselrichterbetrieb beansprucht sind. Stromrichterelemente dieser Art
sind günstiger im Preis als die für Wechselrichterbetrieb dimensionierten. Die etwas erhöhten Verluste im
Transformator sind gegenüber den erzielten großen Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik praktisch
belanglos.
Die Verwendung eines Transformators zwischen Stromrichter und Motoren erlaubt es, auch die Motoren,
die, wie oben erwähnt, Drehstrommoioren herkömmlicher
Bauart (z. B. Normmotoren) sein können, für optimale Spannungswerte unabhängig von den optimalen
Spannungswerten für die Stromrichter auszulegen und umgekehrt, wodurch über die in der DT-PS
P 22 59 826 erwähnten noch hinausgehende weitere Einsparungen, z. B. durch bessere Nutzung der bei
einem Thyristormodell zulässigen Sperrspannung, am Direktumrichter möglich werden.
Darüber hinaus bietet die Verwendung eines Transformators
den Vorteil, daß sämtliche Motoren an einen Transformator parallel angeschaltet werden können,
was bei der bereits vorgeschlagenen Lösung mit Rücksicht auf die Unsicherheit der Aufteilung des
Gleichstromes nicht ohne erheblichen zusätzlichen Aufwand möglich ist, weshalb man dort getrennte
Stromrichtereinrichtungen für jeden Motor vorgeschlaeen hat.
Bei Triebfahrzeugen kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung der zusätzlich erforderliche Transformator
voll abgefedert im Fahrzeugrahmen untergebracht werden, so daß bei der Ausführung nach DT-PS
22 59 826 vorhandene Nachteil des schlechteren Laufes durch die vergrößerten Massen der Fahrmotoren bei
gleicher Leistung vermieden wird. Als Fahrmotoren können dann konventionelle Drehstrommotoren von
geringem Gewicht im Drehgestell bzw. Fahrzeugrahmen in Tatzlagerbauart vorgesehen werden. Das
Mehrgewicht des Transformators gegenüber der vorgeschlagenen Anordnung liegt etwa im Rahmen der
Gewichtsersparnis bei den Antriebsmotoren.
Die Gleichstromverluste in den Leitungen zwischen Stromrichter und Motoren werden vollständig vermieden.
Die Motoren können mit normalen (3-phasigen) Drehstromanschlüssen angeschlossen werden, die bei
der DT-PS 22 59 826 erforderlichen Rückleitungen entfallen daher, so daß bei diesen Leitungen 5/6 des
Gesamtquerschnitts eingespart werden.
Als speisender Stromrichter kann erfindungsgemäß für jede der drei in Zick-Zack-Schaltung geschalteten
Transformatorwicklungen ein Einrichtungsstromrichterstellglied dienen. Bei einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, daß als Stromrichter für jede der in Zick-Zack-Schaltung
geschalteten Primärwicklungen des Transformators jeweils eine von einer separaten Wicklung einer
Stromrichtertransformators gespeiste 3n-pulsige Stromrichterbrückenschaltung dient, wobei η ganzzahlig
ist. Dabei sind die Ausgänge der drei Stromrichterbrücken jeweils mit den Wicklungsenden oder in
Zick-Zack geschalteten Primärwicklung des Transformators verbunden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß als Stromrichter für jede der in
Zick-Zack geschalteten Primärwicklungen des Transformators eine separate 3n-pulsige Stromrichterschaltung
dient, deren phasengleichen Eingänge parallel geschaltet sind. Dabei sind die Ausgänge eines jeden
Stromrichter mit den beiden Enden jeweils einer in Zick-Zack geschalteten Primärwicklung des Transformators
elektrisch verbunden.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus cem im folgenden
beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. In diesem ist ein Schaltschema der
erfindungsgemäßen Anordnung in Anwendung bei einem Antrieb eines Triebfahrzeuges dargestellt.
In diesem Schema ist mit 1 der Stromrichtertransformator mit der Primärwicklung 10 und den Sekundärwicklungsgruppen
11,12 und 13 bezeichnet. Diese sind jeweils einseitig in Stern geschaltet. Die freien Enden
der Wicklungen sind jeweils mit 3pulsigen Einrichtungsstromrichterstellgliedern 21 verbunden, die jeweils
wenigstens drei Thyristoren aufweisen. Die Steuereinrichtung für die Thyristoren ist nicht dargestellt. Die
Kathoden der Thyristoren jeweils eines Stellgliedes sind zusammengeschaltet und jeweils mit einem Wicklungseingang der einen Primärwicklung 301 bzw. 302 bzw.
303 des Zwischentransformators 3 verbunden.
Die Primärwicklung des Zwischentransformators 3 ist, wie oben ausgeführt, in Zick-Zack geschaltet und das
freie Ende jeden Stranges der Primärwicklung ist mit dem Sternpunkt des zugehörigen Teiles der Sekundärwicklung
ii bzw. i2 bzw. i3 des Netztransformators 1
verbunden. Die Sekundärwicklung des Zwischentransformators 3 ist in Stern geschaltet dargestellt. An die
freien Anschlüsse der Sekundärwicklung 31 bzw. 32 bzw. 33 des Zwischentransformators 3 sind die vier
Drehstromfahrmotoren 41, 42, 43, 44 parallel angeschlossen.
. Antriebe für Rollgänge von Walzwerken sind in gleicher Weise, wie in obigem Ausführungsbeispiel
dargestellt, aufgebaut, jedoch ist die Anzahl der gespeisten Motoren üblicherweise merklich größer,
dort dargestellt.
Die mit der erf'indungsgemäßen Anordnung erzie
Vorteile sind bei den beiden erwähnten Anwendung! bieten besonders gravierend. Sie läßt sich sei
verständlich ebenso bei Industriebetrieben belieb Art in vorteilhafter Weise anwenden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Geschwindigkeit einer aus einer Wechselstromquelle
über eine steuerbare Ventile enthaltende Umrichterschaltung gespeiste Dreiphasen-Wechselstrommaschine,
die für jede Phasenwicklung ein Einrichtungs-StromrichtersteHglied besitzt, die gemeinsam
durch eine Steuereinrichtung derart gesteuert sind, daß drei von jeweils einem Gleichstrom überlagerte Wechselströme entstehen,
die zusammen ein Drehfeldsystem bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den
Stromrichter-Stellgliedern und der elektrischen Maschine ein Mehrphasen-Zwischentransformator
(3) geschaltet ist, dessen, von den Strornrichterstellgliedern gespeiste Primärwicklung (301 bis 303) in
Zick-Zack-Schaltung und dessen die Ständerwicklung der elektrischen Maschine (41 bis 44) speisende
Sekundärwicklung (31 bis 33) in Stern- oder Dreieckschaltung geschaltet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromrichterstellglieder für jede
der Wicklungen des Zwischentransformators (3) jeweils eine von einer separaten Wicklung eines
Stromrichtertransformators (1) gespeiste 3/?-pulsige Stromrichterbrückenschaltung dient, wobei η ganzzahlig
ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromrichterstellglied für jede der
Primärwicklungen (301 bis 302 bzw. 303) des Zwischentransformators (3) eine separate 3/j-pulsige
Stromrichterschaltung dient, deren phasengleiche Eingänge parallel geschaltet sind.
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Priority Applications (4)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE19742417214 DE2417214C3 (de) | 1974-04-09 | Anordnung zur Steuerung oder Regelung der Geschwindigkeit einer über eine Umrichterschaltung gespeiste Dreiphasen-Wechselstrommaschine |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2417214B2 DE2417214B2 (de) | 1977-04-07 |
DE2417214C3 true DE2417214C3 (de) | 1977-12-15 |
Family
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