DE2457838C3

DE2457838C3 - Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Wechselstrommotors

Info

Publication number: DE2457838C3
Application number: DE2457838A
Authority: DE
Inventors: Tokunosuke Tanamachi; Takashi Tsuboi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-12-07
Filing date: 1974-12-06
Publication date: 1978-05-18
Also published as: DE2457838B2; JPS5086612A; DE2457838A1; SE7415326L; US3940669A; JPS5513237B2

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Steuerung der Drehzahl eines Wechselstrommotors, der an einem Wechselrichter eines Gleichstromzwischenkreisumrichters angeschlossen ist, mit einem von der Gleichspannung an den Eingangsklemmen des Wechselrichters aufladbaren Kondensator, der nach einer. Umschwingvorgang über die von einem Zündsignal-Generator folgerichtig gezündeten Thyristoren des Wechselrichters diese löscht.

Üblicherweise .»ind einzelne Kommutierungseinrichtungen für jeden der einen Wechselrichter bildenden Thyristoren vorgesehen, um einen Wechselstrommotor mit veränderbarer Drehzahl zu betreiben. Da eine derartige Anordnung einzelner Kommutierungseinrichtungen für die jeweiligen Thyristoren das Ein- und Ausschalten der Thyristoren in gewünschten Zeitpunkten ermöglicht, kann die Motorsteuerung vielseitig durchgeführt werden. Weiterhin kann der Wechselstromniotor mit einer Spannung betrieben werden, deren Verlauf für sich einstellbar ist. Jedoch ergibt dies für einen Betrieb eines kleinen Wechselstrommotors mit veränderbarer Drehzahl, z. B. eines kleinen Asynchronmotors, einen aufwendigen Aufbau der Anordnung. _ *

Daher wurde zur Überwindung der obigen Nachteile bereits eine andere Anordnung erwogen, bei der eine einzige Kommutierungseinrichtung für sämtliche Thyristoren des Wechselrichters vorgesehen ist, um den Aufbau der Anordnung zu vereinfachen.

Es ist eine Anordnung bekannt (vgl. AT-PS 2 38 828), bei der eine Kommutierungseinrichtung aus einer Drossel und einem Kondensator vorgesehen ist. Wenn die dann leitenden Thyristoren ausgeschaltet werden, wird bei dieser Anordnung ein Schwingkreis aus der Drossel und dem Kondensator gebildet, um ein HF-Wechselstromssienal so zu erzeugen, daß während

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fts einer relativ kurzen Zeit der durch die leitenden Thyristoren fließende Strom umgekehrt wird, um diese auszuschalten.

Daher ist diese Drossel für diese bekannte Anordnung wesentlich und folglich der Aufwand für die Anordnung ebenfalls groß, insbesondere gewichts-, raum- und kostenintensiv.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Anordnung der eingangs genannten Art zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kondensator direkt an die Eingangsklemmen des Wechselrichters angeschlossen ist, so daß bei der zyklischen Zündung der Thyristoren jeweils aus dem Kondensator und den jeweiligen Ankerwicklungen des Motors ein Schwingkreis gebildet ist, in dem ein Sinushalbwellenstrom fließt.

Bei dieser Anordnung liegt also der Kondensator direkt zwischen den Gleichstromeingängen des Thyristor-Wechselrichters, und die jeweiligen Thyristoren, die im Wechselrichter gezündet sind, werden durch Selbstkommutierung aufgrund eines Schwingstromes gelöscht, der durch die Kapazität des Kondensators und den Reaktenzanteil der Ankerspulen des Wechselstrommotors erzeugt wird. Somit wird ein Strom mit einem impulsförmigen Verlauf, der durch elektrische Schwingung erzeugt wird, in vorgegebener Phasenfolge den Ankerspulen des Wechselstrommotors zugeführt.

Während die eingangs genannte bekannte Anordnung zwangsweise eine gewichtige Drossel benötigt und darüber hinaus noch zu den Thyristoren antiparallel geschaltete Dioden vorzusehen sind, sind bei der erfindungesgemäßen Anordnung weder eine Drossel noch derartige Dioden notwendig, wobei jedoch ebenfalls ein kontinuierlicher Motorstrom sichergestellt ist. Dadurch aber können Gewicht und Raum eingespart und die Kosten herabgesetzt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist daher vorteilhaft bei Elektrofahrzeugen verwendbar.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild einer bekannten Anordnung,

F i g. 2 Signalspannungsverläufe zur Erläuterung des Betriebs der in F i g. 1 dargestellten Anordnung,

F i g. 3 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung,

Fig.4 ein Blockschaltbild eines Zündsignal-Generators,

F i g. 5 Signalspannungsverläufe zur Erläuterung des Betriebs der in F i g. 3 dargestellten Anordnung,

F i g. 6 ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung,

F i g. 7 ein Schaltbild eines über einen Thyristor-Wechselrichter gespeisten eigengetakteten Synchronmotors,

Fig.8 eine Schaltung eines Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und

F1 %. 9 Signalspannungsverläufe zur Erläuterung des Betriebs des in Fig.8 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Bevor die Erfindung näher erläutert wird, soll eine bekannte Anordnung (OE-PS 2 38 828) zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben werden. F i g. 1 zeigt ein Schaltbild d?s wesentlichen Teils der bekannten Anordnung mit einem Thyristor-Wechselrichter 1, von dem jede Einheit aus zwei Paaren von Thyristoren und Dioden besteht, z. B. aus einem Paar eines Thyristors 11 und einer Diode 11' sowie aus einem

anderen Paar eines Thyristors 12 und einer Diode 12' in der r-Phase des Wechselrichters, wobei in jedem Paar der Thyristor und die Diode antiparallel geschaltet sind. Weiterhin sind ein Wechselstrommotor 2 und eine Einrichtung 3 aus einem Kondensator 31 und einer ^ Drossel 32 vorgesehen, die die Thyristoren ausschalten. Eine Einrichtung 4, die den Thyristorstrom sowie die Spannung am Kondensator 31 begrenzt, besteht aus einem Transformator mit Wicklungen 41 und 42 sowie aus einer Diode 43. ι ο

Auf den Betrieb der bekannten Schaltung soll an dieser Stelle nur kurz eingegangen werden. Bei der bekannten Anordnung sei beispielsweise angenommen, daß ein Laststrom durch den Thyristor 11 fließt. Durch Einschalten des entsprechenden Thyristors 12 und damit durch das Herstellen eines Schwingkreises aus dem Kondensator 31, der Drossel 32 und den Thyristoren 11 un-i 12 werden anschließend die Thyristoren 11 und 12 geschaltet.

Die Spannung am Lastanschluß, beispielsweise die Spannung der r-Phase, die mit der bekannten Anordnung der Fig. 1 erhalten wird, tritt in der Form einer Impulsfolge oder eines Impulses (Fig. 2) auf. Der Ankerstrom des Motors kann jedoch kontinuierlich fließen, wie dies in der F i g. 2 durch eine Strichlinie gezeigt ist, was auf der Funktion der parallelen Dioden, wie beispielsweise der Dioden 11' und 12', beruht. Obwohl bei der bekannten Anordnung (Fig. 1) ein kontinuierlicher Motorstrom gesichert werden kann, benötigt die herkömmliche Anordnung zusätzliche Dioden sowie die unbedingt erforderliche Drossel 32.

Daher ist die bekannte Anordnung aufwendig.

F i g. 3 zeigt ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei sind vorgesehen ein Wechselrichter 1 aus Thyristoren 11 bis 16, ein Induktionsmotor 2, Ankerwicklungen 21 bis 23 des Motors, ein Kondensator 33, ein Strombegrenzer 4 einschließlich eines Widerstands- und Drosselgliedes, sowie ein Zündimpuls- oder Zündrignal-Generator 5, der Zündsignale für die jeweiligen Thyristoren 11 bis 16 erzeugt.

F i g. 4 zeigt schematisch ein Schaltbild des Zündsignal-Generators 5 mit einem ersten Oszillator 51 zur Erzeugung einer Impulsfrequenz, einem zweiten Oszillator 52 zur Erzeugung der Ausgangsfrequenz des Thyristor-Wechselrichters 1, Ring-Umformern 53 und 54 und UND-Gliedern 55 bis 60.

F i g. 5 zeigt Signalspannungsverläufe zur Erläuterung des Betriebs des anhand der F i g. 3 und 4 beschriebenen Ausführungsbeispielsi der Erfindung. Der erste Oszillator 51 erzeugt Impulssignale einer Frequenz f_p (F i g. 5a). Die Frequenz f_p kann veränderlich sein. Ein derartiger Impulsgenerator kann leicht hergestellt werden, indem ein an sich bekannter Schwingkreis mit Urijunction-Transistoren verwendet wird.

Der zweite Oszillator 52 erzeugt ein Wechselstrom-Ausgangssignal mit einer Frequenz 3 /0 (F i g. 5b). Diese Frequenz 3 fo kann ebenfalls einstellbar sein.

Die positive Halbwelle des zweiten Oszillator-Ausganges wird durch einen an sich bekannten Ringzähler

53 in drei Signale UP, VP, WP frequenzgeteilt (Fig. 5c), während die negative Halbwelle durch einen Ringzähler

54 ebenfalls in Signale UN, V/Vund WWfrequenzgeteilt wird. Die jeweiligen Ausgangssignale der Ringzähler und die Impulssignale werden UND-verknüpft_: um Zündsignale für die jeweiligen Thyristoren zu erzeugen ^h5 (Fig. 5e und 5f). D. h., daß die Ringzähler 53 und 54 die durch den ersten Oszillator 51 erzeugten Impulssignale auf die jeweiligen Thyristorzweige des Wechselrichters

I verteilen. Daher wird die Frequenz k des Ausgangssignals des Ringzählers als »Verteilungsfrequenz« bezeichnet. Auf diese Weise erzeugen die UND-Glieder 55 bis 60 Ansteuersignale für die jeweiligen Thyristoren 11 bis 16, wobei die Ansteuersignale verstärkt werden, um getrc-nnt in die jeweiligen Thyristoren gespeist zu werden. Wenn beispielsweise ein Zündsignal im Zeitpunkt fi in die jeweiligen Steueranschlüsse der Thyristoren 11 und 14 gespeist wird, werden die im Kondensator 33 gespeicherten Ladungen über den Thyristor 11, die Wicklung 21, die Wicklung 22 und den Thyristor 14 nacheinander entladen. Während dieser Zeit erzeugen die Kapazität Cdes Kondensators 33 und die Induktivität L der Ankerwicklungen 21 und 22 einen Sinus-Halbwellenstrom, dessen Breite ;r|LCbeträgt, wie dies in den F i g. 5 und 5h dargestellt ist. Während der Dauer der Halbwellenbreite wird die Spannung am Kondensator 33 von der positiven zur negativen Polarität umgekehrt, und es liegt anschließend, nachdem der Strom im Zeitpunkt f₂ den Wert 0 erreicht hat, die umgekehrte Spannung an den Thyristoren 11 und 14, so daß die Thyristoren 11, 14 ausgeschaltet werden. Die Thyristoren 11 und 14 werden wieder im Zeitpunkt is eingeschaltet, und dann fließt die Sinus-Halbwelle durch die Ankerwicklungen 21 und 22. Im Zeitpunkt u bewirkt das Ausgangssignal des UND-Gliedes 60, daß der Thyristor 15 anstelle des Thyristors 14 eingeschaltet wird, weshalb der Strom durch die Ankerwicklung 21 und die Ankerwicklung 23 fließt. Wenn die Thyristoren

II bis 16 wiederholt eingeschaltet werden, indem die Verteilungssignale mit dem in den F i g. 5c und 5d dargestellten Verlauf eingespeist werden, kann der Impulsstrom mit dem in den F i g. 5g, 5h und 5j dargestellten Verlauf durch die Ankerwicklungen 21 bis 23 fließen, was zum Drehen des Motors 2 führt. Versuche der Erfinder haben ergeben, daß die Drehmoment-Kennlinie bei einem derartigen Impulsstrom durch die Ankerwicklungen der Drehmoment-Kennlinie gleicht, die entsteht, wenn ein Sinusstrom mit zur Grundwelle der Impulsfolge gleichem Verlauf fließt. Die Breite des Impulsstromes wird unter allgemeiner Beachtung der Ausschaltzeit der jeweiligen Thyristoren, der Induktivität der Ankerwicklungen, des Ankersi.-imes des Motors usw. bestimmt. Wenn ein üblicher Induktionsmotor verwendet wird, beträgt die Impulsstrombreite 0,5 bis 1 ms, was zur Erzeugung eines Nennstromes ausreicht. In diesem Fall kann ein wirtschaftlicher Thyristor gewöhnlicher Bauart verwendet werden, und es besteht kein Bedarf an der Verwendung eines schnellen Thyristors mil kurzer 'Ausschaltzeit.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Impulsfrequenz fp das zwölffache der Verteilungsfrequenz /Ό. Jedoch ist die Beziehung zwischen diesen Frequenzen nicht in dieser Weise eingeschränkt, sondern sie kann beliebig verändert werden. Bei einer Beziehung zwischen den Frequenzen />und /ö von

f_p = 6Nf₀(N= 1,2, ...),

haben die jeweiligen Phasenströme hu '22 und to einen vollständig symmetrischen Verlauf, so daß abgeglichene Vielphasenströme in den Motor fließen, um so wirksam ein Drehmoment zu erzeugen. Wenn die durch die Gleichung (1) gegebene Beziehung nicht vorliegt, sind die Phasenströme nicht abgeglichen, so daß das Drehmoment leicht verringert ist. Wenn der beschleunigt umlaufende Motor einen derartigen unabgegliche-

nen Zustand hat, treten in der Praxis im wesentlichen keine Schwierigkeiten auf. Die Drehzahl-Steuerung des Motors kann durch Steuerung oder Einstellung der jeweiligen Frequenzen des ersten Oszillators 51 und/oder des zweiten Oszillators 52 durchgeführt werden. Nach Änderung der Frequenz fp des ersten Oszillators 51 ändert sich die Impulsdichte der Impulsfolge, so daß die Grundwelle des zum Motor gespeisten Stromes ihre Amplitude ändert. Als Ergebnis werden Drehmoment und Drehzahl entsprechend der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des Motors geändert.

Die Änderung der Frequenz ^o des zweiten Oszillators 52 führt zu einer Änderung der Verteilungsfrequenz oder der Frequenz des Ausgangssignals des Wechselrichters. Die Steuerung der Frequenz f_a ist insbesondere für die Drehzahlsteuerung des Induktionsmotors geeignet. Es ist selbstverständlich möglich, gleichzeitig beide Frequenzen /pund f₀ zu ändern.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf einen Induktionsmotor, sondern auch auf einen Synchronmotor anwendbar. F i g. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf einen Synchronmotor 2 angewendet wird, wobei vorgesehen sind eine Erregerwicklung 24 des Synchronmotors 2, eine Erreger-Stromquelle 25, ein Lagefühler 6 oder eine Einrichtung zur 2s Erfassung der Drehstellung des Motors 2, ein Strombegrenzer 4 aus einem veränderbaren Widerstand 44 und einer Drossel 45, Schalter 9 und 38, ein Impulssignal-Generator 51' entsprechend usm Impulsgenerator 51 in Fig. 4, ein Zündsignal-Generator 5', und wobei einander entsprechende Teile die gleichen Bezugszeichen haben wie in Fig. 3. Der Lagefühler 6 dient zur Erfassung einer magnetischen Relativlage zwischen den Ankerwicklungen 21 bis 23 und der Feldanordnung 24, und er arbeitet so, daß er ständig das Ausgangssignal des Motors 2 mit dem Ausgangssignal des Wechselrichters 1 synchronisiert. D. h., der Lagefühler 6 erzeugt Verteilungssignale entsprechend den Ausgangssignalen UP bis WN der Ringzähler 53 und 54 in der F i g. 4. Ein derartiger Aufbau ermöglicht es, daß der Synchronmotor ständig stabil synchronisiert bleibt. Der Betrieb dieser Anordnung wird weiter unten näher erläutert.

Der Lagefühler 6 ist für den Betrieb des Synchronmotors 2 nicht wesentlich. Der Synchronmotor 2 kann auch unter Frequenzsteuerung durch den zweiten Oszillator 52 angetrieben werden, wie dies beispielsweise in F i g. 4 dargestellt ist, wenn er mit konstanter Drehzahl umläuft oder wenn die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie der Last festgelegt ist und die Drehzahl-Frequenz-Kennlinie so vorbestimmt ist, daß ein Kippen verhindert wird.

Der Anschluß des Thyristor-Wechselrichters ist nicht auf eine Dreihphasen-Grätz-Schaltung beschränkt, sondern kann auch so geändert werden, daß die Thyristoren des Wechselrichters 1 durch Seibstkommutierung aufgrund der elektrischen Schwingung ausge- schaltet werden, die durch die Induktivität der Ankerwicklungen des Motors und den Kondensator 33 an den Eingangsanschlüssen des Wechselrichters 1 erzeugt wird.

Es wurden schon zahlreiche Anstrengungen unter- fio nommen, um einen kommutatorlose Synchronmaschine zu schaffen, die von einer Gleichstromquelle über einen Thyristor-Wechselrichter gespeist ist, dessen Thyristoren entsprechend einer vorbestimmten Folge abhängig zwischen der magnetischen Relativlage zwischen den ft.s Ankerwicklungen und der Feldanordnung angesteuert werden. Der von Thyristoren gesteuerte kommutatorlose Motor macht beim Anlaufen Schwierigkeiten. Wenn die Synchronmaschine in einem normalen Zustand umläuft, ermöglicht die induzierte Spannung in den Ankerwicklungen eine Kommutierung der Thyristoren des Wechselrichters. Wenn jedoch die Synchronmaschine nicht in Betrieb ist, wird keine Spannung in den Ankerwicklungen induziert, so daß keine Kommutierung der Thyristoren erfolgt. Auf diese Weise ist ein Anlaufen des Motors unmöglich.

Aus diesem Grund mußte eine bekannte Anordnung für eine kommutatorlose Synchronmaschine mit einer zusätzlichen Kommutierungseinrichtung einschließlich einer Drossel, eines Kondensators, eines Thyristors (ähnlich der Löscheinrichtung gemäß Fig. 3 der OE-PS 2 38 828) auf der Gleichstrom-Eingangsseite des Thyristor-Wechselrichters ausgestattet werden. Wird demnach, wie oben anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 3 bis 5 erläutert wurde, ein Kondensator an die Gleichstrom-Eingangsanschlüsse des Thyristor-Wechselrichters angeschlossen, so bilden die Kapazität des Kondensators und die Induktivität der Ankerwicklungen einen elektrischen Schwingkreis, der bewirkt, daß ein Impulsstrom durch die Ankerwicklungen fließt.

Dies bedeutet, die Erfindung erfordert keine so große und aufwendige Kommutierungseinrichtung (vgl. oben), sondern nur eine sehr einfache Kommutierungseinrichtung aus lediglich einem Kondensator. Weiterhin behebt die Erfindung mit einer derartigen einfachen Kommutierungseinrichtung nicht nur die Schwierigkeit beim Anlaufen der kommutatorlosen Synchronmaschine, sondern ermöglicht auch eine Drehzahlsteuerung der kommutatorlosen Synchronmaschine, wenn die Maschine unter normalen Bedingungen umläuft. Die Anwendung der Erfindung auf den kommutatorlosen Synchronmotor wird weiter unten näher beschrieben. Zunächst wird noch auf eine bekannte Anordnung für einen kommutatorlosen Motor näher eingegangen:

In der Fig.7 ist ein Schaltbild einer Anordnung zur Anlauf-Steuerung des Synchronmotors dargestellt, der über einen Thyristor-Wechselrichter aus einer Gleichstromquelle gespeist wird. In Fig.7 sind einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in den Fig. 1 bis 6. Weiterhin sind vorgesehen ein Anlauf-Widerstand 44, eine Drossel 45 ur,d eine zusätzliche Kommutierungseinrichtung 3 aus einem Thyristor 36, einer Drossel 37, einem Kondensator 35 und einer Diode 34. Schließlich sind noch vorgesehen der Wechselrichter 1 aus Thyristoren 11 bis 15, die Synchronmaschine 2, der Zündsignal-Generator 5' zur Steuerung der Thyristoren 11 bis 16 abhängig von einem Signal vom Lagefühler 6 und ein Impuls-Generator 8, der ein Anlaufsignal erzeugt.

Bei diesem Schaltungsaufbau ist die Ansteuerung der Thyristoren 11 bis 16 des Wechselrichters 1 wie üblich, und daher wird von einer genaueren Beschreibung abgesehen. Beim Anlaufen der Maschine werden die Thyristoren 11 bis 16 durch die zusätzliche Kommutierungseinrichtung 3 kommutiert. Dies wird kurz näher erläutert: Es sei angenommen, daß der Kondensator 35 mit der in der Figur dargestellten Polarität geladen ist und wenn der Thyristor 36 durch den Anlaufsignal-Generator 8 eingeschaltet wird, wobei sich die im Kondensator gespeicherte Ladung oszillierend durch die Drossel 37 entlädt, wird der Kondensator 35 mit dei dargestellten entgegengesetzten Polarität aufgeladen Demgemäß liegt eine Sperrspannung an den Thyristo ren 11 bis 16 des Wechselrichters 1, um diese dadurcl· auszuschalten.

Die Thyristoren 11 bis 16 werden so kommutiert, unc

wenn der Kondensator 35 eine ausreichende Ladungsmenge speichert, kann die Kommutierung jederzeit erfolgen.

Jedoch erfordert diese zusätzliche Kommutierungseinrichtung zahlreiche Bauelemente und ist sehr aufwendig. Da weiterhin ein schweres Bauelement, wie beispielsweise die Drossel 37, verwendet wird, ist die bekannte Anordnung ungeeignet, insbesondere bei Versendung für ein Elektrofahrzeug.

Im folgenden wird die Anwendung der Erfindung auf die Steuerung eines konimutatorlosen Motors anhand F i g. 6 und 2 (für die Signalverläufe) erläutert.

Zum Anlaufen des Motors 2 sind die Schalter 38 und 9 geschlossen, um den Impulssignal-Generator 51' zu betätigen, so daß dieser ein impuls-Äusgangssignai mit einer vorbestimmten Frequenz (Intervall) erzeugt, wie dies in der F i g. 91 gezeigt ist. Auf der anderen Seite erzeugt der Lagefühler 6 Signale, wie diese durch eine Strichpunktlinie in den Fig. 9m bis 9r dargestellt sind, oder Verteilungssignale UP bis WN, die in den Zündsignal-Generator 5' eingespeist werden. Der Zündsignal-Generator 5', der Ausgangsimpuls des Impulssignal-Generators 5t' und die Verteilungssignale UP bis WN vom Lagesignalfühler 6 sind UND-verkniipft, um Impulse zu erzeugen, wie diese in den F i g. 9m bis 9r durch dicke schwarze Striche dargestellt sind, wobei die Impulse ihrerseits den jeweiligen Thyristoren 11 bis 16 zugeführt werden. Insbesondere ermöglicht es das Verteilungssignal vom Lagefühler 6, daß die durch den Impulsgenerator 5Γ erzeugten Ausgangsimpulse den Steueranschlüssen der Thyristoren 11 bis <6 in der Reihenfolge zugeführt werden, die durch den Lagefühler 6 bestimmt ist.

Der Zündsignal-Generator 5' führt im Zeitpunkt fi die Zündimpulse zu den Thyris'oren 11 und 14, um diese dadurch einzuschalten. Nachdem die Thyristoren 11 und 14 leitend sind, liegt ein geschlossener Stromkreis aus dem Kondensator 33, dem Thyristor 11, der Ankerwicklung 21, der Ankerwicklung 22. dem Thyristor 14 und dem Kondensator 33 vor. Dieser geschlossene Stromkreis ist ein Schwingkreis aus der Kapazität des Kondensators 33 und der Induktivität der Ankerwicklungen 21 und 22. Wenn dieser geschlossene Stromkreis gebildet ist, entlädt sich die im Kondensator 33 gespeicherte Ladung, um so Ströme /„und Λ (vgl. Fi g. 9s und 9t) für die Ankerwicklungen 21 und 22 zu erzeugen. In diesem Zeitpunkt verringert sich die Klemmenspannung V, am Kondensator 33, wie dies in der Fig. 9v dargestellt ist. Nach einer bestimmten Zeit beginnen die Entladungsströme des Kondensators 33, d. h. die Ströme /„ und /,, aus deren jeweiligen Polaritäten umzukehren. Andererseits hat die Klemmenspannung V_ram Kondensator 33 in diesem Zeitpunkt die zu der in der Figur dargestellten Polarität entgegengesetzte Polarität Da her wird eine umgekehrte oder Sperrspannung an die Thyristoren 11 und 14 gelegt, um diese auszuschalten, wodurch die Ströme /_u und /„ Null werden. Wenn die Thyristoren 11 und 14 ausgeschaltet sind, wird der Kondensator 33 durch einen im wesentlichen konstanten Strom /, unter Wirkung der Drossel 45 (vgl F i g. 9w) aufgeladen, so daß seine Klemmenspannung V_r zunimmt, wie dies in der Fig.9v gezeigt ist Im Zeitpunkt t2 leiten die Thyristoren 11 und 14 wieder, damit die Ströme /„und /Vdurch die Ankerwicklungen 21 und 22 fließen können.

Gleichzeitig wird ein Strom /f(vgl. Fig.9y) von der Erregereinrichtung 25 der Feldanordnung 24 des Motors 2 zugeführt.

Folglich steht der durch die Feldanordnung 24 erzeugte Fluß in Wechselwirkung mit den durch die Ankerwicklungen 21 und 22 fließenden Strömen, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die den Rotor oder Läufer des Motors 2 dreht.

Wenn der Läufer sich um einen bestimmten Winkel dreht, führt der Lagefühler 6 das Verteilungssignal WN mit dem in F i g. 9r durch eine Strichpunktlinie dargestellten Verlauf zum Zündsignal-Generator 5'. Auf diese Weise werden im Zeitpunkt t\ die Thyristoren 11 und 16 eingeschaltet, so daß die Ströme /'„ bzw. λ (vgl. Fig. 9s und 9u) durch die Ankerwicklungen 21 und 23 fließen können. Die Kommutierung vom Thyristor 14 zum Thyristor 16 ist gesichert, da kein Strom durch die Ankerwicklungen 2i, 22 und 23 fließt, wenn der Zündsignal-Generator 5' Zündsignale den Thyristoren 11 bzw. 16 zuführt.

Auf ähnliche Weise wird weiter vorgegangen, damit die Thyristoren 11 bis 16 nacheinander in einer vorbestimmten Folge durchschalten. Das Ergebnis ist, daß die Ströme /„, /, bzw. /„. (vgl. die F i g. 9s, 9t und 9u) durch die Ankerwicklungen 21, 22 und 23 des Motors 2 fließen, so daß sich der Motor kontinuierlich dreht.

Wenn der so angelaufene Motor in einem bestimmten Maß beschleunigt wird, nimmt jede der in den Ankerwicklungen 21, 22 und 23 erzeugten Spannungen einen ausreichenden Wert an, um die Kommutierung des Wechselrichters 1 zu ermöglichen.

Wenn die Gegen-EMK des Motors 2 so aufgebaut wird, kann die Drehzahlsteuerung des Motors fortgesetzt werden, oder es können Schalter 38 und 9 ausgeschaltet werden. Nach dem Ausschalten des Schalters 9 steuert der Zündsignal-Generator 5' den Leitzustand der Thyristoren 11 bis 16 in Übereinstimmung mit den Verteilungssignalen vom Lagefühler 6.

Der Anlauf-Widerstand 44 begrenzt die Überströme von der Gleichstromquelle beim Anlaufen des Motors, und ist so eingestellt, daß sein Widerstandswert schrittweise mit Ansteigen der aufzubauenden Gegen-EMK abnimmt. Wenn die Gegen-EMK aufgebaut ist, ist der Anlauf-Widerstand 44 kurzgeschlossen.

Das Anlaufen der erfindungsgemäßen Anordnung für einen kommutatorlosen Motor erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Wie bereits erläutert, wird bei der Erfindung die Kommutierung des Thyristor-Wechselrichters durchgeführt, indem ein Schwingkreis aus dem Kondensator zwischen den Gleichstrom-Eingangsanschlüssen des Thyristor-Wechselrichters und den Ankerwicklungen des Motors aufgebaut wird, um Impulsströme durch die Ankerwicklungen fließen zu lassen. Demgemäß kann eine zusätzliche Kommutierungseinrichtung aufgebaut werden, in der lediglich der Kondensator 33 und nicht der Thyristor 36, die Drosse! 35 und die Dioden 34 verwendet werden, die für die bekannte Anordnung der F i g. 7 wesentlich sind. Daher ist die erfindungsgemäße Anordnung in ihren Abmessungen kleiner und in ihren Kosten niedriger. Weiterhin ist kein schweres Bauelement, wie beispielsweise die Drossel 36, erforderlich, so daß die erfindungsgemäße Anordnung leicht ausgeführt sein kann.

Obwohl das anhand Fig.6 erläuterte Ausführungsbeispiel den Impuls-signal-Generator 51' verwendet, der einen Ausgangsimpuls mit einer festen Frequenz erzeugt, ist es nicht erforderlich insbesondere die Frequenz dieses Generators festzulegen, sondern die Frequenz kann abhängig von der Drehzahl des Motors 2 verändert werden.

Der Gleichstrom /,. mit dem in der F i g. 9w

dargestellten Verlauf fließt weiter durch die Drossel 45. Daher wird der Kondensator 33 aufgeladen, wenn die Thyristoren 11 bis 16 nichtleitend sind. Wenn also die Impulsfrequenz des Anlaufsignal-Generators 5Γ niedrig ist, kann die Ladespannung des Kondensators 33 sehr groß werden.

Dies kann jedoch verhindert werden, wenn eine Diode 46 an der Drossel 45 liegt, wie dies in F i g. 8 gezeigt ist.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß bei der erfindungsgemäßen Anordnung für cir.c-n kommutatorlosen Synchronmotor die Kommutierung der Thyristoren sichergestellt ist und so eine wirtschaftliche Anordnung erhalten wird, wenn lediglich ein Kondensator an die Gleichstrom-Eingangsanschlüsse des Thyri stör-Wechselrichters gelegt wird. Daher ist die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere für (z.B.) F.lektrofahrzeuge geeignet.

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Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Steuerung cW Drehzahl eines Wechselstrommotors, der an einem Wechselrichter i> eines Gleichstromzwischenkreisumrichters angeschlossen ist, mit einem von der Gleichspannung an den Eingangsklemmen des Wechselrichters aufladbaren Kondensator, der nach einem Umschwingvorgang Ober die von einem Zündsignal-Generator folgerichtig gezündeten Thyristoren des Wechselrichters diese löscht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (33) direkt an die Eingangsklemmen des Wechselrichters (1) angeschlossen ist, so daß bei der zyklischen Zündung der ι s Thyristoren jeweils aus dem Kondensator (33) und den jeweiligen Ankerwicklungen des Motors ein Schwingkreis gebildet ist, in dem ein Sinushalbwellenstrom fließt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (33) über einen Schalter (38) angeschlossen ist, daß der Wechselstrommotor ein eigengetakteter polraderregter Synchronmotor ist und daß der Schalter im Anfahrbereich des Motors bis zu einer Drehzahl, bei der die im Anker induzierte EMK ausreicht, um die Thyristoren zu löschen, geschlossen und danach geöffnet ist.