DE2459713A1

DE2459713A1 - Antriebsystem unter verwendung von wechselstrommotor

Info

Publication number: DE2459713A1
Application number: DE19742459713
Authority: DE
Inventors: Brian John Chalmers; John Philip Gibson
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1973-12-22
Filing date: 1974-12-18
Publication date: 1975-06-26
Also published as: FR2255743B1; US4004203A; JPS5096823A; FR2255743A1

Description

PAT E ΝΤΑΝΑ".
D-4 DÜSSELDORF · SCHUMANNSTR. 97

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ ■ Dipl.-Ing. W. FLORACK ■ DipK-lng. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

C.A.Y. Limited "

Well Street

GB-Birminghani 17· Dezember 1974

Antriebssystem unter Verwendung von Wechselstrommotor

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem aunter Verwendung eines Wechselstrommotors, "und es ist besonders auf Fahrtantriebssysteme für Fahrzeuge anwendbar.

Ein System gemäß der Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Wechselstrom-Synchron-Antriebsmotor und einen Inverter, der den Motor mit Strom, versorgt und Zündungsimpulse unter der Steuerung des Läufers des Motors erhält, wobei der Inverter zum Arbeiten von einer maximalen Frequenz bis hinab zu einer Frequenz von KuIl eingerichtet ist, derart, daß der Motor synchron vom Anfrahren bis zur maximalen Drehzahl läuft.

Vorzugsweise ist der Motor ein bürstenloser Motor.

Vorzugsweise sind Mittel zur Begrenzung des Gleichstromeingangsstroms zum Inverter vorgesehen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein Schaltbild, das einen Inverter zeigt, der in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird,

Fig. 2 die Darstellung der Zündungsimpulse, die den thyristoren in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung zugeleitet werden,

Wa/Ti - 2 - '

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Pig. 3 die Darstellung einer Ausführung einer Zündungssteuerschaltung, Pig. 4 und 5 Darstellungen von Teilen der in Fig. 1 gezeigten Schaltung, Pig. 6 bis 8 Darstellungen möglicher Wellenformen innerhalb der in Pig.

1 gezeigten Schaltung,

Pig. 9 die Daerstellung eines weiteren Teils der Zündungssteuerschaltung, Pig. 10 ein Blockschaltbild eines Fahrtantriebssystems, Pig. 11 ein Schaltbild, das die bevorzugte Motorschaltung darstellt, Pig. 12 die Darstellung einer Ausführung eines Oszillators, der zur Verwendung in der in Pig. 11 gezeigten Schaltung vorgesehen ist, Pig. 15 die Darstellung einer Ausführung einer Wicklungsanordnung, Pig. 14 und 15 Darsbellungen von Abwandlungen der kommutierenden Schaltungen ,
Pig. 16 die Darstellung einer Wellenform, die den Schaltungen nach Pig.

14 und 15 zugeordnet ist, und

Pig. 17 eine Einzelheit, in der eine Abwandlung der Schaltung nach Pig. 1 gezeigt ist.

Gemäß der Darstellung in Pig. 10 liefert eine Batterie 111 Strom zu einer positiven und negativen Stromleitung 112, 113» die einen Dreiphaseninverter 114 speisen. Der Inverter liefert Wechselstrom an drei Leitungen 115, 116, 117, die mit den Phasen eines bürstenlosen v/echselstrom-Synchronmotors 118 verbunden sind. Der Inverter 114 wird von einem Zündungsnetzwerk 119 gesteuert, das wiederum von einem Logiknetzwerk 121 gesteuert wird. Die Position des Läufers ades Motors 118 in irgendeinem bestimmten Augenblick wird von einem Detektor 122 gemessen, der drei Eingänge zu einer Phasenwechselschaltung 123 liefert, die das Logiknetzwerk 121 steuert. Die Anordnung ist eine solche, daß der Motor 118 und der Inverter 114 bei allen Drehzahlen von Null bis zu einer maximalen Frequenz synchronisiert werden. Das wird dadurch ermöglicht, daß der Inverter 114 so ausgelegt wird, daß er in der Lage ist, eine zuverlässige !Commutation von einer Prequenz von Null aufwärts zu bewirken. Um mit den höhen Stromstärken viertig zu werden, die in dem Inverter bei sehr niedrigen Frequenzen fließen können, d.h. bei niedrigen Motordrehzahlen, wird auch die Eingangsstromstärke zum Inverter 114 beschränkt. ¥ie in Pig. 10 gezeigt ist, wird, das durch Verwendung einer Strommeßvorrichtung 23 in der Leitung II3 erreicht, und diese Vorrichtung liefert einen Ein-

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gang zu einer Strombegrenzungsschaltung 125, die dann, wenn der in der Leitung 113 fließende Strom einen Sollwert litersehrextet, die Wirkung des Logiknetzwerks 121 eine "bestimmte Zeitlang modifiziert, während der die Eingangsstromstärke zum Inverter "begrenzt wird.

Es folgt nun eine Betrachtung der Einzelheiten der Schaltung. Gemäß der Darstellung in 3?ig. 1 sind eine positive und eine negative Stromleitung 11 "bzw. 12 vorgesehen, die mit der Batterie 111 verbunden sind. Mit der Stromleitung 11 sind die Anoden zweier Thyristoren 1Ja, 14a verbunden, wobei die Kathode des Thyristors 14a mit der Leitung 11 durch den Anoden-Kathoden-Weg einer Diode 15a verbunden ist. Die Kathoden der Thyristoren 13a, 14a sind durch einen Induktor 16a und einen Kondensator 17a in Eeihe miteinander verbunden, und sie sind weiter mit den Anoden zweier Thyristoren 18a, 19a verbunden, deren Kathoden mit der Leitung 12 verbunden sind. Die Anode des Thyristors 19a ist mit der Leitung 12 durch den Kathoden-Anodenweg einer Diode 21 verbunden, und die Anode des Thyristors 19 liefert einen Eingang zu einem Dreiphasenmotor 22. Darüber hinaus sind herkömmliche Unterdrückungen einsetzbar, um die Rate des Stromanstiegs und/oder des Spannungsanstiegs an verschiedenen Punkten im Inverter zu begrenzen.

Die bisher beschriebenen Bauteile werden für die beiden anderen Phasen verdoppelt, und sie sind durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet, an die die Buchsten b unc für die beiden anderen Phasen angefügt sind.

2 zeigt die Torschaltungsanordnungen für die vier Thyristoren in einer der Phasen. Die Torsignale, die an die Thyristoren angelegt werden, können Gleichstromsignale sein, oder sie können aus einer Impulsekette bestehen. Wenn mit einer Impulskette gearbeitet wird, hat vorzug-s weise der/lmpls der Kette eingve größere .Amplitude und/oder eine /erste längere Impulslänge als die übrigen Impulse. Wie zu sehen ist, wird in einem bestimmten Punkt im Arbeitsspiel der einen Phase, Torstrom den Thyristoren 14a und 18a zugeleitet, so daß der Kondensator 17a so geladen wird, daß seine rechte Platte positiv ist. Torstrom wird durch die Thyristoren 14a, 18a beendet, und nach einer kurzen Verzögerung D1 wird

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wird der Thyristor 13a gesundet, wodurch bewirkt wirclj, daß der Kondensator 17a den Thyristor 14a kommutiert.» Nach einer Gesam tverzögerung D2, die größer als 1)1 ist₈ wird der Thyristor 19a gezündet, und da die Thyristoren 1Ja und 19a nun beide Leiten, lädt sich der Kondensator 17a auf, wobei seine linke Platte positiv wird. Später im Arbwitsspeil wird der Torstrom voan den Thyristoren 13a und 19a abgenommen, und nach einer weiteren kurzen Verzögerung 1)1 wird der Thyristor 18a gezündet? gefolgt von einem Zünden des Thyristors 14a und so water.» Es erfolgt eins weitere Verzögerung BJ₅während &@r die Thyristoren 18a und 14a Ton Zündungs« impulsen abgeschnitten werden? so daß ztirei Korrmmtationen nicht zu nahe aufeinander erfolgen können«

Die Arbeitsweise der beiden anderen Phasen ist entsprechend, aber die Zündungsimpulse für die verschiedenen Schaltungen überlappen sich natürlich. Der Detektor 122 erzeugt Ausgangsimpulse in drei Ketten, und zwar eine Kette für jede Phase. Eine typische Anordnung ist in der folgenden Tabelle gezeigt.

Wellenwinkel 0° 60° 120° 180° 240° 300° 3S0°(0°)

PHASE A 1 1 1 ο ο ο

PHASE B ο ο 1 1 1 ο

PHASE G 1 0 0 0 1 1

Pig. 3 zeigt die Zündungssteuerschaltung, die drei Eingangsanschlüsse A, B, C hat, denen die in der Tabelle gezeigten Ausgänge zugeleitet werden können, um den Inverter in der erforderlichen Weise arbeiten zu lassen. Aub Gründen, die später ersichtlich werden, werden die Ausgänge nicht direkt den Anschlüssen A, B, C zugeleitet, für den Augenblick wird jedoch angenommen, daß das der Pail sei. Pig. 3 zeigt 12 OTD-Torschaltungen, die den 12 Thyristoren in dem Inverter jeweils zugeordnet sind. Jede der UiD-Torschaltungen erzeugt bei Empfang von zwei Eingängen des logischen Werts 1 einen Ausgang zur Betätigung der Zündungsschaltung, die dem betreffenden Thyristor zugeordnet ist. Wie zu sehen ist, ist der Ansohluß A mit dem Eingang einer bistabilen Schaltung 31a verbunden, die

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BAD

eine erste Ausgangsleitung 3²a hat, welche mit den Torschaltungen verbunden ist, die den Thyristoren 18a und 14a zugeordnet sind, und die eine zweite Ausgangsleitung 33a hat, die der Torschaltung zugeordnet ist, die den Thyristoren 19a und 13a zugeordnet ist. In einem Zustand der bistabilen Schaltung 31a führen die Leitungen 33a und 32a eine logische I bzw. 0, und im anderen Zustand befinden sie sich unter einer logischen 0 bzw. 1. Der Anschluß A ist ferner mit einer ausschließlichen ODER-Torschaltung 34^a verbunden, die einen Eingang von der Leitung 33a erhält und einen Ausgang liefert, und zwar über eine FUItfD-Torschaltung 35» zu einem Verzögerungsnetzwerk 36, das den Ausgang an drei Leitungen 37» 38, 39 steuert. Die Leitung 37 liefert Eingänge zu iden Torschaltungen,, die den Thyristoren 13a und 18a zugeordnet sind, und die Leitung 38 liefert Eingänge zu den Torschaltungen, die den Thyristoren 14a und 19a zugeordnet sind. Der Anschluß B und G hat jeweils entsprechende Sätze Bauteile, die ihnen zugeordnet sind und die mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind, an die die Buchstäben b bzw. c angefügt sind. Die Bauteile 35» 36, 37» 38 und 39 sind für alle drei Phasen gemeinsam vorgesehen, und wie zu sehen ist, ist die Leitung 39 mit der bistabilen Schaltung 31a, 31*> und 31° aus einenrn Grund verbunden, der noch zu beschreiben sein wird.

Wenn nun die Arbeitsweise der Phase A betrachtet wird, führen bei einem Wellenwinkel von beispielsweise 359° die Leitungen 32a und 33a Signale 0 bzw. 1, und die Leitungen 37 und 38 führen Signale 1, und die Leitung 39 führt Signale 0. Wie zu sehen ist, erzeugen unter diesen Umständen die UliD-Torschaltungen, die den Thyristoren 13a und 19a zugeordnet sind, Ausgänge, wie sie benötigt werden. Am 36O -Punkt ändert sich der Eingang am Anschluß A von 0 auf 1, und damit sind die beiden Eingangssignale zur Torschaltung 34^a anders, und die Torschaltung 34a liefert einen Eingang über die Torschaltung 35» um das Verzögerungsnetzwerk 36 auszialösen. Ein Triggern des Verzögerungsnetzwerks 36 treibt die Leitungen 37 und 38 auf eine binäre 0 und die Leitung 39 auf eine binäre 1, um damit die bistabile Schaltung 31a so zu triggern, daß die Leitung 33a das Signal 0 und die Leitung 32a dias Signal 1 führt. Die bistabilen Schaltungen 31a, 31h TiB-d 31° werden dann außer Punktion gesetzt. Wie zu sehen ist,

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erzeugt nun keine der TIO-Torschaltungen, die den Thyristoren 13^a» "M^a> 19a, 18a zugeordet sind, einen Ausgang. Am Ende der VerzögerungszB it Dl erscheint jedoch das Signal 1 an der Leitung 57» so daß das Tor des Tyhyristors 18a Zündungsimpulse erhält. Zum Zeitpunkt D2 erscheint auch ein Signal 1 an der Leitung 38, so daß Zündungsimpulse dem Thyristor 14a zugeleitet werden. Zum Zeitpunkt T3 kehrt die Leitung 39 ^zum Signal 0 zurück, und die Torschaltungen 31a, 31b, 31c sind immer noch außer Punktion. Die Arbeitsweise ist ähnlich für die beiden anderen Phasen, und sie läßt sich ohne weiteres aus Fig. 3 iß Verbindung mit der Tabelle ersehen, die die Signale anzeigt, die den Anschlüssen A, B und 0 in Fig. 3 zugeleitet werden können.

Sobald der durch die Vorrichtung 23 fließende Strom unter einem Sollwert ist, ist die Arbeitsweise genau die, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, und die Wellenformen in den verschiedenen Teilen der Schaltung sind die, wiwe sie in Pig. 6 gezeigt sind. Es sind im übrigen sechs leitende Pließanordnungen innerhalb des Inverters während einer Arbeitsperiode vorhanden, und als Beispiel ist eine typische leitende Fließanordnung zum Zeitpunkt T1, die in Fig. 6 angegeben ist, in Fig. 4 dargestellt. Strom fließt zum Motor durch die Thyristoeren 14a und 14^C» wobei der Rückweg durch den Thyristor 19b geht. Die anderen fünf leitenden Fließanordnungen können ohne'weiteres identifiziert werden, aber zum Zwecke der Erklärung, was passiert, wenn der in der Vorrichtung 23 fließende Strom den Sollwert überschreitet, ist es am zweckmäßigsten, lediglich die leitenden Yege zu betrachten, die in Fig. 4 gezeigt sind. Wenn zu irgendeiner Zeit der in der Vorrichtung 23 fließende Strom den Sollwert überschreitet, wird der Thyristor 19b eine bestimmte feste Zeitlang abgeschaltet, und während dieser Zeit hört ein Fließen von Strom in der Vorachtung 23 auf. Das wird durch die normalen Umschaltanordnungen im Inverter selbst erreicht. In dem Augenblick, in dem der Strom in der Vorrichtung 23 den Sollwert überschreitet, wird also der Thyristor 18b gezündet, so daß sich der Thj^ristor 19b abschaltet. Kurz danach wird der Thyristor 14b ^zündet, und der Kondensator 17b beendet seinen Ladevorgang durch den Thyristor 18b,und den Thyristor 14b oder die Diode 15b» und danach schaltet sich der Thyristor 18b ab. Die Schaltung hat dann

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die in Pig· 5 gezeigte Form, wobei Torsignale an den !Thyristor 14*> angelegt werden, auch wenn der Thyristor 14b nicht leitet. Der durch die Vorrichtung 23 fließende Strom hört nun auf. Später wird der Thyristor 13b gezündet, und der Kondensator 17b entlädt sich nun resonant durch die Diode 15b. Kurz nach dem Zünden des Thyristors 19b und dem Abschluß des Aufladens des Kondensators 17b durch die Thyristoren 13b und 19b hat die Schaltung die in Fig. 4 gezeigte Form, erneut, und wenn der Strom über den Sollwert erneut ansteigt, kehrt die Schaltung in den in Fig. 5 gezeigten Zustand für die feste Zeitdauer zurück. Eine entsprechende Umschaltwirkung tritt in irgendeiner der sechs möglichen leitenden Fließanordnungen auf, wenn der Strom in der Torrichtung 23 den Sollwert überschreitet. ■

Wie zu sehen ist, ist die Umschaltwirkung in Fig. 4 imcl Fig. 5 genau die gleiche wie die Umschaltfewirkung, wenn der Inverter normal arbeitet. Die Art und Weise, wie das erreicht wird, wird nachstehend noch zu beschreiben sein, für den Augenblick wird aber erneut auf Fig. 6 bezug genommen. In Fig. 6 zeigen die ersten drei Wellenformen die Spannungen an den Leitungen 31 Ms 33» die die Last 22 speisen, die nächste Wellenform zeigt die Spannung zwischen den Leitungen 3I» 3²» die nächsten drei Wellenformen zeigen den in den drei Phasen des Motors fließenden Strom, und die letzte Wellenform stellt den Strom in der Leitung 12 dar, der unter dem Sollgrenzwert liegt, der durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Fig. 7 ist ähnlich Fig. 6 und zeigt, was geschieht, wenn der Sollwert gerade erreicht wird, und Fig. 8 zeigt, was geschieht, wenn der Strom be strebt ist, den Sollwert um einen erheblichen Betrag zu überschreiten.

Um die erforderliche Arbeit des Inverters zu erreichen, wenn der Strom den Sollwert überschreitet, braucht lediglich dafür gesorgt zu werden, daß die Signale an den Anschlüssen A, B und G in Fig. 3 während der bestimmten Zeitdauer so modifiziert werden, daß die Schaltung so arbeitet, wie das im Zusammenhang mit Fig. 4 und- 5 beschrieben worden ist. Eine Tabelle ist bereits angegeben worden, die zeigt, welche Siganle an den Anschlüssen A, B, C während des normalen Betriebs erforderlich sind, d. h. wann der Strom unter denj Sollwert liegt. Wenn der Strom über dem

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Sollwert liegt, kann diese Tabelle so modifiziert werden, daß sie wie folgt lautet $

Wellenwinkel 0° 60° 120° 180° 240° 500° 56θ°(θ°)

Phase A	1	O	1	O	1	O
Phase B	1	O	1	O	1	O
Phase C	1	O	1	O	1	O

Wenn ein Symbol I so definiert wird, daß es normalerweise 0 und 1 während der bestimmten Zeitdauer ist und wenn die Ausgänge von den drei Wellenencoders, die dien Phasen A, B unc G zugeordnet sind, mit den Buchstaben A, B, C bezeichnet werden, kann der benötigte Eingang am Anschluß A in Pig. 3 wie folgt ausgedrückt werden:

Eingang A = Α.Ϊ # A.B.C.1 + A.B.cf.I + A.B.C.I.

Der erste Ausdruck in dieser Gleichung stellt die Sitauation dar, bei der der Strom unter dem Sollwert liegt, weil in diesem Fall der Eingang zum Anschluß A der gleiche wie der Ausgang vom entsprechenden Encoder ist. Deie anderen drei Ausdrücke erhält man durch eine Prüfung aus den beiden Tabellen. Beispielsweise beim 2 -Punkt erzeugen die Enooder also Signale 101 für die Phasen A, B und C, und der erforderliche Eingang ist 111, wie das aus der zweiten Tabelle ersichtlich ist. Der zweite Ausdruck ist der logische Ausdruck für den Eingang A, der diesen Zustand darstellt.

Der Ausdruck für den Eingang A kann nach normalen mathematischen Verfahren behandelt werden, um das folgende Ergebnis zu erhalten.

Eingang A = A.I . A.C.I . A.B.I . G.B.I Entsprechend kann gezeigt werden, daß

Eingang B = bTT . A.C.I . AB.I . B.C.I

Eingang C = CI . A.C.I . A.B.I . Q.C.I

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Eine einfache Anordnung zum Erreichen dieses Effekts ist in Pig. 9 gezeigt. "Die Vorrichtung 23 ist ein Widerstand, an dem die Spannung einem Verstärker 41 zugeleitet wird, dessen Ausgang einem Komparator 42 zugeleitet wird, der die bestimmte Stromstärke durch Vergleich mit einem Bezug feststellt und dann einen Jilin^ang an ein Verzögerungsnetzwerk 43 liefert, dessen Aufgabe darin besteht, sicherzustellen, daß von kurzzeitigen Stromstößen über den Sollwert hinaus keine Notiz genommen wird. Der Ausgang voia Verzögerungsnetzwerk 43 wird einer Zeitgabeschaltung 44 zugeleitet, die einen Eingang zu einem Logiknetzwerk liefert. Die Zeitgabeschaltung 44 stellt.die Zeit ein, während der der Inverter aus dem Zustand nach J-Ig, 4 (oder einen äquivalenten Zustand) in den Zustand nach Pig. 5 (oder einen äquivalenten Zustand) getrieben wird.

Das Logiknetzwerk besteht aus zehn FUJTD-Torschaltungen und zwei Invertern. Der Eingang von der Schaltung 44 wird dreien der FUOT-Torschaltungen zugeleitet, und diese Torschaltungen erhalten auch Eingänge von den Wellenencodern, um Ausgänge in der erforderlichen Weise zu erzeugen, wie das in den Zeichnungen dargestellt ist. Ein invertiertes Signal wird den anderen drei FUlTD-IPorschaltungen von der Schaltung 44 zugeleitet, um die anderen drei Ausdrücke in der Gleichung zu erzeugen. Die drei Ausgangs-liUliD-Torschaltungen kombinieren die verschiedenen Ausdrücke gemäß der Darstellung, um die erforderlichen Eingänge für die Anschlüsse A, B, G nach Pig. 3 zu liefern. -

Die bevorzugte Form der Motorschaltung ist in Fig. 11 bis 13 gezeigt. Der Motor 22 weist eine Ständervorrichtung mit einer Dreiphasen-Ständerwicklung 51 auf, und diese Wicklung wird durch den Inverter 114 von einer Batterie 111 gespeist, wie das beschrieben worden ist.

Die Batterie 111 liefert ferner Strom zu einem Oszillator 54» der die Primärwicklung 55. eines Umformers 16 epeist, der zwei Sekundärwicklungen 57^a» 57^ hat, deren Achsen um 90 elektrisch versetzt sind. Die Sekundärwicklungen des Umformers liefern Eingänge zu zwei Gleichrichtern 58a, 58b, die entweder parallelgeschaltet oder vorzugsweise in Seihe geschaltet sind, wie das gezeigt ist, und zwar mit einer Feldwicklung 59 an der Läufervorrichtung des Motors. Die Gleichrichter 58a, 58b und die

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BAD ORIGINAL,

Sekundärwicklungen 57a, 57ΐ> sitzen ebenfalls an der Läufervorrichtung, und der Oszillator 54 und die Primärwicklung 55 sitzen an der Ständervorrichtung. Wie zu sehen ist, ist der Feldstrom in der Wicklung 59 von der Winkellage und von der Drehung des Läufers unabhängig. Das trägt zu guten Atifahreigenschaften bei.

Die Stärke des Feldstroms kann durch Regelung der Fretiquenz des 0szi»llators 54 geändert werden. Eine zweckmäßige Ausführung für einen Oszillator für diesen Zweck ist in Fig. 12 gezeigt. Die Batterie 111 ist mit einer Reihenschaltung verbunden, zu der ein Thyristor 61, zwei magnetisch gekoppelte Wicklungen 62, 63 und ein Thyristor 64 gehören. Die Verbindung zwischen den Wicklungen 62, 63 ist durch die Wicklung 65 mit der Verbindung zwischen zwei Kondensatoren 65» 66 verbunden, die zur Batterie 111 parallelgeschaltet sind. Die Ihyristolren 61, 64 werden nacheinander gezündet, und die Kondensatoren 65, 66 dienen dazu, die erforderliche Kommutation der Thyristoren 61, 64 zu bewirken. Die Frequenz des Oszillators wird dadurch geregelt, daß der Augenblick geändert wird, zu dem Torimpulse an die Thyristoren 61, 64 angelegt werden.

Der Umformer 56 könnte ein in sich geschlossener Umformer sein, dessen Primärwicklung 55 und dessen Kern teilweise an der Ständervorrichtung sitzen, während die Sekundärwicklungen 57a, 57b und der Rest des Kerns an der Läufervorrichtung sitzen. Vorzugsweise wird der Umformer jedoch in den Motor selbst eingebaut, wobei die Primärwicklung in dieselben Ständerschlitze gewickelt wird wie die Ständerwicklung, während die Sekunräwicklung auf den Läufer gewickelt wird. Typischerweise nimmt die Primärwicklung etwa 10% des Raums in den Ständerschlitzen ein. Es ist natürlich in solch einer Anordnung entscheidend sicherzustellen, daß die Umformerwicklungen nicht magnetisch mit den Hauptmaschinenwicklungen gekoppelt sind. Das kann daadurch erreicht werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Zahl der Pole, die von den Hauptmaschinenwicklungen gebildet sind, entweder das Doppelte oder die Hälfte der Zahl der Pole beträgt, die von den Umformerwicklungen gebildet sind. Unter Verwendung . einer Anordnung, wie sie gezeigt ist, hat eine typische Maschine eine Dreiphasen-Ständerwicklung mit vier Polen und eine Feldwicklung 59 ebenfalls mit vier Polen, wobei die Feldwicklung aus einer einzigen Spule

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an jedem Pol besteht, wie das in Pig. 13 gezeigt ist. Me Primärwicklung ist dann eine zweipolige Einphasenwicklung, und die beiden Sekundärwicklungen werden gemäß der Darstellung in Fig. 13 gewickelt.

In Fig. 14 ist zur Vereinfachung eine der drei kommutierenden Schaltungen nach Pig. 1 gezeigt. Im Betrieb lädt sich der Kondensator 17a auf eine Spannung über der Spannung an den Leitungen 11, 12 auf, und das kann ein Nachteil sein, weil die Thyristoren und der Kondensator auf diese erhöhte Spannung ausgelegt sein müssen und die volle Kommutationsfähigkeit nicht verfügbar ist, wenn die Schaltung zuerst eingeschaltet wird. TJm dieses Problem zu beseitigen, wird die schwingende Kommutationschaltung am Ende jeder Kommutation überdämpft. Das kann auf verschiedene Weise erreicht werden, in Fig. I4 jedoch sind die Leitungen 11, 12 durch die Kathoden-Anoden-Wege zweier Dioden 71» 72 in Reihe verbunden, wobei die Verbindung zwischen den Dioden 71» 72 mit der Anode des Thyristors 18a durch einen Widerstand 73 verbunden ist, ferner durch einen Indutkor 74 in Reihe damit. In vielen Schaltungen ist der Induktor 74 nicht erforderlich, und Pig. 16 zeigt die Wellenform, die man mit der Anordnung nach Pig. I4 erhält, wenn der Induktor 26 weggelassen wird. Wie aus Pig. 16 zu ersehen ist, lädt sich während des Kommutationsintervalls 'a' der Kondensator .17^a auf eine Spannung auf, die höher als die Netzspannung ist. Während des Intervalls 'b¹ bewirkt die Überdämpfung ein Absinken der Kondensatorspannung auf einen Wert, der die Netzspannung um einen gewählten Betrag in einer bestimmten Zeit überschreitet. Es ist zu beachten, daß es extrem wichtig ist, daß die schwingende kommutierende Schaltung am Ende jeder Kommutation überdämpft wird, im Unterschied zu einer Unterdämpfung. Ein Unefcterdämpfen wird eine schwingende Entladung des Kondensators 17a während der Zeit 'b¹ bewirken, und es wäre dann möglich, am Kondensator 17a eine Ladung mit einer Spannung zu fangen, die niedriger als die Netzspannung ist, was natürlich bedeuten würde, daß die Schaltung möglicherweise nicht kommutiert.

Die in Pig. I5 gezeigte Anordnung ist ähnlich der in Pig. I4 gezeigten, wobei hier die Reihenschaltung 73, 74 zur Verbindung zwischen dem Induktor 16a und dem Kondensator 17a zurückgeführt ist. Die Arbeitsweise bleibt unbeeinflußt.

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Die Anordnungen nach Fig. 14 und 15v könen für jede der drei Phasen gegebenenfalls verdoppelt werden, es ist jedoch möglich, Bauteile zu sparen, wie das in Pig. 17 gezeigt ist. Fig. 17 zeigt einen Teil der Anordnung nach Fig. 1. Vie zu sehen ist, ist die Verbindung zwischen der Wicklung 16a und dem Kondensator 17a mit der Anode einer Diode 75a und der Kathode einer Diode 78a verbunden. Die Verbindung zwischen der Wicklung 16b und dem Kondensator 17b ist entsprechend mit der Anode einer Diode 75b und der Kathode einer Diode 78b verbunden, während die Verbindung zwischen der Wicklung 16c und dem Kondensator 17c mit der Anode einer Diode 75° und der Kathode einer Diode 78c verbunden ist. Die Diode 75a, 75b, 75c ist mit ihrer Kathode jeweils mit der Leitung 11 durch einen Widerstand 76 und eine Wicklung 77 iⁿ Reihe verbunden, und die Anoden der Dioden 7a8a, 78b, 78c sind mit der Leitung 12 durch einen Widerstand 79 und eine Wicklung 80 in Reihe verbunden. Die Arbeitsweise ist genau die gleiche wie in Fig. 14 oder in Fig. 15» wie jedoch zu sehen ist, sind ein Widerstand und eine Wicklung gespart worden.

Eine Alternativverbindung besteht darin, die Verbindungen der beiden Dioden jeweils mit den Verbindungen der beiden ersten und dritten !Thyristoren jeweils zu verbinden.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche L 4 O Ό ι \ ο

1. Antriebssystem, gekennzeichnet durch einen "Wechselstrom-Synchron-Antriebsmotor und einen Inverter, der den 1Iotor mit Strom versorgt und Zündungsimpulse unter der Steuerung des Läufers des Motors erhält, wobei der Inverter zum Arbeiten von einer maximalen Frequenz bis hinab zu einer Frequenz von lull eingerichtet ist, derart, daß der Motor synchron warn Anfahren bis zur maximalen Drehzahl läuft.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein bürstenloser Motor ist, der eine Ständervorrichtung mit einem Ständerkern, an dem üiergiewicklungen sitzen, in denen der StromfluB durch den Inverter gesteuert ist« eine Laufervorrichtung mit einer Feldwicklung an der Läufervorrichtung, eine an dem Läufer angeordnete igleichrichtereinrichtung zur Lieferung eines in eine !Richtung gerichteten Stroms zur Feldwicklung und eine Umformereinrichtung aufweist,

die von der Ständer- und Läufervorrichtung getragen ist, derart, daß der Gleichrichtereinrichtung v/echselstrom zuleitbar ist.

3· Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformereinrichtung eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung aufweist, die von der Ständer- bzw. Lauf ervorrichtunggetragen sind.

4. Antriebssystem nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Ständerkern mit Schlitzen versehen ist, von denen ein erheblicher Teil durch die Energiewicklungen eingenommen ist, während der verbleibende Teil der Schlitze von der Primärwicklung der Umfonnereinrichtung eingenommen ist.

5· Antriebssystem nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sekundärwicklungen vorgesehen sind, die elektrisch um 90° zueinander versetzt sind, und daß die Gleichrichtereinrichtung zwei Gleichrichtereinheiten aufweist, die in eine Richtung gerichteten Strom zur Feldwicklung liefern.

Wa/Ti - 2 -

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6. Antriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Gleichrichtereinheiten parallelgeschaltet sind.

7· Antriebssystem nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Gleichrichtereinheiten in Reihe geschaltet sind.

8. Antriebssystem nach Anspruch 5> dad.xi3?cli gekennzeichnet, daß die Zahl der Pole, die von den Energiewicklungen gebildet sind, sich von der Zahl der Pole unterscheidet, die von der Primärwicklung der Umformereinriohtung gebildet sind, derart, daß eine Wechselwirkung zwischen den Energiewicklungen und der Umformerwicklung auf ein Minimum reduziert wird.

9· Antriebssystem nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch einen Oszillator zur Lieferung von Wechselstrom zur Primärwicklung der Umformereinrichtung.

10. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverterschaltung mehrere Thyristoren, ein Zündungsnetzwerk zum Zünden der Thyristoren in einer gewünschten Reihenfolge und Mittel zur Lieferung von Signalen zum Zündungsnetzwerk aufweist, wobei die Signale die Position des Läufers des Motors darstellen.

11. Antriebssystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Detektormittel zum Feststellen der Stärke des Stromflusses in einer Gleichstromzuleitung zum Inverter, ein Logiknetzwerk, durch die die von den genannten Mitteln gelieferten Sigenale dem Zündungsnetzwerk gehen, wobei das Logiknetzwerk ein Signal von den Detektormitteln dann erhält, wenn der in der Leitung fließende Strom einen Sollwert überskchreitet, und das Logiknetzwerk für eine Modifizierung der dem Zündungsnetzwerk zugeleiteten Signale sorgt, derart, daß der in der Leitung fließende Strom auf Null gesenkt wird.

12. Antriebssystem nach Anspruch 11, gekennzeichnet

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durch ein Verzögerungsnetzwerk, das zwischen die Detektormittel und .das Logiknetzwerk geschaltet ist und eine Modifizierung der Signale während einer vorübergehenden Erhöhung des Stroms über den Sollwert hinaus verhindert.

13. Antriebssystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Zeitgabenetzwerk, das zwischen das Verzögerungsnetzwerk und das Logiknetzwerk geschaltet ist und so wirkt, daß ein Ankommen des Signals an der Logikeinheit nach einer bestimmten Zeit verhindert wird, derart, daß eine Modifizierung der Signale nur während der bestimmten Zeitdauer vonstattengeht.

14· Antriebssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Mehrphasenmotor ist und der Inverter Gruppen von Thyristoren und zugehörigen Bauteilen aufweist, wobei die Zahl der Gruppen der Zahl der Phasen des Motors entspricht.

15· Antriebssystem nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe erste und zweite Thyristoren aufweist, deren Anoden mit einer positiven Stromleitung und deren Kathoden jeweils mit den Anoden von dritten und vierten Thyristoren verbunden sind, deren Kathoden mit einer negativen Stromleitung verbunden sind, wobei eine kommutierende Schaltung zwischen die Anoden der edritten und vierten Thyristoren geschaltet ist und das Zündungsnetzwerk Torschaltungssignale zu dem ersten, vierten, dritten und zweiten Thyristor in dieser Reihenfolge liefert.

16. Antriebssystem nach Anspruch I5, dadurch gekennzeichnet, daß die kommutierende Schaltung eine schwingende Schaltung ist, zu der ein Kondensator und ein Induktor in Reihenschaltung gehören, wobei Mittel zum Überdämpfen der schwingenden Schaltung vorgesehen sind.

17· Antriebssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Dämmpfen der schwingenden Schal-

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tang einen Widerstand aufweisen, der eine Spamungsverminderung des Kondensators während der Intervalle zwischen Kominuta ti on en bewirkt.

18. Antriebssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Dämpfen der schwingenden Schaltung einen Widerstand und einen Induktor aufweisen, die in a?eine Reihenschaltung geschaltet sind.

19· Antriebssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Überdämpfen zwei Sätze Dioden aufweisen, wobei die Zahl der Dioden in jedem Satz gleich der Zahl der Phasen des Motors ist, wobei die Kathoden eines Satzes Dioden mit Punkten zwischen den Induktoren und Kondensatoren der jeweiligen schwingenden kommutierenden Schaltungen verbunden sind und die Anoden des anderen Satzes Dioden jeweils mit den Punkten verbunden sind, wobei zwei Widerstände vorgesehen sind, durch die die Kathoden des einen Satzes Dioden mit der positiven Stromleitung und die Anoden des anderen Satzes Dioden mit der negativen Stromleitung jeweils verbunden sind.

20. Antriebssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Überdämpfen zwei Sätze Dioden aufweisen, wobei die Zahl der Dioden in jedem Satz gleich der Zahl der Phasen des Motors ist, wobei die Kathoden eines Satzes Dioden mit Punkten jeweils zwischen den ersten und dritten Thyristoren verbunden sind und die Anoden des anderen Satzeäs Dioden jeweils mit den Punkten verbunden sind, wobei zwei Widerstände vorgesehen sind, durch die die Kathoden des einen Satzes Dioden mit der positiven Stromleitung und die Anoden des anderen Satzes Dioden mit der negativen Stromleitung jeweils verbunden sind.

21. Antriebssystem nach Anspruch 18 oder 19, gekennzeichnet durch Induktoren, die in Reihe mit den jeweiligen Widerständen geschaltet sind.

22. Antriebssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß das Zündungsnetz werk zur Gewähr dafür eingerich-

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gtet ist, daß die Torsignale, die den ersten und vierten Thyristoren jeder Gruppe zugeleitet werden, im wesentlichen zur gleichen Zeit wie der Beginn des Torsignals enden, das dem dritten Thyristor der Gruppe zugeleitet wird, und daß die Torsignale, die den zweiten und dritten Thyristoren zugeleitet werden, im wesentlichen zur gleichen Zeit wie der Beginn des Torsginais enden, das dem ersten Thyristor zugeleitet wird.

23. Antriebssystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß das Zündungsnetzwerk zur Lieferang einer kleinen Verzögerung zwischen dem genannten Ende und Beginn der Torsignale eingerichtet ist.

24. Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch ge kennzeichnet, daß die an die Tore der Thyristoren angelegten Torsignale eine kontinuierliche Porm haben.

25. Antriebssystem nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Tore der Thyristoren angelegten Torsignale durch eine Impulskette gebildet sind.

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