DE2829685C2

DE2829685C2 - Mit Gleichspannung gespeister Motor

Info

Publication number: DE2829685C2
Application number: DE2829685A
Authority: DE
Inventors: Nils Hansson Soenderborg Nygaard
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1978-07-06
Filing date: 1978-07-06
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2829685A1; GB2025168B; NL7905263A; SE7905891L; AU523092B2; BE877287A; CA1147019A; AU4868479A; IT7968408A0; FR2430690A1; JPS5513694A; DK277679A; GB2025168A; US4270075A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit Gleichspannung gespeisten Motor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Motor dieser Art (DE-AS 63 357. Fig. 1) sind zwei Ständerwicklungen und zwei diesen jeweils zugeordnete Entmagnetisierungswicklungen vorgesehen. Die Ständerwicklungen werden abwechselnd eingeschaltet, wobei der beim Abschalten einer Ständerwicklung über die zugeordnete Entmagnetisierungswicklung fließende Entmagnetisierungsstrom zur Aufladung eines Speicherkondensators benutzt wird. Nach erfolgter Entmagnetisierung und Aufladung des Speicherkondensators wird die zweite Ständerwicklung eingeschaltet, wobei die im Speicherkondensator gespeicherte Energie zusätzlich über diese zweite Ständerwicklung entladen wird, um einen schnelleren Aufbau des Erregerstroms in dieser Ständerwicklung zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrUride, einen Motor der galtungsgemäßeri Art anzugeben, der einen gleichmäßigeren Lauf aufweist und verlustarm arbeitet

Diese Aufgäbe wird effindungsgefnäß durch die litt Patentanspruch ί gekennzeichneter! Maßnahmen gelöst

Bei dieser Lösung treibt die beim Abschalten einer Ständerwicklung in der zugehörigen Entmagnetisierungswicklung induzierte Spannung einen Strom zumindest durch diese Entmagnetisierungswicklung und die zugehörige Freilaufdiode. Dieser Strom verlängert, obwohl er dem in der abgeschalteten Ständerwicklung zuvor fließenden Strom entgegengesetzt gerichtet ist, wegen des entgegengesetzten Wickelsinns der Entmagnetisierungswicklung die Zeitdauer des jed^r Phase

ίο zugeordneten magnetischen Flusses über '2O" hinaus, so daß sich eine Annäherung an eine Speisung mit 180°-HalbweIlen aufweisendem Dreiphasen-Drehstrom ergibt

Ausgehend von einer zweiphasigen Ausführung mit

ii> einer Wicklungsbedeckung des Ständers von 360°In bei π Phasen, d. h. einer Wicklungsbedeckung von 180°, würde sich bei einer dreiphasigen Ausführung eine Wicklungsbedeckung von 120° ergeben. Die Folge wäre, daß bei Verwendung einer Entmagnetisierungswicklung für jeden Ständerpol das Feld dieser Entmagnetisierungswicklung bestrebt wäre, den Läufer bei jedem Übergang von einem Pol zum nächsten entgegen seiner normalen Drehrichtung zurückzudrehen. Dies ergäbe ein ungleichmäßiges Drehmoment Dem gegenüber wird durch die hier vorgeschlagene Lösung, bei der sich jede Wicklungshälfte über 180° erstreckt in Verbindung mit dem Anstieg des Stroms in der betreffenden Ständerwicklung und der Abnahme des Stroms in der zugehörigen Entmagnetisierungswicklung, im Augenblick der Stromkommutierung von der einen Ständerwicklung auf die nächste, ein weiter in der gleichen Drehrichtung wirkendes resultierendes Drehfeld erzeugt, das ein gleichmäßigeres Drehmoment bewirkt und weitgehend an das gleichmäßige Drehmoment eines mit dreiphasigem, sinusförmigem Wechselstrom betriebenen Asynchronmotors angenähert ist Die Entmagnetisierungsenergie wird ohne Zwischenspeicherung nahezu vollständig zur Ausbildung des Drehmoments herangezogen, wobei zumindest ein

■to wesentlicher Teil des EntmagnetiMtrungsstromes unmittelbar durch die Ständerwicklung der nächsten Phase fließt und dort ebenfalls zur Ausbildung des Drehmoments beiträgt. Ein Zwischenspeicherkondensator und die dadurch bedingten Umladeverluste entfallen. Desgleichen wird ein zur Aufladung des Zwischenspeichers erforderlicher lückender Betrieb bei der Kommutierung im Sinne eines gleichmäßigeren Laufes des Motors vermieden.

Besonders günst^:g ist es, wenn Ständerwicklung und zugehörige Entmagnetisierungswicklung bifilar gewikkelt sind. Hierdurch wird eine sehr enge induktive Kopplung erreicht.

Das Windungsverhältnis von Ständerwicklung und zugehöriger Entmagnetisierungswicklung sollte 1 :1 sein. Hierdurch wird die Spannung an den Halbleiterschaltelementen auf den doppelten Wert der speisenden Gleichspannung begrenzt.

Die Entmagnetisierungswicklup ι aus dünnerem Draht als die Ständerwicklung Diese platzspa-

rende Maßnahme ist möglich, weil aer Mittelwert des Stromes in der Entmagnetisierungswicklung kleiner ist als der Mittelwert des Betfiebsströmes einer Ständerwicklung,
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

F ί g. I schematisch eine Darstellung eines erfifidüngsgemäßen Drei-Phasen-Motors,

F i g. 2 die Schaltung dieses Motors,

Fig.3 in einem Diagramm die Steuerimpulse für die Halbleiterschaltelemente,

F i g. 4 in einem Diagramm den Verlauf der Ströme in den drei Ständerwicklungen und

Fig.5 ein Ausführungsbeispiel der Schaltung nach Fig. 2.

Der Elektromotor der Fig. 1 hat einen Kurzschlußläufer 1. Ein Ständer 2 weist in seinen nicht veranschaulichten Nuten drei gleichartige zweipolige Wicklungsanordnungen 7, 8 und 9 auf, die je um 120° gegeneinander versetzt sind und jeweils aus zwei um 180" gegeneinander versetzten Hälften, z. B. Ta und Tb bestehen. Jede Wicklungspnordnung besteht aus einer Ständerwicklung Wl- W3 und einer Entmagnetisierungswicklung W4— W6. Jede Ständerwicklung und die zugehörige Entmagnetisierungswicklung sind bifilar, aber gegersinnig gewickelt.

Fig.2 zeigt, daß jede Ständerwicklung mit einem Halbleiterschaltelement ESi-ES3 in Reihe liegt. Die Halbleiterschaltelemente haben einen Steuereingang, an welche Steuerimpulse gelegt werden können, um die Halbleiterschaltelemente in den leitenden Zustand zu bringen. Wenn Transistoren verwendet werden, dient die Basis als Steueranschluß. Wenn Thyristoren verwendet werden, dient das gate als Steueranschluß. Sofern keine GTO (gate turn off)-Thyristoren benutzt werden, muß zusätzlich eine Löschschaltung vorgesehen sein, wofür ein Beispiel in F i g. 5 veranschaulicht ist. Die Entmagnetisierungswicklungen W4— W6 liegen mit je einer Freilaufdiode Dl —D3 in Reihe. Ferner sind zwei Gleichspannungsanschlüsse 10 und 11 mit zugehörigen Speiseleitungen 12 und 13 vorgesehen, von denen die letztgenannte geerdet ist. Alle ersten Reihenschaltungen, bestehend aus einer Ständerwicklung Wl- W3 und dem zugehörigen Halbleiterschaltelement £51 — ES3, liegen parallel zueinander an den Speiseleitungen 12,13. Die zweiten Reihenschaltungen, bestehend aus den Entmagnetisierungswicklungen W4 — W 6 und den zugehörigen Freilaufdioden Di —D3, sind den ersten Reihenschaltungen parallel gelegt

Fig.3 zeigt die Steuerimpulse, welche an die Steueranschlüsse der drei Haibleiterschaltelemente ESi-ES3 angelegt werden. Sie haben je eine Dauer von 120° el und treten nacheinander uvi zyklisch an den drei Halbleiterschaltelementen auf, so daß die drei Ständerwicklungen Wi- W3 nacheinander mit Strom versorgt werden.

Aufgrund dieser Voraussetzungen ergibt sich die nachstehende Betriebsweise. Es sei angenommen, daß die zunächst Strom führende Ständerwicklung WX abgeschaltet und die Ständerwicklung W2 eingeschaltet wird. Infolge des Abschaltens der Ständerwicklung Wl wird in der Entmagnetisierungswicklung W4 eine Spannung erzeugt, die einen Strom überwiegend übej die Ständerwicklung W2, das zugehörige Halbleiterschaltelement ES2, die Freilaufdiode Dl und die Entmagnetisierungswicklung W4 und zum kleinen Teil eventuell auch zurück in die Spannungsquelle treibt Dies führt dazu, daß sich das den Wicklungen Wl und W4 zugeordnete magnetische Feld rasch abbaut Die

ίο dabei frei werdende Energie unterstützt den Aufbau des neuen Magnetfeldes, das die eingeschaltete Ständerwicklung W2 erzeugt Dieses Spiel wiederholt sich jeweils nach 120° el. In den Wicklungen fließen daher die in Fig.4 dargestellten Wicklungsströme, nämlich die Ströme I_u h und h in den Ständerwicklungen Wl- W3 und die Ströme U, k, 4 in den Entmagnetisierungswicklungen W4— W6.

Fig.5 zeigt die in Fig. 2 veranschaulichten Bauelemente, wobei die Haibleiterschaltelemente als im Nulldurchgüng löschende Thyristoren ausgebildet sind. Zum Zweck der Löschung ist zwisuien jeweils zwei Zweige ein Löschkondensator Cl, C2 jzw. C3 und eine Umschwingdrossel Li, L2 bzw. L3 geschaltet Jeder Thyristor ist durch eine gegensinnig gepolte Diode D 4. D 5 bzw. D 6 überbrückt Außerdem liegen mit den .',länderwicklungen Wl- W3 Sperrdioden DT, D 8 bzw. D 9 in Reihe. Wenn der Thyristor ESi leitend ist, lädt sich der Kondensator Cl entsprechend auf. Wird nun der Thyristor £S2 gezündet, fließt ein Löschstrom über diesen Thyristor und die Diode D 4, so daß am Thyristor ESi ein Nulldurchgang erzwungen wird und dieser sperrt. In ähnlicher Weise werden auch die anderen Thyristoren beim Einschalten des jeweils folgenden Thyristors gelöscht Die Urnschwingdrosseln dienen dazu, eine möglichs? vollständige Ladung der Kondensatoren ohne zu starkes Nachladen sicherzustellen.

Die zusätzlichen Wicklungen erfordern zwar einen zusätzlichen Aufwand. Dieser wird aber dadurch kompensiert daß der Motor wegen des erheblich verbesserten Wirkungsgrades bezüglich des übrigen Kuprer- und Eisen-Aufwandes kleiner gehalten werden kann. Der wesentliche Vorteil liegt daher in den betrieblichen Einsparungen, die sich besonders dort bemerkbar machen, wo nur eine begrenzte G'eichstromleistung zur Verfügung steht, z. B. bei batteriebetriebenen Waschmaschinen, Kältekompressoren oder Gebläsen.

Das beschriebene Prinzip läßt sich auch auf Motoren

w mit einer anderen Zahl von Polen und/oder Ständerwicklungen sowie nit anders gestalteten Läufern anwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mit Gleichspannung gespeister Motor mit mehreren abwechselnd mit Strom versorgten Ständerwicklungen, die je mit einem steuerbaren Halbleiterschaltelement in Reihe liegen, wobei diese ersten Reihenschaltungen parallel zueinander mit den Anschlüssen einer Gleichspannungsquelle verbunden sind, jeder Ständerwicklung ein Entmagnetisierungszweig mit einer der Durchlaßrichtung des Halbleiterschaltelements entgegengeschalteten Freilaufdiode zugeordnet ist, die Entmagnetisierungszweige aus parallel zu den ersten Reihenschaltungen liegenden zweiten Reihenschaltungen bestehen, die je eine Freilaufdiode und eine Entmagnetiäierungswicklung aufweisen, die induktiv mit der zugehörigen Ständerwicklung gekoppelt und entgegengesetzt zu dieser gewickelt ist, und wobei die Halbleiterschaltelemente so steuerbar sind, daß immer nur pine Ständerwicklung mit Strom versorgt ist, dadurch gekennzeichnet, daß drei um je 120° versetzte und je aus zwei um 180° versetzten Hälften bestehende Ständerwicklungen (Wl- W 3) und entsprechende Entmagnetisierungswicklungen (W4— W6) vorgesehen sind, daß sich jede Wick-Iungshälfte über 180° erstreckt und daß gleichzeitig mit dem Abschalten der eine<. das Einschalten der nächsten Ständerwicklung erfolgt.

2. Motor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß Ständerwickiung (W 1 — W3) und zugehörige Entmagnetisierungswicklung (W4— W6) bifilar gewickelt sinu.

3. Motor nach Anspruc! 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drs Windungsverhältnis von Ständerwicklung (W 1 — Vv'3) u d zugehöriger Entmagnetisierungswicklung (WA— W6) 1 :1 ist.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entmagnetisierungswicklung (W4— W6) aus dünnerem Draht als die Ständerwicklung (W1 - W3) besteht.