DE2901793A1

DE2901793A1 - Elektrische speiseanordnung

Info

Publication number: DE2901793A1
Application number: DE19792901793
Authority: DE
Inventors: Vilmos Prof Toeroek
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1978-01-27
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1979-08-02
Also published as: SE7801010L; SE409389B; US4258415A; FR2415907A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Speiseanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus Figur 7 der DE-OS 25 15 133 ist eine Speiseanordnung für eine Arbeitswicklung einer Synchronmaschine (Reluktanzmaschine) bekannt, bei der die Wicklung mit einer Mittelanzapfung versehen ist. Die Endpunkte der Wicklung sind über je einen als Schalter arbeitenden Thyristor an eine speisende Gleichstromquelle angeschlossen. Die Thyristoren·leiten abwechselnd und schalten den Gleichstrom zwischen den Wicklungshälften um, so daß sich ein durch die Wicklung fließender Wechselstrom ergibt. Da jeweils nur eine Wicklungshälfte zur Zeit Strom führt, ist die Arbeitswicklung schlecht ausgenutzt.

909831/0 6 29

2.1.1979

Φ1 ?B 3

- ft-

Figur 8 der DE-OS 25 15 133 zeigt eine andere Schaltung zur Speisung einer Arbeitswicklung einer Synchronmaschine. Eine Brücke, die in jedem ihrer vier Zweige einen Thyristor hat, ist mit zwei diagonal gegenüberliegenden Punkten an eine speisende Gleichstromquelle angeschlossen. Die Arbeitswicklung liegt zwischen den beiden anderen diagonal gegenüberliegenden Punkten der Brücke. Dadurch, daß die Thyristoren abwechselnd leitend gesteuert werden, und zwar jeweils zwei diagnoal gegenüberliegende Thyristoren gleichzeitig, erhält man einen durch die Arbeitswicklung fließenden Wechselstrom. Bei dieser bekannten Speiseanordnung sind jedoch vier Thyristoren mit den entsprechenden zugehörigen Kühlkörpern, Sicherungen, Steuergliedern, ÜberspannungsSchutzanordnungen usw. erforderlich, was diese Anordnung sehr aufwendig und kompliziert macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speiseanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei der die Arbeitswicklung voll ausgenutzt wird, gleichzeitig aber nur ein Minimum an Schalt- \ gliedern (z.B. Thyristoren) erforderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektrische Speiseanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

/3 909831/0628

2.1.1979 20 594 P

•5-

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Bei einer Anordnung nach der Erfindung sind für die Speisung einer Arbeitswicklung nur zwei Thyristoren erforderlich. Wenn die Last mehrphasig ist, so ist nur ein einziger Thyristor pro Phase ' der Last erforderlich. Gleichzeitig wird/werden die Arbeitswicklung oder -Wicklungen voll ausgenutzt. Hierdurch erzielt man bedeutende Ersparnisse, und zwar sowohl hinsichtlich der Anlagekosten, des Gewichtes und des Raumbedarfs wie auch hinsichtlich der Verluste.

Wie nachstehend beschrieben wird, erzielt man mit einer Anordnung nach der Erfindung eine Verringerung oder einen Fortfall des Bedarfes an Glättungsmitteln in dem speisenden Gleichstromkreis, was zu den wirtschaftlichen und sonstigen Vorteilen der Erfindung weiter beiträgt.

Eine Anordnung nach der Erfindung ist nicht auf die Speisung der Arbeitswicklungen einer Synchronmaschine beschränkt, sondern kann auch zur Speisung anderer Lastobjekte, die eine Blindleistung abgeben können, verwendet werden.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Speisung einer Arbeitswicklung einer Synchronmaschine, 909831/0629

2.1.1979 20 594 P

-6-

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau der zu der Speiseanordnung gemäß der Erfindung gehörenden Glättungsinduktivität,

Fig. 3 eine andere Ausführungsform der Gleichstromquelle, an welche die Speiseanordnung angeschlossen ist,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem mehrere , Speiseanordnungen gemäß Fig. 1 in Reihe an die speisende Stromquelle angeschlossen sind,

Fig. 5 eine Ausführungsform der Erfindung zur Speisung einer mehrphasigen Last,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Speisung von zwei Lasten.

Fig. 1 zeigt eine Synchronmaschine, beispielsweise einen Reluktanzmotor., mit einer Arbeitswicklung W und einem Rotor R. Ein steuerbarer Gleichrichter LR1 ■ ist an ein speisendes Drehstromnetz R, S, T angeschlossen und liefert einen steuerbaren Gleichstrom I^. Der Gleichstrom wird in.einer Glättungsinduktivität L2 geglättet und der Anordnung SU zugeführt. Der Gleichrichter LR1 und die Induktivität L2 sind so dimensioniert, daß sie zusammen bei gegebener Einstellung einen im wesentlichen konstanten Strom abgeben, d.h. der Strom ist im wesentlichen von Änderungen der Induktivität und der EMK der Last unabhängig. Man kann also sagen, daß der Speise-Anordnung SU ein eingeprägter Strom zugeführt wird. Das Verhalten einer von einer solchen Stromquelle gespeisten Synchronmaschine unterscheidet sich sehr stark von dem Verhalten einer mit konstanter Spannung ge-

9098 3 1/0628 /5

2.1.1979 20 594 P

speisten Maschine.

Die Speiseanordnung SU besteht aus zwei parallelen Zweigen, die zwischen den Speiseanschlüssen A und B der Anordnung angeschlossen sind. Jeder Zweig enthält einen Thyristor T1 bzw. T2 in Reihe mit einer Wicklung L11 bzw. L12 einer Saugdrossel LI. Zwischen dem Thyristor und der Wicklung ist in jedem Zweig ein Lastanschluß a bzw. b vorgesehen. Zwischen diesen beiden Lastanschlüssen liegt die Last in Gestalt der Wicklung W. Von einem Steuerglied SD werden die Thyristoren T1 und T2 abwechselnd gezündet. Die Zündzeitpunkte werden in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit der Rotorstellung der Maschine mit Hilfe eines an den Rotor R gekuppelten Lagegebers PD bestimmt. Zur Löschung (Kommutierung) der Thyristoren kann in an sich bekannter Weise entweder die bei der Rotation der Maschine in der Wicklung W induzierte Spannung verwendet werden oder der Strom Iq kann durch den Gleichrichter LR1 periodisch auf Null heruntergesteuert werden.

Die beiden Wicklungen L11 und L12 der Saugdrossel L1 sind magnetisch miteinander gekuppelt und führen daher immer - abgesehen vom Magnetisierungsstrom der Saugdrossel - stets gleiche zur Mittelanzapfung fließende Ströme in der Größe I_D/2. Ein genauso großer Strom, jedoch mit einer Polarität, die sich im Takte der Zündfrequenz der Thyristoren ändert, fließt durch die Wicklung W. Die an der Wicklung W auftretende Spannung verteilt sich mit je zur Hälfte auf die beiden Wicklungen L11 und .LI2.

9098 31/0629

2.1.1978 20 594 P

Figur 2 zeigt, wie die beiden Wicklungen L11 und L12 auf einem gemeinsamen Kern L1O angeordnet sind. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Kern zwei Schenkel L101 und L102 haben, von denen jeder eine Wicklung trägt, sowie einen dritten unbewickelten Schenkel L103 mit einem Luftspalt. Die von den beiden Wicklungen erzeugten magnetomotorischen Kräfte (MMK) wirken in gleicher Richtung auf den dritten Schenkel. Die magnetomotorische Kraft, die einen Fluß durch diesen dritten Schenkel treibt, entspricht also der Summe der Ströme in den Wicklungen L11 und L12, d.h. also Ij-j. Das bedeutet, daß die Drossel L1 nicht nur als Saugdrossel, sondern auch als Glättungsdrossel für den Gleichstrom 1^ dient. Diese Wirkung kann weiter dadurch verstärkt werden, daß der Schenkel L103 mit einer Wicklung L13 versehen wird, die so eingeschaltet wird, daß sie vom Strom Ι_{β durchflossen wird>
wie es} beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Die Größe der Glättungsinduktivitat L2 kann dann herabgesetzt werden, eventuell kann die Glättungsinduktivitat sogar entfallen. Hierdurch erzielt man bedeutende wirtschaftliche und praktische Vorteile.

Figur 3 zeigt eine gegenüber Figur 1 andere Art der Gleichstromversorgung der Speiseanordnung SU gemäß der Erfindung. Eine Diodenbrückenschaltung LR2 wird vom Netz R, S, T gespeist und gibt eine Gleichspannung ab, die einem Gleichspannungs-Umrichter LSO zugeführt wird. Dieser enthält einen löschbaren Thyristor T3 und eine Freilaufdiode D. Der Thyristor T3 wird periodisch gezündet und gelöscht

/7 909831/0628

2.1.1979 20 594 P

und durch Veränderung des Verhältnisses von gezündetem Zustand zu gelöschtem Zustand wird der Strom 1^. in bekannter Weise gesteuert.

Figur 4 zeigt, wie eine Speiseanordnung für mehrere Lasten beispielsweise'die Wicklungen W1 und W2 eines Synchronmotors, aus gleichstrommäßig in Reihe geschalteten Speiseanordnungseinheiten gemäß Fig. 1 aufgebaut werden kann. Die Speiseanordnung enthält zwei "Teilschaltungen" SÜ1 und SU2, welche in Reihe über die Speiseanschlüsse A und B an die speisende Gleichstromquelle angeschlossen sind. Jede Teilschaltung enthält, wie die Anordnung in Fig. 1, eine Saugdrossel L11 bzw. L21 und zwei Thyristoren T11 und T12 bzw. T21 und T22. Die Teilschaltung SU1 speist eine erste Arbeitswicklung W1 und die Schaltung SU2 speist eine zweite Arbeitswicklung W2 einer Synchronmaschine mit dem Rotor R. Selbstverständlich können mehr als zwei Teilschaltungen in Reihe geschaltet werden.

Figur 5 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung zur Speisung einer dreiphasigen Last, die in dem gezeigten Fall aus den drei in Dreieck geschalteten Wicklungen W1, W2 und W3 einer Synchronmaschine mit dem Rotor R besteht. Die Anordnung hat drei parallele Zweige, von denen jeder einen Thyristor T1, T2 bzw. T3 enthält, der mit einer Wicklung L31 , L32 bzw. L33 einer Saugdrossel in Reihe geschaltet sind. Der Saugdrosselkern L30 hat drei Schenkel, von denen jeder eine der drei Wicklungen trägt. Zwischen jedem

909831/0628 /8

2.1.1979 20 594 P

./ΙΟ-

Thyristor und der entsprechenden Wicklung ist ein Lastanschluß a, b bzw. c angeordnet, an den die Last angeschlossen ist. Die Thyristoren werden in zyklischer Folge von einem Steuerglied SD gezündet, welches seinerseits von einem an den Rotor gekoppelten Lagegeber PD gesteuert wird. Jeder Thyristor leitet während eines Drittels der Zeit. Im übrigen arbeitet diese Anordnung ebenso wie , die Anordnung gemäß Fig. 1. Die Last kann auch sterngeschaltet werden. Die Saugdrossel L3 kann auch anders aufgebaut sein. Beispielsweise kann sie eine kurzgeschlossene Dreieckwicklung zur Herabsetzung des Streuflusses tragen. Die in Fig. 5 gezeigte Anordnung kann auf eine beliebige Phasenzahl erweitert werden, indem man für jede Phase einen Parallelzweig vorsieht.

Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung. Zwei Saugdrosseln L1 und L3 sind mit ihrer Mittelanzapfung an zwei Speiseanschlüsse A und B angeschlossen. Die Anordnung enthält zwei parallele Zweige. Der eine enthält die Wicklung L21, den Thyristox\T1 und die Wicklung L31 und der andere die Wicklung L22, den Thyristor T3 und die Wicklung L32. In jedem Zweig ist auf beiden Seiten des Thyristors ein Lastansch^ß vorgesehen. Zwischen dem Lastanschluß al und .b1 ist eine Last W1 angeschlossen, und zwischen dem Lastanschluß a2 und b2 ist die Last W2 angeschlossen. Die Anordnung enthält zwei weitere Thyristoren, einerseits den zwischen dem Lastanschluß b1 und a2 angeschlossenen Thyristor T2 und andererseits den zwischen dem Lastanschluß al und b2 angeschlossenen Thyristor T4. Die Thyristoren werden der Reihe nach in zyklischer

90983 1/0628 /9 ■ ·

2.1.1979 20 594 P

Folge gezündet, und zwar vorzugsweise in gleichen Zeitabständen, beispielsweise in der Reihenfolge T1-T2-T3-T4. Hierdurch erreicht man, daß Wechselstrom in den Lasten ¥1 und ¥2 fließt. Die durch ¥1 und V/2 fließenden Ströme sind um 90° gegeneinander phasenverschoben. Vorstehend wurde beschrieben, wie die Last direkt an den Lastanschluß der Anordnung angeschlossen ist, doch kann der An-Schluß, sollte dieses zweckmäßig erscheinen, auch über einen Transformator erfolgen.

909831/0628

Leerseite

Claims

Patentanwalt und Rechtsanwalt Λ 3 U I / d 3

Dr.-Ing. Dipl.-Ing. Joachim BoeGker 6 Frankfurt/Main 1 _} 2,1.1979

Rathenauplatz2-8 20 594 P

Telefon: (0611) *282355 Telex: 4189 066 itax d

PATENTANSPRÜCHE^

( 1. /Elektrische Speiseanordnung, die einer Last, die in der Lage ist, Blindleistung abzugeben, Wechselstrom zuführt, mit Speiseanschlüssen für die Einspeisung eines eingeprägten Gleichstroms von einer Gleichstromquelle und mit Schaltgliedern zur Umschaltung der Polarität des durch die Last fließenden Stromes, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseanordnung (SU) mindestens zwei zwischen den Speiseanschlüssen (A, B) angeordnete parallele Zweige enthält, daß in jedem Zweig ein Schaltglied (T1 bzw. T2), ein Lastanschluß (a bzw. b) und eine Wicklung (L11 bzw. L1 2)einer Saugdrossel (L1) liegt , deren mindestens zwei Wicklungen (L11 , L12) über den Saugdrosselkern magnetisch miteinander gekoppelt sind.
2. Elektrische Speiseanordnung nach Anspruch 1 zur Speisung einer einphasigen Last, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseanordnung zwei Schaltglieder (T1, T2) und eine Saugdrossel (L1) mit zwei End-

dev anschlüssen und einem Mittelanschluß enthält, -- an den einen (B) der Speiseanschlüsse angeschlossen ist, und daß jedes Schaltglied (T1 bzw. T2) zwischen dem zweiten Speiseanschluß (A) der Anordnung und einem der Endanschlüsse der Saugdrossel angeschlossen ist.
3. Elektrische Speiseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugdrossel (L1) einen Kern (L10) mit ebenso vielen Schenkeln wie parallelen Zweigen hat, wobei jeder Schenkel eine Wicklung trägt.

909831/0628

2.1.1979 20 594 P
4. Elektrische Sp ei se anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugdrosselkern zwei Schenkel (L101, L102) mit je einer Wicklung (L11 bzw. L12) und einen dritten unbewiekelten Schenkel (L103) mit Luftspalt hat.
5. Elektrische Speiseanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem dritten Schenkel (L103) eine zusätzliche Wicklung (L13) vorhanden ist, die in eine der Gleichstromzuführungen der Anordnung eingeschaltet ist.
6. Elektrische Speiseanordnung nach Anspruch 1 zur Speisung von Arbeitswicklungen einer Synchronmaschine mit mehreren Arbeitswicklungen oder Gruppen von Arbeitswicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseanordnung mehrere Teilschaltungen (SU1, SU2) enthält, die in Reihe zwischen den Speiseanschlüssen (A, B) liegen, und daß jede Teilschaltung mindestens zwei parallele Zweige hat, von denen jeder je eine Wicklung einer Saugdrossel (L11 bzw. L21), ein Schaltglied (T11, T12 bzw. T21, T22) und einen zwischen dem Schaltglied und der Wicklung liegenden Lastanschluß (al, b1 bzw. a2, b2) zum Anschluß einer Arbeitswicklung oder einer Gruppe von Arbeitswicklungen enthält.
7. Elektrische Sp ei se anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder Thyristoren sind, die mit Steuergliedern (SD) versehen sind, welche die Thyristoren abwechselnd in den leitenden Zustand steuern.

909831/06 25