DE3038714A1

DE3038714A1 - Geraeuschdaempfungskreis fuer einen thyristorgesteuerten elektromotor

Info

Publication number: DE3038714A1
Application number: DE19803038714
Authority: DE
Inventors: Matti Hyvinkää Kähkipuro
Original assignee: Elevator GmbH
Current assignee: Elevator GmbH
Priority date: 1979-10-24
Filing date: 1980-10-14
Publication date: 1981-05-07
Also published as: GB2061638B; GB2061638A; FI793301A; JPS5666193A; FI61252C; SG23884G; FI61252B; FR2468248B1; HK53884A; DE3038714C2; FR2468248A1; BR8006823A

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG - MÜNCHEN

-Z-

Elevator GmbH

Poststraße 9
CH-6300 Zug, Schweiz

"Geräuschdämpfungskreis für einen thyristorgesteuerten Elektromotor"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Geräuschdämpfungskreis für einen thyristorgesteuerten Elektromotor, wie z.B. einen Aufzugs-Gleichstrommotor, umfassend mindestens eine Thyristorbrücke sowie die Thyristoren in dieser vor Über stromspitzen schützende Kommutationsdrosseln.

Thyristoren werden häufig mit Elektromotorantrieben verbunden Insbesondere bei ¥echselstromaufzügen, bei denen Kurzschlußmotoren als Antriebsmotoren Verwendung finden, kann man die Drehzahl des Motors beispielsweise dadurch beeinflussen, daß das Moment des Motors mit Hilfe von Drosselelementen geregelt wird, die in eine oder mehrere Phasen eingeschaltet sind.

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Als Drosselelemente dienen zu diesem Zweck Thyristoren die z.B. paarweise geschaltet sind.

Gleichstrom-Aufsugsantriebe waren herkömmlich Ward-Leonard-Antriebe. Gemäß dieser allgemein bekannten Technik wird der Gleichstrommotor durch einen Gleichstromgenerator gesteuert. Mit der Entwicklung der Halbleitertechnik ist es jedoch wirtschaftlicher geworden, den Gleichstromgenerator durch einen Thyristorgleichrichter zu ersetzen. Die allgemein im Aufzugseinsatz befindlichen, zur Gleichrichtung dienenden Thyristorbrücken sind allgemein bekannte, dreiphasige Vierquadrantantriebe mit 12 Thyristoren, obgleich man auch Gleichrichter unter Verwendung einer geringeren Zahl von Thyristoren gebaut hat.

Der Thyristorbetrieb ist durchaus für den Aufzugsantrieb geeignet, nur bestand bisher das Problem der ungleichmäßigen Spannung an den Klemmen des Hubmotors. Diese Ungleichmäßigkeit der Spannung ruft im Hubmotor ein Geräusch hervor, das für den Benutzer des Aufzugs und für andere Personen in der Nähe des Aufzugs störend ist und damit die Produktqualität herabsetzt.

Um das störende Geräusch zu dämpfen, ist in einer bekannten Lösung u.a. die in Fig. 1 wiedergegebene Schaltung verwendet worden. In der Schaltung bilden die Thyristoren die für den Motor erforderliche Gleichrichterbrüclce. Ferner werden die Thyristoren durch Kommutationsdrosseln geschützt, deren ausschließliche Aufgabe darin besteht, die Thyristoren vor Überstromspitzen zu

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schützen, wenn der Strom von einem Thyristor auf den anderen übergeht. Die Geräuschdämpfung erfolgt mit einem Tonfilter, bestehend aus einer in Reihe mit dem Motor geschalteten Drosselspule und einem Kondensator, welcher unmittelbar parallel zum Motor geschaltet ist. Das Tonfilter arbeitet als Tiefpaßfilter und die Filtrierung ist umso besser, je höher die Induktanz der Drossel und je größer die Kapazität des Kondensators ist. Der Nachteil dieser Lösung sind ihr hoher Preis und die unvollständige Wirkungsweise. Da der gesamte Gleichstrom des Motors die Drosselspule durchfließt und die Spule eine verhältnismäßig hohe Induktanz hat, ist sie also sehr kostspielig. Ferner erzielt man mit dieser Lösung keine vollkommene Tondämpfung; eine Einschränkung ist u.a. dadurch bedingt, daß man sonst den Kondensator unendlich groß machen müßte.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend angeführten Nachteile, die bei Elektromotoren mit Thyristorbetrieb auftreten, zu vermeiden sowie die in Frage stehenden störenden Tongeräusche effektiv und günstig zu beseitigen.

Der erfindungsgemäße Tondämpfungskreis ist dadurch gekennzeichnet, daß in den Kreis an die Motorklemmen mindestens ein Serienresonanzkreis angeschlossen ist und daß die in den Kreis eingeschalteten Kommutationsdrosseln zusätzlich als Seriendämpfungsdrosseln arbeiten. Die erfindungsgemäße Ausführung besitzt u.a. den Vorteil, daß man den Serienresonanzkreis mit verhältnismäßig kleinen Kapazitäts^ und Induktanzwerten ausrüsten kann, im Ver-

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gleich mit der oben angesprochenen zuvor bekannten Ausführung. Man kann somit erheblich viel billigere Komponenten verwenden. Andererseits können die Konimut at ions dross ein fast gleicher Art wie auch in der zuvor bekannten Ausführung sein, aber ihnen wird eine zweite Aufgabe als Seriendämpfungsdrosseln in der Tonabsiebung zugewiesen. Noch ein Vorteil ist der Umstand, daß der Serienenresonanzkreis durch einen vollständigen Kurzschluß einer gewissen Frequenz mit dem größten Störgeräusch eine effektivere Tondämpfung als in der zuvor bekannten Ausführung bewirkt, wo die Dämpfung durch den an den Motorklemmen liegenden Kondensator bei keiner Frequenz vollkommen ist. Diese Problemlösung ist für einen Gleichstrommotor besonders vorteilhaft, da zum Dämpfen der Grundfrequenz, d.h. der am stärksten störenden Frequenz, ein einziger Seriendämpfungskreis ausreicht. Wird man genötigt, Vielfache der Grundfrequenz zu dämpfen, so genügt auch für diese je ein Kreis. Es ist bei Gleichstromaufzügen wichtig, die Störgeräusche auf ein Mindestmaß herabzudrücken, da Gleichstromantriebe in der Regel teuer sind und folglich der Anspruchsstandard äußerst hoch ist.

Eine günstige Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zu dem die Grundwellen dämpfenden Serienresonanzkreis ein oder mehrere die Vielfachwellen der Grundwelle dämpfende Serienresonanzkreise parallelgeschaltet sind. Man hat dann den Vorteil einer noch weiter verbesserten Geräuschdämpfung.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanz des Serienresonanzkreises das n-fache

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der Frequenz des speisenden Netzes beträgt, mit η = 2, 3_S 6 oder 12. Damit trifft man mit dem Serienresonanzkreis direkt die störende Resonanzfrequenz.

Die Erfindung wird nachstehend eingehender mit Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine zuvor bekannte Geräuschdämpfungsschaltung, Fig. 2 den erfindungsgemäßen Geräuschdämpfungskreis, Fig. 3

und 4 durch Kurven die Wellenform der von der Thyristorbrücke gelieferten Spannung sowie die entsprechende Kurvenform der Ankerspannung,

Fig. 5 eine vereinfachte Schaltung, die im Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltung entspricht,

Fig. 6 eine Ausführungsform, in der man auch Obertöne dämpft, und

Fig. 7 die erfindungsgemäße Problemlösung in Anwendung in einem Sonderfall.

Obwohl die dem Aufzugsantrieb dienenden Thyristorbrücken in der

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Regel Antriebe mit zwölf Thyristoren sind, xfird in. den Zeichnungen der Deutlichkeit halber nur die eine der zwei Gleichrichterbrücken mit sechs Thyristoren gezeigt. Dies ändert nichts am prinzipiellen Charakter der Sache. In der zuvor bekannten Ausführung gemäß Fig. 1 sind die Komponenten der Klarheit und der Kürze halber mit den gleichen Bezugsnummern wie auch in der erfindungsgemäßen Ausführung in Fig. 2 bezeichnet. Für die mit gleicher Bezugsnummer angegebenen Komponenten kann man die gleiche Benennung benutzen, obwohl die Komponenten nicht in ihren Werten und Eigenschaften übereinstimmen. Die Wirkungsweise der bekannten Ausführung nach Fig. 1 wurde bereits beschrieben. In der Ausführung nach den Fig. 1 und 2 bilden die Thyristoren 1 bis 6 die für den Motor 12 erforderliche Gleichrichterbrücke 14. Die Drosseln "J₃ 8 und 9 sind allgemein bekannte Kommutationsdrosseln der Thyristorbrücke mit der Aufgabe, die Thyristoren 1-6 vor Überstromspitzen zu schützen, wenn der Strom von einem Thyristor zum anderen übergeht. Gemäß der Schaltung nach Fig. 2 und entsprechend vorliegender Erfindung erhalten die Drosseln 7, 8 und 9 eine zweite Aufgabe, die genauer weiter unten beschrieben wird. Während in der Schaltung nach Fig. 1 eine Drosselspule 10 in Reihe und ein Kondensator 11 parallel zum Motor 12 geschaltet sind, bilden gemäß Fig. 2 die Drosselspule 10 und der Kondensator 11 als Reihenschaltung einen Serienresonanzkreis, welcher an die Klemmen des Motors 12 angeschlossen ist. Die ferner in Fig. 2 sichtbare Kompomente 13 ist die Magnetisierungswicklung des Motors, mit deren Hilfe die Magnetisierung des Motors in allgemein bekannter Weise erzielt wird.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist es notwendig, vorerst genauer den allgemeinen Charakter der von der Thyristorbrücke Ik gelieferten Spannung und der Welligkeit des Stromes zu kennen. Fig. 3 und 4 dienen der Klarstellung hierzu. In Fig. 3 gibt die Kurve 17 die Wellenform der von der Thyristorbrücke Ik abgegebenen Spannung in solchem Fall wieder, daß die gegenelektromotorische Kraft des Motors 12 Null ist und der Ankerstrom 18 gering ist. Fig. k stellt den Fall dar, worin zur Überxvindung der gegenelektromotorischen Kraft 19 des Motors 12 von der Thyristorbrücke Ik her eine höhere Spannung 20 benötigt wird, wobei auch der Ankerstrom 21 größer als im vorigen Fall ist. Der Ankerstrom ist jedoch nicht vom Spannungsniveau abhängig; vielmehr variiert er der Belastung entsprechend.

Man ersieht anhand von Fig. 3 und k, daß die störende Spannung eine unsymmetrische Dreieckwelle 17 und 20 ist. Falls das in Frage stehende Thyristorsystem an einem Netz mit 50 Hz arbeitet, sind die Frequenzen der Spannungswelle 17 und 20 300 Hz und Vielfache davon. Die Frequenzkomponente 300 Hz ist jedoch die mit größter Amplitude, und somit hat der störende Ton fast ausschließlich die Frequenz 300 Hz. Die vorliegende Erfindung baut darauf auf, daß man nur die störende Frequenz von 300 Hz mittels einer Schaltung nach Fig. 2 abfiltriert. Das Filtrieren erfolgt durch den Serienresonanzkreis 16, den die Drossel 10 und der Kondensator 11 bilden. Hierbei erhalten die Drosseln 7, 8 und 9 zugleich eine neue Aufgabe. Die Drosseln werden zum Serienglied in der Dämpfung der Störspannung, so daß man sie als Serien-

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dämpfungsdrossel 15 bezeichnen kann. Dies gibt eingehender Fig. wieder, wenngleich in prinzipieller Weise. Die Drossel 22 ist die Ersatzschaltung für die Drosseln 7, 8 und 9 und arbeitet als Seriendänpfungsdrossel. Hinsichtlich der Dämpfung der Störspannung kann man sich die Drossel 22 ebensogut zwischen der Thyristorbrücke 14 und dem Motor 12 eingeschaltet vorstellen. Der Kurzschlußleiter 23 vertritt den Serienresonanzkreis 16 bei der Frequenz 300 Hz. Man kann so anhand von Fig. 5 verstehen, daß die störende Spannung mit 300 Hz an der Drossel 22 abfällt und daß diese Komponente an den Motorklemmen nicht vorkommt.

Falls in einigen Sonderfällen das Dämpfen von 300 Hz nicht ausreicht, kann man die Dämpfung verbessern, indem man einen zweiten Serienresonanzkreis 24 zu dem Serienresonanzkreis 16 mit 300 Hz parallel schaltet. Diesen Fall gibt die Schaltung in Fig. 6 wieder. Wenn die Netzfrequenz 50 Hz ist, ist die nächste Vielfachfrequenz 600 Hz, die einen Störton erzeugt. Man kann dann mit richtiger Wahl der Komponenten für den Serienresonanzkreis 24 auch diesen Störton ebenso wie im Vorhergehenden dämpfen. Die von weiteren nachfolgenden Vielfachfrequenzen hervorgerufenen Störtöne sind bereits so schwach, daß sie in der Praxis ohne Bedeutung sind.

Es ist dem Fachmann einleuchtend, daß verschiedene Ausführungsformen der Erfindung sich nicht ausschließlich auf das vorstehend dargelegte Beispiel beschränken und vielmehr im Rahmen der vorstehenden Patentansprüche variieren können. So kann man den erfin-

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dungsgemäßen Tondämpfungskreis auch in Wechselstromantrieben verwerten, in denen die Steuerung des Antriebsmotors vermittels einer Thyristorschaltung durchgeführt ist.

Hierbei ist lediglich zu beachten, daß ein dem Serienresonanzkreis 16 entsprechender Kreis in jede Phase einzusetzen ist₃
ebenso wie auch der dem Serienresonanzkreis 15 entsprechende
Kreis. Ferner kann man den erfindungsgemäßen Tondämpfungskreis
auch in kombinierten Wechsel- und Gleichstromantrieben anwenden. In Fig. 7 ist ein derartiger Fall gezeigt. Der Antriebsmotor ist ein Kurzschlußmotor 25 mit zwei Drehzahlen, dessen Hochgeschwindigkeitswicklung 26 durch Einspeisen von Wechselstrom mittels
eines dreiphasigen Thyristorelementes 27 zum Erzeugen des Zugmoments gesteuert und dessen Niedergeschwindigkeitswicklung 28
mittels einer Gleichstrom liefernden einphasigen Thyristorbrücke 29 zum Erzeugen des Bremsmoments gesteuert wird. Es ist parallel zu der mit Gleichstrom arbeitenden Niedergeschwindigkeitswicklung 28 mindestens ein Serienresonanzkreis 30 geschaltet, und ferner
liegt im Leistungsspeisekreis eine Seriendämpfungsdrossel 31·
Zwischen den Polen der dreiphasigen Hochgeschwindigkeitswicklung 26 liegen nun mindestens drei Serienresonanzkreise 32, sowie
ferner im Leistungsspeisekreis eine dreiphasige Seriendämpfungsdrossel 33.

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Leerseite

Claims

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BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

Ansprüche

eräuschdämpfungskreis für einen thyristorgesteuerten lektromotor, xiie z.B. einen Aufzugs-Gleichstrommotor, umfassend mindestens eine Thyristorbrücke sowie die Thyristoren in dieser vor Überstromspitzen schützende Kommutationsdrosseln, dadurch gekennzeichnet , daß in den Kreis an die Klemmen des Motors (12) mindestens ein Serienresonanzkreis (16) angeschaltet ist und daß die in den Kreis geschalteten Kommutationsdrosseln (7₅8 und 9) überdies als Seriendämpfungsdrosseln (15) arbeiten.
2. Geräuschdämpfungskreis gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß parallel zu dem die Grundwellen dämpfenden Serienresonanzkreis (l6) ein oder mehrere Vielfachwellen der Grundwelle dämpfende Serienresonanzkreise (24) geschaltet sind.
3. Geräuschdämpfungskreis gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanz des Serienresonanzkreises (16) das η-fache der Frequenz des speisenden Netzes beträgt, wobei η = 2, 3, 6 oder 12 ist.

L J

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