DE3345271C2

DE3345271C2 - Stromrichtergesteuerte mehrphasige Drehfeldmaschine

Info

Publication number: DE3345271C2
Application number: DE19833345271
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl.-Ing. Dr.techn. 8500 Nürnberg Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1983-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1987-03-26
Also published as: DE3345271A1

Abstract

Die stromrichtergesteuerte mehrphasige Drehfeldmaschine mit Kontaktlager gleichstromseitiger Umschaltmöglichkeit galvanisch getrennter gleichartiger Teilwicklungssysteme (W1 bis W4) von Parallel- auf Reihenschaltung hat zusätzlich zu den Stromrichterbrücken (I bis IV) für die einzelnen Teilwicklungssysteme noch zwischen je zwei derselben geschaltete Zusatzstromrichter (Z12 bis Z34), die zur Reihenschaltung von Teilwicklungssystemen im gleichen Rhythmus wie die dann stromlosen ausgangs- bzw. eingangsseitigen Ventile der benachbarten Stromrichterbrücken bei Parallelschaltung gesteuert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine stromrichtergesteuerte mehrphasige Drehfeldmaschine mit galvanisch getrennten gleichartigen Teilwicklungssystemen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine solche Drehfeldmaschine ist aus der DE-OS 23 48 157 bekannt, bei der zwei Teilwicklungssysteme fest mit dem Wechselstromausgang jeweils eines Stromrichters verbunden und die mit ihren Gleichstromeingängen parallel bzw. in Reihe fest verbunden sind, so daß eine Umschaltmöglichkeit der Teilwicklungssysteme nicht gegeben ist.
Aus der DE-OS 23 52 227 sind Wechselstromgeneratoren mit zwei Teilwicklungssystemen und zugehörigen Stromrichterschaltungen aus ungesteuerten Gleichrichtern für die Versorgung von Batterieladeeinrichtungen bekannt, bei denen die Teilwicklungssysteme wechselstromseitig wahlweise durch gesonderte kontaktlose Schaltmittel in Reihe oder parallel geschaltet werden können, wobei die Umschaltung um Sternpunkt erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wechselstromseitige kontaktlose Systemumschaltung für Reihen- und/oder Parallelbetrieb mit möglichst wenigen in Reihe liegenden Schaltventilen bei jedem der genannten Betriebsarten im Sinne einer optimalen Kleinhaltung der Spannungsabfälle zu den jeweils stromführenden Schaltventilen zu schaffen. Dies gelingt auf einfache und sichere Weise durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Patentanspruchs 1.
Je ein Ausführungsbeispiel einer Drehfeldmaschine mit zwei bzw. vier Teilwicklungssystemen ist in der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild einer Drehfeldmaschine mit zwei galvanisch getrennten Teilwicklungssystemen, die zueinander in spiegelbildlicher Relativlage angeordnet und deren Stromrichter für den in Frage kommenden Betriebszustand in Reihenschaltung betrieben sind. Die im betrachteten Augenblick stromsperrenden Ventile sind dabei nur umrandet, die jeweils stromführenden Ventile schwarz gezeichnet.
Mit E und A sind die Eingangszweige bzw. Ausgangszweige der Stromrichterbrücken und mit Z ein Stromrichterzweig für die Reihenschaltung der beiden Teilwicklungssysteme bezeichnet. P, N, M bedeuten positives, negatives und mittleres Potential, W 1 und W 2 die beiden Teilwicklungssysteme, die an sich in gleichartiger beliebiger Weise geschaltet sein können (im Ausführungsbeispiel als mehrgängige fünfsträngige Polygonschaltung).
Fig. 2 bis 4 eine Maschine mit vier Teilwicklungssystemen in Reihenschaltung, Reihen-Parallel-Schaltung und Parallelschaltung für beliebige gleichartige Teilwicklungsanordnungen.
An die Plus- und Minuspole einer Gleichstromquelle sind zwei Stromrichterbrückenschaltungen I und II mit ihren Eingangszweigen E 1 und E 2 bzw. ihren Ausgangszweigen A 1 und A 2 angeschlossen. An die einzelnen Pfade zwischen den genannten Zweigen sind als Teilwicklungssysteme die Anschlußklemmen je einer fünfsträngigen mehrgängigen Polygonschaltung W 1 und W 2 angeschlossen, die die fünfsträngige Gesamtwicklung einer Drehfeldmaschine bilden. Zur Reihenschaltung der beiden Teilwicklungssysteme W 1, W 2 ist ein Zusatzstromrichter Z 12 vorgesehen, der mit den Pfaden der Stromrichterbrückenschaltungen I, II verbunden und im Parallelbetrieb der Teilwicklungszweige in allen seinen Pfaden stromsperrend gesteuert ist. Die beiden Teilwicklungssysteme W 1, W 2 sind hinsichtlich ihrer Phasenlage zueinander spiegelbildlich angeordnet, so daß durch die Ventile des Zusatzstromrichters Z 12 jeweils in der Phasenlage diametrale Anschlußpunkte beider Teilwicklungssysteme verbunden werden können.
Bei Parallelbetrieb ist für die fünfsträngige zehnpulsige Schaltung die Taktfolge der Ventile der Ein- und Ausgangszweige E 1, E 2 und A 1, A 2 so getroffen, daß zyklisch alternierend abwechselnd jeweils zwei Ventile der einen Brückenzweige (z. B. Eingangszweige E 1, E 2) und drei Ventile der anderen Brückenzweige (A 1, A 2) stromdurchlässig gesteuert sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Reihenschaltung der beiden Teilwicklungssysteme sind der Ausgangszweig A 1 und der Eingangszweig E 2 stromsperrend und der Zusatzstromrichter Z 12 alternierend in jeweils zwei und drei wechselnden Pfaden stromdurchlässig gesteuert entsprechend der Steuerung der einzelnen Pfade der Zweige E 1 und A 2 in Übereinstimmung mit der zweigängigen, fünfphasigen Wicklungsanordnung der Teilwicklungssysteme W 1, W 2. Die Steuerung des Zusatzstromrichters Z 12 erfolgt dabei in gleicher Weise wie die bei Parallelbetrieb notwendige Steuerung von A 1 und E 2. Im betrachteten Augenblick sind drei Ventile der Zweige E 1 und A 2 stromdurchlässig und zwei Ventile des Zusatzstromrichters Z 12; im nächsten Schaltzustand sind es drei Ventile des Zusatzstromrichters Z 12 und je zwei Ventile der Brückenzweige E 1 und A 2. Die Systemumschaltung erfolgt praktisch unterbrechungslos durch einfache Steuersignalüberleitung von den Zweigen A 1 und E 2 auf Z 12 und umgekehrt.
Bei anderen Schaltungsanordnungen der Teilwicklungssysteme mit anderen Strangzahlen und anderen inneren Schaltungen der einzelnen Teilwicklungen, d. h. beliebig wählbarer Verkettung der Teilwicklungszweige, werden (allgemein ausgedrückt) zur Reihen-Parallel-Schaltung von a-Teilsystemen (a-1) Zusatzstromrichterzweige benötigt, von denen jeder bei m-strängigen Wicklungssystemen aus m Ventilen entsprechend wie die Eingangs- und Ausgangszweige E und A besteht. Ein schematisches Beispiel einer zweistufigen Systemumschaltung für eine Drehfeldmaschine mit vier Teilwicklungszweigen W 1 bis W 4 für nicht näher gezeigte beliebige Strangzahlen m und beliebige Strangverbindungen zeigen die Fig. 2 bis 4. Die jedem Wicklungssystem zugeordneten, jeweils nur durch ein Ventilsymbol angedeuteten Eingangs- und Ausgangszweige der Stromrichterbrückenschaltungen sind mit E 1 bis E 4 und A 1 bis A 4, die Zusatzstromrichter mit Z 12, Z 23 und Z 34 bezeichnet; sie verbinden die Systeme I, II, III und IV.
Fig. 2 zeigt die Reihenschaltung aller vier Systeme,
Fig. 4 die Parallelschaltung aller Systeme und
Fig. 3 eine Zwischenstufe mit Reihenschaltung der Systeme I und II sowie III und IV und die Parallelschaltung dieser Reihenanordnungen.
Die jeweils stromführend gesteuerten Brückenzweige sind dabei durch ein schwarzes Ventilsymbol und die sperrend betriebenen Brückenzweige durch ein nur umrandetes Ventilsymbol gekennzeichnet.
Bei der reinen Reihenschaltung liegen fünf hintereinandergeschaltete Ventilzweige im Strompfad statt acht Ventilzweige bei einer kontaktbehafteten Umschaltung bzw. statt elf Ventilen bei einer herkömmlichen elektronischen Umschaltung auf der Gleichstromseite.

Claims

1. Stromrichtergesteuerte mehrphasige Drehfeldmaschine mit galvanisch getrennten gleichartigen Teilwicklungssystemen, vn denen jedes mit einer Stromrichterbrückenschaltung in Reihen- oder Parallelschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwicklungssysteme (W 1, W 2, W 3, W 4) über zusätzliche steuerbare Stromrichterzweige (Z 12, Z 23, Z 34) miteinander verbunden sind, deren Ventile bei Reihenschaltung im gleichen Rhythmus wie die ausgangs- bzw. eingangsseitigen Ventile der benachbarten Stromrichterbrücken bei Parallelschaltung gesteuert sind, wobei von der Stromrichterbrückenschaltung (I) des ersten Teilwicklungssystems (W 1) nur Ventile der Eingangszweige und von der Stromrichterbrückenschaltung (II bzw. IV) des letzten Teilwicklungssystems (W 2 bzw. W 4) nur Ventile der Ausgangszweige und Ventile des bzw. der Zusatzstromrichter (Z 12, Z 23 , Z 34) stromdurchlässig und alle Ventile der übrigen Stromrichterzweige stromsperrend gesteuert sind, wogegen bei Parallelbetrieb alle Ventile der Zusatzstromrichter stromsperrend gesteuert sind.

2. Drehfeldmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile der Zusatzstromrichter (Z 12, Z 23, Z 34) an jeweils hinsichtlich ihrer Phasenlage diametrale Anschlußpunkte benachbarter Teilwicklungssysteme (W 1, W 2, W 3, W 4) angeschlossen sind.

3. Drehfeldmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wicklungssystemen mit ungerader Phasenzahl die über die Zusatzstromrichter verbundenen benachbarten Teilsysteme in zueinander spiegelbildlicher Phasenlage angeordnet sind (Fig. 1).