DE3401576C1 - Circuit for operating a pair of phases of a multiphase synchronous machine from a DC voltage source - Google Patents

Circuit for operating a pair of phases of a multiphase synchronous machine from a DC voltage source

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DE3401576C1 DE19843401576 DE3401576A DE3401576C1 DE 3401576 C1 DE3401576 C1 DE 3401576C1 DE 19843401576 DE19843401576 DE 19843401576 DE 3401576 A DE3401576 A DE 3401576A DE 3401576 C1 DE3401576 C1 DE 3401576C1
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/24Arrangements for stopping

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

The invention relates to an electronic circuit for operating a multiphase synchronous machine in the generator mode or in the combined motor-generator mode. In the case of the generator mode, a switchable doubling of the induced voltage is possible according to the invention so that the machine is optionally in the motor mode or generator mode in a specific speed range. The use of the invention is possible in multiphase synchronous machines of a known type having winding phases which are electrically offset by 180 DEG , and said invention necessitates no additional cost on the machine side. <IMAGE>

Description

Die erfindungsgemäße Erweiterung der Schaltung betrifft die beiden Schalter SF und SMP, sowie die Stromrichter F1 und F2. Sie ermöglicht einen zusätzlichen, wahlweise schaltbaren Generatorbetrieb in einem Drehzahlbereich, in welchem ohne Anwendung der Er- findung immer Motorbetrieb vorliegt. Dieser zusätzliche Generatorbetrieb ergibt sich durch Öffnen des Schalters SMP und Schließen des Schalters SF. Die Abtrennung des gemeinsamen Sternpunktanschlusses MP von der Gleichspannungsquelle B bewirkt die Reihenschaltung der elektrisch gegenüberliegenden Stränge und ermöglicht dadurch die Ausnutzung der zwischen den Klemmen S 1 und S2 anliegenden Spannung, deren Amplitude doppelt so hoch ist als die induzierte Spannung eines einzelnen Wicklungsstranges. Über die Stromrichter F1 und F2 wird diese Spannung bei entsprechender Amplitude zum Anschluß G geführt, der mit der Gleichspannungsquelle B verbunden ist. Der Stromfluß führt bei erfindungsgemäßen Generatorbetrieb immer über jeweils elektrisch gegenüberliegende Wicklungsstränge und bewirkt eine Verdopplung der Generatorspannung gegenüber dem Generatorbetrieb nach dem Stand der Technik. The expansion of the circuit according to the invention relates to the two Switches SF and SMP, as well as the converters F1 and F2. It enables an additional alternatively switchable generator operation in a speed range in which without Application of the detection is always engine operation. This additional Generator operation results from opening the switch SMP and closing the switch SF. The separation of the common star point connection MP from the DC voltage source B causes the series connection of the electrically opposing strands and enables thereby the utilization of the voltage between the terminals S 1 and S2, whose amplitude is twice as high as the induced voltage of a single one Winding strand. Via the converters F1 and F2, this voltage is increased when the corresponding Amplitude led to the connection G, which is connected to the DC voltage source B. is. In generator operation according to the invention, the current flow always leads over each electrically opposite winding phases and causes the generator voltage to be doubled compared to state-of-the-art generator operation.

F i g. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Steuerung einer viersträngigen Synchronmaschine, wobei die Grundschaltung 1 nach F i g. 1 zweimal zur Anwendung kommt. Zur Vereinfachung der Anordnung sind die Anschlüsse MP und G beider Einzelanordnungen jeweils miteinander verbunden. F i g. 2 shows another embodiment of the invention for Control of a four-strand synchronous machine, the basic circuit 1 according to F i g. 1 is used twice. To simplify the arrangement, the connections are MP and G of both individual arrangements are each connected to one another.

Ferner ist jeder der Schalter A 1.. . ,A 4 aus Fig. 1 mit jeweils einem Transistor T1 ...,T4 und einem parallelgeschalteten Gleichrichter M1 ...,M4 realisiert. Die Gleichrichter übernehmen die Stromführung im Generatorbetrieb, wodurch sich die Ansteuerung der Transistoren in diesem Falle erübrigt.Furthermore, each of the switches A is 1 ... , A 4 from Fig. 1 with each a transistor T1 ..., T4 and a rectifier M1 ..., M4 connected in parallel realized. The rectifiers take over the current flow in generator mode, whereby In this case, there is no need to control the transistors.

F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 2 mit der zusätzlichen Funktion der Führung der Freilaufströme. Die Transistoren G1 ...,G4 ersetzen die Stromrichter F1 ...,F4 sowie den Schalter SF aus F i g. 2. Die Ansteuerung erfolgt rotorlageabhängig, und zwar im erfindungsgemäßen Generatorbetrieb (beigeoffnetem Schalter SMP) zur Führung der generatorischen Strangströme und im Motorbetrieb zur Führung der Freilaufströme. Dazu wird beispielsweise der Transistor G 1 im Motorbetrieb zum Zeitpunkt des Abschaltens des Transistors T1 eingeschaltet und übernimmt die Weiterführung des Strangstromes, der infolge der Wicklungsinduktivität L 1 exponentiell abklingt. In gleicher Weise erfolgt die Steuerung der übrigen Stufen. F i g. 3 shows a modification of the arrangement according to FIG. 2 with the additional function of guiding the freewheeling currents. The transistors G1 ..., G4 replace the converters F1 ..., F4 and the switch SF from FIG. 2. The control takes place as a function of the rotor position, namely in generator operation according to the invention (opened SMP switch) for routing the generator string currents and in motor operation for Management of the freewheeling currents. For this purpose, for example, the transistor G 1 is in engine operation switched on at the time of switching off the transistor T1 and takes over the Continuation of the phase current, which is exponential due to the winding inductance L 1 subsides. The other stages are controlled in the same way.

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Claims (5)

Patentansprüche: 1. Schaltung zum Betrieb einer Mehrphasensynchronmaschine im Generator- oder kombinierten Motor-Generatorbetrieb mit einer Gleichspannungsquelle mit einem im Gleich- und Wechselrichterbetrieb betreibbaren und rotorlageabhängig steuerbaren Stromrichter, d a durch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Mehrphasenmaschine aus elektrisch um 1800 versetzten Wicklungssträngen (L 1, L 2) besteht, die ein Strangpaar bilden, wobei die Wicklungsstränge (L 1, L 2) einen gemeinsamen Mittelpunktanschluß (MP) aufweisen und deren Stranganschlüsse (S1, S2) über den Stromrichter (A 1, A 2) an den negativen Pol (N) der Gleichspannungsquelle (B) angeschlossen sind, daß zwischen dem gemeinsamen Mittelpunktanschluß (MP) und dem positiven Pol (P) der Gleichspannungsquelle ein erster Schalter (SMP) liegt, daß ein zweiter Schalter (SF) vorgesehen ist, der einen Anschlußpunkt (G) mit dem positiven Pol (P) verbindet, daß zwischen den Stranganschlüssen (S 1, S2) und dem Anschlußpunkt (G) zwei Halbleiter (F1, F2), die jeweils mit ihrer Anode mit den Stranganschlüssen (sol, S2) verbunden sind, geschaltet sind, die einen Strom zum Zwecke der Energieaufnahme der Gleichspannungsquelle (B) führen, sofern der erste Schalter (SMP) geöffnet und der zweite Schalter (SF) geschlossen sind und der Stromrichter (A 1, A 2) als Gleichrichter arbeitet. Claims: 1. Circuit for operating a multi-phase synchronous machine in generator or combined motor-generator mode with a DC voltage source with one that can be operated in rectifier and inverter operation and is dependent on the rotor position controllable converter, d a by g e k e n n -z e i c h n e t that the multi-phase machine consists of winding strands (L 1, L 2) electrically offset by 1800, which a Form a strand pair, the winding strands (L 1, L 2) having a common center connection (MP) and their string connections (S1, S2) via the converter (A 1, A 2) are connected to the negative pole (N) of the DC voltage source (B) that between the common center connection (MP) and the positive pole (P) of the DC voltage source is a first switch (SMP) that a second switch (SF) is provided, which connects a connection point (G) to the positive pole (P), that between the strand connections (S 1, S2) and the connection point (G) two semiconductors (F1, F2), each of which has its anode connected to the string connections (sol, S2) are connected, which provide a current for the purpose of absorbing energy from the DC voltage source (B) if the first switch (SMP) is open and the second switch (SF) are closed and the converter (A 1, A 2) works as a rectifier. 2. Schaltung und Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Schalter (SMP, SF)durch einen steuerbaren Halbleiter realisiert ist. 2. Circuit and claim 1, characterized in that at least one of the switches (SMP, SF) is implemented by a controllable semiconductor. 3. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter (F 1, F2) steuerbar sind. 3. Circuit according to one of claims 1 and 2, characterized in that that the semiconductors (F 1, F2) are controllable. 4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Freilaufdioden vorgesehen sind. 4. Circuit according to one of claims 1 to 3, characterized in that that freewheeling diodes are provided. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Betrieb mehrere Strangpaare aus jeweils zwei elektrisch um 180° versetzten Wicklungssträngen derselben Maschine (L 1, L 2; L 3, L 4. . . ) weitere Stromrichter (A 1, A 2) und weitere Anschlußpunkte (G) bildende Halbleiter (F 1, F2) vorgesehen sind, wobei die jeweiligen Mittelpunktanschlüsse (Mp) und die jeweiligen Anschlußpunkte (G) der verschiedenen Strangpaare miteinander verbunden sind. 5. Circuit according to one of claims 1 to 4, characterized in that that for operation several pairs of strands, each two electrically offset by 180 ° Windings of the same machine (L 1, L 2; L 3, L 4...) Further converters (A 1, A 2) and further connection points (G) forming semiconductors (F 1, F2) are provided are, the respective midpoint connections (Mp) and the respective connection points (G) the different pairs of strands are connected to one another. ; f Die Erfindung betrifft eine Schaltung nach dem Ober-;begriff des Anspruch 1. Eine derartige Schaltung ist aus der DE-03 3048972 bekannt. Aus physikalischen Gründen ist es mit einer solchen Anordnung nicht möglich, Generatorbetrieb bei Drehzahlen zu erreichen, die unterhalb der Leerlaufdrehzahl im Motorbetrieb liegen.; f The invention relates to a circuit according to the preamble; term des Claim 1. Such a circuit is known from DE-03 3048972. From physical For reasons, it is not possible with such an arrangement to operate the generator at speeds to achieve that are below idle speed in engine operation. Die Probleme nehmen noch zu, wenn die äußere Spannung im Generatorbetrieb höher als im Motorbetrieb ist, wie es zum Beispiel beim Betrieb an einem Bleiakkumulator der Fall ist. The problems increase when the external voltage is in generator mode higher than in motor operation, as is the case, for example, with operation on a lead-acid battery the case is. Das Vorzeichen der Abweichung der zur Drehzahl proportionalen induzierten Spannung der Maschine von der Höhe der angeschlossenen äußeren Spannungsquelle entscheidet darüber, ob Motor- oder Generatorbetrieb vorliegt. Zur Erzeugung eines möglichst großen Drehzahlbereiches mit wahlweise möglichen Generator- und Motorbetrieb sind folgende Verfahren bekannt: a) Feldschwächung, b) Gleichstromstellerbetrieb, c) Wicklungsumschaltung. The sign of the deviation of the induced, which is proportional to the speed The voltage of the machine depends on the level of the connected external voltage source whether there is motor or generator operation. To create one as possible large speed range with alternatively possible generator and motor operation the following processes are known: a) field weakening, b) DC converter operation, c) Winding switching. Aus der DE-OS 18 00 047 ist eine Steuerung für Elektromotoren bekannt, bei der die Wicklungsstränge über Stromrichter mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind. From DE-OS 18 00 047 a control for electric motors is known, in which the winding phases are connected to a DC voltage source via a converter are. Aus ETZ-A Band 86 (1965) Heft 1, Seite 20-23 ist eine Mehrphasenmaschine mit 4 um 90" versetzten Wicklungen (zwei Strangpaare mit jeweils um 1800 versetzten Wicklungssträngen) bekannt, bei der die Wicklungen über Transistoren und Dioden mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind. From ETZ-A Volume 86 (1965) Issue 1, pages 20-23 is a multi-phase machine with 4 windings offset by 90 "(two pairs of strands each offset by 1800 Winding strands) known, in which the windings via transistors and diodes are connected to a DC voltage source. Die Feldschwächung setzt eine Maschine mit veränderlicher Erregung voraus und verringert die induzierte Spannung. Das führt zu einer Erhöhung der Motor-Leerlaufdrehzahl, allerdings mit Abschwächung des Drehmomentes. Ein Gleichstromsteller erlaubt im Generatorbetrieb eine Anhebung der Spannung, wobei jedoch die Strombelastbarkeit und der Wirkungsgrad beträchtlich absinken. The field weakening sets a machine with variable excitation ahead and reduce the induced voltage. This leads to an increase in the engine idling speed, however, with a weakening of the torque. A DC chopper allows im Generator operation increases the voltage, however, the current-carrying capacity and the efficiency drop considerably. Eine Wicklungsumschaltung erlaubt eine stufenweise Veränderung der induzierten Spannung im Verhältnis der Windungszahlen bei entsprechend erhöhtem Aufwand in der Maschine und der elektronischen Kommutierungsschaltung. A winding changeover allows a gradual change in the induced voltage in the ratio of the number of turns with a correspondingly increased Effort in the machine and the electronic commutation circuit. Aufgabe der Erfindung ist eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine Mehrphasensynchronmaschine ohne maschinenseitigen Mehraufwand und mit geringem Schaltungsaufwand im Motordrehzahlbereich auch als Generator betreibbar ist. The object of the invention is a circuit according to the preamble of Claim 1 to develop in such a way that a multi-phase synchronous machine without machine-side Additional effort and with little circuit effort in the engine speed range also as Generator is operable. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved. Further developments and refinements are in the claims 2 to 5 described. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung, Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zur Steuerung einer viersträngigen Maschine, F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zur zusätzlichen Führung der Freilaufströme. The invention is explained in more detail with the aid of the drawings. It shows F i g. 1 shows an embodiment according to the invention, FIG. 2 shows a second embodiment according to the invention for controlling a four-strand machine, FIG. 3 another Embodiment according to the invention for additional guidance of the freewheeling currents. Fig.1 zeigt ein einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung. L 1 und L2 bilden die Wicklungsstränge der Maschine mit den Stranganschlüssen S1, S2 und dem gemeinsamen Mittelpunktanschluß MP. Über die Schalter A 1, A 2 werden die Wicklungsstränge rotorlageabhängig gesteuert. Bei geschlossenem Schalter SMP und geöffneten Schalter SFliegt ein Betrieb nach dem Stand der Technik vor. Motorbetrieb ergibt sich dann, wenn die momentane in die Wicklungsstränge L1 und L2 induzierten Spannungen während der Zeitdauer, wo der entsprechende Schalter A 1 und A 2 geschlossen ist, im Mittel kleiner ist als die Spannung der Gleichspannungsquelle B. Im anderen Fall liegt Generatorbetrieb vor. Fig.1 shows a simple embodiment of the invention. L 1 and L2 form the winding phases of the machine with phase connections S1, S2 and the common center connection MP. The switches A 1, A 2 are Winding strands controlled depending on the rotor position. With switches SMP and When the switch SF is open, it is operating according to the state of the art. Engine operation arises when the momentary induced in the winding phases L1 and L2 Voltages during the period in which the corresponding switches A 1 and A 2 are closed is, is on average smaller than the voltage of the DC voltage source B. In the other The case is generator operation.
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