NL7909220A

NL7909220A - DEVICE FOR CHANGING THE SPEED OF AN INDUCTION MACHINE.

Info

Publication number: NL7909220A
Application number: NL7909220A
Authority: NL
Original assignee: Loher Gmbh
Priority date: 1978-12-28
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1980-07-01
Also published as: GB2042286A; FR2445652A1; DE2856574C2; DE2856574A1; LU82046A1; BE880883A; ATA775179A; AT372556B

Description

793544/Keijser % ♦793544 / Keijser% ♦

Aanvraagster: Loher GmbH, te Ruhstorf/Rott, Bondsrep. Duitsland.Applicant: Loher GmbH, Ruhstorf / Rott, Federal Republic. Germany.

Korte aanduiding! Inrichting voor het wijzigen van het toerental bij een inductiemachine.Short indication! Device for changing the speed of an induction machine.

5 De uitvinding heeft betrekking op een elektronische inrich ting met thyristoren voor het regelen van het toerental van induct iemachine s met kortsluitrotor.The invention relates to an electronic device with thyristors for controlling the speed of induction machines with a short-circuit rotor.

Dergelijke inrichtingen zijn reeds bekend, en wel toestellen die een verandering van het toerental via de frekwentie uitvoeren, 10 zogenaamde frekwentie-omvormers, en toestellen die een verandering van het toerental uitvoeren via de statorspanning, zogenaamde draaistroomregelaars. Toerental regeling via de frekwentie geschiedt vrijwel zonder verliezen; de tot nu toe bekende uitvoeringen van frekwentie-omvormers zijn echter zeer duur. Verandering 15 van het toerental via de spanning gaat gepaard met verliezen en is, in verband met de hoge slipverliezen niet geschikt voor konti-nu bedrijf; de bouwkosten voor een draaistroomregelaar zijn daarvoor echter zeer laag.Such devices are already known, namely devices that perform a change of the speed via the frequency, so-called frequency converters, and devices that perform a change of the speed via the stator voltage, so-called three-phase controllers. Speed control via the frequency takes place almost without losses; however, the hitherto known embodiments of frequency converters are very expensive. Variation of the speed via the voltage is associated with losses and, due to the high slip losses, is not suitable for continuous operation; however, the construction costs for a three-phase controller are very low.

De schakeling volgens de uitvinding kombineert op eenvoudige 20 wijze de voordelen van de beide bekende regelinrichting; de ver-liesarme toerentalregeling via de frekwentie bij lage fabrikagekost en.The circuit according to the invention simply combines the advantages of the two known control devices; low-loss speed control via frequency at low manufacturing cost and.

Dit wordt bereikt doordat men de voorinstelhoek voor de ont-. steking, die gebruikelijk is bij thyristor-draaistroomregelaars, 25 verandert. Het is bekend dat men via de ontstekingshoek de grootte van het oppervlak van spanning maal tijd aan de belasting, en daarmee de belastingsstroom kan instellen. Hierbij is het verband tussen de ontstekingshoek en de effektieve waarde van de uit-gangsspanning respektievelijk uitgangsstroom van de draaistroom-30 regelaar in een groot regelbereik bij benadering lineair. Zoals tot nu toe gewerkt werd met draaistroomregelaars zijn in de evenwichtstoestand de ontstekingshoek, de uitgangsspanning en de belastingsstroom konstant; de frekwentie komt overeen met de frekwentie van het voedende net. Bij de schakeling volgens de uitvin-35 ding wordt nu met een geschikte stuurschakeling het tot nu toe gebruikelijke ontstekingsschema bij draaistroomregelaars zo veranderd dat gedurende een bepaald aantal nettrillingen slechts ontsteking plaats vindt bij de positieve halve perioden,- en daarop 39 aansluitend slechts ontsteking bij de negatieve halve perioden.This is achieved by using the preset angle for the de-. change common to thyristor three-phase current controllers. It is known that the magnitude of the surface area of voltage times the load can be adjusted via the ignition angle, and thus the load current. The relationship between the ignition angle and the effective value of the output voltage and the output current of the three-phase controller in a wide control range is approximately linear. As has hitherto been used with three-phase current controllers, the ignition angle, the output voltage and the load current are constant in the equilibrium state; the frequency corresponds to the frequency of the feeding network. In the circuit according to the invention, with a suitable control circuit the hitherto usual ignition scheme for three-phase current controllers is changed so that during a certain number of mains vibrations only ignition takes place at the positive half periods, and subsequently only ignition at the positive half periods. negative half periods.

7909220 • * - 2 - f»7909220 • * - 2 - f »

Dit kan men bijvoorbeeld zo uitvoeren dat gedurende een eerste positieve halve periode van de netspanning een kleine positieve belasting 5-stroom vloeit, gedurende de tweede positieve halve periode een iets grotere, gedurende de derde een nog grotere en met de vierde, vijfde 5 en zesde halve periode de belastingsstroom weer tot nul afneemt.This can be done, for example, so that during a first positive half period of the mains voltage a small positive load 5 current flows, during the second positive half period a slightly larger one, during the third an even larger one and with the fourth, fifth 5 and sixth. the load current drops to zero again for half a period.

Vanaf de zesde halve periode worden op dezelfde manier de thyristors voor de negatieve halve perioden van de netspanning ontstoken. Men krijgt in.totaal een uitgangsspanning respektievelijk een belastingsstroom. met een omhullende waarvan de frekwentie lager is dan de net-10 frekwentie en waarvan de vorm kan worden beïnvloed via de modulatie van de ontstekingshoek. Voor driefasesystemen zijn drie dergelijke schakelingen nodig, waarbij de ontstekingshoeken zo worden ingesteld dat de omhullenden van de drie belastingsstromen een draaistroom-systeem vormen met telkens 120° faseverschil. De faseverschuiving van 15 120° heeft betrekking op de frekwentie van de omhullende kromme. ......From the sixth half period, the thyristors for the negative half periods of the mains voltage are ignited in the same way. In total, an output voltage or a load current is obtained. with an envelope whose frequency is lower than the net-10 frequency and whose shape can be influenced by the modulation of the ignition angle. Three-phase systems require three such circuits, the ignition angles of which are set so that the envelopes of the three load currents form a three-phase system with 120 ° phase difference in each case. The phase shift of 120 ° refers to the frequency of the envelope curve. ......

Er kan worden aangetoond dat bij de onderhavige schakeling amplitude een frekwentie van de teerste harmonischen van uitgangsspan-ning'en stroom bij benadering evenredig zijn met de amplitude en frekwentie van de omhullende kromme. Als gevolg daarvan kunnen dus via 20 de modulatie van de ontstekingshoek amplitude en frekwentie van de basistrilling van de uitgangsspanning worden gewijzigd.· Het belangrijke voordeel van de schakeling volgens de uitvinding is daarbij dat voor een driefasen gelijkrichtsysteem slechts het geringe aantal van 6'thyristors nodig is.It can be shown that in the present circuit amplitude, a frequency of the delicate harmonics of output voltages current is approximately proportional to the amplitude and frequency of the envelope curve. As a result, amplitude and frequency of the basic vibration of the output voltage can thus be changed via the modulation of the ignition angle. The important advantage of the circuit according to the invention is that for a three-phase rectifying system only the small number of 6 thyristors is required. is.

25 Het omvormersysteem volgens de uitvinding behoort prin cipieel tot de klasse van de direkte omvormers. Bij dit omvormer-principe is het instel gebied voor de frekwentie naar boven toe begrensd. De omvormer is daarmee goed geschikt voor de aandrijving van arbeidsmachines, die naast een hoog toerental enkele of meerdere lage 30 toerentallen vereisen. Het hoge toerental kan door de rechtstreekse aansluiting op het net of gebruikelijk wérken met een regelaar worden gerealiseerd, en het lage toerental door eenvoudig omschakelen in de stuurschakeling op de beschreven stuurmethode. Afhankelijk van de behoefte is aandrijvend of remmend bedrijf mogelijk. De schakeling 35 wordt bijvoorbeeld toegepast bij liften, hijswerktuigen, _ - * 7909220 - 3 - * transportinrichtingen, centrifuges, werktuigmachines en vele andere machinese 3e schakeling en de wijze van funktioneren ervan zal'nu worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening.The transducer system according to the invention basically belongs to the class of the direct transducers. With this inverter principle, the frequency adjustment range is limited upwards. The inverter is therefore well suited for driving work machines, which require a few or more low 30 speeds in addition to a high speed. The high speed can be achieved by direct connection to the mains or conventional operation with a controller, and the low speed by simply switching in the control circuit to the described control method. Depending on the need, driving or braking operation is possible. The circuit 35 is used, for example, in lifts, hoists, transporters, centrifuges, machine tools and many other machines 3rd circuit, and the manner of operation thereof will be explained with reference to the accompanying drawing.

5 Fig. 1 toont een principeschena van de schakeling volgens de uitvinding met stuurinrichting, vermogensgedeelte en aangesloten asynchronemachine;FIG. 1 shows a principle diagram of the circuit according to the invention with steering device, power section and connected asynchronous machine;

Figo 2 toont het verloop .dn de tijd van de stuurspanning, een blokkeersignaal, de netspanning, ontstekingspulsen en de uit-10 gangsstroom voor fase R«Fig. 2 shows the course of the control voltage, a blocking signal, the mains voltage, ignition pulses and the output current for phase R «.

In het blokschema volgens fig. 1 wordt uitgegaan van analoge stuurgrootheden voor de amplitude en ïïj, voor de frekwentie van de grondtrilling van de uitgangsspanning van de omvormer. Deze beide grootheden worden toegevoerd aan een generator 1 voor een nomi-15 nale waarde. Deze generator wekt drie sinusvormige uitgangssignalen üOT5 _ „ op, telkens over 120° verschoven, waarvan de amplitude en frekwentie instelbaar zijn via de grootheden U^, Up. De signalen uit de generator voor de nominale waarden kunnen worden opgewekt met analoge of digitale circuitelementen. Dergelijke schakelingen zijn in de 20 literatuur bekend. (Zahlen W: Sollwertgenerator ftir Drehstrom-The block diagram of FIG. 1 assumes analog control variables for the amplitude and for the frequency of the fundamental vibration of the output voltage of the converter. Both these quantities are fed to a generator 1 for a nominal value. This generator generates three sinusoidal output signals OTOT5-telkens, each shifted by 120 °, the amplitude and frequency of which are adjustable via the parameters U1, Up. The signals from the nominal value generator can be generated with analog or digital circuit elements. Such circuits are known in the literature. (Zahlen W: Sollwert generator ftir Drehstrom-

Wechselrichter nach dem Unterschwingungverf ahren, Internationale Elektronische Rundschau 1970 Nr. 2).Wechselrichter nach dem Unterschwingungverf ahren, Internationale Electronic Rundschau 1970 Nr. 2).

Eet driefasen signaal voor de nominale waarde wordt met drie diodeschakelingen 2P c m gelijkgericht. De gelijkgerichte signa- ίι,ο,Ι 25 len <, ^,J stellen de ingangssignalen voor, bestemd voor de ontsteek-pulsgeneratoren 3as T· De ontsteekpulsgen erator en wekken de ontsteek-· pulsen op voor de thyristors van de draaistroomregelaar 6. Gewoonlijk voert men ontsteekpulsgeneratoren zo uit dat het verband tussen de ingangsspanning en de ontstekingshoek bij benadering lineair is. In 30 drie Schmitt-triggers s ^ worden uit de signalen ïï^ g ^ voor de nominale waarde drie blokkeersignalen ^ gevormd. Deze signalen dienen om vast te -stellen of er positieve of negatieve halve perioden aanwezig zijn. De blokkeersignalen sturen via drie elektronische schakelinrichtingen 5Ώ c m de vrijgave van de ontsteekpulsen Z..„ „ mThe three-phase signal for the nominal value is rectified with three diode circuits 2P c m. The rectified signal, 25, <, ^, J represent the input signals intended for the ignition pulse generators 3 axis T · The ignition pulse generator and generate the ignition pulses · for the thyristors of the three-phase controller 6. Usually ignition pulse generators are designed so that the relationship between the input voltage and the ignition angle is approximately linear. In three Schmitt triggers s ^ three blocking signals are formed from the nominal value signals. These signals serve to determine whether positive or negative half periods are present. The inhibit signals control the release of the ignition pulses Z .. "" m via three electronic switching devices 5Ώ c m

*££ 9 ö f i. f Χΐί y O y X* ££ 9 ö f i. f Χΐί y O y X

35 of s Mj positieve halve trillingen van het signaal voor de 7909220 # — 4 - rf nominale waarde worden de ontsteekpulsen Z^ g ^ voor de thyristors nlH S T vrijgegeven en de ontsteekpulsen ZgR g ^ voor de thyristors n015 o m geblokkeerd. Bij negatieve halve perioden gebeurt het omge- f w f 1 keerde. Daarmee zijn tijdens positieve halve perioden slechts posi-5 tieve belastingsstromen mogelijk in de getekende telrichting, en gedurende negatieve halve perioden slechts negatieve belastingsstromen. Daaruit volgt dat de frekwentie van de belastingsstromen overeenkomt met de frekwentie van de signalen voor de nominale waarde.35 or s Mj positive half vibrations of the signal for the 7909220 # - 4 - rf nominal value, the ignition pulses Z ^ g ^ for the thyristors nlH S T are released and the ignition pulses ZgR g ^ for the thyristors n015 o m are blocked. In negative half periods, the reverse happens f 1. Thus, during positive half periods, only positive load currents are possible in the drawn counting direction, and during negative half periods only negative load currents. It follows that the frequency of the load currents corresponds to the frequency of the signals for the nominal value.

Ter verdere toelichting zijn in fig. 2 a t/m f achtereen-10 volgens weergegeven het uitgangssignaal voor de nominale waarde Ug^, het bijbehorende blokkeersignaal S^, het verloop van de netspanning U » ontsteekpulsen Z^, Z^ voor de thyristors n^, Hg^, en de bijbehorende belastingsstroom i^. Men ziet dat als gevolg van de line-airiteit'tussen stuurspanning, ontstekingshoek en belastingsstroom 15 de omhullende kromme van de belastingsstroom een overeenkomstige vorm heeft als de kromme van de stuurspanning. De frekwentie fg van de „ grondtrilling van de belastingsstroom bedraagt in het onderhavige voorbeeld 5 Hz bij een veronderstelde· netfrekwentie van 50 Hz.For further explanation, the output signal for the nominal value Ug ^, the associated blocking signal S ^, the course of the mains voltage U »ignition pulses Z ^, Z ^ for the thyristors n ^, are shown successively in FIGS. Hg ^, and the associated load current i ^. It can be seen that due to the linearity between control voltage, ignition angle and load current, the envelope curve of the load current has a similar shape to the curve of the control voltage. The frequency fg of the fundamental vibration of the load current in the present example is 5 Hz at an assumed mains frequency of 50 Hz.

79082207908220

Claims

2. Device according to claim 1, characterized in that the envelope curve of the output voltage or output current can be sinusoidal, trapezoidal, sinus trapezoidal, triangular or rectangular via the ignition pulses. the determined device according to claim 1 or 2, characterized in that the frequency of the first harmonic can be determined synchronously or asynchronously with the mains frequency,

Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the speed of the connected machine can be controlled via the frequency of the first harmonic, Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the speed of the connected machine can be controlled via the amplitude of the first harmonic. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the harmonic content of the machine current is low when an induction machine is used with a special rotor for small inrush current. 7909220