SE531914C2

SE531914C2 - Device and method for speed control of an electric motor and electric motor and generator

Info

Publication number: SE531914C2
Application number: SE0800124A
Authority: SE
Inventors: Magnus Lindmark Lilliestraale
Original assignee: Magnus Lindmark Lilliestraale
Priority date: 2008-01-18
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2009-09-08
Also published as: SE0800124L

Description

N Ü 20 25 30 531 514 driven anordning, såsom t.ex. en fläkt, pump eller någon typ av löpande band. Även om den kortslutna asynkronmotorn är synnerligen robust och enkel till sin uppbyggnad, kan dock inte denna motor varvtalsstyras på ett väsentligen förlustfritt sätt annat än genom att både matningsspänningen och nätfrekvensen samtidigt ändras. Detta beror på att magnetiseringen av motorn uppstår på grund av strömmen genom statorlindningen. Det som, vid tomgång, bestämmer strömmen genom statorlindningen är nätspänningen samt den frekvens som motorn anslutes till. För att upprätthålla samma magnetisering av motorn vid en ändring av statorspänningens frekvens, måste även spänningen ändras i samma proportion. N Ü 20 25 30 531 514 driven device, such as e.g. a fan, pump or any type of conveyor belt. Although the short-circuited asynchronous motor is extremely robust and simple in its construction, this motor cannot be speed controlled in a substantially lossless manner other than by changing both the supply voltage and the mains frequency at the same time. This is because the magnetization of the motor occurs due to the current through the stator winding. What, at idle, determines the current through the stator winding is the mains voltage and the frequency to which the motor is connected. In order to maintain the same magnetization of the motor in the event of a change in the frequency of the stator voltage, the voltage must also be changed in the same proportion.

I de fall man önskar ändra motorns varvtal steglöst brukar därför vanligtvis en frekvensomriktare anslutas mellan motorn och det inkommande elnätet. Vid varvtalsregleringens begynnelse, innan det fanns tillgång till lämpliga styrbara elektriska ventiler, utgjordes dock en vanlig lösning av att trefasmotors varvtal reglerades genom användning av en släpringad trefasmotor. Ett exempel på en sådan varvtalsreglering visas i fig. 2, där den visade motorn 200 har en rotor 201 vars trefaslindning är ansluten till tre släpringar 202-204 placerade på motoraxeln 205. På varje släpring vilar borstar 206-208 som i sin tur är anslutna till var sitt motstånd Rl, R2, R3. I det fall rotor(motor)axeln 205 har lågt varvtal blir skillnaden mellan det med det matande elnätet synkront roterande statorflödets hastighet och rotorns rotationshastighet stor. Detta resulterar i en förhållandevis hög frekvens och spänning mellan släpringarna. Den via släpringarna uttagna strömmen leds till reglerbara motstånd Rl - R3, där en ändring av värdet på motstànden Rl - R3 medför att strömmen genom rotorlindningen ändras. Ett lågt värde på Rl - R3 medför en högre rotorström. En högre ström i 10 U 20 25 30 531 514 rotorlindningen medför en ökning av motoraxelns vridande moment.In cases where it is desired to change the motor speed steplessly, therefore, a frequency converter is usually connected between the motor and the incoming mains. At the beginning of the speed control, however, before there was access to suitable controllable electric valves, a common solution was that the speed of a three-phase motor was regulated by using a slip-ring three-phase motor. An example of such a speed control is shown in Fig. 2, where the motor 200 shown has a rotor 201 whose three-phase winding is connected to three slip rings 202-204 placed on the motor shaft 205. On each slip ring rest brushes 206-208 which in turn are connected to each resistor R1, R2, R3. In case the rotor (motor) shaft 205 has a low speed, the difference between the speed of the stator flow synchronously rotating with the supply mains and the rotational speed of the rotor becomes large. This results in a relatively high frequency and voltage between the slip rings. The current drawn via the slip rings is led to controllable resistors R1 - R3, where a change in the value of the resistors R1 - R3 causes the current through the rotor winding to change. A low value of R1 - R3 results in a higher rotor current. A higher current in the rotor winding causes an increase in the rotating torque of the motor shaft.

Motorns vridmoment eller hastighet kan nu regleras genom att ändra motståndens resistans. I praktiken används dock inte längre denna metod för att reglera en motors hastighet på grund av att värmeförlusterna i motstånden blir stora och verkningsgraden därmed blir låg. Den visade metoden har främst kommit till användning vid start av större motorer för att erhålla ett högt startmoment och samtidigt begränsa startströmmen från elnätet.The torque or speed of the motor can now be regulated by changing the resistance of the resistors. In practice, however, this method is no longer used to regulate the speed of an engine due to the fact that the heat losses in the resistors become large and the efficiency is thus low. The method shown has mainly been used when starting larger motors to obtain a high starting torque and at the same time limit the starting current from the mains.

I fig. 3 visas en alternativ variant av varvtalsreglering med släpringar, där förlusterna minskas. I den i fig. 3 visade lösningen likriktas spänningen från släpringarna istället för att leda rotorlindningsströmmarna genom resistorer. Den likriktade spänningen används sedan för att via en glättningsreaktor L mata en nätkommuterad frekvensomriktare.Fig. 3 shows an alternative variant of speed control with slip rings, where the losses are reduced. In the solution shown in Fig. 3, the voltage from the slip rings is rectified instead of conducting the rotor winding currents through resistors. The rectified voltage is then used to supply a mains-commutated frequency converter via a smoothing reactor L.

Härigenom kan släpringseffekten återmatas till elnätet, vilket drastiskt minskar förlusterna vid reglering av varvtalet.In this way, the slip ring effect can be fed back to the mains, which drastically reduces the losses when regulating the speed.

Såsom nämnts används inte längre släpringade lösningar i någon större utsträckning, utan istället används vanligtvis en frekvensomriktare som ansluts mellan motorn och det inkommande elnätet då man önskar reglera varvtalet på motorn.As mentioned, slip-ring solutions are no longer used to any great extent, but instead a frequency converter is usually used which is connected between the motor and the incoming mains when it is desired to regulate the speed of the motor.

I fig. 1 visas ett exempel pâ dagens frekvensomriktare, där nätspänningen (i figuren visas en trefaspänning med faserna R,S,T) först likriktas med hjälp av dioder 101-106 för att skapa ett likspänningsmellanled som laddar upp en kondensator CK. En trefasspänning med önskad frekvens alstras sedan med hjälp av en brygga bestående av elektriskt styrbara halvledarventiler 107-112, vilken är ansluten till kondensatorn CK. De sex elektriska ventilerna 107-112 får sina styrpulser från en reglerbar styroscillator VFO 120, varvid styrpulser a, b, c, d, e, f från VFO:n öppnar och/eller stänger de elektriska ventilerna 107-112 på ett önskat sätt.Fig. 1 shows an example of today's frequency converter, where the mains voltage (in the figure shows a three-phase voltage with phases R, S, T) is first rectified by means of diodes 101-106 to create a direct voltage intermediate which charges a capacitor CK. A three-phase voltage of the desired frequency is then generated by means of a bridge consisting of electrically controllable semiconductor valves 107-112, which is connected to the capacitor CK. The six electric valves 107-112 receive their control pulses from a controllable control oscillator VFO 120, wherein control pulses a, b, c, d, e, f from the VFO open and / or close the electric valves 107-112 in a desired manner.

W Ü 20 25 30 531 S14 Till varje ventil kan även en antiparallelldiod 113-118 vara ansluten för att tillhandahålla en väg för induktiva belastningsströmmar i ventilens backriktning.W Ü 20 25 30 531 S14 An anti-parallel diode 113-118 can also be connected to each valve to provide a path for inductive load currents in the reverse direction of the valve.

Styrpulserna från oscillatorn genereras på ett sådant sätt att, genom t.ex. pulsbreddsmodulering, PWM, en ny trefasspänning (U,V,W) med en viss frekvens och storlek skapas. Frekvensen och amplituden hos spänningen (U,V,W) kan vara anordnade att följas åt (av ovan beskriven anledning) på så sätt att om frekvensen minskas så minskas även spänningen.The control pulses from the oscillator are generated in such a way that, by e.g. pulse width modulation, PWM, a new three-phase voltage (U, V, W) with a certain frequency and magnitude is created. The frequency and amplitude of the voltage (U, V, W) can be arranged to be monitored (for the reason described above) in such a way that if the frequency is reduced, the voltage is also reduced.

Enligt ovan bestäms varvtalet hos en kortsluten trefas asynkronmotor av matningsspänningens frekvens, och genom att med hjälp av halvledarventilerna 107-112 ändra frekvens och spänning på (U,V,W) kan motorn 130 således varvtalsstyras.According to the above, the speed of a short-circuited three-phase asynchronous motor is determined by the frequency of the supply voltage, and by changing the frequency and voltage of (U, V, W) by means of the semiconductor valves 107-112, the motor 130 can thus be speed controlled.

Denna reglering kan i princip ge motorn ett godtyckligt varvtal, där frekvensen, och därmed motorvarvtalet, genom tillämpliga styrpulser till ventilerna 107-112 kan fås att variera från O Hz (stillastående motor) till i princip godtyckligt varvtal, dvs. även varvtal motsvarande frekvenser som överstiger det matande elnätets frekvens.This control can in principle give the motor an arbitrary speed, where the frequency, and thus the motor speed, through applicable control pulses to the valves 107-112 can be made to vary from 0 Hz (stationary motor) to in principle arbitrary speed, ie. also speeds corresponding to frequencies exceeding the frequency of the supply network.

Det finns emellertid flera nackdelar med dagens frekvensomriktare. Enligt fig. 1 likriktas nätspänningen och laddar upp kondensatorn CK. Denna typ av likriktning ger ofta upphov till oönskade strömspikar och övertoner pà elnätet, och medför även att elnätets effektfaktor blir ogynnsam om inte dyrbara filteranordnigar användes mellan omriktaren och det inkommande nätet. Ventilerna använder sig vanligtvis av pulsbreddsmodulering vid skapandet av den nya utspänningen.However, there are several disadvantages with today's drives. According to Fig. 1, the mains voltage is rectified and the capacitor CK is charged. This type of rectification often gives rise to unwanted current spikes and harmonics on the mains, and also means that the power factor of the mains becomes unfavorable if expensive filter devices are not used between the inverter and the incoming mains. The valves usually use pulse width modulation in creating the new output voltage.

Denna metod kräver att stig- och falltider vid de elektriska ventilerna är korta för att minimera förlusterna i dessa, men på grund av detta uppstår en mängd högfrekventa övertoner, som strålar ut från kablar samt fortplantar sig in i elnätet eftersom frekvensomriktaren inte är galvaniskt isolerad från W U 20 25 30 53¶ 914 detsamma. Dessa störningar kan ställa till med stora problem för andra utrustningar.This method requires that the rise and fall times of the electric valves are short to minimize the losses in them, but due to this a number of high frequency harmonics occur, which radiate from cables and propagate into the mains because the drive is not galvanically isolated from WU 20 25 30 53¶ 914 the same. These disturbances can cause major problems for other equipment.

Nivån på dessa störningar är idag ofta myndighetsreglerad, och för att komma tillrätta med dessa störningar krävs vanligtvis dyrbara och skrymmande filteranordningar.The level of these disturbances is today often regulated by the authorities, and in order to rectify these disturbances, expensive and bulky filter devices are usually required.

En annan nackdel med dagens frekvensomriktare är att större motorer ibland matas med höga nätspänningar, dvs. betydligt högre spänningar än vad som vanligtvis förekommer i hushàllsnät. Eftersom de idag förhärskande halvledarventilerna har begränsad spänningstålighet, kan de endast användas om man först sänker nätspänningen till omriktaren samt därefter transformerar upp den igen till motorn, vilket resulterar i en kostsammare och klumpigare lösning. Alternativt kan flera omriktare seriekopplas för att klara en högre spänning, vilket även det resulterar i en dyr och klumpig lösning.Another disadvantage of today's frequency converters is that larger motors are sometimes supplied with high mains voltages, ie. significantly higher voltages than what usually occurs in household networks. Since the prevailing semiconductor valves today have limited voltage resistance, they can only be used if you first lower the mains voltage to the inverter and then transform it back up to the motor, which results in a more expensive and clumsy solution. Alternatively, several inverters can be connected in series to handle a higher voltage, which also results in an expensive and clumsy solution.

Således existerar det ett behov av en varvtalsreglerbar motor som inte har de nackdelar som motorer med nätanslutna frekvensomriktare besitter, och som dessutom kan varvtalsstyras på ett enklare och mer kostnadseffektivt sätt jämfört med dagens lösningar så att varvtalsstyrning med dess energisparpotential kan göras mer tillgänglig.Thus, there is a need for a speed controllable motor which does not have the disadvantages of motors with mains-connected frequency converters, and which can also be speed controlled in a simpler and more cost-effective way compared to current solutions so that speed control with its energy saving potential can be made more accessible.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en anordning för varvtalsreglering av en motor, som löser ovanstående problem.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a device for speed control of a motor which solves the above problems.

Detta och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom en anordning för varvtalsreglering av en elmotor, varvid nämnda motor är anordnad att anslutas till en spänningskälla, t.ex. en trefasspänningskälla, där nämnda motor innefattar en statorlindning samt en rotorlindning, såsom t.ex. en trefasrotorlindning, där i statorlindningen i drift alstras ett roterande statorfält med en första rotationsfrekvens, W U 20 25 30 531 Hﬁ4 varvid nämnda statorfält i drift är anordnat att i nämnda rotorlindning inducera ett första rotorfält med en andra rotationsfrekvens, som kan vara densamma som nämnda första rotationsfrekvens. Anordningen innefattar en frekvensomriktare för att från en av nämnda statorfält i rotorlindningen inducerad spänning alstra en andra rotorspänning, t.ex. en trefasspänning, med en tredje rotationsfrekvens för tillförsel till nämnda rotorlindning.This and other objects are achieved according to the present invention by a device for speed control of an electric motor, said motor being arranged to be connected to a voltage source, e.g. a three-phase voltage source, said motor comprising a stator winding and a rotor winding, such as e.g. a three-phase rotor winding, where in the stator winding a rotating stator field with a first rotational frequency is generated in operation, WU 20 25 531 H ﬁ4, said stator field in operation being arranged to induce in said rotor winding a first rotor field with a second rotational frequency, which may be the same as said first rotational frequency. The device comprises a frequency converter for generating a second rotor voltage from a voltage induced by stator fields in the rotor winding, e.g. a three-phase voltage, with a third rotational frequency for supply to said rotor winding.

Nämnda medelst nämnda anordning alstrande andra rotorspänning alstrar i drift ett i nämnda rotorlindning roterande andra rotorfält, så att rotorn i drift roterar med en rotationsfrekvens väsentligen utgörande skillnaden mellan statorfaltets rotationsfrekvens och det alstrade andra rotorfältets rotationsfrekvens.Said second rotor voltage generating by means of said device generates in operation a second rotor field rotating in said rotor winding, so that the rotor in operation rotates with a rotational frequency substantially constituting the difference between the rotational frequency of the stator field and the rotational frequency of the generated second rotor field.

Nämnda andra rotorfält kan vara ett i samma riktning som nämnda statorfält roterande rotorfält.Said second rotor field may be a rotor field rotating in the same direction as said stator field.

Detta har fördelen att den alstrade andra rotorspänningen, såsom t.ex. en trefasspänning, kommer att i olika grad fungera som magnetisering för rotorn och statorn, samtidigt som rotorn förmàs att rotera med en varierbar rotationsfrekvens under det att den till rotorlindningen tillförda andra rotorspänningen medför att trefasmotorn arbetar synkront med skillnaden mellan statorfältets rotationsfrekvens och det pàförda andra rotorfältets rotationsfrekvens. Genom att variera frekvensen för den alstrade och på rotorn pàförda trefasspänningen kan motorns varvtal regleras. Om en spänning med en frekvens motsvarande statorfältets frekvens pâföres rotorlindningen kommer motorn väsentligen att stå stilla, medan en låg påförd frekvens kommer att resultera i att motorn (rotorn) roterar med en hastighet nära motorns märkvarvtal, åtminstone så länge som rotorn blir magnetiserad.This has the advantage that the generated second rotor voltage, such as e.g. a three-phase voltage, will function to varying degrees as magnetization for the rotor and the stator, at the same time as the rotor is forced to rotate with a variable rotational frequency while the second rotor voltage applied to the rotor winding causes the three-phase motor to operate synchronously with the stator field rotational frequency. rotational frequency. By varying the frequency of the three-phase voltage generated and applied to the rotor, the engine speed can be regulated. If a voltage with a frequency corresponding to the frequency of the stator field is applied to the rotor winding, the motor will be substantially stationary, while a low applied frequency will result in the motor (rotor) rotating at a speed close to the motor rated speed, at least as long as the rotor is magnetized.

Eftersom rotorfältet i drift kommer att rotera synkront med statorfältet (sett från statorn) kan effekt som avges från W Ü 20 25 30 531 B14 rotorn, i form av aktiv effekt samt även reaktiv effekt, àtermatas till det matande elnätet via statorn oavsett motorns varvtal. Detta har i sin tur fördelen att återmatning av effekt kan ske i ett system där frekvensomriktaren är galvaniskt isolerad från det matande elnätet, vilket avsevärt kan reducera övertoner, strömspikar och radiostörningar, med därmed minskade krav på dyrbara filter. Såldes kan på ett enkelt och kostnadseffektivt sätt erhållas en varvtalsreglering av en elmotor såsom en trefasmotor, vilket i sin tur möjliggör energibesparing vid användning av dylika motorer i t.ex. pumpar, fläktar mm, där varvtalsstyrning är önskad men ofta inte ekonomiskt motiverad. ï en utföringsform av uppfinningen används en dubbelfrekvensomriktare för att alstra två separata spänningar, vilka tillförs respektive ändar av nämnda rotorlindning.Since the rotor field in operation will rotate synchronously with the stator field (seen from the stator), power emitted from the rotor, in the form of active power as well as reactive power, can be fed back to the supplying mains via the stator regardless of the motor speed. This in turn has the advantage that power feedback can take place in a system where the frequency converter is galvanically isolated from the power supply mains, which can significantly reduce harmonics, current spikes and radio interference, thereby reducing demands on expensive filters. Sold, a speed control of an electric motor such as a three-phase motor can be obtained in a simple and cost-effective manner, which in turn enables energy savings when using such motors in e.g. pumps, fans, etc., where speed control is desired but often not economically justified. In one embodiment of the invention, a dual frequency converter is used to generate two separate voltages, which are applied to respective ends of said rotor winding.

Uppfinningen avser även en motor, en metod och en generator.The invention also relates to an engine, a method and a generator.

Kortfattad beskrivning av ritningar Figur l visar en känd varvtalsregleringsanordning för en kortsluten trefasmotor med en frekvensomriktare.Brief Description of the Drawings Figure 1 shows a known speed control device for a short-circuit three-phase motor with a frequency converter.

Figur 2 visar en känd varvtalsregleringsanordning för en släpringad trefasmotor med variabla motstånd i rotorkretsen.Figure 2 shows a known speed control device for a slip ring three-phase motor with variable resistors in the rotor circuit.

Figur 3 visar en känd varvtalsregleringsanordning för en släpringad trefasmotor med àtermatning av eftersläpningseffekten till elnätet.Figure 3 shows a known speed control device for a slip-ring three-phase motor with feedback of the lagging power to the mains.

Figur 4 visar en första exempelutföringsform av en anordning för varvtalsreglering av en trefasmotor enligt uppfinningen med en dubbelfrekvensomriktare.Figure 4 shows a first exemplary embodiment of a device for speed control of a three-phase motor according to the invention with a double-frequency converter.

Figur 5 visar en switchperiod för en dubbelfrekvensomriktare vid matning av en rotorlindning enligt uppfinningen.Figure 5 shows a switching period for a double frequency converter when feeding a rotor winding according to the invention.

W Ü 20 25 30 531 914 Figur 6 visar varsin spänningsutgång från en dubbelfrekvensomriktare, som är ansluten till var sin sida av en rotorlindning, enligt uppfinningen.Figure 6 each shows a voltage output from a dual frequency converter, which is connected to each side of a rotor winding, according to the invention.

Figur 7 visar en alternativ exempelutföringsform av en anordning för varvtalsreglering av en trefasmotor enligt uppfinningen.Figure 7 shows an alternative exemplary embodiment of a device for speed control of a three-phase motor according to the invention.

Figur 8 visar en alternativ exempelutföringsform av en anordning för varvtalsreglering av en enfasmotor enligt uppfinningen.Figure 8 shows an alternative exemplary embodiment of a device for speed control of a single-phase motor according to the invention.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Såsom nämnts ovan har reglering av varvtalet för en trefasmotor i huvudsak skett genom att antingen ta ut rotoreffekt via släpringar för bränna bort densamma eller återmata den uttagna effekten till ett elnät, eller genom att inkoppla en frekvensomriktare mellan det matande elnätet och motorn. Såsom också har nämnts ovan har dessa lösningar ett antal nackdelar.DETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS As mentioned above, control of the speed of a three-phase motor has mainly taken place by either extracting rotor power via slip rings to burn it off or feeding the extracted power to a mains, or by connecting a frequency converter between the supply mains and the engine. As also mentioned above, these solutions have a number of disadvantages.

Vid användning av en släpringad trefasmotor ökar enligt ovan den effekt som måste tas omhand från rotorn med minskande rotationsvarvtal för rotorn, dvs. ju långsammare vi låter rotorn rotera i förhållande till statorfältets rotationshastighet, desto större effekt matas ut på släpringarna i förhållande till den effekt som matas ut till motoraxeln. I den i fig. 3 visade kända anordningen återmatas enligt ovan rotoreffekten till elnätet. Denna anordning har dock nackdelen att den frekvensomriktare som erfordras för att återmata effekt till elnätet kommer att stå i galvanisk kontakt med elnätet, vilket, enligt vad som beskrivits ovan, ger upphov till oönskade strömspikar och övertoner som fortplantar sig in i elnätet, vilket alltså kan leda till krav på dyrbara filteranordningar för att komma tillrätta med dessa störningar samt att släpringar och borstar kräver dyrbart underhåll. Alternativt måste överskottseffekten brännas bort i N U 20 25 30 53¶ 914 motstånd, vilket leder till en mycket låg verkningsgrad om inte överskottsvärmen på något sätt kan tas omhand.When using a slip ring three-phase motor, as above, the power that must be taken care of from the rotor increases with decreasing rotational speed for the rotor, ie. the slower we allow the rotor to rotate relative to the rotational speed of the stator field, the greater the power output to the slip rings relative to the power output to the motor shaft. In the known device shown in Fig. 3, the rotor power is fed back to the mains according to the above. However, this device has the disadvantage that the frequency converter required to supply power to the mains will be in galvanic contact with the mains, which, as described above, gives rise to unwanted current spikes and harmonics which propagate into the mains, which can thus lead to requirements for expensive filter devices to deal with these disturbances and that slip rings and brushes require expensive maintenance. Alternatively, the excess power must be burned off in N U 20 25 30 53¶ 914 resistor, which leads to a very low efficiency if the excess heat cannot be disposed of in any way.

Vid användandet av en lösning där en omriktare inkopplas mellan det matande elnätet och motorn, erhålls en klumpig lösning med problem med att övertoner återförs till det matande elnätet samt att motorns effektfaktor blir dålig.When using a solution where a converter is connected between the supplying mains and the motor, a clumsy solution is obtained with problems with harmonics being returned to the supplying mains and the motor power factor becoming poor.

Enligt föreliggande uppfinning löses, eller åtminstone mildras dessa problem.According to the present invention, these problems are solved, or at least mitigated.

I fig.4 visas en första exempelutföringsform av uppfinningen.Fig. 4 shows a first exemplary embodiment of the invention.

I figuren visas schematiskt en 2-polig trefasmotor 400 med lindad rotor. Motorn 400 innefattar en statorlindning bestående av tre faslindningar SLl, SL2, SL3 (i denna beskrivning och efterföljande patentkrav används lindning i singular för att beteckna t.ex. en trefaslindning, även om trefaslindningen i praktiken består av tre separata lindningar, en för varje fas), vilka är väsentligen sinusfördelade och symmetriskt placerade med l20° inbördes fasförskjutning i rummet. Såsom är välkänt inom teknikområdet erhålls då i statorn, vid matning av faslindningarna med spänningar som är sinusformiga och l20° inbördes fasförskjutna i tiden (dvs. ett sedvanligt trefassystem), ett med synkron hastighet roterande flöde med konstant amplitud. Även den visade motorns rotor är lindad, och rotorn innefattar således en rotorlindning bestående av tre faslindningar RLl, RL2, RL3, vilka också är väsentligen sinusfördelade och symmetriskt placerade med l20° inbördes fasförskjutning i rummet.The figure schematically shows a 2-pole three-phase motor 400 with wound rotor. The motor 400 comprises a stator winding consisting of three phase windings SL1, SL2, SL3 (in this description and subsequent claims, winding in singular is used to denote, for example, a three-phase winding, although the three-phase winding in practice consists of three separate windings, one for each phase ), which are substantially sinusoidally distributed and symmetrically located with 120 ° mutual phase shift in space. As is well known in the art, then in the stator, when feeding the phase windings with voltages which are sinusoidal and 120 ° mutually phase-shifted in time (ie a conventional three-phase system), a flow rotating at a synchronous speed with a constant amplitude is obtained. The rotor of the motor shown is also wound, and the rotor thus comprises a rotor winding consisting of three phase windings RL1, RL2, RL3, which are also substantially sinusically distributed and symmetrically placed with 120 ° mutual phase shift in space.

När den visade motorn ansluts till elnätet kommer det i statorn alstrade roterande statorflödet i sin tur att inducera växelspänningar i rotorlindningen, varvid denna växelspänning kan driva ström genom rotorlindningen. Så länge som rotorns faslindningar inte leder någon ström kommer dock inget moment att erhållas, utan det enda som kommer att ske är att W U 20 25 30 531 9¶4 flödesvågorna roterar runt och genom rotorns faslindningar medan rotorn står still. Storleken för den spänning som induceras i rotorlindningen beror på hur rotorn är lindad. Om rotorlindningen består av lika många varv som statorlindningen kommer rotorspänningen att motsvara statorspänningen, dvs. matningsspänningen om motorn ej roterar. Om rotorlindningen har t.ex. halva antalet varv kommer en spänning med halva statorspänningens amplitud att induceras, helt enligt klassisk transformatorlära. När sedan ström flyter i rotorlindningen kommer, genom växelverkan med flödesvågen från statorn, ett moment på rotorn att uppstå som vill dra med sig denna i flödets rotationsriktning. När det gäller motorns magnetisering så kommer i detta fall strömmen genom statorns lindning ge upphov till ett magnetiskt flöde i statorns järnpaket. Då statorns järnpaket är flödesmässigt seriekopplat med rotorns järnpaket kommer ett magnetiskt flöde i statorn också medföra att ett magnetiskt flöde passerar genom rotorn dvs. motorn kan bli magnetiserad av ett magnetiskt flöde oavsett om detta uppstår i statorn eller i rotorn.When the motor shown is connected to the mains, the rotating stator current generated in the stator will in turn induce alternating voltages in the rotor winding, whereby this alternating voltage can drive current through the rotor winding. However, as long as the phase windings of the rotor do not conduct any current, no torque will be obtained, but the only thing that will happen is that the flow waves rotate around and through the phase windings of the rotor while the rotor is stationary. The magnitude of the voltage induced in the rotor winding depends on how the rotor is wound. If the rotor winding consists of as many revolutions as the stator winding, the rotor voltage will correspond to the stator voltage, ie. supply voltage if the motor does not rotate. If the rotor winding has e.g. half the number of revolutions, a voltage with half the amplitude of the stator voltage will be induced, completely according to classical transformer theory. When current then flows in the rotor winding, through interaction with the flow wave from the stator, a moment will occur on the rotor which wants to pull it in the direction of rotation of the flow. When it comes to the magnetization of the motor, in this case the current through the winding of the stator will give rise to a magnetic flux in the iron package of the stator. When the stator's iron package is flow-connected in series with the rotor's iron package, a magnetic flux in the stator will also cause a magnetic flux to pass through the rotor, ie. the motor can be magnetized by a magnetic flux whether this occurs in the stator or in the rotor.

Såsom nämnts ovan kan en motor av denna typ enligt den kända tekniken varvtalsregleras genom ändring av spänningens frekvens som ansluts till statorlindningen, alternativt genom att ta ut och styra rotorströmmarna via släpringar.As mentioned above, a motor of this type according to the prior art can be speed controlled by changing the frequency of the voltage connected to the stator winding, or alternatively by taking out and controlling the rotor currents via slip rings.

Enligt föreliggande uppfinning sker, liksom i fallet med en släpringslösning, varvtalsreglering på rotorsidan, men utan att rotorströmmarna måste tas ut externt, dvs. inget behov av släpringar finns. Istället ansluts varje ände Al, Bl; Ä2, B2; A3, B3 av rotorns faslindningar RLI, RL2, RL3 till en dubbelfrekvensomriktare 410, bestående av två frekvensomriktare, där varje frekvensomriktare är lik den i fig. l och bestående av sex elektriska ventiler vardera, V1 - V6 respektive V7-12, såsom t.ex. Ventilêrﬂä IGBT-transistorer.According to the present invention, as in the case of a slip ring solution, speed control takes place on the rotor side, but without the rotor currents having to be taken out externally, ie. there is no need for slip rings. Instead, each end is connected A1, B1; Ä2, B2; A3, B3 of the rotor phase windings RLI, RL2, RL3 to a double frequency converter 410, consisting of two frequency inverters, where each frequency converter is similar to that in Fig. 1 and consisting of six electric valves each, V1 - V6 and V7-12, respectively, such as t. ex. Ventilate I ä IGBT transistors.

V1-V12 har även antiparallelldiodfunktionalitet, indikerat med Dl - D12. Den via statorlindningen skapade flödesvågen 10 W Ü 20 25 30 531 544 inducerar en spänning över rotorlindningen som likriktas via antiparallelldioderna Dl-D12 och skapar en likspänning över en kondensatorn CK.V1-V12 also has anti-parallel diode functionality, indicated by D1 - D12. The flow wave created via the stator winding 10 W Ü 20 25 30 531 544 induces a voltage across the rotor winding which is rectified via the anti-parallel diodes D1-D12 and creates a direct voltage across a capacitor CK.

Dubbelfrekvensomriktaren 410 omvandlar sedan, med hjälp av ventilerna Dl-D6 respektive D7-D12 och dioderna, likspänningen över kondensatorn CK till två respektive 3-fas växelspänningar vars frekvenser kan ställas in med hjälp av styrelektroniken VFO 420 i fig. 4, vilken genom t.ex. PWM (Pulse Width Modulation) på känt sätt alstrar ett PWM-mönster som resulterar i två sinusgrundtoner av önskad frekvens. Den switchfrekvens som användes för att bygga upp sinusgrundtonen i motortillämningar brukar vara mellan 2 kHz till 40 kHz, men även andra switchfrekvenser kan användas. Den ena halvan av dubbelfrekvensomriktaren kan till en början antas generera en spänning som ligger 180 grader ur fas från den andra halvan.The dual frequency converter 410 then converts, by means of the valves D1-D6 and D7-D12 and the diodes, the direct voltage across the capacitor CK to two and 3-phase alternating voltages, respectively, whose frequencies can be set by means of the control electronics VFO 420 in Fig. 4, which by t. ex. PWM (Pulse Width Modulation) in a known manner generates a PWM pattern which results in two sine fundamental tones of the desired frequency. The switching frequency used to build the sine fundamental tone in motor applications is usually between 2 kHz to 40 kHz, but other switching frequencies can also be used. One half of the dual frequency converter can initially be assumed to generate a voltage that is 180 degrees out of phase from the other half.

Det betyder att spänningen över tex. rotorfaslindningen RLl kommer att få ett toppvärde på max Uck. På motsvarande sätt som beskrivits med anknytning till fig. l får de tolv elektriska ventilerna V1-V12 sina styrpulser från en reglerbar styroscillator VFO 420, varvid styrpulser a, b, c, d, e, f och g,h,i,j,k,l från VFO 420 öppnar och/eller stänger de elektriska ventilerna med hög frekvens på ett önskat sätt så att varje respektive ventilpar bildar en sinusformad spänning som kopplas till en respektive ände av en rotorfaslindning och därmed ger upphov till en sinusformad ström i lindningen.This means that the voltage across e.g. the rotor phase winding RLl will have a peak value of max Uck. In a corresponding manner as described in connection with Fig. 1, the twelve electric valves V1-V12 receive their control pulses from a controllable control oscillator VFO 420, wherein control pulses a, b, c, d, e, f and g, h, i, j, k, 1 from VFO 420 opens and / or closes the electric valves with high frequency in a desired manner so that each respective valve pair forms a sinusoidal voltage which is connected to a respective end of a rotor phase winding and thus gives rise to a sinusoidal current in the winding.

För att beskriva funktionen närmare antas att statorn kopplas till ett elnät med en nätfrekvens av 50 Hz. Den i rotorlindningen inducerade rotorspänningen kommer också att erhålla frekvensen 50 Hz om rotorn står stilla. Via dioderna i frekvensomriktaren sker då en uppladdning av kondensatorn CK till en av rotorspänningen (rotorlindningen) bestämd spänning.To describe the function in more detail, it is assumed that the stator is connected to an electrical network with a network frequency of 50 Hz. The rotor voltage induced in the rotor winding will also receive the frequency 50 Hz if the rotor is stationary. Via the diodes in the frequency converter, the capacitor CK is then charged to a voltage determined by the rotor voltage (rotor winding).

Om nu frekvensen för den av respektive frekvensomriktare alstrade spänningen inställs till 50 Hz, och fasföljden är densamma som det matande elnätets, alstrar den av ll W U 20 25 30 53ﬁ 914 dubbelfrekvensomriktaren omvandlade spänningen över CK ett roterande fält med samma rotationsriktning och hastighet som det av statorspänningen alstrade fältet, dvs. två synkront roterande flodesvågor erhålls. I exempelsyfte antas rotationsriktningen vara moturs i figuren. Om de två flödesvågornas toppar ligger mitt för varandra, nordpol mitt för sydpol, erhålls ingen växelverkan mellan dem som ger upphov till ett vridmoment och rotorn står då stilla. Den for flödet erforderliga magnetiseringen av stator och rotor alstras av en magnetiseringsström, dels från nätet samt dels fràn frekvensomriktaren. Magnetisering i vanliga asynkronmotorer sker genom att en reaktiv magnetiseringsström tages från elnätet. Denna magnetiseringseffekt, som i huvudsak är induktivt reaktiv, utgör en stor del av den totala effekten (summan av den reaktiva effekten och den aktiva effekten) som motorn belastar elnätet med. I motorn enligt uppfinningen kommer magnetiseringen även att ske med den effekt som tages från frekvensomriktaren. Den magnetisering som frekvensomriktaren står för är i huvudsak kapacitivt reaktiv, sett från statorn.If now the frequency of the voltage generated by the respective drive is set to 50 Hz, and the phase sequence is the same as that of the supplying mains, the voltage converted by C1 WU 20 25 30 53ﬁ 914 generates the voltage across CK a rotating field with the same direction of rotation and speed as the stator voltage generated the field, i.e. two synchronously rotating tidal waves are obtained. For example, the direction of rotation is assumed to be counterclockwise in the figure. If the peaks of the two flow waves are opposite each other, north pole opposite south pole, no interaction is obtained between them which gives rise to a torque and the rotor is then stationary. The magnetization of the stator and rotor required for the current is generated by a magnetizing current, partly from the mains and partly from the frequency converter. Magnetization in ordinary asynchronous motors takes place by taking a reactive excitation current from the mains. This excitation power, which is mainly inductively reactive, constitutes a large part of the total power (the sum of the reactive power and the active power) with which the motor loads the mains. In the motor according to the invention, the magnetization will also take place with the power taken from the frequency converter. The excitation that the drive is responsible for is mainly capacitively reactive, seen from the stator.

Om växelriktarspänningens frekvens nu successivt minskas, och rotorn kan rotera fritt, bringas rotorn genom det alstrade vridmomentet att rotera moturs med ett varvtal som svarar mot skillnaden mellan nätfrekvensen och den av frekvensomriktaren alstrade rotorfrekvensen. Flödesvågens topp i statorn samt flödesvågens topp i rotorn kommer nu att inte längre ligga mitt för varandra utan får en viss vinkel till varandra. Denna vinkel kallas momentvinkel och är grunden för att det genom magnetisk växelverkan uppstår ett moment på motoraxeln. I princip kan funktionen enligt uppfinningen beskrivas på så sätt att om statorfältet roterar med 50 Hz och ett rotorfält med samma rotationsriktning som statorfältet på t.ex. 30 Hz alstras av frekvensomriktaren 4lO, kommer det statorfalt som rotorn ”ser” att vara 50 Hz - 3OHz, dvs. 20 Hz, varför rotorns 12 W Ü 20 25 30 531 Qﬁâ rotationshastighet kommer att bli 20 Hz då det av frekvensomriktaren genererade fältet orsakar att motorn kommer att fungera som om, i en vanlig synkronmotor, statorn matades med 20 Hz.If the frequency of the inverter voltage is now gradually reduced, and the rotor can rotate freely, the rotor is caused by the generated torque to rotate counterclockwise at a speed corresponding to the difference between the mains frequency and the rotor frequency generated by the drive. The top of the flow wave in the stator and the top of the flow wave in the rotor will now no longer be opposite each other but will have a certain angle to each other. This angle is called the torque angle and is the basis for a torque on the motor shaft due to magnetic interaction. In principle, the function according to the invention can be described in such a way that if the stator field rotates at 50 Hz and a rotor field with the same direction of rotation as the stator field at e.g. 30 Hz is generated by the frequency converter 4110, the stator field that the rotor "sees" will be 50 Hz - 3OHz, ie. 20 Hz, so that the rotor's 12 W Ü 20 25 30 531 Q ﬁ â rotational speed will be 20 Hz as the field generated by the drive causes the motor to operate as if, in a normal synchronous motor, the stator was fed at 20 Hz.

När motorn belastas under gång sker samma sak som i fallet då motoraxeln stod still. Genom växelverkan mellan de synkront med elnätet samt de synkront med frekvensomriktaren roterande flödesvàgorna erhålles ett vridmoment som svarar mot belastningsmomentet. Den elektriska effekt som svarar mot den mekaniska effekten tillförs statorlindningen från det matande nätet och dubbelfrekvensomriktaren, som matar rotorlindningen, belastas enbart med reaktiv ström.When the engine is loaded during operation, the same thing happens as in the case when the engine shaft was stationary. Through the interaction between the flow waves synchronously with the mains and the flow waves rotating synchronously with the frequency converter, a torque corresponding to the load torque is obtained. The electric power corresponding to the mechanical power is supplied to the stator winding from the supply network and the double-frequency converter, which feeds the rotor winding, is loaded only with reactive current.

När motorn enligt uppfinningen utsätts för belastning kan den, om den går med konstant varvtal, maximalt bromsas med ett visst moment med fortsatt bibehållen synkron drift (bibehållen synkronism). Överskrides detta moment blir momentvinkeln mellan de två flödesvågornas poler för stor, varvid motorn faller ur ”synkronism” (notera att motorn inte arbetar synkront med statorfältet, utan synkront med skillnadsfältet) och börjar accelerera för att arbeta asynkront liknande en normal asynkronmotor.When the motor according to the invention is subjected to load, it can, if it runs at a constant speed, be maximally braked with a certain torque while maintaining synchronous operation (maintained synchronism). If this torque is exceeded, the torque angle between the poles of the two flow waves becomes too large, whereby the motor falls out of "synchronism" (note that the motor does not work synchronously with the stator field, but synchronously with the difference field) and begins to accelerate to work asynchronously like a normal asynchronous motor.

Detta kan dock enkelt förhindras genom att t.ex. en lägesgivare införes på motoraxeln, varvid den frekvens de elektriska ventilerna genererar styrs från VFO:n som i sin tur påverkas av signaler från lägesgivaren för att förhindra att motorn faller ur synkronism, dvs. om belastningen blir för stor kan motorns varvtal anpassas så att belastningen hela tiden ligger inom gränsen för systemsynkron drift.However, this can easily be prevented by e.g. a position sensor is inserted on the motor shaft, the frequency generated by the electric valves being controlled by the VFO, which in turn is affected by signals from the position sensor to prevent the motor from falling out of synchronism, ie. if the load becomes too large, the engine speed can be adjusted so that the load is always within the limit of system-synchronous operation.

Således har föreliggande uppfinning fördelen att en trefasmotor på ett enkelt sätt kan varvtalsregleras, där de för varvtalsregleringen nödvändiga komponenterna kan sammanbyggas med rotorn och/eller rotoraxeln för att därmed möjliggöra en lösning som är mycket funktionssaker då ingen l3 W Ü 20 25 30 531 Blå galvanisk kontakt mellan roterande och icke-roterande delar erfordras. Detta har dessutom fördelen att överföring till det matande elnätet av övertoner som genereras vid lik- och växelriktning avsevärt kan reduceras. Överföring av styrinformation till VFO:n kan genomföras med alla de kända system som i dag användes. De kan tex. utgöras av överföringsystem baserade på optisk-, radio-, och/eller ultraljudsteknik.Thus, the present invention has the advantage that a three-phase motor can be speed-controlled in a simple manner, where the components necessary for the speed control can be assembled with the rotor and / or the rotor shaft to thereby enable a solution which is very functional when no w3 W Ü 20 25 30 531 Blue galvanic contact between rotating and non-rotating parts is required. This also has the advantage that transmission to the supplying electrical network of harmonics generated at the direct and alternating directions can be considerably reduced. Transfer of control information to the VFO can be performed with all the known systems used today. They can tex. consist of transmission systems based on optical, radio and / or ultrasonic technology.

Tack vare att motorn arbetar synkront kan också återmatning av effekt till det matande elnätet ske, eftersOm rOtOrn (IOJCOICTLS flödesvåg) från statorn sett roterar synkront med samma frekvens som det matande elnätets frekvens, dvs. de bägge flödesvàgornas poler ligger still i ett konstant läge i förhållande till varandra. Detta betyder att motorn enligt föreliggande uppfinning även fungerar som generator, vilket i sin tur betyder att om motorn drivs pà av sin ”last” istället för att driva sin last kan den gå helt i generatordrift vid godtyckligt varvtal och ändå mata genererad effekt till ett till statorn anslutet elnät. I detta fall kan frekvensomriktaren användas för att från en medelst lasten àstadkommen rotation av rotorn i rotorlindningen inducerad spänning alstra en andra rotorspänning, så att statorfältet i drift roterar med en rotationsfrekvens väsentligen utgörande summan av rotorns rotationsfrekvens och det av den alstrade andra rotorspänningens alstrade andra rotorfältets rotationsfrekvens, vilket därmed medger att generatorns rotor kan rotera vid ett långsammare varvtal och ändå mata effekt till ett elnät med en högre frekvens än rotorns rotationsfrekvens.Thanks to the fact that the motor operates synchronously, power can also be fed back to the supplying mains, since the rotor (IOJCOICTLS flow wave) from the stator is seen to rotate synchronously with the same frequency as the frequency of the supplying mains, ie. the poles of the two flow waves lie still in a constant position relative to each other. This means that the motor according to the present invention also functions as a generator, which in turn means that if the motor is driven by its "load" instead of driving its load, it can run completely in generator operation at any speed and still supply generated power to another stator connected to mains. In this case, the frequency converter can be used to generate a second rotor voltage induced from a voltage induced by the load in the rotor winding, so that the stator field in operation rotates at a rotation frequency substantially constituting the sum of the rotor frequency of the rotor voltage generated by the second rotor field. rotational frequency, which thus allows the rotor of the generator to rotate at a slower speed and still supply power to a mains with a higher frequency than the rotational frequency of the rotor.

Föreliggande uppfinning har fördelen att då motorn går med ett lägre varvtal, lägre än nätets rotationsvarvtal, arbetar den systemsynkront och den effekt som dubbelfrekvensomriktaren 14 W U 20 25 30 531 B14 levererar till rotorlindningen levereras utan galvanisk kontakt mellan frekvensomriktare och elnät.The present invention has the advantage that when the motor runs at a lower speed, lower than the rotational speed of the mains, it operates synchronously and the power that the dual drive 14 W U 20 25 30 531 B14 delivers to the rotor winding is delivered without galvanic contact between the drive and the mains.

Såsom tidigare nämnts belastar dagens motorer elnätet med reaktiv effekt. Den reaktiva effekten utför inget nyttigt arbete, utan ger i stället upphov till förluster i motorn samt förluster i det elnät som motorn är anslutet till. På grund av trefasmotorns stora utbredning i samhället skulle trefasmotorer med cos ® = l och därmed bättre verkningsgrad än i dag få mycket stor betydelse för samhällets energihushållning. En fördel med den i fig. 4 visade motorn är att cos ®, dvs. motorns effektfaktor, kan regleras. Den reaktiva effekten kan antingen vara av kapacitivt slag eller av induktivt slag. I den ovan beskrivna motorn blir den reaktiva effekten i huvudsak kapacitiv om de bägge utgàngarna från dubbelfrekvensomriktaren, som tidigare nämndes, ligger l8O grader från varandra i fas, dvs. att spänningen över rotorlindningen blir maximal och i stort sett den samma som spänningen över CK. Om motorn genererar kapacitivt reaktiv effekt mot elnätet betyder det att den går övermagnetiserad, dvs. att rotorn genererar en mot-EMK i statorlindningen som är högre än elnätets spänning. Denna övermagnetisering kan minskas genom att strömmen i rotorlindningen minskas.As previously mentioned, today's motors load the grid with reactive power. The reactive power does not perform any useful work, but instead gives rise to losses in the motor and losses in the mains to which the motor is connected. Due to the large prevalence of the three-phase motor in society, three-phase motors with cos ® = 1 and thus better efficiency than today would be of great importance for society's energy management. An advantage of the motor shown in Fig. 4 is that cos ®, i.e. engine power factor, can be regulated. The reactive effect can be either of a capacitive kind or of an inductive kind. In the motor described above, the reactive power becomes mainly capacitive if the two outputs of the dual-frequency converter, which were mentioned earlier, are 180 degrees apart in phase, ie. that the voltage across the rotor winding becomes maximum and largely the same as the voltage across CK. If the motor generates capacitive reactive power against the mains, it means that it is over-magnetized, ie. that the rotor generates a counter-EMF in the stator winding which is higher than the mains voltage. This over-magnetization can be reduced by reducing the current in the rotor winding.

Enligt uppfinningen àstadkommes detta genom att fasvinkeln mellan de bägge växelriktardelarna minskas, fortfarande med fortsatt full PWM-utstyrning = maximal amplitud på varje sinuskurva. Sinusspänningen kommer då att minska över rotorlindningen, och därvid kommer även strömmen genom rotorlindningen att minska. Den minskande rotorströmmen gör att magnetiseringen av densamma minskar. En lägre ström genom rotorlindningen medför att den genererade mot-EMK:n, mot elnätet, i statorn blir mindre. Om fasvinkeln mellan omriktardelarna minskas så pass mycket att den alstrade mot- EMK:n i statorn blir lika med nätspänningen, kommer inte elnätet att belastas med någon reaktiv effekt, detta benämnes 15 W U 20 25 30 534 914 cos ® = l. Minskas fasvinkeln mellan inverterdelarna ytterligare kommer motorn att bli undermagnetiserad då den genererade mot-EMK i statorn kommer att bli lägre än nätspänningen varvid motorn belastar elnätet med reaktiv induktiv effekt.According to the invention, this is achieved by reducing the phase angle between the two inverter parts, still with continued full PWM control = maximum amplitude on each sine curve. The sine voltage will then decrease across the rotor winding, and the current through the rotor winding will also decrease. The decreasing rotor current reduces the magnetization thereof. A lower current through the rotor winding means that the generated anti-EMF, against the mains, in the stator becomes smaller. If the phase angle between the inverter parts is reduced so much that the generated counter-EMF in the stator becomes equal to the mains voltage, the mains will not be loaded with any reactive power, this is called 15 WU 20 25 30 534 914 cos ® = l. The phase angle between the inverter parts is reduced furthermore, the motor will be under-magnetized as the generated counter-EMF in the stator will be lower than the mains voltage whereby the motor loads the mains with reactive inductive power.

En ändring av fasvinkeln mellan de respektive växelriktardelarna utgör således ett sätt att kunna reglera strömmen genom rotorlindningen. På grund av att spänningen över kondensatorn CK kommer att få en spänning som bestämmes av den från statorn alstrade flödesvàgen och fasvinkeln mellan de av respektive växelriktardel alstrade spänningarna är det genom fasvinkeländring av de i varje ände av rotorns faslindningar påförda spänningarna som strömmen genom rotorlindningarna kan minskas.A change of the phase angle between the respective inverter parts thus constitutes a way of being able to regulate the current through the rotor winding. Because the voltage across the capacitor CK will have a voltage determined by the flow wave generated from the stator and the phase angle between the voltages generated by the respective inverter part, it is by phase angle change of the voltages applied at each end of the rotor phase windings that the current through the rotor windings can be reduced. .

När fasvinkeln minskas tenderar dock spänningen över kondensatorn CK att stiga på grund av (reaktiv) återmatning genom frihjulsdioderna Dl-D12. Av praktiska skäl kan det därför vara nödvändigt att begränsa spänningen över CK. Detta kan t.ex. åstadkommas genom att utseendet på switchkurvan ändras enligt fig. 5.However, as the phase angle decreases, the voltage across the capacitor CK tends to rise due to (reactive) feedback through the freewheel diodes D1-D12. For practical reasons, it may therefore be necessary to limit the voltage across the CK. This can e.g. is achieved by changing the appearance of the switch curve according to Fig. 5.

Figur 5 visar en mycket liten del av det PWM-mönster för en fas som uppbygger den önskade sinusformen, där skuggade partier visar att respektive utgång är "hög". Den övre kurvan (en av utgångarna från dubbelfrekvensomriktaren, tex. Al) föreställer alltså en del av en normal PWM-sekvens som skapar en sinuskurva. Den undre kurvan visar hur den andra utgången (Bl) från dubbelfrekvensomriktaren anpassar sin kurva till den övre sinuskurvan så att tiderna Ls, Tc samt Fb skapas.Figure 5 shows a very small part of the PWM pattern for a phase that builds up the desired sine shape, where shaded portions show that the respective output is "high". The upper curve (one of the outputs from the dual frequency converter, eg Al) thus represents a part of a normal PWM sequence that creates a sine curve. The lower curve shows how the second output (B1) from the dual frequency converter adapts its curve to the upper sine curve so that the times Ls, Tc and Fb are created.

Ls är den tid som rotorfaslindningen RLl är ansluten mellan de bägge växelriktarutgàngarna Al och Bl. Faslindningen RLl tillförs energi från kondensatorn CK på grund av att lindningens motsvarande elektriska ventiler leder samtidigt diametralt (dvs. Vl och V8 leder). Tc är den tid som strömmen i 16 W Ü 20 25 30 531 914 rotorfaslindningen cirkulerar i sig själv då lindningens bägge ändar är kortslutna av de elektriska ventilerna (V2 och V8 leder). Fb är den tid som rotorfaslindningen kan àtermata sin energi till kondensatorn CK eftersom lindningens halvledare leder diamentralt (V2 och V7 leder) jämfört med hur de ledde under tiden Ls.Ls is the time that the rotor phase winding RL1 is connected between the two inverter outputs A1 and B1. The phase winding RL1 is supplied with energy from the capacitor CK because the corresponding electric valves of the winding conduct diametrically at the same time (ie V1 and V8 conduct). Tc is the time that the current in the rotor phase winding circulates in itself when both ends of the winding are short-circuited by the electric valves (V2 and V8 conduct). Fb is the time that the rotor phase winding can return its energy to the capacitor CK because the semiconductors of the winding conduct diametrically (V2 and V7 conduct) compared to how they conducted during the time Ls.

Enligt fig. 5 tillåts således bägge ändar av faslindningen att ligga höga resp. låga samtidigt under längre eller kortare tid i ett cirkulationsläge Tc, där spänningen över faslindningen endast blir lika stor som spänningsfallet över de två halvledare som vid detta tillfälle leder. Under denna tid kommer strömmen i rotorfaslindningen att cirkulera runt, genom halvledarna på den positiva sidan eller på den negativa sidan, utan att avlämna effekt till, och därmed ladda upp, CK.According to Fig. 5, both ends of the phase winding are thus allowed to lie high resp. at the same time for a longer or shorter time in a circulating position Tc, where the voltage across the phase winding becomes only as great as the voltage drop across the two semiconductors which at this time conduct. During this time, the current in the rotor phase winding will circulate around, through the semiconductors on the positive side or on the negative side, without delivering power to, and thus charging, CK.

Strömmen genom faslindningen kommer i detta läge att avta betydligt långsammare än om spänningen över faslindningen skulle vara lika med spänningen över CK. Eftersom effektförbrukningen i rotorkretsen, i huvudsak beroende på resistansen i rotorlindningen, är flera % av motorns förbrukade effekt kommer spänningen över kondensatorn CK snabbt att minska om lindningen ej får möjlighet att àtermata energi till CK.The current through the phase winding will in this position decrease significantly more slowly than if the voltage across the phase winding were to be equal to the voltage across the CK. Since the power consumption in the rotor circuit, mainly due to the resistance in the rotor winding, is several% of the motor consumed power, the voltage across the capacitor CK will decrease rapidly if the winding is not given the opportunity to re-supply energy to the CK.

Den tid som faslindningarna ligger i cirkulationsläge kan t.ex. bestämmas av motorns varvtal och belastning, som påverkar uppladdningen av CK. Ju längre lindningen ligger i cirkulationsläge, desto mindre laddning får kondensatorn CK.The time that the phase windings are in circulation mode can e.g. is determined by the engine speed and load, which affects the charge of the CK. The longer the winding is in circulation mode, the less charge the capacitor CK receives.

En minskad spänning över CK medför att motorn kommer att belasta elnätet med minskad kapacitivt reaktiv ström för att om spänningen över CK minskas ytterligare belasta elnätet med induktivt reaktiv ström. Sänks spänningen över CK för mycket tappar motorn sin förmåga att gå synkront. Hur länge lindningarna skall ligga i cirkulationsläge Tc kan därför regleras av VCO:n och alltså bero på de omständigheter under vilka motorn arbetar. Påverkande faktorer kan vara 17 10 U 20 25 30 531 9¶4 rotorvarvtal, belastningen på motorn och nätspänningen. Hänsyn måste också tas till PWM-mönstrets utseende så att önskad sinusfrekvens erhålls.A reduced voltage across CK means that the motor will load the mains with reduced capacitive reactive current, so that if the voltage across CK is further reduced, the mains will be loaded with inductive reactive current. If the voltage across the CK is lowered too much, the motor loses its ability to run synchronously. How long the windings should be in circulation position Tc can therefore be regulated by the VCO and thus depend on the circumstances under which the motor operates. Influencing factors can be 17 10 U 20 25 30 531 9¶4 rotor speed, the load on the motor and the mains voltage. The appearance of the PWM pattern must also be taken into account so that the desired sine frequency is obtained.

I det i fig. 5 visade fallet, som alltså endast visar en mycket liten del av det PWM-mönster som uppbygger den sinusformade strömmen genom rotorfaslindningarna (en rotorfrekvensperiod kan, såsom nämnts ovan, uppbyggas av flera tusen eller många tusen switchperioder, av vilka endast l-2 visas i figuren), utgör Tc ca. 60% av den övre kurvans frånslagstider. Spänningen över CK kan regleras genom att Tc blir förhållandevis längre eller kortare.In the case shown in Fig. 5, which thus shows only a very small part of the PWM pattern which builds up the sinusoidal current through the rotor phase windings (a rotor frequency period can, as mentioned above, be built up of several thousand or many thousands of switch periods, of which only 1-2 is shown in the figure), Tc is approx. 60% of the upper curve off times. The voltage across CK can be regulated by Tc becoming relatively longer or shorter.

Om Tc utgör en längre del av periodtiden kommer faslindningen att återmata mindre effekt till CK än om tiden vore kortare.If Tc constitutes a longer part of the period time, the phase winding will return less power to CK than if the time were shorter.

Den effekt som kommer att flyta till eller ifrån rotorn bestäms av den tid som varje rotorfaslindning kommer att inkopplas över kondensatorn CK. Det inträffar då varje rotorfaslindnings ventiler diametralt leder och anges som tiden Ls i fig. 5. Som exempel på detta kommer ventilerna V7 samt V2 ansluta faslindningen RLl till spänningen som CK är uppladdad till. Om ventilen V7 nu upphör att leda och ventilen V8 i stället börjar leda kommer den ström som är uppbyggd i faslindningen RLl att cirkulera genom halvledarna V2 och V8 samt faslindningen RLl och anges som tiden Tc i Fig. 5. Denna ström kommer att minska förhållandevis långsamt då energi i faslindning RLl endast förbrukas på grund av resistansen i RLl samt på grund av spänningsfall i halvledarna V2 och V8. Den tid som finns kvar av switchperioden Sp anges som Fb i fig 5.The power that will flow to or from the rotor is determined by the time that each rotor phase winding will be connected across the capacitor CK. This occurs when the valves of each rotor phase winding conduct diametrically and are indicated as the time Ls in Fig. 5. As an example of this, the valves V7 and V2 will connect the phase winding RL1 to the voltage to which CK is charged. If the valve V7 now ceases to conduct and the valve V8 instead begins to conduct, the current built up in the phase winding RL1 will circulate through the semiconductors V2 and V8 and the phase winding RL1 and is indicated as the time Tc in Fig. 5. This current will decrease relatively slowly. as energy in phase winding RL1 is consumed only due to the resistance in RL1 and due to voltage drops in the semiconductors V2 and V8. The time remaining of the switch period Sp is indicated as Fb in Fig. 5.

Fb blir den tid som faslindningen RLl lämnar tillbaka effekt till CK. Den relativa tidsandelen för Ls, Fb och Tc av en switchpuls Sp enligt Fig. 5 justeras med avseende på motorns driftsförhållanden med avseende på variationer i nätspänningen, rotorns varvtal och belastning. Generellt gäller att Fb ökar och Tc minskar sin tidsandel om rotorn ökar sitt varvtal. Detta beror på att rotorspänningen som alstras l8 N Ü 20 25 30 531 9¶4 av statorns flödesväg minskar linjärt till O volt då rotorns elektriska rotationsfrekvens blir densamma som statorns.Fb becomes the time that the phase winding RL1 returns power to CK. The relative time share for Ls, Fb and Tc of a switching pulse Sp according to Fig. 5 is adjusted with respect to the operating conditions of the motor with respect to variations in the mains voltage, the rotor speed and load. In general, Fb increases and Tc decreases its time share if the rotor increases its speed. This is because the rotor voltage generated by the flow path of the stator decreases linearly to 0 volts when the electrical rotational frequency of the rotor becomes the same as that of the stator.

Figur 6 visar varsin spänningsutgång från dubbelfrekvensomriktaren, som är ansluten till var sin sida av faslindningen RLl, med de genom PWM-teknik skapade sinuskurvorna fasförskjutna ca. 30 grader från varandra, vilket ger upphov till en resulterande spänning, Udiff, över den anslutna faslindningen Rll. Enligt fig. 6 framgår att de bägge sinuskurvorna från dubbelomriktaren vid respektive ändar av faslindningen är symmetriska. Det går givetvis att låta de bägge kurvorna som tillsammans matar en faslindning ha innebördes olika utseenden.Figure 6 shows each voltage output from the dual frequency converter, which is connected to each side of the phase winding RL1, with the sine curves created by PWM technology being phase-shifted approx. 30 degrees apart, which gives rise to a resulting voltage, Udiff, across the connected phase winding R11. According to Fig. 6 it can be seen that the two sine curves from the double converter at the respective ends of the phase winding are symmetrical. It is of course possible to let the two curves that together feed a phase winding have mutually different appearances.

Sammanfattningsvis betyder det att utstyrningen av den PWM- genererade grundtonen kommer att bestämma strömmen genom rotorn, och med den kan man bestämma motorns nätpåverkande cos @, eftersom den procentuella tid som faslindningarna befinner sig i cirkulationsläge påverkar uppladdningen, och därmed spänningen över CK.In summary, this means that the control of the PWM-generated fundamental tone will determine the current through the rotor, and with it one can determine the motor's influencing cos @, since the percentage time that the phase windings are in circulation mode affects the charge, and thus the voltage across CK.

Givetvis kan man programmässigt åstadkomma att de bägge utgàngsspänningarna från dubbelomriktaren 410 i större eller mindre grad, och i olika grad mellan varandra, har cirkulationslägen. Oavsett hur man programmässigt anordnar styrpulserna från VFO:n skall dock de bägge kurvorna i var sin ände på en faslindning tillsammans ge upphov till en sinusformad ström i faslindningen. Om motorns mekaniska utformning så kräver kan dock i vissa fall en ström med en modifierad sinusform alstras för att kompensera för detta.Of course, it can be programmatically achieved that the two output voltages from the dual converter 410 to a greater or lesser degree, and to varying degrees between each other, have circulating modes. Regardless of how the control pulses from the VFO are arranged programmatically, however, the two curves at each end of a phase winding together must give rise to a sinusoidal current in the phase winding. If the mechanical design of the motor so requires, however, in some cases a current with a modified sinusoidal shape can be generated to compensate for this.

Uppfinningen ger alltså en möjlighet att välja hur motorn reaktivt skall belasta elnätet. Ingen reaktiv belastning av elnätet benämnes som cos ® =l. Detta är det driftssätt som normalt ger den största energibesparingen eftersom ingen reaktiv ström värmer upp motorn eller förorsakar några extra förluster i distributionsledningarna. En minskad fasvridning 19 W U 20 25 30 ššﬁ ﬁﬁå mellan de respektive spänningarna som genererats med frekvensomriktaren eller lägre rotorström ger emellertid även upphov till att motorns momentvinkel blir större. Motorns mometvinkel är den vinkel som uppstår, vid belastning av motoraxeln, när de elektromagnetiska av flödesvågen skapade polerna i rotor och stator avlägsnar sig från varandra. Kommer dessa för långt ifrån varandra tappar de varandras ”grepp” och motor kommer inte längre att gå synkront med skillnaden av stator och rotorfrekvensen. Om belastningen av motoraxeln ökar måste därför strömmen genom rotorlindningen öka, för att momentvinkeln ej skall bli så stor att motorn riskerar att tappa sin synkronism.The invention thus provides an opportunity to choose how the motor should reactively load the mains. No reactive load on the electricity grid is called cos ® = l. This is the mode of operation that normally provides the greatest energy savings as no reactive current heats the engine or causes any extra losses in the distribution lines. However, a reduced phase shift 19 W U 20 25 30 šš ﬁ ﬁﬁ å between the respective voltages generated with the drive or lower rotor current also causes the motor torque angle to increase. The torque angle of the motor is the angle that occurs, when loading the motor shaft, when the electromagnetic of the flow wave created by the poles in the rotor and stator move away from each other. If these are too far apart, they lose each other's "grip" and the motor will no longer run synchronously with the difference between the stator and the rotor frequency. Therefore, if the load on the motor shaft increases, the current through the rotor winding must increase, so that the torque angle does not become so large that the motor risks losing its synchronism.

Motorn enligt ovanstående beskrivning kan varvtalsstyras genom att ändra omriktarens frekvens under det att motorns nätpåverkande cos Q kan ändras genom att strömmen genom rotorlindningen ändras. På detta sätt erhålls enligt uppfinningen en trefasmotor som uppfyller alla de önskemål som ställs på en ekonomisk och energieffektiv motor.The motor as described above can be speed controlled by changing the frequency of the inverter while the mains cos Q of the motor can be changed by changing the current through the rotor winding. In this way, according to the invention, a three-phase motor is obtained which fulfills all the requirements placed on an economical and energy-efficient motor.

Eftersom anordningen enligt fig. 4 inte innehåller några skrymmande komponenter, är det latt att åstadkomma en enhet som kan placeras på motoraxeln och/eller rotorn och som kan rotera med denna.Since the device according to Fig. 4 does not contain any bulky components, it is easy to provide a unit which can be placed on the motor shaft and / or the rotor and which can rotate with it.

Föreliggande uppfinning möjliggör således att ett motorpaket, bestående av motor plus omriktare, kan tillverkas till lägre pris och med bättre prestanda jämfört med vad som kan uppnås med tidigare lösningar eftersom frekvensomriktaren är galvaniskt skiljd från det matande elnätet, vilket minskar oönskad överföring av övertoner och radiostörningar till det matande elnätet, och därmed filterbehov. Därmed kan också en mycket kompakt och kostnadseffektiv lösning erhållas. Motorn kan även ge betydande energivinster jämfört med tidigare lösningar. 20 N Ü 20 25 30 53% ﬁﬁå Istället för att styrlogiken enligt uppfinningen som ovan är sammanbunden med rotorn och/eller rotoraxeln, kan den även vara anordnad för att placeras utanför motorn, t.ex. på en till rotoraxeln ansluten drivaxel för någon applikation så att styranordningen fortfarande är anordnad att rotera med rotorn.The present invention thus enables a motor package, consisting of motor plus converter, to be manufactured at a lower price and with better performance compared to what can be achieved with previous solutions because the frequency converter is galvanically separated from the supplying mains, which reduces unwanted transmission of harmonics and radio interference. to the supply mains, and thus filter requirements. Thus, a very compact and cost-effective solution can also be obtained. The engine can also provide significant energy gains compared to previous solutions. 53% styr å Instead of the control logic according to the invention as above being connected to the rotor and / or the rotor shaft, it can also be arranged to be placed outside the motor, e.g. on a drive shaft connected to the rotor shaft for any application so that the control device is still arranged to rotate with the rotor.

Styrlogiken kan även vara inrättad att medelst frekvensomriktaren alltid alstra en viss rotorfrekvens. Åtminstone så länge som lasten garanterat inte överstiger en viss maxlast, behöver ingen information utifrån överföras till styrlogiken. Styrlogiken är dock med fördel anordnad på så sätt att den medelst frekvensomriktaren alstrade spänningens rotorfrekvens är reglerbar, t.ex. baserat på en lägesgivare enligt vad som har beskrivits ovan. I många fall är det dock önskvärt att motorns varvtal kan regleras baserat på externa faktorer, såsom t.ex. omgivningstemperatur för fallet med en kylfläkt. Dessa styrsignaler genereras ofta av stationära, dvs. icke-roterande, enheter till vilka t.ex. temperatursensorer är anslutna. I detta fall kan med fördel styrlogiken vara försedd med organ för trådlös kommunikation med en sådan enhet för att från den icke-roterande enheten erhålla styrsignaler om önskat motorvarvtal/rotationsfrekvens.The control logic can also be arranged to always generate a certain rotor frequency by means of the frequency converter. At least as long as the load is guaranteed not to exceed a certain maximum load, no external information needs to be transferred to the control logic. However, the control logic is advantageously arranged in such a way that the rotor frequency of the voltage generated by the frequency converter is controllable, e.g. based on a position sensor as described above. In many cases, however, it is desirable that the engine speed can be regulated based on external factors, such as e.g. ambient temperature for the case of a cooling fan. These control signals are often generated by stationary, ie. non-rotating, units to which e.g. temperature sensors are connected. In this case, the control logic may advantageously be provided with means for wireless communication with such a unit in order to obtain control signals of the desired motor speed / rotational frequency from the non-rotating unit.

Denna kommunikation kan med fördel vara anordnad att ske med godtyckligt trådlöst gränssnitt såsom, men inte begränsat till, optisk överföring, IR, Bluetooth, WLAN eller annan radioteknik, akustisk överföring eller magnetisk överföring för att undvika problem med överföring av styrsignaler från en stillastående källa till den med rotorn roterande styrlogiken.This communication can advantageously be arranged to take place with any wireless interface such as, but not limited to, optical transmission, IR, Bluetooth, WLAN or other radio technology, acoustic transmission or magnetic transmission to avoid problems with the transmission of control signals from a stationary source to the control logic rotating with the rotor.

I fig.7 visas en alternativ exempelutföringsform av uppfinningen. I figuren visas schematiskt en 2-polig trefasmotor 700 av samma typ som den i fig. 4.Fig. 7 shows an alternative exemplary embodiment of the invention. The figure schematically shows a 2-pole three-phase motor 700 of the same type as that in Fig. 4.

I stället för att såsom ovan använda en dubbelfrekvensomriktare används i denna exempelutföringsform en enkelfrekvensomriktare 710, lik den i fig. 1, och bestående 21 10 15 20 25 30 f-.ïl 54,17 ...å LÜ mi! å* av sex elektriska ventiler, V1 - V6, såsom t.ex. IGBT- samt till ventilerna V1-V6 respektive hörande antiparallelldioder D1 - D6, transistorer, som ansluts till rotorfaslindningarna 704-706. Liksom ovan alstrar de via statorlindningen inducerade rotorfaslindningsspänningarna en likspänning över en kondensator CK via antiparallelldioderna D1-D6.Instead of using a dual frequency converter as above, in this exemplary embodiment a single frequency converter 710, similar to that of Fig. 1, and consisting of f 10, 54 54, 17 ... å LÜ mi! å * of six electric valves, V1 - V6, such as e.g. IGBT and to the valves V1-V6 and associated anti-parallel diodes D1 - D6, transistors, which are connected to the rotor phase windings 704-706. As above, the rotor phase winding voltages induced via the stator winding generate a direct voltage across a capacitor CK via the antiparallel diodes D1-D6.

Frekvensomriktaren 710 omvandlar sedan, med hjälp av ventilerna, likspänningen över kondensatorn CK till en 3-fas växelspänning vars frekvens enligt ovan kan ställas in med hjälp av styrelektroniken VFO 720 genereras genom t.ex. PWM på känt sätt.The frequency converter 710 then converts, by means of the valves, the direct voltage across the capacitor CK to a 3-phase alternating voltage whose frequency as above can be set by means of the control electronics VFO 720 is generated by e.g. PWM in a known way.

På motsvarande sätt som beskrivits med anknytning till fig. l får de sex elektriska ventilerna V1-V6 får sina styrpulser från en reglerbar styroscillator VFO 720, varvid styrpulser a, b, c, d, e, f från VFO öppnar och/eller stänger de elektriska ventilerna på ett önskat sätt.In a corresponding manner as described in connection with Fig. 1, the six electric valves V1-V6 receive their control pulses from a controllable control oscillator VFO 720, wherein control pulses a, b, c, d, e, f from VFO open and / or close the electric valves in a desired manner.

Denna utföringsform skiljer sig således från den i fig. 5 i det att den av frekvensomriktaren 710 alstrade växelspänningen endast tillförs ena änden av rotorfaslindningarna. Rotorn kommer dock fortfarande att rotera med ett varvtal som svarar mot skillnaden mellan nätfrekvensen och den av frekvensomriktaren 710 alstrade rotorfrekvensen.This embodiment thus differs from that in Fig. 5 in that the alternating voltage generated by the drive 710 is applied only to one end of the rotor phase windings. However, the rotor will still rotate at a speed corresponding to the difference between the mains frequency and the rotor frequency generated by the drive 710.

Liksom tidigare kan motorn, om den går med konstant varvtal, maximalt bromsas med ett visst moment med fortsatt bibehållen synkron drift. Detta kan dock enkelt säkerställas genom användning av t.ex. en lägesgivare enligt ovan. Även denna utföringsform uppvisar således fördelen att en trefasmotor på ett enkelt sätt kan varvtalsregleras, där de för varvtalsregleringen erfordrade komponenterna kan sammanbyggas med rotorn och/eller rotoraxeln, tack vare att motorn och där, arbetar med synkron drift, àtermatning av överskottseffekt till det matande elnätet kan ske. Den i fig. 7 visade 22 10 15 20 25 30 :Ii üä _! E? ~ utföringsformen medför att motorn vid belastning får ett mindre gynnsamt cos ©, som inte kan regleras på samma sätt som vid den i fig. 4 visade utföringsformen.As before, the motor, if running at a constant speed, can be maximally braked with a certain torque while maintaining synchronous operation. However, this can be easily ensured by using e.g. a position sensor as above. This embodiment also has the advantage that a three-phase motor can be speed-controlled in a simple manner, where the components required for the speed control can be assembled with the rotor and / or the rotor shaft, thanks to the motor and there, working with synchronous operation, regenerating excess power to the supply grid can happen. The 22 10 15 20 25 30 shown in Fig. 7: Ii üä _! E? The embodiment means that the motor, when loaded, has a less favorable cos ©, which cannot be regulated in the same way as in the embodiment shown in Fig. 4.

I stället för att såsom ovan använda IGBT-transistorer som ventiler kan naturligtvis godtycklig annan för ändamålet lämplig ventil användas, såsom t.ex. MOSFET-transistorer. I vissa typer av transistorer, t.ex. MOSFET-transistorer, finns antiparallelldioden inbyggd, varvid ingen extern antiparallelldiod erfordras.Instead of using IGBT transistors as valves as above, any other valve suitable for the purpose can of course be used, such as e.g. MOSFET transistors. In some types of transistors, e.g. MOSFET transistors, the anti-parallel diode is built in, no external anti-parallel diode is required.

Ovan har föreliggande uppfinning främst beskrivits med anknytning till ett system där elnätets matningsfrekvens är 50 Hz. Föreliggande uppfinning är dock tillämplig vid elnät med godtycklig matningsfrekvens.Above, the present invention has mainly been described in connection with a system where the mains supply frequency is 50 Hz. However, the present invention is applicable to electrical networks with arbitrary supply frequency.

Vidare har ovan föreliggande uppfinning beskrivits med anknytning till en trefasmotor. Trefasmotorn har många fördelar, t.ex. i det att en flödesvàg med väsentligen konstant amplitud kan erhållas. I många fall saknas dock möjlighet till trefasmatning, varvid användning av en konventionell trefasmotor inte är möjlig. Föreliggande uppfinning är dock tillämplig även vid motorer avsedda för annan matning än trefasmatning. T.ex. kan användas en motor med stater som går att ansluta till ett enfasnät, dvs. en motor där statorn är enfaslindad.Furthermore, the above present invention has been described in connection with a three-phase motor. The three-phase motor has many advantages, e.g. in that a flow wave with a substantially constant amplitude can be obtained. In many cases, however, there is no possibility of three-phase supply, whereby the use of a conventional three-phase motor is not possible. However, the present invention is also applicable to motors intended for feed other than three-phase feed. For example. can be used a motor with states that can be connected to a single-phase network, ie. a motor where the stator is single-phase wound.

Detta exemplifieras i fig. 8. I den i fig. 8 visade motorn är statorn en stator för matning från ett 1-fasnät med en faslindning Ll som utgör statorns huvudlindning och ansluts till det inkommande enfasnätet N-L. Den visade motorn innefattar även, såsom ofta är brukligt vid enfasmotorer, en hjälplindning L2 som matas via en hjälpfas som alstras genom att fasvrida det matande elnätets spänning med hjälp av en sedvanlig kondensator eller annat reaktivt element.This is exemplified in Fig. 8. In the motor shown in Fig. 8, the stator is a stator for supply from a 1-phase network with a phase winding L1 which constitutes the main winding of the stator and is connected to the incoming single-phase network N-L. The motor shown also comprises, as is often usual with single-phase motors, an auxiliary winding L2 which is supplied via an auxiliary phase which is generated by phase-shifting the voltage of the supplying mains by means of a conventional capacitor or other reactive element.

Hjälplindningen erfordras för att motorn skall kunna starta, och denna lindning är seriekopplad med ett reaktivt element 23 10 15 20 25 30 LN W nå! .n W Cr, som i detta fall utgörs av en kondensator. Strömmen i lindningen L2 blir fasförskjuten i förhållande till strömmen i lindningen Ll. Denna fasförskjutning av strömmarna ger upphov till ett vridande moment, som möjliggör start av en stillastående rotor. Hjälplindningen kan även bidra med vridmoment vid normal drift, varvid kondensatorn Cr utgör en sedvanlig driftskondensator. Dimensioneringen av lindningarna samt reaktiva element till dessa följer samma beräkningsmetoder som, de i dag vanligt förekommande, enfas induktionsmotorer.The auxiliary winding is required for the motor to be able to start, and this winding is connected in series with a reactive element 23 10 15 20 25 30 LN W reach! .n W Cr, which in this case consists of a capacitor. The current in the winding L2 is phase-shifted in relation to the current in the winding L1. This phase shift of the currents gives rise to a rotating torque, which enables the start of a stationary rotor. The auxiliary winding can also contribute torque during normal operation, the capacitor Cr constituting a conventional operating capacitor. The dimensioning of the windings and reactive elements to these follow the same calculation methods as, the currently common, single-phase induction motors.

Den visade rotorlindningen utgörs liksom tidigare av en trefaslindad rotor med tre faslindningar, varvid statorns lindning alstrar ett flöde i statorn och rotorn. Detta flöde ger upphov till en spänning över kondensatorn CK. Med hjälp av omriktaren alstras sedan, i rotorn, ett roterande 3-fasfält, varvid det uppstår ett moment som strävar efter att vrida rotorn. Rotorn kommer sedan att rotera synkront med frekvensskillnaden mellan statorfältets rotationsfrekvens och det alstrade rotorfältet, varvid alltså även enfasmatade motorer kan varvtalsregleras med föreliggande uppfinning. Tack vare att även denna motor arbetar synkront kan även här effekt återmatas till ett matande elnät, alternativt kan motorn användas som generator för att generera elektrisk energi för matning till ett till statorn anslutet elnät.The rotor winding shown consists, as before, of a three-phase wound rotor with three phase windings, the stator winding generating a flow in the stator and the rotor. This current gives rise to a voltage across the capacitor CK. By means of the converter, a rotating 3-phase field is then generated in the rotor, whereby a moment arises which tends to turn the rotor. The rotor will then rotate synchronously with the frequency difference between the rotational frequency of the stator field and the generated rotor field, whereby even single-phase motors can be speed-controlled with the present invention. Thanks to the fact that this motor also works synchronously, power can also be fed back to a supply mains, alternatively the motor can be used as a generator to generate electrical energy for supply to a mains connected to the stator.

Allmänt gäller för ovanstående utföringsformer att statorn och rotorn kan lindas för olika polantal, dessutom kan motorn enligt uppfinningen drivas med valfritt antal faser från ett nät där rotorn kan drivas av ett valfritt antal faser från omriktaren. Även om uppfinningen ovan har exemplifierats med en anordning för placering på motoraxel, och/eller rotor och/eller på en med motorn roterande last för att därmed slippa galvanisk kontakt mellan roterande och icke-roterande delar är det 24 W U ßšﬁ äﬁä möjligt att använda föreliggande uppfinning även i en släpringslösning för att därmed ha frekvensomriktaren stationärt anordnad. En sådan lösning skulle principiellt fungera likadant, då den frekvensomriktargenererade spänningen i detta fall genereras av rotorspanning uttagen via släpringarna och sedan tillförs rotorlindningen via släpringarna. En sådan lösning kan t.ex. vara intressant för befintliga släpringsmotorer och stora motorer. Återmatning med en sådan lösning sker fortfarande via statorn, så uppfinningens övriga fördelar uppnås även med en släpringslösning.In general, for the above embodiments, the stator and rotor can be wound for different pole numbers, in addition, the motor according to the invention can be driven with any number of phases from a network where the rotor can be driven by any number of phases from the converter. Although the above invention has been exemplified by a device for placement on a motor shaft, and / or rotor and / or on a load rotating with the motor so as to avoid galvanic contact between rotating and non-rotating parts, it is possible to use the present invention also in a slip ring solution for thereby having the frequency stationary arranged stationary. Such a solution would in principle work in the same way, as the frequency-generated voltage in this case is generated by rotor voltage taken out via the slip rings and then applied to the rotor winding via the slip rings. Such a solution can e.g. be interesting for existing slip ring motors and large motors. Feedback with such a solution still takes place via the stator, so the other advantages of the invention are also achieved with a slip ring solution.

Vidare avses att allt som beskrivits genom hela denna beskrivning eller visats i de bifogade ritningarna enbart ska tolkas illustrativt och inte på ett begränsande sätt, utan uppfinningen avser även de variationer, modifieringar och förändringar i detalj av det ovanstående som omfattas av de bifogade patentkraven. 25Furthermore, it is intended that everything described throughout this specification or shown in the accompanying drawings is to be construed as illustrative only and not restrictive, but the invention also relates to the variations, modifications and changes in detail of the foregoing which are encompassed by the appended claims. 25

Claims

A device for speed control of an electric motor, wherein said electric motor is arranged to be connected to a voltage source, said motor comprising a stator winding and a rotor winding, where a rotating stator field is generated in operation in the stator winding. with a first rotational frequency, said stator field in operation being arranged to induce in said rotor winding a first rotor field with a second rotational frequency, characterized in that the device comprises: frequency converter means for generating a second rotor voltage induced by voltage of one of said stator fields in the rotor winding third frequency for supply to said rotor winding. Device according to claim 1, characterized in that said drive means comprise means for generating a first and a second alternating voltage, said first alternating voltage being intended for supplying one end of the rotor winding, and wherein said second alternating voltage is intended for supplying the other end of the rotor winding. . Device according to claim 1 or 2, characterized in that said voltage source consists of a three-phase voltage source. Device according to any one of claims 1-3, characterized in that said rotor winding consists of a three-phase rotor winding. . Device according to any one of claims 1-4, characterized in that a second rotor field generated by said second rotor voltage in operation consists of a rotor field rotating in the same direction as said stator field and / or said first rotor field. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said second rotor voltage generated by said frequency converter means is a three-phase voltage. 26 W Ü 20 25 30 531 Qiå. Device according to claim 2, characterized in that it further comprises means for regulating the load of said motor network on a supplying electricity network with reactive energy, wherein the magnitude and value of the reactive energy can be regulated by changing the second appearance of the voltages generated between the two drives. . Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it further comprises: - rectifier for rectifying voltage induced by said stator field in said rotor winding, and - a double frequency converter for generating said voltages for supply to said rotor winding. . Device according to claim 8, characterized in that said frequency converter includes controllable valves, said valves being arranged to be controlled by means of a control means. Device according to any one of claims 8-9, characterized in that said double frequency converter comprises electric valves connected in pairs to respective phase winding ends of said rotor winding. ll. Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein said frequency converter is arranged to be controlled by a position sensor arranged for determining the position of the rotor in relation to the stator. Device according to claim 9, characterized in that said control means are arranged to be supplied with current by means of a voltage emitted from said rotor winding. l3. Device according to any one of claims 8-12, wherein said rectifier consists of antiparallel diodes lying above each valve, wherein a capacitor is arranged to be charged by means of said rectified voltage. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said electric motor is a three-phase motor. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said device is arranged to be attached to said rotor and / or a shaft for said motor and / or a load connected to said motor and rotated in operation of said motor, so that said device is arranged to rotate in operation with said rotor. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it is further arranged to generate said second rotor voltage for supply to said rotor winding so that said third frequency is less than or equal to said second frequency. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that said second rotational frequency is substantially the same as said first rotational frequency. A method for speed control of an electric motor, said electric motor being connectable to a voltage source, said motor comprising a stator winding and a rotor winding, where in the stator winding a rotating stator field with a first rotational frequency is generated, said stator field in operation being arranged to said rotor winding inducing a first rotor field with a first rotational frequency, characterized in that the method comprises the step of generating a second rotor voltage induced from said stator field in the rotor winding with a third frequency for supply to said rotor winding, said second rotor voltage in operation generates a second rotor field rotating in said rotor winding so that the rotor in operation rotates with a rotation frequency substantially constituting the difference between the rotational frequency of the stator field and the rotational frequency of the second rotor field. An electric motor, said electric motor being arranged to be connected to a voltage source, comprising a stator winding and a rotor winding, where in the stator winding a rotating stator field with a first rotational frequency is generated in operation, said stator field in operation being arranged to induce a rotor winding field in said rotor winding. with a second frequency, characterized in that the motor comprises: frequency converter means for generating from a voltage induced by one of said stator fields in the rotor winding a second rotor voltage with a third frequency for supply to said rotor winding. A generator, wherein said generator is arranged to be connected to a mains, comprising a stator winding and a rotor winding, where in the rotor winding a rotating first rotor field with a second rotational frequency is generated in operation, characterized in that the generator comprises: - frequency converter means for voltage induced by the rotor in the rotor winding generates a second rotor voltage with a third frequency for supply to said rotor winding, said second rotor voltage generated by said frequency converter means producing a second rotor field rotating in said rotor winding so that the stator field rotates of the rotational frequency of the rotor and the rotational frequency of the other rotor field. 29