Vorrichtung mit mehrphasiger Last, statischem Umrichter und Drosselspulen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einer mehrphasigen Last und einem statischen Umrichter mit ei¬ nem mehrphasigen Ausgang für die Speisung der Last, sowie je einer Phase zugeordneten und auf einem gemeinsamen Magnetkern gleichsinnig und mit gleicher Windungszahl gewickelten Drosselspulen.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise zum Be¬ trieb eines mehrphasigen Asynchronmotors als Last, also als Antriebsvorrichtung verwendbar. Sie ist aber grund¬ sätzlich auch im Zusammenhang mit Lasten mit induktiven Energiespeichern wie längere Anschlussleitungen, mit Ma- gnetvibratoren, Piezoresonatoren und dergleichen verwend¬ bar.
Bei einer Antriebsvorrichtung mit einem mehrphasigen Asynchronmotor als Last wird die Belastung der Komponen- ten der Antriebsvorrichtung während des Betriebs beson¬ ders bei hohen Drehzahlen grundsätzlich von den Mängeln der elektromagnetischen Symmetrie des Asynchronmotors und/oder der geschalteten Halbleiter-Endstufen des Um¬ richters beeinträchtigt. Dies blieb unerheblich, so lange die erwähnten hohen Drehzahlen und die entsprechende Dy¬ namik noch nicht gefordert wurden und auch keine Forde¬ rung auf Schaffung der Vorbedingungen für eine Hochlei¬ stungs-Lagerung der Welle des Motors insbesondere mit Magnetlagerungen gestellt wurde. Aus der Hochgeschwindig- keits-Antriebstechnik ergeben sich aber heutzutage erhöh¬ te Anforderungen an die Dynamik der Antriebsvorrichtung, was senkrecht auf die Welle wirkende magnetische Kräfte nicht mehr zulässt. Daraus ergibt sich ein völlig ande¬ res, neuartiges Verhalten des Läufers des Asynchronmotors insbesondere in bezug auf dessen Dynamik, kritischen
Drehzahlen und Lagerbelastungen. Eine solche Antriebsvor-
richtung ist beispielsweise aus der Patentanmeldung PCT/CH89/00_L88 bekannt.
Aeguivalentes gilt auch in bezug auf die oben er¬ wähnten anderen Lasten, nämlich Lasten mit induktiven Energiespeichern, Magnetvibratoren, Piezoresonatoren und dergleichen.
Der Ausgang des Umrichters einer solchen Vorrich¬ tung, insbesondere einer solchen Antriebsvorrichtung, ist auf hohe elektrische Spannungsspitzen von hoher Frequenz empfindlich, daher ist die Zuverlässigkeit des Umrichters zu sichern, und zwar besonders bei hochdynamischen Be¬ triebsarten mit hochgesättigten Lasten, d.h. bei häufigem schnellem Wechsel des Energiebedarfs und der Richtung des Energieflusses (Beschleunigen und Bremsen) unter entspre- chender Belastung der Freilauf-Dioden des Umrichters durch die Schaltvorgänge. Die betreffenden Sicherungs- massnahmen bekannter Art reichen für den Schutz der Halb¬ leiter-Endstufen des Umrichters nicht aus, ausserdem er¬ zeugen sie elektrische Verluste und vermindern somit den Wirkungsgrad der Vorrichtung bzw. der Antriebsvorrich¬ tung.
Zudem wirken sich Mängel der elektromagnetischen Symmetrie der Last und des Umrichters als Belastung der Abstützung der Last aus. Die von dieser Belastung verur- sachten Kräfte und Unregelmässigkeiten hat die Abstützung der Last auszuhalten und die Vorrichtung zu überwinden, wobei kritische Frequenzen nicht gedämpft bzw. weggefil¬ tert werden. Bei einer Antriebsvorrichtung mit einem mehrphasigen Asynchronmotor als Last wirken sich Mängel der elektromagnetischen Symmetrie des Asynchronmotors und des Umrichters als Belastung der Lager des Asynchronmo¬ tors aus. Die von dieser Belastung verursachten Kräfte und Unregelmässigkeiten haben die Lager auszuhalten und die Komponenten der Antriebsvorrichtung zu überwinden, wobei kritische Drehzahlen nicht gedämpft bzw. weggefil¬ tert werden.
Bekannt ist in der elektrischen Filtertechnik und beispielsweise aus EP-0300872, bei einer dreiphasigen Netzspeisung die in Form von Spannungsspitzen auf den Phasenleitungen auftretenden Störungen durch gleichsinnig auf einem Ringkern gewickelte Spulen zu unterdrücken. In diesem Zusammenhang ist beispielsweise aus JP-54-144851 die Verwendung eines für Hochfrequenzen ausgelegten ein¬ stückigen Ringkerns oder UI-Lamellenkerns bekannt.
Auch ist beispielsweise im Hochleistungsbereich aus su-680107 bekannt, die Belastung eines Speisungsnetzes durch von einem dreiphasigen Gleichrichter kommende Im¬ pulse transformatorisch mittels auf einen gemeinsamen Kern gewickelten Spulen auszugleichen.
Eine solche Technik ist jedoch bisher nicht auf die mehrphasige Speisung einer über einen Umrichter frequenz¬ gesteuerten Last angewendet worden. Insbesondere ist die¬ se Technik bisher nicht auf die mehrphasige Speisung ei¬ nes über einen Umrichter frequenzgesteuerten Asynchronmo¬ tors zu dessen symmetrischer Magnetisierung angewendet worden. Im bisher zur Verfügung stehenden Leistungsbe- reich war eine solche Anwendung noch nicht nötig, weil Mängel der elektromagnetischen Symmetrie des mehrphasigen Asynchronmotors und/oder des Umrichters bei den bisher erreichbaren Drehzahlen und der bisher erreichbaren Dyna- mik der Antriebsvorrichtungen vernachlässigt wurden: die asymmetrischen Kräfte sind bei kleinen Drehzahlen und geringer Dynamik der Antriebsvorrichtung vernachlässig¬ bar. Dies ändert sich beim Uebergang zu Hochgeschwindig- keits-Antrieben mit dem Quadrat der Umlaufgeschwindigkeit des Asynchronmotors, entsprechendes gilt für die hohe Dynamik. In geschalteten Umrichtern wurden Schaltspitzen ("spikes") bisher durch im Umrichter vorgesehene zusätz¬ liche Schaltungselemente wie Dioden, Widerstände und Kon¬ densatoren in zu diesem Zweck bekannten Schutzschaltungen ("snubber-networks") aufgefangen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Dynamik, die Zu-
verlässigkeit und den Wirkungsgrad der eingangs genannten Vorrichtung zu erhöhen, insbesondere wenn es sich bei der Vorrichtung um eine Antriebsvorrichtung handelt. Unter anderem soll die von Pannen verursachte Ausfallrate redu- ziert werden, indem verhindert wird, dass sich Schalt¬ spitzen sowie Mängel der elektromagnetischen Symmetrie der mehrphasigen Last und/oder der geschalteten Halblei¬ terelemente der Endstufen des Umrichters als Beeinträch¬ tigung der Zuverlässigkeit auswirken. zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass je eine der Drosselspulen auf je einer Phasenleitung zur Speisung der Last, in Reihenschaltung zwischen dem Um¬ richter und der Last, geschaltet ist. um Mängel der elektromagnetischen Symmetrie der mehrphasigen Last und/oder der geschalteten Halbleiter- Endstufen des Umrichters transformatorisch zwischen den Phasen auszugleichen, können die Drosselspulen und der Magnetkern vorzugsweise äquivalent einem Speisungstrans- formator auf die Frequenz und Leistung des Umrichters ausgelegt sein. Mit diesen Massnahmen ergibt sich eine Symmetrierung des magnetischen Feldes in der angeschlos¬ senen mehrphasigen Last. Wenn es sich bei dieser Last um einen mehrphasigen Asynchronmotors handelt, werden dessen Lager beim hochdynamischen Betrieb mit hochgesättigtem Asynchronmotor entlastet, was erlaubt, den Asynchronmotor mit erhöhter Dynamik zu betreiben. Zu erwähnen ist noch der Vorteil einer Reduktion der akustischen Belastung durch Laufgeräusche des Asynchronmotors und einer Dämp- fung der kritischen Drehzahlen insbesondere bei einer Anwendung bei höherpoligen Motoren mit beispielsweise 4 oder mehr Polen.
Im allgemeinen kann die Ausgleichstransformation zwischen den Phasen mit einer Transformatorleistung er- folgen, die etwa einem Drittel der an die Last abgegebe¬ nen Ausgangsleistung entspricht. Zudem kann als Last ei-
ner der aus der Patentanmeldung PCT/CH89/00188 bekannten Dreiphasen- bzw. Vierphasen-Asynchronmotoren verwendet werden. Diese Motoren bilden zusammen ein Motorensystem, bei welchem die Motoren ein gleiches maximales Drehmonent aufweisen, während sie voneinander verschiedene Betriebs¬ spannung/Betriebsfrequenz-Kennwerte aufweisen, von denen jedes eines der Glieder einer mit _/3 bzw. _/2 als Quotient gebildeten geometrischen Folge ist, so dass die Motoren dieses Motorensystems mit dem Quotienten _/3 bzw. _/2 als Bildungsgesetz aufeinander abgestimmt sind. Wenn die Last einer der Motoren dieses Motorensystems ist, ergibt sich, dass der dazu passende Ausgleichstransformator im Hin¬ blick auf seine Windungsverhältnisse ebenfalls eines der Glieder einer mit _/3 bzw. _/2 als Quotient gebildeten geo- metrischen Folge ist. In anderen Worten, zum Motorensy¬ stem nach der Patentanmeldung PCT/CH89/00188 passt ein entsprechendes System von Ausgleichstransformatoren, so dass die Ausgleichstransformatoren dieses Systems von Ausgleichstransformatoren mit demselben Quotienten _/3 als Bildungsgesetz aufeinander abgestimmt sind wie die ent¬ sprechenden Motoren des Motorensystems nach der Patentan¬ meldung PCT/CH89/00188.
Um Schaltspitzen des Umrichters auf der jeweiligen Phase der Speisung zu annullieren, die Drosselspulen und der Magnetkern vorzugsweise äquivalent einem Netzfilter auf die Frequenz und Leistung dieser Schaltspitzen ausge¬ legt sein, wobei jede Drosselspule eine mittlere Klemme aufweist, die über einen Kondensator mit einer zu einem Referenzpol der internen Gleichspannungsversorgung des Umrichters führenden Referenz-Klemme des Umrichters ver¬ bunden ist, um die Schaltspitzen im Verhältnis -1:1 zu transformieren und die transformierten Schaltspitzen an die Referenz-Klemme anzulegen. Vorteilhaft ist dabei, dass die Beseitigung der Schaltspitzen von den geschalte- ten Halbleiter-Endstufen transformatorisch erfolgt. Aus- serdem kann jeder Drosselspule vorzugsweise ein weiterer
Kondensator parallelgeschaltet sein, um die Resonanzfre¬ quenz der Drosselspule einzustellen, was ermöglicht, bei der Kommutation die Anstiegsraten der Flanken der trans¬ formierten Schaltspitzen einzustellen. Mit diesen Mass- nahmen ergibt sich eine Verringerung der Spannungsampli¬ tuden im störenden Frequenzspektrum durch Verlagerung in einen niedrigeren Frequenzbereich und Verminderung der Flankensteilheit der Schaltspitzen. Zu erwähnen ist noch der Vorteil einer Reduktion der akustischen Belastung durch Schaltgeräusche des Umrichters, während die gering¬ ere Belastung der elektronischen Bauelemente der erfin- dungsgemässen Vorrichtung deren Zuverlässigkeit erhöht.
Ausserde kann vorzugsweise auf dem Magnetkern eine zusätzliche Spule aufgesetzt sein, die als Sekundärwick- lung eines Speisetransformators verwendbar ist. Vorteil¬ haft ist dabei, dass im Falle eines mehrphasigen Asyn¬ chronmotors die Notspeisung des Umrichters aus einer von der Abbremsung der Last gewonnenen elektrischen Energie, wie es beispielsweise in der bereits erwähnten, aus der Patentanmeldung PCT/CH89/00188 bekannten Antriebsvorrich¬ tung vorgesehen ist, bei Trennung der Stromkreise (d.h. über einen Isolationstransformator) erfolgen kann, ohne zu diesem Zweck einen separaten Transformator zu erfor¬ dern. Die Drosselspulen und der Magnetkern können auch als kombinierte Einheit von Ausgleichstransformator und Schaltspitzentransformator ausgeführt werden, wobei der Schaltspitzentransformator nur einen entsprechend gerin¬ gen Anteil der Windungen (einige Prozent) des Ausgleichs- transformators für die Kondensatorbeschaltung nutzt. Die mit Kondensatoren beschaltete Eingangsseite der kombi¬ nierten Einheit ist mit den geschalteten Halbleiter-End¬ stufen des Umrichters verbunden. Ein Kompromiss zwischen den separaten erwähnten Varianten, nämlich der optimalen Auslegung äquivalent einem Speisungstransformator auf die Frequenz und Leistung des Umrichters und der optimalen
Auslegung äquivalent einem Netzfilter auf die Frequenz und Leistung dieser Schaltspitzen, ist ebenfalls sinn¬ voll. Dabei wirken die Drosselspulen und der Magnetkern zusammen als Filter, das selbsttätig zwischen einer Kom- mutierungsphase und einer stromführenden Phase des Um¬ richters unterscheidet. Während der Kommutierungsphase kommen die Blindleistungsimpedanzen der Drosselspulen zur Geltung, während der stromführenden Phase kompensieren sie einander und sie annullieren gegenseitig ihre Wir- kung, wenn die Summe der Ströme gleich Null ist. Zudem stehen bei einem statischen Umrichter die Betriebsfre¬ quenz und die Kommutierungsfrequenz etwa im Verhältnis 1:1000. Da bei der Ausführung von Drosselspulen und Ma¬ gnetkern als kombinierte Einheit von Ausgleichstransfor- mator und Schaltspitzentransformator aus herstellungs¬ technischen Gründen für den Schaltspitzentransformator zumindest drei Windungen zu benutzen sind, ergeben sich reale Windungsverhältnisse, die nur 1:20 bis 1:50 betra¬ gen. Daher ist für die Schaltspitzentransformation immer eine ausreichend grosse Induktivität vorhanden.
Nachstehend wird ein Ausbildungsbeispiel der Erfin¬ dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltschema einer Ausbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung anhand eines Beispiels, bei welchem die Last ein mehrphasi¬ ger Asynchronmotor und die Vorrichtung eine Antriebsvorrichtung ist. Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Anordnung von Drosselspu¬ len auf einem gemeinsamen Magnetkern in einer erfindungsgemässen Vorrichtung.
Die Erfindung wird im nachstehenden am Beispiel ei¬ ner dreiphasigen Ausbildung der erfindungsgemässen Vor¬ richtung im Zusammenhang mit einer Ausführung der Last als dreiphasiger Asynchronmotor erläutert. Es ist dabei zu verstehen, dass diese dreiphasige Antriebsvorrichtung als Beispiel gilt und die erfindungsgemässe Vorrichtung
auch im Zusammenhang mit anderen mehrphasigen, insbeson¬ dere vier und sechsphasigen Ausführungen der Last ver¬ wendbar ist: dann sind alle Elemente wie Klemmen, Leitun¬ gen, Spulen, Kondensatoren usw. , die im nachstehenden im Zusammenhang mit einer dreiphasigen Ausführung des Asyn¬ chronmotors dreifach oder sechsfach auftreten und ent¬ sprechend beschrieben werden, in einer der mehrphasigen Ausführung der Last entsprechenden Anzahl vorzusehen, beispielsweise im Zusammenhang mit einer vierphasigen Ausführung der Last vierfach oder achtfach.
Im Blockschaltschema der Fig. 1 wird mit 1 ein Um¬ richter der in der Patentanmeldung PCT/CH89/00188 be¬ schriebenen Art bezeichnet, der aus einem dreiphasigen Netz 2 gespeist wird und auf Ausgangsleitungen 3 eine dreiphasige Spannung zur Speisung eines dreiphasigen Asynchronmotors 4 über dessen Anschlussleitungen 5 be¬ reitstellt.
Je eine der Ausgangsleitungen 3 ist mit einer ent¬ sprechenden Anschlussleitung 5 über eine entsprechende Drosselspule 6 verbunden. Die Drosselspule 6 ist zweitei¬ lig ausgebildet und mit einer mittleren Klemme 7 zwischen den beiden Teilen 6a, 6b der Drosselspule 6 versehen. Somit ist jede Drosselspule 6 auf einer entsprechenden Phasenleitung 5 der Speisung des Asynchronmotors 4, in Reihenschaltung zwischen dem Umrichter 1 und dem Asyn¬ chronmotor 4 geschaltet.
In Fig. 2 wird veranschaulicht, wie alle drei Dros¬ selspulen 6 auf einem gemeinsamen Magnetkern 8 gewickelt sind. Der Magnetkern 8 ist in der Ausbildung nach Fig. 2 als UI-Lamellenkern mit U-Elementen 9 und I-Elementen 10 ausgebildet, dies ist jedoch nur als Beispiel angegeben und der Magnetkern 8 könnte auch mit anderen Formen von Elementen oder als einstückiger Ringkern ausgebildet sein. Die zweiteilige Ausbildung der Drosselspulen 6 ist daran erkennbar, dass jede Drosselspule drei Anschluss¬ leitungen 3', 5', 7' aufweist, von denen die mittlere 7'
der mittleren Klemme 7 entspricht, so dass die beiden Teilen 6a, 6b der Drosselspulen 6 zwischen den Anschluss¬ leitungen 71 und 31 bzw. 5' liegen.
Die Wicklungsrichtung der Drosselspulen 6 auf dem gemeinsamen Magnetkern 8 ist derart, dass ein durch die Drosselspulen fliessender idealer Dreiphasenstrom (sinus¬ förmige Ströme genau gleicher Intensität in allen Dros¬ selspulen bei Phasenverschiebung um genau 120') im Ma¬ gnetkern 8 magnetischen Flüsse induziert, deren Summe genau gleich Null ist.
In einer Ausbildung der erfindungsgemässen Antriebs¬ vorrichtung sind die Drosselspulen 6 und der Magnetkern 8 so dimensioniert wie bei einem Speisungstransformator auf der Frequenz und Leistung des Umrichters. In anderen Wor- ten, von der Dimensionierung her sind die Drosselspulen 6 auf dem Magnetkern 8 als Ausgleichstransformator so aus¬ gelegt, dass man das Ganze als Leistungstransformator im Verhältnis 1:1 der Phasen untereinander verwenden könnte. Unter diesen Umständen induzieren Abweichungen der Ströme vom idealen Dreiphasenstrom Magnetflüsse, welche diesen Abweichungen entgegenwirken und die vektoriellen Summen der Ströme der mehrphasigen Speisung des Asynchronmotors im wesentlichen gleich Null machen.
Bei einer Antriebsvorrichtung mit einem Umrichter der in der Patentanmeldung PCT/CH89/00188 beschriebenen Art werden die erwähnten Abweichungen vom idealen Drei¬ phasenstrom im wesentlichen von Mängeln der elektromagne¬ tischen Symmetrie des dreiphasigen Asynchronmotors und/oder der geschalteten Halbleiter-Endstufen des Um- richters hervorgerufen. Daraus folgt, dass die beschrie¬ bene Anordnung von Drosselspulen 6 auf dem Magnetkern 8 in Reihenschaltung zwischen dem Umrichter 1 und dem Asyn¬ chronmotor 4 eine Korrektur von Mängeln der elektromagne¬ tischen Symmetrie des dreiphasigen Asynchronmotors 4 und/oder der geschalteten Halbleiter-Endstufen des Um¬ richters 1 bewirkt. Das zum korrekten Betrieb des Asyn-
chronmotors 4 benötigte Eisenvolumen wird auf ein Minimum herabgesetzt. Wenn der Asynchronmotor 4 hochgesättigt und hochdynamisch betrieben wird, sorgt die beschriebene Aus¬ gleichstransformation im Asynchronmotor 4 für eine stets konzentrische Magnetisierung bei gleichbleibender Ausnut¬ zung des Eisens des Ständers.
Durch die Korrektur der elektromagnetischen Symme¬ trie des dreiphasigen Asynchronmotors und/oder der ge¬ schalteten Halbleiter-Endstufen des Umrichters wird die Belastung der Lagerung der Welle des Asynchronmotors be¬ sonders im hochdynamischen Betrieb vermindert, insbeson¬ dere die senkrecht zur Welle gerichtete Lagerbelastung, auch wenn es sich um einen höherpoligen Asynchronmotor mit beispielsweise 4 oder mehr Polen handelt. Ausserdem werden, durch die Korrektur der elektroma¬ gnetischen Symmetrie und die Verminderung des Eisenge¬ wichts des dreiphasigen Asynchronmotors, kleinere Motor¬ zeitkonstanten bei hoher Sättigung erreicht.
In anderen Worten, beim Magnetkern mit drei gleichen Wicklungen mit gleicher magnetischen Flussrichtung hand¬ elt es sich um einen 6-Pol, der in der Lage ist, am Aus¬ gang eines Umrichters mit der Charakteristik eines niede- rohmigen Spannungsgenerators eine Stromsymmetrierung vor¬ zunehmen, ohne den Innenwiderstand am Ausgang des Umrich- ters entsprechend einer Stromaufprägung aus einer Strom¬ quelle zu erhöhen.
Insgesamt ermöglicht die Erfindung auf vorteilhafte Weise, eine wesentlich höhere Dynamik des Asynchronmotors zu erreichen und dessen Rundlaufeigenschaften besonders bei hoher Sättigung und hoher Dynamik zu verbessern.
In einer anderen Ausbildung der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung, die besonders zum Schutz des Umrich¬ ters gegen Schaltspitzen ("spikes") bestimmt ist, sind die Drosselspulen 6 und der Magnetkern 8 so dimensio- niert, dass die Drosselspulen und der Magnetkern äquiva¬ lent einem Netzfilter auf die Frequenz und Leistung von
Schaltspitzen ("spikes") des Umrichters ausgelegt sind, um diese Schaltspitzen auf der jeweiligen Phase der Spei¬ sung zu annullieren.
Insbesondere sind die Drosselspulen 6, im Vergleich zur vorstehend beschriebenen Ausbildung der erfindungsge¬ mässen Vorrichtung, die besonders zur Korrektur der elek¬ tromagnetischen Symmetrie des dreiphasigen Asynchronmo¬ tors und/oder der geschalteten Halbleiter-Endstufen des Umrichters bestimmt ist, mit einer lOmal bis 20mal grös- seren Anzahl Windungen versehen.
Bei einer Leistungsendstufe mit geschalteter Induk¬ tivität erzeugt diese nämlich bei der Kommutierung oder auch beim Oeffnen eines Kontaktes Spitzenspannungen an den geschalteten Halbleiter-Endstufen. Diese Spitzenspan- nungen werden bekannterweise mit Freilauf-Dioden besei¬ tigt, rein theoretisch erfolgt jedoch der Spannungsan¬ stieg in der Zeit Null, dem können die Dioden nicht un¬ endlich schnell folgen, somit werden an den geschalteten Halbleiter-Endstufen trotz der Dioden unzulässige Spit- zenspannungen erzeugt.
Nun wird bei jeder Drosselspule die mittlere Klemme 7 über einen Kondensator 11 mit einer zu einem Referenz¬ pol der internen Gleichspannungsversorgung des Umrichters 1 führenden Referenz-Klemme 12 des Umrichters 1 verbun- den. Der Kondensator 11 verzögert die Schaltspitzen rela¬ tiv zur Referenz-Klemme 12. Dadurch entsteht zwischen den beiden Teilen 6a, 6b der Drosselspule 6 auf den Frequen¬ zen der abgeleiteten Schaltspitzen ein Transformator im Verhältnis -1:1. Dieser induziert jeweils im Teil 6a der Drosselspule 6 eine dem Anstieg der Schaltspitzen im Teil 6b der Drosselspule 6 entgegengerichtete Spannung glei¬ cher Grosse. Die so transformierten Schaltspitzen werden an die Referenz-Klemme 12 des Umrichters 1 angelegt. So¬ mit werden auf verlustarme Weise sowohl die störenden schaltspitzen annulliert als auch deren effektive An¬ stiegszeit verlängert, es wird eine "weiche" Kommutierung
der geschalteten Halbleiter-Endstufen erreicht.
Ausserdem erfolgt die erreichte "weiche" Kommutie¬ rung der geschalteten Halbleiter-Endstufen jeweils mit dem Momentanwert des Stromes, damit wird die Blindstrom- belastung der Halbleiter-Endstufen und die Belastung des betreffenden Kondensators 7 während der Kommutierung ver¬ ringert. Nach der Kommutierung verschwindet die Wirkung der Induktivität der betreffenden Drosselspule 6.
Jeder Drosselspule kann zudem, wie in Fig. 1 darge- stellt, ein weiterer Kondensator 13 parallelgeschaltet sein. Mit Hilfe dieses Kondensators 13 ist die Resonanz¬ frequenz der Drosselspule 6 und somit die Zeitkonstante der Schaltspitzen-Transformation einstellbar. In anderen Worten, mit dem Kondensator 13 wird das als störend be- zeichnete Frequenzspektrum der Schaltspitzen definiert, auf den die beschriebene Schaltspitzen-Transformation ausgeübt wird. Dies ermöglicht, bei der Kommutation die Anstiegsraten der Flanken der transformierten Schaltspit¬ zen einzustellen. Bei jeder Drosselspule wird auch im Teil 6a der
Drosselspule 6 (auf Seite des Umrichters 1) eine dem An¬ stieg eventueller Spannungsspitzen im Teil 6b der Dros¬ selspule 6 (auf Seite der Last) entgegengerichtete Span¬ nung gleicher Grosse induziert. Solche Spannungsspitzen entstehen auf Seite der Last durch Schaltvorgänge und dergleichen, deren störende und für die Halbleiter-End¬ stufen gefährliche Spannungsamplituden im störenden Fre¬ quenzspektrum auf verlustarme Weise vermindert werden, wie auch deren effektive Anstiegszeit verlängert wird. Kurz, die erfindungsgemässe Antriebsvorrichtung ist dank der Kombination von Drosselspulen 6 sowie Kondensa¬ toren 7 und 13 mit einer verlustarmen Schutzschaltung für die Halbleiter-Endstufen des Umrichters 1 versehen, wel¬ che die Spannungsspitzen von den Halbleiter-Endstufen des Umrichters 1 zum Asynchronmotor 4 hin transformiert, und umgekehrt an der Seite der Last anliegende Spannungsspit-
zen jeweils so umformt, dass sie für die Halbleiter-End¬ stufen des Umrichters 1 keine 'Gefahr mehr darstellen.
Die Auslegung der Drosselspulen 6 bestimmt sich nach Leistung und Frequenzbereich je nach ihrem Zweck, zur Korrektur der elektromagnetischen Symmetrie des dreipha¬ sigen Asynchronmotors und/oder der geschalteten Halblei¬ ter-Endstufen des Umrichters, oder zur Spannungsspitzen- Transformation.
Bei der Spannungsspitzen-Transformation ist das wichtigste Resultat, die Zuverlässigkeit des statischen Umrichters besonders bei hochdynamischen Betriebsarten, d.h. mit häufigem Wechsel des Energiebedarfs und der Richtung des Energieflusses (Beschleunigen/Bremsen) unter entsprechenden Belastung der Freilauf-Dioden des Umrich- ters durch die Schaltvorgänge, bei geringen elektrischen Verlusten und hohem Wirkungsgrad der Antriebsvorrichtung zu sichern.
Bei der Korrektur der elektromagnetischen Symmetrie des dreiphasigen Asynchronmotors ist das wichtigste Re- sultat die Entlastung der Lager beim hochdynamischen Be¬ trieb mit hochgesättigtem Asynchronmotor, so dass der Asynchronmotor mit erhöhter Dynamik betrieben werden kann.
Dabei erzeugen die Drosselspulen der erfindungsge- mässe Antriebsvorrichtung bei optimaler elektromagneti¬ scher Symmetrie des Asynchronmotors und der geschalteten Halbleiter-Endstufen des Umrichters ausser ihrem Kupfer¬ widerstand keinen zusätzlichen Innenwiderstand am Ausgang des Umrichters, folglich bei richtiger Dimensionierung auch keine Verlustwärme, so dass der Wirkungsgrad der erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung davon nicht beein¬ trächtigt wird. Die bisher zu diesem Zweck bekannten SchutzSchaltungen ("snubber-networks") enthalten im Ge¬ gensatz zur erfindungsgemässen Antriebsvorrichtung Wider- stände, welche entsprechende thermische Verluste verursa¬ chen.
Allgemein ist die Ausführung der Erfindung in keiner Weise auf die im vorangehenden beschriebene, nur als Bei¬ spiel angegebene Ausbildung beschränkt. Es sind dem Fach¬ mann viele äquivalente Ausbildungen bekannt, deren Aus- führung den Rahmen der Erfindung nicht verlässt. Unter den äquivalenten Ausbildungen werden namentlich solche Ausbildungen erwähnt, die mit anderen mehrphasigen, ins¬ besondere vier und sechsphasigen Ausführungen des Asyn¬ chronmotors und anderen Ausführungen der Last verwendbar sind.